專利名稱：三維圖像獲取裝置及計(jì)算該裝置中的深度信息的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及三維(3D)圖像獲取裝置以及在該3D圖像獲取裝置中計(jì)算深度信息的方法。
背景技術(shù)：
最近，根據(jù)用于顯示具有深度感的圖像的3D顯示設(shè)備的發(fā)展和需求的增加，已經(jīng)強(qiáng)調(diào)了三維(3D)內(nèi)容的重要性。因此，正在進(jìn)行諸如用戶自己創(chuàng)建3D內(nèi)容的3D照相機(jī)之類的3D圖像獲取裝置的研究。這種3D照相機(jī)被期望在一次拍攝中獲得除現(xiàn)有的2D彩色圖像信息之外的深度信息?？梢允褂美脙蓚€(gè)照相機(jī)的立體視覺法或者利用結(jié)構(gòu)化的光和照相機(jī)的三角測(cè)量法來獲得關(guān)于對(duì)象的表面與3D照相機(jī)之間的距離的深度信息。然而，因?yàn)檫@些方法中的深度信息的精確度隨著到對(duì)象的距離增加而快速地降低，并且這些方法取決于對(duì)象的表面狀態(tài)，所以難以獲得精確的深度信息。為了改善此問題，已經(jīng)引入飛 行時(shí)間(TOF)。TOF方法是一種測(cè)量在照明光投射到對(duì)象之后直到從對(duì)象反射的光由光接收單元接收到的光飛行時(shí)間的方法。依據(jù)TOF方法，通過使用包括發(fā)光二極管(LED)或激光二極管(LD)的照明光學(xué)系統(tǒng)將預(yù)定的波長(zhǎng)的光(例如，850納米的近紅外(NIR)光)照射到對(duì)象，由光接收單元接收從對(duì)象反射的具有相同的波長(zhǎng)的光，然后執(zhí)行一系列用于計(jì)算深度信息的處理過程。依據(jù)一系列處理過程引入不同的TOF技術(shù)。在上面描述的TOF方法中，通過假定沒有噪聲的理想環(huán)境來計(jì)算深度信息。然而，當(dāng)使用3D照相機(jī)時(shí)，諸如室內(nèi)環(huán)境中的照明和戶外環(huán)境中的太陽(yáng)光之類的環(huán)境光總是存在于周圍中。環(huán)境光入射到3D照相機(jī)，成為計(jì)算深度信息的過程中的噪聲。因此，在計(jì)算深度信息過程中必須除去成為噪聲的環(huán)境光。

發(fā)明內(nèi)容
提供一種通過除去環(huán)境光來計(jì)算深度信息的方法以及用于該方法的3D圖像獲取
>J-U ρ α裝直。附加方面將在下面的描述中被部分地闡明，以及從該描述中將部分地明顯，或者可以通過給出的實(shí)施例而學(xué)習(xí)到。依據(jù)本發(fā)明的方面，一種三維(3D)圖像獲取裝置包括:光調(diào)制器，用于調(diào)制通過依次投射Ν(Ν是3或更大的自然數(shù))個(gè)光束從對(duì)象反射的光；圖像拾取裝置，用于通過拍攝由光調(diào)制器調(diào)制的光來生成N個(gè)子圖像；以及信號(hào)處理器，用于通過使用該N個(gè)子圖像來計(jì)算關(guān)于到對(duì)象的距離的深度信息。所述N個(gè)光束可以間斷地投射。所述N個(gè)投射光束可以彼此不同并且由一個(gè)或多個(gè)光源發(fā)射。所述一個(gè)或多個(gè)光源可以以預(yù)定時(shí)間間隔依次投N個(gè)光束。光調(diào)制器的操作時(shí)間可以與N個(gè)光束的每一個(gè)的投射時(shí)間同步。所述光調(diào)制器的操作時(shí)間可以比N個(gè)光束的每一個(gè)的投射時(shí)間更短。所述圖像拾取裝置的曝光時(shí)間可以與光調(diào)制器的操作時(shí)間同步。所述圖像拾取裝置可以在光投射時(shí)間期間曝光以拍攝已調(diào)制光，并且所述圖像拾取裝置可以在光投射時(shí)間的至少一部分剩余時(shí)間期間形式N個(gè)子圖像。在光投射時(shí)間期間所述圖像拾取裝置的全部像素可以曝光給已調(diào)制光。所述N個(gè)光束可以是具有相同的周期且從由不同的強(qiáng)度和不同的相位構(gòu)成的組中選擇出的至少一個(gè)的周期波。所述光調(diào)制器可以利用相同的調(diào)制信號(hào)調(diào)制反射的光。所述N個(gè)光束可以是相同的周期波。所述光調(diào)制器可以利用不同的調(diào)制信號(hào)調(diào)制反射的光。