[发明专利]深度数据测量头、测量装置和测量方法

说明书

公开了一种深度数据测量头、测量装置和测量方法。所述测量头包括：投影装置，用于向拍摄区域扫描投射具有条纹编码的结构光；具有预定相对位置关系的第一和第二图像传感器，用于对所述拍摄区域进行拍摄以分别获得在所述结构光照射下的第一和第二二维图像帧；以及同步装置，用于基于所述投影装置的扫描位置，同步开启所述第一和第二图像传感器中与当前扫描位置相对应的条纹方向上的像素列进行成像。由此，基于多幅条纹编码图案的可叠加匹配和双目成像无需依赖于特定标定平面的特性，提供了一种高灵活度的深度成像方案；同时利用条纹图像的一维特性，控制每一时刻进行成像的像素列范围，降低环境光对测量结果的不利影响。

技术领域

本发明涉及三维成像领域，具体地说，涉及一种深度数据测量头、测量装置和测量方法。

背景技术

深度摄像头是一种采集目标物体深度信息的采集设备，这类摄像头广泛应用于三维扫描、三维建模等领域，例如，现在越来越多的智能手机上配备了用于进行人脸识别的深度摄像装置。

虽然三维成像已经是领域内多年研究的热点，但现有的深度摄像头依然具有功耗高、体积大、抗干扰能力差、无法实现像素级甚至亚像素级实时成像等诸多问题。

为此，需要一种改进的深度数据测量方案。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种深度数据测量头和测量系统，其通过主动投射的条纹编码结构光和双目成像的结合，基于多幅条纹编码图案的可叠加匹配和双目成像无需依赖于特定标定成像平面的特性，提供了一种高灵活度的像素级深度成像方案。本发明还通过成像和扫描的高度同步来去除环境光对深度测量结果的影响，从而进一步扩展本发明的可利用场景。

根据本发明的一个方面，提出了一种深度数据测量头，包括：投影装置，用于向拍摄区域扫描投射具有条纹编码的结构光；具有预定相对位置关系的第一和第二图像传感器，用于对所述拍摄区域进行拍摄以分别获得在所述结构光照射下的第一和第二二维图像帧；以及同步装置，用于基于所述投影装置的扫描位置，同步开启所述第一和第二图像传感器中与当前扫描位置相对应的条纹方向上的像素列进行成像。由此，利用条纹图像的一维特性，控制每一时刻进行成像的像素列的范围，从而降低环境光对测量结果的不利影响。由于像素列与扫描光的对应关系受到投射光的宽度、功率、速度、图像传感器的感光效率等诸多因素的影响，因此每次同步开启的像素列的数量例如可以基于标定操作来确定。

优选地，同步装置可以包括用于测量所述投影装置的扫描位置的测量装置，并且基于所述测量装置的测量结果，进行所述像素列成像的同步开启。由此通过实时测量来提供高帧率所需的高精度同步。

优选地，投影装置可以包括激光发生器，用于生成线型和/或红外激光，并且所述激光发生器进行高速开关以扫描投射与条纹编码相对应的明暗相间的结构光。由此，通过简单地激光发生器开关，实现对编码图案的精确控制。

优选地，投影装置可以包括：以预定频率往复振动的微镜器件，用于以所述预定频率向所述拍摄区域扫描投射所述线型激光，其中，所述线型激光的长度方向是所述投射条纹的长度方向。由此，可以利用微镜器件高速、精确、紧凑且低功耗的特性，实现业界对深度摄像头的上述特性的需求。

考虑到微镜器件相位振动的特性，可以在同步装置中包括用于实时测量所述微镜器件的振动相位的测量装置，并且基于所述测量装置的测量结果，进行所述像素列成像的同步开启。由此确保扫描和成像在极高频率下的同步。优选地，上述测量装置可以是一个或多个光电传感器，并且所述光电传感器以如下任一方式布置：布置在所述投影装置的不同出射路径上；布置在所述投影装置内的不同反射路径上；以及分别布置在所述投影装置内外的出射和反射路径上。可以合理选择光电传感器的布置方式，以使其在准确测量相位的同时，不对结构光的正常投影产生影响。

优选地，每个所述图像传感器在所述投影装置每进行预定次数的扫描投射后完成一幅图像帧的成像。由此，通过多次扫描成像弥补投射结构光强度不足的问题。