[发明专利]具全幅对焦的3D影像撷取装置及方法

说明书

技术领域

美国专利第5,748,371号(1998年5月5日发证，名称为″全幅对焦光学系统(Extended Depth of field Optical systems)″，于此并入作参考。美国专利第6,069,738号(2000年5月30日发证，名称为″延伸影像投射系统的景深的装置及方法(Apparatus and Methods for Extending Depth of field in Image Projection Systems)″)，于此并入作参考。美国专利第6,525,302号(2003年2月25日发证，名称为″波前编码相位对比取像系统(Wavefront Coding Phase Contrast Imaging Systems)″)于此并入作参考。国际专利申请案PCT/US2006/036556(申请日为2006年9月19日，名称为″任务式取像系统(Task-based Imaging Systems)″，于此并入作参考。

本发明是有关于一种具全幅对焦的3D影像撷取装置及方法。

背景技术

结构式照明(SI)或图案化照明将狭小光带投射至3D场景上，用以产生多条出现扭曲的照明线。扭曲可被取像并用以通过扭曲线的位置的三角测量来将一个或多个物体的表面形状重建在场景内。

平行条纹的图案已经广泛被使用在结构式照明中。两种关于条纹图案产生的共同方法为雷射干涉与投射。雷射干涉方法使用两种互相干涉的激光束以产生有规则的线图案。不同的图案尺寸可通过改变这些光束的角度而获得。这方法产生具有未受限的景深的细微图案。然而，雷射干涉技术具有一些缺点，包括与实施相关的高成本，无法调变个别条纹，以及与从物体反射的光束的可能干扰。

另一方面，投射方法使用一种具有非相干(incoherent)光源的投影机，用以产生图案化的光(例如视频投影机)。图案可能通过在投影机内的显示器(例如液晶显示器(LCD))而产生。

仍然维持有一种对于发展以高分辨率且低成本撷取3D影像的系统与方法的需求。再者，存在有一种对于透过宽广景深(DOF)侦测投射线的强健方法的需求。

发明内容

本揭露内容通过提供一种具全幅对焦的3D影像撷取系统而推进此技艺。3D影像撷取系统合并波前编码(WFC)组件以延伸景深。

在实施例中，提供一种用以撷取3D物体的3D影像的光学系统。光学系统包括投影机以供物体的结构式照明用。投影机包括：光源；网格屏蔽，安置在光源与供物体的结构式照明用的物体之间；以及第一波前编码(WFC)组件，具有安置在网格屏蔽与物体之间的相位调变屏蔽，用以通过网格屏蔽接收来自光源的图案化的光。第一WFC组件被建构并配置成能使投影机的点扩散函数(PSF)比不具有第一WFC组件的投影机的点扩散函数(PSF)遍及更宽的网格屏蔽的景深的范围实质上维持不变。

在另实施例中，提供一种用以撷取3D物体的影像的折迭式光学系统。光学系统包括投影机以供物体的结构式照明用。投影机包括：光源；网格屏蔽，安置在光源与供物体的结构式照明用的物体之间；第一波前编码(WFC)组件，具有安置在网格屏蔽与物体之间的相位调变屏蔽，以及分光器，在第一WFC组件与物体之间，用以改变来自光源的光方向。第一WFC组件被建构并配置成能使投影机的点扩散函数(PSF)比不具有第一WFC组件的投影机的点扩散函数(PSF)对于网格屏蔽的景深较不敏感。

在更进一步的实施例中，提供一种用以撷取3D物体的影像的光学系统。光学系统包括投影机以供物体的结构式照明用。投影机包括光源，以及依据计算机产生全像片(CGH)被浮雕以具有表面凸纹图案的实体媒介。实体媒介被安置在光源与物体之间以供物体的结构式照明用。CGH包括网格屏蔽的第一计算机表现与第一波前编码(WFC)组件的第二计算机表现。光学系统亦包括在实体媒介与物体之间的分光器，用以改变来自光源的光方向。实体媒介被建构并配置成能使投影机的点扩散函数(PSF)比不具有实体媒介的投影机的点扩散函数(PSF)对于实体媒介的景深较不敏感。

在实施例中，提供一种用以撷取3D物体的影像的方法。此方法包括：(1)从投影机投射光通过网格屏蔽与相位调变屏蔽以产生图案化的光；(2)以图案化的光照明3D物体；以及(3)以侦测器撷取由3D物体所反射的图案化的光。