所述N個(gè)光束當(dāng)中在相鄰的時(shí)間投射的任何兩個(gè)光束之間的相位差可以是通過用N等分360°獲得的值。所述反射的光可以包括通過從對(duì)象反射所述N個(gè)光束獲得的N個(gè)反射光束。由所述圖像拾取裝置生成的所述N個(gè)子圖像可以依次一對(duì)一匹配所述N個(gè)反射光束。如果所述N個(gè)子圖像不一對(duì)一匹配所述N個(gè)反射光束，則所述信號(hào)處理器可以以行為基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換所述N個(gè)子圖像并且將所述N個(gè)基于行的子圖像與所述N個(gè)反射光束一對(duì)一匹配。所述信號(hào)處理器可以通過對(duì)乘以第一加權(quán)因子的所述N個(gè)子圖像取平均來生成第一平均圖像，對(duì)乘以第二加權(quán)因子的所述N個(gè)子圖像取平均來生成第二平均圖像，并且從第一平均圖像和第二平均圖像計(jì)算深度信息?？梢詮牡谝黄骄鶊D像對(duì)第二平均圖像的比率的反正切值計(jì)算所述深度信息。依據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種計(jì)算深度信息的方法包括:調(diào)制通過依次投射N(N是3或更大的自然數(shù))個(gè)光束從對(duì)象反射的光；通過拍攝由光調(diào)制器調(diào)制的光生成N個(gè)子圖像；以及通過使用所述N個(gè)子圖像計(jì)算關(guān)于到對(duì)象的距離的深度信息。 所述N個(gè)光束可以間斷地投射。所述N個(gè)投射光束可以彼此不同并且由一個(gè)或多個(gè)光源發(fā)射?？梢砸灶A(yù)定時(shí)間間隔依次投射所述N個(gè)光束。用于調(diào)制光的光調(diào)制器的操作時(shí)間可以與N個(gè)光束的每一個(gè)的投射時(shí)間同步。所述光調(diào)制器的操作時(shí)間可以比N個(gè)光束的每一個(gè)的投射時(shí)間更短。用于拍攝光的圖像拾取裝置的曝光時(shí)間可以與光調(diào)制器的操作時(shí)間同步。在光投射時(shí)間期間所述圖像拾取裝置的全部像素可以都曝光給已調(diào)制光。所述N個(gè)光束可以是具有相同周期并且從由不同的強(qiáng)度和不同的相位構(gòu)成的組中選擇的至少一個(gè)的周期波，并且可以利用相同的調(diào)制信號(hào)調(diào)制所述反射的光。
所述N個(gè)光束可以是相同的周期波，并且可以利用不同的調(diào)制信號(hào)調(diào)制所述反射的光。所述N個(gè)光束當(dāng)中在相鄰的時(shí)間投射的任何兩個(gè)光束之間的相位差可以是通過用N等分360°獲得的值。所生成的N個(gè)子圖像可以依次一對(duì)一匹配所述N個(gè)反射光束。所述方法還可以包括，如果所述N個(gè)子圖像不一對(duì)一匹配所述N個(gè)反射光束，則以行為基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換所述N個(gè)子圖像并且將所述N個(gè)基于行的子圖像依次一對(duì)一匹配所述N個(gè)反射光束?？梢酝ㄟ^對(duì)乘以第一加權(quán)因子的所述N個(gè)子圖像取平均來生成第一平均圖像，可以對(duì)乘以第二加權(quán)因子的所述N個(gè)子圖像取平均來生成第二平均圖像，并且可以從第一平均圖像和第二平均圖像計(jì)算深度信息?？梢詮牡谝黄骄鶊D像對(duì)第二平均圖像的比率的反正切值計(jì)算所述深度信息。依據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種三維(3D)圖像獲取裝置包括光調(diào)制器，其調(diào)制從被間斷地投射N個(gè)光束的對(duì)象反射的光；控制器，其控制光調(diào)制器以使光調(diào)制器與N個(gè)光束的每一個(gè)光束的投射時(shí)間同步。3D圖像獲取裝置還包括光源，其生成被依次投射的N個(gè)光束。N是大于或等于3的自然數(shù)。3D圖像獲取裝置還包括圖像傳感器，其通過拍攝由光調(diào)制器調(diào)制的光來生成N個(gè)子圖像，其中，圖像傳感器的曝光時(shí)間與光調(diào)制器的操作時(shí)間同步。3D圖像獲取裝置還包括信號(hào)處理器，其通過使用N個(gè)子圖像來計(jì)算關(guān)于到對(duì)象的距離的深度信息。


