[发明专利]用于估计3D场景的元素深度的设备

说明书

技术领域

本发明涉及使用对场景的对象进行成像的光学系统的焦点来估计所述场景中对象的深度的方法和设备。

背景技术

Paolo Favaro的在2002年6月25日公开的题为“Depth from focus/defocus”的文献(http://homepages.inf.ed.ac.uk/rbf/C Vonline/LOCAL_COPIES/FAVARO1/dfdtutorial.html)概述了建立深度图的光学方法。该文献指出，基于光学聚焦的方法在深度评估过程期间检查图像估计装置的参数的动态变化。

John Ens等人在1993年2月2日在评论“IEEE transactions on pattern analysis and machine intelligence”，Vol.15，N°2中公开的题为“An investigation of methods for determining depth from focus”的文献中指出，通过对在低场深度条件下摄像机的焦点参数对该摄像机捕获的图像的影响进行建模，来执行对场景的不同点的距离计算。

http://www.sc.ehu.es/ccwgrrom/transparencias/articnlos-alumnos-doct-2002/josu-larra％2596aga/00192482.pdf。

发明内容

本发明的目的是提供一种有利的设备来估计分布在3D场景中的对象元素的深度。

因此，本发明的目的是一种深度估计设备，用于估计3D场景的对象元素的深度，所述深度估计设备包括：

光学系统，所述光学系统自身包括具有多个像素的光传感器以及能够将场景的对象元素成像在所述光传感器的像素上的透镜；

用于将光学系统的焦点调节到场景中的任一对象元素上的装置；以及

适于根据焦点到场景的对象元素上的调节来推断所述对象元素的深度的装置；

其中，用于将焦点调节到对象元素上的装置能够通过固定在来自所述对象元素并被像素化(pixelated)的光传感器的像素之一捕获的最大光流(light flow)上，来调节所述焦点。

对象元素对应于场景的对象区，场景中对象区的大小和位置被定义为使得这些对象区可以被成像到光传感器的像素之一上。

实际中，当执行在场景的元素上的聚焦时，来自该元素的光流到达光传感器的单个像素，该像素位于该元素经由透镜而成像的区域处。根据本发明，调节焦点以在该像素上获得最大流。当存在与焦点的明显偏离时，光流会照亮传感器的其他像素，这会干扰焦点调节过程。

优选地，光学系统还包括：1)远心(telecentric)的中继成像系统，大致位于透镜的像平面中，能够经由微透镜系统将对象元素的图像中继到像素化的光传感器上；以及2)光空间调制器，也被像素化，并连接至中继成像系统的输入；

其中每个微透镜的光轴穿过位图化(bit mapped)的光传感器的不同像素的中心，以及穿过光空间调制器的不同像素的中心，

其中每个微透镜能够与中继成像系统和透镜相结合地通过光空间调制器的位于微透镜的光轴上的像素，将场景的对象元素成像到位图化的光传感器的也位于微透镜的光轴上的像素上。

优选地，所述深度估计设备还包括用于控制光空间调制器的像素的装置，所述装置控制光空间调制器的像素，使得所述光空间调制器的每个像素相继地进入通过(passing)状态而同时所有其他像素处于阻止(blocking)状态的装置。

优选地，如果光空间调制器的像素分为多个相邻像素组，则所述深度估计设备还包括用于控制光空间调制器的像素的装置，所述装置控制光空间调制器的像素，使得在每一组中像素在该组的所有其他像素处于阻止状态时始终处于通过状态，从而在每一组中每个像素相继地进入通过状态。

优选地，每一组包括相同数目的像素。

优选地，在每一组中以相同的方式对像素进行几何排序；并且，用于控制光空间调制器的像素的装置被适配为使得在每一组中每个像素按照相同的几何顺序相继地进入通过状态。

优选地，每一组包含3x3个像素。

有利地，深度估计设备还可以用于捕获场景的图像。在这种情况下，可以根据捕获图像所需的清晰度，将用于估计深度的光传感器的像素细分为多个子像素。

附图说明