拍攝設(shè)備和方法、三維測量系統(tǒng)、深度計算方法和設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及圖像測量與處理領(lǐng)域，特別涉及拍攝設(shè)備和方法、三維測量系統(tǒng)、深度計算方法和設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]三維信息，亦可稱深度信息或景深信息。傳統(tǒng)的圖像拍攝方法只能獲得物體的二維信息，無法得到物體的空間深度信息。但是，實際上物體表面的空間深度信息在各種工業(yè)、生活及娛樂應(yīng)用中都至關(guān)重要，尤其是深度信息的實時獲取。
[0003]三維測量系統(tǒng)是一種對物體進(jìn)行三維尺寸繪制的精確測量系統(tǒng)。
[0004]目前，有一種基于結(jié)構(gòu)光檢測的三維測量方法能夠?qū)崟r地對物體表面進(jìn)行三維測量。
[0005]基于結(jié)構(gòu)光檢測的三維測量方法是一種能夠?qū)\動物體表面進(jìn)行實時三維檢測的方法。簡單地說，該測量方法首先向自然體表面投射帶有編碼信息的二維激光紋理圖案，例如離散化的散斑圖，由另一位置相對固定的圖像采集裝置對激光紋理進(jìn)行連續(xù)采集，處理單元將采集的激光紋理圖案與預(yù)先存儲在存儲器內(nèi)的已知縱深距離的參考面紋理圖案進(jìn)行比較，根據(jù)所采集到的紋理圖案和已知的參考紋理圖案之間的差異，計算出投射在自然體表面的各個激光紋理序列片段的縱深距離，并進(jìn)一步測量得出待測物表面的三維數(shù)據(jù)?；诮Y(jié)構(gòu)光檢測的三維測量方法采用并行圖像處理的方法，因此能夠?qū)\動物體進(jìn)行實時檢測，具有能夠快速、準(zhǔn)確進(jìn)行三維測量的優(yōu)點，特別適用于對實時測量要求較高的使用環(huán)境。
[0006]圖1示出待測對象的一個示例的示意圖。
[0007]圖2示出子激光束投影到待測對象表面的離散斑點示意圖。
[0008]圖3示出利用現(xiàn)有技術(shù)計算得到的待測對象輪廓的示意圖。
[0009]從圖2中可以看出，由于離散的各個激光光斑間有一定距離，因此針對投射面較細(xì)窄的位置無法發(fā)射較多的光斑信息，這樣就容易丟失部分真實深度信息。即使在較大的投射面，也會因為該原因而無法穩(wěn)定連續(xù)描述其邊緣輪廓，從而引起輪廓邊緣的測量數(shù)據(jù)不穩(wěn)定。
[0010]另外，在難以確定待測對象的邊緣輪廓的情況下，需要對整個圖像中的光斑進(jìn)行深度計算，才能確定對象方位。而如果能夠方便地獲知輪廓，則只需要對輪廓內(nèi)的光斑進(jìn)行相應(yīng)計算。由此可以大幅減小計算量。
[0011]因此，需要一種拍攝設(shè)備和方法、三維測量系統(tǒng)、深度計算方法和設(shè)備，使得能夠更準(zhǔn)確地獲得待測對象的邊緣輪廓。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明所要解決的一個技術(shù)問題是，提供一種拍攝設(shè)備和方法、三維測量系統(tǒng)、深度計算方法和設(shè)備，通過使用調(diào)制光束與均勻光的結(jié)合，在使用現(xiàn)場圖案獲得深度數(shù)據(jù)的同時，能夠更準(zhǔn)確地檢測待測對象的輪廓，進(jìn)而更加便于獲得待測對象的空間深度信息。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于三維測量的圖像拍攝設(shè)備，包括:投射裝置，用于向測量區(qū)域投射基于參考圖案調(diào)制的調(diào)制光束，以在測量區(qū)域中形成現(xiàn)場圖案；均勻光源，用于向測量區(qū)域投射基本上均勻的均勻光；以及成像裝置，用于對測量區(qū)域進(jìn)行拍攝以形成圖像，均勻光的強度與調(diào)制光束的強度被配置為使得能夠從圖像中識別出現(xiàn)場圖案。