通過下面結(jié)合附圖對(duì)該實(shí)施例的描述，這些和/或其它方面將變得明顯且更易理解，其中:圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的三維(3D)圖像獲取裝置的示意圖；圖2(A)到圖2(D)示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的、通過調(diào)制N個(gè)不同的反射光束生成N個(gè)不同的子圖像的過程；圖3(A)到圖3(D)示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的、利用一個(gè)投射光束和N個(gè)不同的光學(xué)調(diào)制信號(hào)生成N個(gè)不同的子圖像的過程；圖4A和圖4B分別是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的、當(dāng)投射光的占空比是100%時(shí)以及在投射光的占空比是20%的情況下、當(dāng)3D圖像被拍攝時(shí)的時(shí)間圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的、當(dāng)通過將光源、光調(diào)制器、以及圖像拾取裝置彼此同步來拍攝圖像時(shí)的時(shí)間圖；圖6是當(dāng)在光調(diào)制器的單個(gè)操作時(shí)間期間圖像拾取裝置的全部像素并不都被曝光時(shí)、當(dāng)圖像被拍攝時(shí)的時(shí)間圖；圖7是用于描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的、從N個(gè)不同的圖像計(jì)算深度信息的過程的不意圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的、示出加權(quán)因子Ak和Bk的表格；以及
圖9是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的、示出計(jì)算深度信息的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將詳細(xì)參考實(shí)施例，附圖中示出了其示例。在附圖中，為了說明的清楚，層和區(qū)域的寬度和厚度被放大。在描述中，相同的參考標(biāo)號(hào)始終指示相同元件。在元件列表之前的諸如“中的至少一個(gè)”的表達(dá)修飾整個(gè)元件列表并且不修飾該列表的各個(gè)元件。圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的三維(3D)圖像獲取裝置100的示意圖。參照?qǐng)D1，3D圖像獲取裝置100可以包括用于生成具有預(yù)定波長(zhǎng)的光的光源101、用于調(diào)制從對(duì)象200反射的光的光調(diào)制器103、用于從已調(diào)制光生成子圖像的圖像拾取裝置105、用于基于通過圖像拾取裝置105形成的子圖像計(jì)算深度信息并且生成包括深度信息的圖像的信號(hào)處理器106、以及用于控制光源101、光調(diào)制器103、圖像拾取裝置105、和信號(hào)處理器106的操作的控制器107。此外，在光調(diào)制器103的光入射面的前面，3D圖像獲取裝置100還可以包括用于僅傳送從對(duì)象200反射的光當(dāng)中的具有預(yù)定波長(zhǎng)的光的濾波器108、以及用于將反射光集中在光調(diào)制器103的區(qū)域之內(nèi)的第一鏡頭109、以及在光調(diào)制器103和圖像拾取裝置105之間的、用于將已調(diào)制光集中在圖像拾取裝置105的區(qū)域之內(nèi)的第二鏡頭110。例如，光源101可以是能夠發(fā)射為了安全性而人眼不可見的、具有大約850納米的近紅外(NIR)波長(zhǎng)的光的發(fā)光二極管(LED)或激光二極管(LD)。然而，光源101不局限于此波段或類型。從光源101投射到對(duì)象200的光可以具有的形態(tài)是具有預(yù)定周期的、周期性的連續(xù)函數(shù)。例如，投射光可以具有諸如正弦波、斜波、或方波、或未定義的通用波形的具體定義的波形。此外，光源101可以在控制器107控制之下以周期性的方式僅在預(yù)定時(shí)間期間集中地將光投射到對(duì)象200。光投射到對(duì)象200的時(shí)間被稱為光投射時(shí)間。光調(diào)制器103在控制器107控制之下調(diào)制從對(duì)象200反射的光。例如，光調(diào)制器103可以響應(yīng)于具有預(yù)定波長(zhǎng)的光學(xué)調(diào)制信號(hào)通過改變?cè)鲆鎭碚{(diào)制反射光的強(qiáng)度。為此，光調(diào)制器103可以具有可變?cè)鲆?。光調(diào)制器103可以依據(jù)距離以數(shù)十到數(shù)百兆赫的高調(diào)制頻率操作以識(shí)別光的相位差或傳播時(shí)間。作為滿足此條件的光調(diào)制器103,可以使用包括多通道板(Multi ChannelPlate1MCP)的子圖像增強(qiáng)器、GaAs系列的固態(tài)光調(diào)制器、或使用電光材料的薄型光調(diào)制器。雖然在圖1中光調(diào)制器103是發(fā)射型光調(diào)制器，但是還可以使用反射型光調(diào)制器。與光源101類似，光調(diào)制器103還可以在預(yù)定時(shí)間期間操作以調(diào)制從對(duì)象200反射的光。光調(diào)制器103進(jìn)行操作以調(diào)制光的時(shí)間被稱為光調(diào)制器103的操作時(shí)間。光源101的光投射時(shí)間可以與光調(diào)制器103的操作時(shí)間同步。從而，光調(diào)制器103的操作時(shí)間可以與光源101的光投射時(shí)間相同或比光源101的光投射時(shí)間更短。圖像拾取裝置105在控制器107的控制之下通過檢測(cè)由光調(diào)制器103調(diào)制的反射光來生成子圖像。例如，如果只想要測(cè)量到對(duì)象200上的任何一個(gè)點(diǎn)的距離，則圖像拾取裝置105可以使用諸如光電二極管或積分器之類的單個(gè)光學(xué)傳感器。然而，如果想要測(cè)量到對(duì)象200上的多個(gè)點(diǎn)的距離，則圖像拾取裝置105可以具有多個(gè)光電二極管或其他光檢測(cè)器的2D或ID陣列。例如，圖像拾取裝置105可以包括電荷耦合器件(CXD)圖像傳感器或互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器。圖像拾取裝置105可以對(duì)每個(gè)反射光束生成單個(gè)子圖像。信號(hào)處理器106基于由圖像拾取裝置105形成的子圖像來計(jì)算深度信息并生成包括深度信息的3D圖像。例如，可以通過專用集成電路(IC)或安裝在3D圖像獲取裝置100中的軟件實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理器106。當(dāng)通過軟件實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理器106時(shí)，信號(hào)處理器106可以存儲(chǔ)在分離的便攜式存儲(chǔ)介質(zhì)中。在下文中，描述具有以上所述結(jié)構(gòu)的3D圖像獲取裝置100的操作。光源101在控制器107的控制之下依次并集中地向?qū)ο?00投射具有預(yù)定周期和波形的N個(gè)不同的光束，其中N可以是3或更大的自然數(shù)。光源101可以依次地連續(xù)投射或以預(yù)定時(shí)間間隔投射具有N個(gè)不同的光束。例如，當(dāng)使用4個(gè)不同的投射光束時(shí)，光源101可以在時(shí)間Tl期間生成并向?qū)ο?00投射第一投射光束、在時(shí)間T2期間生成并向?qū)ο?00投射第二投射光束、在時(shí)間T3期間生成并向?qū)ο?00投射第三投射光束、以及在時(shí)間T4期間生成并向?qū)ο?00投射第四投射光束。依次投射到對(duì)象200的這些第一投射光束到第四投射光束可以具有的形態(tài)是具有預(yù)定周期的連續(xù)函數(shù)，諸如正弦波。例如，第一投射光束到第四投射光束可以是具有相同的周期和波形以及不同的強(qiáng)度或相位的周期波。當(dāng)N個(gè)不同的光束被投射時(shí)，同時(shí)投射的任何兩個(gè)光束之間的相位差可以是360° /N，并且每個(gè)投射光束的周期可以比光源101的操作時(shí)間更短。全部N個(gè)不同的光束可以在光源101的操作時(shí)間之內(nèi)依次投射到對(duì)象200。