[0014]優(yōu)選地，該設(shè)備還可以包括:激光發(fā)生器，用于產(chǎn)生激光；以及分束器，用于將激光發(fā)生器產(chǎn)生的激光分為兩束激光，其中第一束激光被引導(dǎo)至投射裝置，第二束激光被引導(dǎo)至均勻光源，投射裝置通過對第一束激光進(jìn)行調(diào)制來產(chǎn)生調(diào)制光束；并且均勻光源包括勻光片，用于將第二束激光轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆蚬狻?br>[0015]優(yōu)選地，該設(shè)備還可以包括:激光發(fā)生器，用于產(chǎn)生激光，其中，投射裝置通過對激光進(jìn)行調(diào)制來產(chǎn)生調(diào)制光束；并且均勻光源包括發(fā)光二極管陣列，用于產(chǎn)生均勻光。
[0016]優(yōu)選地，調(diào)制光束和均勻光是波長在人類肉眼不可見光波波長范圍內(nèi)的不可見光，成像裝置具有帶通濾光片，不可見光能夠透過帶通濾光片。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種三維測量系統(tǒng)，包括:前述的圖像拍攝設(shè)備；以及處理器，用于基于成像裝置拍攝的圖像和參考圖案，計算待測對象上的現(xiàn)場圖案的點的深度數(shù)據(jù)，深度數(shù)據(jù)表示待測對象上的現(xiàn)場圖案的點相對于成像裝置的距離。
[0018]優(yōu)選地，均勻光使得在圖像中，待測對象與背景之間具有亮度差；處理器根據(jù)亮度差來確定待測對象的輪廓。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，還提供了一種用于三維測量的圖像拍攝方法，包括:向測量區(qū)域投射基于參考圖案調(diào)制的調(diào)制光束，以在測量區(qū)域中形成現(xiàn)場圖案；向測量區(qū)域投射基本上均勻的均勻光；以及使用成像裝置對測量區(qū)域進(jìn)行拍攝以形成圖像，均勻光的強度與調(diào)制光束的強度被配置為使得能夠從圖像中識別出現(xiàn)場圖案。
[0020]優(yōu)選地，調(diào)制光束和均勻光是波長在人類肉眼不可見光波波長范圍內(nèi)的不可見光，成像裝置具有帶通濾光片，不可見光能夠透過帶通濾光片。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的再一方面，還提供了一種基于前述的用于三維測量的圖像拍攝方法拍攝的圖像來計算待測對象的深度數(shù)據(jù)的方法，均勻光使得在圖像中，待測對象與背景之間具有亮度差，該方法包括:根據(jù)亮度差來確定待測對象的輪廓；基于輪廓內(nèi)的現(xiàn)場圖案和參考圖案，計算待測對象上的現(xiàn)場圖案的點的深度數(shù)據(jù)，深度數(shù)據(jù)表示待測對象上的現(xiàn)場圖案的點相對于成像裝置的距離。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的再一方面，還提供了一種基于前述的用于三維測量的圖像拍攝方法拍攝的圖像來計算待測對象的深度數(shù)據(jù)的設(shè)備，均勻光使得在圖像中，待測對象與背景之間具有亮度差，該設(shè)備包括:輪廓確定裝置，用于根據(jù)亮度差來確定待測對象的輪廓；深度數(shù)據(jù)計算裝置，用于基于輪廓內(nèi)的現(xiàn)場圖案和參考圖案，計算待測對象上的現(xiàn)場圖案的點的深度數(shù)據(jù)，深度數(shù)據(jù)表示待測對象上的現(xiàn)場圖案的點相對于成像裝置的距離。