投射到對(duì)象200的光束在對(duì)象200的表面上反射并且入射到第一鏡頭109。通常，對(duì)象200具有多個(gè)表面，該多個(gè)表面具有距離3D圖像獲取裝置100的不同的距離，即，深度。為了簡(jiǎn)化描述，圖1示出具有5個(gè)表面Pl到P5的對(duì)象200，該5個(gè)表面Pl到P5具有不同的深度。當(dāng)投射光束從具有不同深度的5個(gè)表面Pl到P5反射時(shí)，生成5個(gè)不同時(shí)間延遲(即，不同相位)的反射光束。例如，當(dāng)?shù)谝煌渡涔馐鴱膶?duì)象200的5個(gè)表面Pl到P5反射時(shí)生成具有不同相位的5個(gè)第一反射光束，并且當(dāng)?shù)诙渡涔馐鴱膶?duì)象200的5個(gè)表面Pl到P5反射時(shí)生成具有不同相位的5個(gè)第二反射光束。同樣，當(dāng)?shù)贜投射光束從對(duì)象200的5個(gè)表面Pl到P5反射時(shí)生成具有不同相位的5個(gè)第N反射光束。從距離3D圖像獲取裝置100最遠(yuǎn)的表面Pl反射的反射光束以ΦΡ1的相位延遲到達(dá)第一鏡頭109，并且從距離3D圖像獲取裝置100最近的表面Ρ5反射的反射光束以小于ΦΡ1的ΦΡ5的相位延遲到達(dá)第一鏡頭109。第一鏡頭109將反射光聚焦在光調(diào)制器103的區(qū)域之內(nèi)。用于僅發(fā)送具有預(yù)定波長(zhǎng)的光的濾波器108可以布置在第一鏡頭109和光調(diào)制器103之間以除去除預(yù)定波長(zhǎng)之外的諸如背景光的環(huán)境光。例如，當(dāng)光源101發(fā)出具有大約850納米的NIR波長(zhǎng)的光時(shí)，濾波器108可以是用于發(fā)送大約850納米的NIR波段的NIR帶通濾波器。從而，雖然入射到光調(diào)制器103的光可以幾乎全是從光源101發(fā)出的并從對(duì)象200反射的光，但是環(huán)境光也包括在其中。雖然圖1示出濾波器108布置在第一鏡頭109和光調(diào)制器103之間，但是第一鏡頭109和濾波器108的位置可以交換。例如，首先穿過濾波器108的NIR光可以通過第一鏡頭109聚焦于光調(diào)制器103。光調(diào)制器103將反射光調(diào)制成為具有預(yù)定波長(zhǎng)的光調(diào)制信號(hào)。為了描述方便起見，假定對(duì)象200的5個(gè)表面Pl到P5對(duì)應(yīng)于圖像拾取裝置105的劃分在5個(gè)區(qū)域中的像素。光調(diào)制器103的增益波長(zhǎng)的周期可以與投射光長(zhǎng)的周期相同。在圖1中，光調(diào)制器103可以調(diào)制從對(duì)象200的5個(gè)表面Pl到P5反射的5個(gè)第一反射光束并且向圖像拾取裝置105提供調(diào)制光束，以及順次地，可以對(duì)5個(gè)第二反射光束到5個(gè)第N反射光束依次進(jìn)行調(diào)制并且向圖像拾取裝置105提供調(diào)制光束。當(dāng)反射光穿過光調(diào)制器103時(shí)可以按照將反射光乘以光調(diào)制信號(hào)獲得的值來調(diào)制反射光的強(qiáng)度。光調(diào)制信號(hào)的周期可以與投射光的周期相同。從光調(diào)制器103輸出的強(qiáng)度已調(diào)制光由第二鏡頭110進(jìn)行倍率調(diào)整并重調(diào)焦距并且到達(dá)圖像拾取裝置105。從而，已調(diào)制光通過第二鏡頭110聚集在圖像拾取裝置105的區(qū)域之內(nèi)。圖像拾取裝置105可以通過與光源101和光調(diào)制器103同步在預(yù)定時(shí)間期間接收已調(diào)制光以生成子圖像。圖像拾取裝置105曝光以接收已調(diào)制光的時(shí)間是圖像拾取裝置105的曝光時(shí)間。現(xiàn)在將描述從N個(gè)反射光束生成N個(gè)子圖像的方法。圖2(A)到圖2(D)示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的、通過調(diào)制N個(gè)不同的反射光束生成N個(gè)不同的子圖像的過程。如圖2(A)所示，圖像拾取裝置105通過在從對(duì)象200的5個(gè)表面Pl到P5反射之后在預(yù)定曝光時(shí)間期間接收被調(diào)制的5個(gè)第一反射光束來生成第一子圖像。此后，如圖2 (B)所示，圖像拾取裝置105通過在從對(duì)象200的5個(gè)表面Pl到P5反射之后在預(yù)定曝光時(shí)間期間接收被調(diào)制的5個(gè)第二反射光束來生成第二子圖像。在重復(fù)這些程序之后，如圖
2(C)所示，圖像拾取裝置105通過在從對(duì)象200的5個(gè)表面Pl到P5反射之后在預(yù)定曝光時(shí)間期間接收被調(diào)制的5個(gè)第N反射光束來最終生成第N子圖像。以這樣的方式，可以依次獲得如圖2(D)所示的N個(gè)不同的子圖像。第一子圖像到第N子圖像可以是用于生成圖像的單個(gè)幀的子幀圖像。例如，假定單個(gè)幀的周期是Td，則圖像拾取裝置105獲得第一子圖像到第N子圖像的每一個(gè)的曝光時(shí)間可以是大約Td/N。在圖2⑷到圖2(D)中，已經(jīng)描述通過使用N個(gè)不同的投射光束和N個(gè)不同的反射光束來生成N個(gè)不同的子圖像的情況。然而，還有可能將相同的反射光束用于全部子圖像并且光調(diào)制器103利用不同的增益波形來調(diào)制用于子圖像的每一個(gè)的反射光束。圖3(A)到圖3(D)示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的、利用一個(gè)相同的投射光束和N個(gè)不同的光學(xué)調(diào)制信號(hào)生成N個(gè)不同的子圖像的過程。參照?qǐng)D3，通過從對(duì)象200反射投射光束生成的反射光束對(duì)于全部子圖像具有相同的波形和相位。如上所述，根據(jù)對(duì)象200的表面Pl到P5，用于每個(gè)子圖像的反射光束具有不同的相位時(shí)延ΦΡ1到ΦΡ5。如圖3㈧到圖
3(C)所示，光調(diào)制器103通過使用第一光調(diào)制信號(hào)調(diào)制5個(gè)第一反射光束，通過使用不同于第一光調(diào)制信號(hào)的第二光調(diào)制信號(hào)調(diào)制5個(gè)第二反射光束，并且通過使用不同于任何其他光調(diào)制信號(hào)的第N光調(diào)制信號(hào)調(diào)制5個(gè)第N反射光束。此處，第一光調(diào)制信號(hào)到第N光調(diào)制信號(hào)可以具有彼此完全不同的波形或者具有相同的周期和波形但是它們的相位不同。因此，如圖3(D)所示，圖像拾取裝置105可以獲得N個(gè)彼此不同的第一子圖像到第N子圖像。在下文中，描述通過使用信號(hào)波形生成子圖像的方法。為了描述方便起見，光源101向?qū)ο?00投射N個(gè)不同的投射光并且光調(diào)制器103使用單個(gè)相同的光調(diào)制信號(hào)的實(shí)施例被描述為示例。然而，下面理論上的描述可以同等地施加于使用一個(gè)相同的投射光束和N個(gè)不同的光調(diào)制信號(hào)的情況。此外，因?yàn)橛?jì)算深度信息的方法同等地應(yīng)用于每個(gè)像素甚至用于由圖像拾取裝置105形成的子圖像是2D陣列子圖像的情況，所以僅描述應(yīng)用于單個(gè)像素的方法。然而，當(dāng)同時(shí)從2D陣列子圖像中的多個(gè)像素計(jì)算深度信息時(shí)，通過省略將要通過有效地處理數(shù)據(jù)管理和存儲(chǔ)器分配來重復(fù)地處理的部分可以減少計(jì)算量。首先，具有周期T6的通用的投射光的波形P6可以由等式I表達(dá)。
權(quán)利要求
1.一種三維(3D)圖像獲取裝置，包括: 光調(diào)制器，用于 調(diào)制從被依次投射N個(gè)光束的對(duì)象反射的光，其中N是3或更大的自然數(shù)； 圖像拾取裝置，用于通過拍攝由所述光調(diào)制器調(diào)制的光來生成N個(gè)子圖像；以及 信號(hào)處理器，用于通過使用所述N個(gè)子圖像來計(jì)算關(guān)于到所述對(duì)象的距離的深度信肩、O
2.如權(quán)利要求1所述的3D圖像獲取裝置，其中所述N個(gè)光束被間斷地投射。
3.如權(quán)利要求1所述的3D圖像獲取裝置，其中所述N個(gè)投射光束彼此不同并由一個(gè)或多個(gè)光源發(fā)出。
4.如權(quán)利要求3所述的3D圖像獲取裝置，其中所述一個(gè)或多個(gè)光源以預(yù)定時(shí)間間隔依次投射所述N個(gè)光束。