[0023]通過使用本發(fā)明的拍攝設(shè)備和方法、三維測量系統(tǒng)、深度計算方法和設(shè)備，通過向待測對象投射基本上均勻的均勻光增大待測對象與背景之間的亮度差來識別待測對象的輪廓，進(jìn)而可以準(zhǔn)確地測量待測對象的景深信息。
【附圖說明】
[0024]通過結(jié)合附圖對本公開示例性實施方式進(jìn)行更詳細(xì)的描述，本公開的上述以及其它目的、特征和優(yōu)勢將變得更加明顯，其中，在本公開示例性實施方式中，相同的參考標(biāo)號通常代表相同部件。
[0025]圖1示出待測對象的一個示例的示意圖。
[0026]圖2示出子激光束投影到待測對象表面的離散斑點示意圖。
[0027]圖3示出利用現(xiàn)有技術(shù)計算得到的待測對象輪廓的示意圖。
[0028]圖4示出根據(jù)本發(fā)明的用于三維測量的圖像拍攝設(shè)備的示意性方框圖。
[0029]圖5示出根據(jù)本發(fā)明的投射裝置的一個示例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖6示出根據(jù)本發(fā)明的均勻光源的一個示例的示意圖。
[0031]圖7示出根據(jù)本發(fā)明的均勻光源的另一示例的示意圖。
[0032]圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的三維測量系統(tǒng)的示意性方框圖。
[0033]圖9示出根據(jù)本發(fā)明的用于三維測量的圖像拍攝方法的流程圖。
[0034]圖10示出基于前述的拍攝的圖像來計算待測對象的深度數(shù)據(jù)的方法的流程圖。
[0035]圖11示出基于前述方法拍攝的圖像來計算待測對象的深度數(shù)據(jù)的設(shè)備的示意性方框圖。
[0036]圖12示出利用均勻光源照射后的待測對象圖像的示意圖。
[0037]圖13示出利用均勻光源計算得到的待測對象輪廓的示意圖。
【具體實施方式】
[0038]下面將參照附圖更詳細(xì)地描述本公開的優(yōu)選實施方式。雖然附圖中顯示了本公開的優(yōu)選實施方式，然而應(yīng)該理解，可以以各種形式實現(xiàn)本公開而不應(yīng)被這里闡述的實施方式所限制。相反，提供這些實施方式是為了使本公開更加透徹和完整，并且能夠?qū)⒈竟_的范圍完整地傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。
[0039]本發(fā)明的下述實施例將均勻光源投射到待測對象上，增加了待測對象表面的亮度梯度，同時均勻光源產(chǎn)生的陰影也增強了待測對象輪廓的對比度，進(jìn)而可以獲得更加準(zhǔn)確的待測對象輪廓數(shù)據(jù)。
[0040]圖4示出根據(jù)本發(fā)明的用于三維測量的圖像拍攝設(shè)備的示意性方框圖。
[0041]如圖4所示，該實施例中的用于三維測量的圖像拍攝設(shè)備4可以包括投射裝置40、均勻光源41和成像裝置42。
[0042]投射裝置40，用于向測量區(qū)域投射基于參考圖案調(diào)制的調(diào)制光束，以在測量區(qū)域中形成現(xiàn)場圖案。
[0043]均勻光源41，用于向測量區(qū)域投射基本上均勻的均勻光。
[0044]成像裝置42，用于對測量區(qū)域進(jìn)行拍攝以形成圖像，均勻光的強度與調(diào)制光束的強度被配置為使得能夠從圖像中識別出現(xiàn)場圖案。
[0045]其中，在參考圖案和測量區(qū)域中形成的現(xiàn)場圖案可以是但不限于離散光斑形式。接下來以離散光斑為例進(jìn)行說明。
[0046]成像裝置42所采集的圖像可以為靜態(tài)圖像，也可以為動態(tài)圖像。
[0047]在