5.如權(quán)利要求1所述的3D圖像獲取裝置，其中所述光調(diào)制器的操作時(shí)間與所述N個(gè)光束的每一個(gè)的投射時(shí)間同步。
6.如權(quán)利要求5所述的3D圖像獲取裝置，其中所述光調(diào)制器的操作時(shí)間比所述N個(gè)光束的每一個(gè)的投射時(shí)間更短。
7.如權(quán)利要求5所述的3D圖像獲取裝置，其中所述圖像拾取裝置的曝光時(shí)間與所述光調(diào)制器的操作時(shí)間同步。
8.如權(quán)利要求1所述的3D圖像獲取裝置，其中所述圖像拾取裝置在光投射時(shí)間期間曝光以拍攝已調(diào)制光并在光投射時(shí)間的剩余時(shí)間的至少一部分期間形成所述N個(gè)子圖像。
9.如權(quán)利要求1所述的3D圖像獲取裝置，其中在光投射時(shí)間期間所述圖像拾取裝置的全部像素都曝光給已調(diào)制光。
10.如權(quán)利要求1所述的3D圖像獲取裝置，其中所述N個(gè)光束是具有相同周期且從由不同強(qiáng)度和不同相位構(gòu)成的組中選擇的至少一個(gè)的周期波。
11.如權(quán)利要求10所述的3D圖像獲取裝置，其中所述光調(diào)制器利用相同調(diào)制信號(hào)調(diào)制反射的光。
12.如權(quán)利要求1所述的3D圖像獲取裝置，其中所述N個(gè)光束是相同的周期波。
13.如權(quán)利要求1所述的3D圖像獲取裝置，其中所述光調(diào)制器利用不同的調(diào)制信號(hào)調(diào)制反射的光。
14.如權(quán)利要求1所述的3D圖像獲取裝置，其中所述N個(gè)光束當(dāng)中在相鄰的時(shí)間投射的任何兩個(gè)光束之間的相位差是通過用N等分360°獲得的值。
15.如權(quán)利要求1所述的3D圖像獲取裝置，其中所述反射的光包括通過從所述對(duì)象反射所述N個(gè)光束獲得的N個(gè)反射光束。
16.如權(quán)利要求1所述的3D圖像獲取裝置，其中由所述圖像拾取裝置生成的所述N個(gè)子圖像依次一對(duì)一匹配N個(gè)反射光束。
17.如權(quán)利要求1所述的3D圖像獲取裝置，其中，如果所述N個(gè)子圖像不一對(duì)一匹配N個(gè)反射光束，則所述信號(hào)處理器以行為基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換所述N個(gè)子圖像并且將N個(gè)基于行的子圖像依次一對(duì)一匹配所述N個(gè)反射光束。
18.如權(quán)利要求1所述的3D圖像獲取裝置，其中所述信號(hào)處理器通過對(duì)乘以第一加權(quán)因子的所述N個(gè)子圖像取平均來生成第一平均圖像，對(duì)乘以第二加權(quán)因子的所述N個(gè)子圖像取平均來生成第二平均圖像，并且從所述第一平均圖像和所述第二平均圖像計(jì)算深度信肩、O
19.如權(quán)利要求18所述的3D圖像獲取裝置，其中從所述第一平均圖像對(duì)所述第二平均圖像的比率的反正切值計(jì)算所述深度信息。
20.一種計(jì)算深度信息的方法，所述方法包括: 調(diào)制從被依次投射N個(gè)光束的對(duì)象反射的光，其中N是3或更大的自然數(shù)； 通過拍攝已調(diào)制光來生成N個(gè)子圖像；以及 通過使用所述N個(gè)子圖像來計(jì)算關(guān)于到所述對(duì)象的距離的深度信息。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述N個(gè)光束被間斷地投射。
22.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述N個(gè)投射光束彼此不同并且由一個(gè)或多個(gè)光源發(fā)出。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述N個(gè)光束以預(yù)定時(shí)間間隔依次被投射。
24.如權(quán)利要求20所述的方法，其中用于調(diào)制光的所述光調(diào)制器的操作時(shí)間與所述N個(gè)光束的每一個(gè)的投射時(shí)間同步。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其中所述光調(diào)制器的操作時(shí)間比所述N個(gè)光束的每一個(gè)的投射時(shí)間更短。
26.如權(quán)利要求24所述的方法，其中用于拍攝光的所述圖像拾取裝置的曝光時(shí)間與所述光調(diào)制器的操作時(shí)間同步。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，其中在光投射時(shí)間期間所述圖像拾取裝置的全部像素都曝光給已調(diào)制光。
28.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述N個(gè)光束是具有相同周期且從由不同強(qiáng)度和不同相位構(gòu)成的組中選擇的至少一個(gè)的周期波，并且利用相同調(diào)制信號(hào)調(diào)制所述反射的光。
29.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述N個(gè)光束是相同的周期波，并且利用不同調(diào)制信號(hào)調(diào)制所述反射的光。
30.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述N個(gè)光束當(dāng)中在相鄰的時(shí)間投射的任何兩個(gè)光束之間的相位差是通過用N等分360°獲得的值。
31.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所生成的N個(gè)子圖像依次一對(duì)一匹配N個(gè)反射光束。
32.如權(quán)利要求20所述的方法,還包括，如果所述N個(gè)子圖像不一對(duì)一匹配N個(gè)反射光束，則以行為基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換所述N個(gè)子圖像并且將所述N個(gè)基于行的子圖像依次一對(duì)一匹配所述N個(gè)反射光束。
33.如權(quán)利要求20所述的方法，其中通過對(duì)乘以第一加權(quán)因子的所述N個(gè)子圖像取平均來生成第一平均圖像，對(duì)乘以第二加權(quán)因子的N個(gè)子圖像取平均來生成第二平均圖像，并且從所述第一平均圖像和所述第二平均圖像計(jì)算深度信息。
34.如權(quán)利要求33所述的方法，其中從所述第一平均圖像對(duì)所述第二平均圖像的比率的反正切值計(jì)算所述深度信息。
35.一種三維(3D)圖像獲取裝置，包括: 光調(diào)制器，其調(diào)制從被間斷地投射N個(gè)光束的對(duì)象反射的光；控制器，其控制所述光調(diào)制器以使所述光調(diào)制器與所述N個(gè)光束中的每一個(gè)光束的投射時(shí)間同步。
36.如權(quán)利要求35所述的3D圖像獲取裝置，還包括: 光源，其生成被依次投射的N個(gè)光束。
37.如權(quán)利要求35所述的3D圖像獲取裝置，其中，N是大于或等于3的自然數(shù)。
38.如權(quán)利要求35所述的3D圖像獲取裝置，還包括: 圖像傳感器，其通過拍攝由所述光調(diào)制器調(diào)制的光來生成N個(gè)子圖像， 其中，所述圖像傳感器的曝光時(shí)間與所述光調(diào)制器的操作時(shí)間同步。
39.如權(quán)利要求38所述的3D圖像獲取裝置 ，還包括: 信號(hào)處理器，其通過使用所述N個(gè)子圖像來計(jì)算關(guān)于到所述對(duì)象的距離的深度信息。
全文摘要
提供一種三維(3D)圖像獲取裝置和在該3D圖像獲取裝置中計(jì)算深度信息的方法，所述3D圖像獲取裝置包括:光調(diào)制器，用于調(diào)制通過依次投射N(N是3或更大的自然數(shù))個(gè)光束從對(duì)象反射的光；圖像拾取裝置，用于通過拍攝由光學(xué)調(diào)制器調(diào)制的光來生成N個(gè)子圖像；以及信號(hào)處理器，用于通過使用所述N個(gè)圖像來計(jì)算關(guān)于到對(duì)象的距離的深度信息。
文檔編號(hào)G03B35/00GK103079085SQ20121031525
公開日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2012年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月25日
發(fā)明者樸勇和, 柳長(zhǎng)雨, 尹熙善 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社