CN102984446B - 图像采集装置及图像采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种图像采集装置及图像采集方法，该图像采集装置包括：发光单元，用于朝图像采集区域发射光线；接收单元，用于接收图像采集区域反射所述发射光线的反射光线；采集单元，用于采集所述图像采集区域中反射所述发射光线的第一位置点的图像；计时单元，用于获得所述发射光线的发射时间和所述反射光线的接收时间，并依据所述发射时间和所述接收时间计算所述接收时间和所述发射时间的时间差；计算单元，用于根据所述时间差，计算所述图像采集装置与所述第一位置点之间的距离；扫描单元，用于间隔预定时间，调整所述发射光线在所述图像采集区域中的发射方向。该图像采集装置及图像采集方法能够完成深度图像数据的输出，具备深度感知的功能。

Description

图像采集装置及图像采集方法

技术领域

本发明涉及图像拍摄技术领域，尤其是指一种图像采集装置及图像采集方法。

背景技术

目前图像拍摄技术发展讯速且被广泛应用，现市场上已有多种高精度及多功能的摄像装置，如摄像头、照相机及摄相机等。

现有技术的各种摄像装置，通常所拍摄到的图片或图像仅能够反映出被拍摄物体的影像，不能够体现摄像装置与被拍摄物体之间的距离。然而，生活中也存在一些具有测绘要求的拍摄情况，例如交通事故的鉴定中，除获得被拍摄物体的影像外，若同时感知确定摄像装置与被拍摄物体的距离，则会给事故鉴定提供充分证据，大大提高工作效率。

因此，在图像拍摄技术领域，具有深度感知的图像拍摄设备还有待进一步开发。

发明内容

本发明技术方案的目的是提供一种图像采集装置及图像采集方法，具备深度感知拍摄功能。

为实现上述目的，本发明具体实施例的一方面提供一种图像采集装置，包括：

发光单元，用于朝图像采集区域发射光线；

接收单元，用于接收所述图像采集区域反射所述发射光线的反射光线；

采集单元，用于采集所述图像采集区域中反射所述发射光线的第一位置点的图像；

计时单元，用于获得所述发射光线的发射时间和所述反射光线的接收时间，并依据所述发射时间和所述接收时间计算所述接收时间和所述发射时间的时间差；

计算单元，用于根据所述时间差，计算所述图像采集装置与所述第一位置点之间的距离；

扫描单元，用于间隔预定时间，调整所述发射光线在所述图像采集区域中的发射方向。

优选地，上述所述的图像采集装置，所述扫描单元间隔所述预定时间调整所述发射光线的方向，所述接收单元获得所述图像采集区域中的每一位置点反射所述发射光线的反射光线。

优选地，上述所述的图像采集装置，所述图像采集装置还包括：

输出单元，用于根据所述图像采集区域中反射所述发射光线的每一位置点的图像及根据每一位置点与所述图像采集装置之间的距离，生成整个所述图像采集区域的深度图像。

优选地，上述所述的图像采集装置，所述接收单元和所述采集单元为同一单元，所述接收单元接收所述反射光线的同时，采集所述图像采集区域中反射所述发射光线的第一位置点的图像。

优选地，上述所述的图像采集装置，所述预定时间大于所述时间差。

优选地，上述所述的图像采集装置，所述扫描单元包括：

反射单元，用于将所述发光单元发出的光朝所述图像采集区域反射，形成为所述发射光线；

第一驱动单元，用于间隔所述预定时间，调整所述反射单元的反射方向，使所述发射光线在所述图像采集区域中的发射方向改变。

优选地，上述所述的图像采集装置，所述扫描单元包括：第二驱动单元，与所述发光单元连接，用于间隔所述预定时间，调整所述发光单元所发出光的方向，使所述发射光线在所述图像采集区域中的发射方向改变。

本发明具体实施例另一方面提供一种图像采集方法，用于一图像采集装置，包括：

朝图像采集区域发射光线；

接收所述图像采集区域反射所述发射光线的反射光线；

采集所述图像采集区域中反射所述发射光线的第一位置点的图像；

获得所述发射光线的发射时间和所述反射光线的接收时间，并依据所述发射时间和所述接收时间计算所述接收时间和所述发射时间的时间差；

根据所述时间差，计算所述图像采集装置与所述第一位置点之间的距离；

间隔预定时间，调整所发射光线在所述图像采集区域中的发射方向，获得所述图像采集装置与所述图像采集区域中每一位置点之间的距离。

优选地，上述所述的图像采集方法，还包括步骤：

根据所述图像采集区域中反射所述发射光线的每一位置点的图像及根据每一位置点与所述图像采集装置之间的距离，生成整个所述图像采集区域的深度图像。

优选地，上述所述的图像采集方法，在接收所述反射光线的同时，采集所述图像采集区域中反射所述发射光线的第一位置点的图像。

本发明具体实施例上述技术方案中的至少一个具有以下有益效果：

所述图像采集装置和图像采集方法，能够完成深度图像数据的输出，具备深度感知的功能，而且采用脉冲激光制成的发光单元及用于图像采集的采集单元等元件可以集成在一个电子设备中，形成为小型化、适于广泛应用的图像采集装置；此外，该图像采集装置能够组合每一位置点的深度图像数据，直接输出整个图像采集区域的深度图像，该过程不需要软件作进一步地计算，达到输出图像快速并同时能降低硬件成本的效果。

附图说明

图1为本发明具体实施例所述图像采集装置的结构示意图；

图2为本发明具体实施例所述图像采集方法的流程示意图；

图3本采用本发明具体实施例方法输出整个图像采集区域的深度图像的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明进行详细描述。

采用本发明具体实施例所述图像采集装置及图像采集方法，能够实现深度感知的功能。

图1为本发明具体实施例所述图像采集装置的结构示意图，所图所示，该图像采集装置包括：

发光单元，用于朝图像采集区域10发射光线；

接收单元，用于接收所述图像采集区域10反射所述发射光线的反射光线；

采集单元，用于采集所述图像采集区域10中反射所述发射光线的第一位置点的图像；

计时单元，用于获得所述发射光线的发射时间和所述反射光线的接收时间，并依据所述发射时间和所述接收时间计算所述接收时间和所述发射时间的时间差；

计算单元，用于根据所述时间差，计算所述图像采集装置与所述第一位置点之间的距离；

扫描单元，用于间隔预定时间，调整所述发射光线在所述图像采集区域10中的发射方向。

本发明具体实施例所示图像采集装置，利用光传输速度为已知的原理，来计算被拍摄物体与图像采集装置之间的距离，发光单元朝图像采集区域10的其中一位置点(第一位置点)发射光线，以及接收单元接收该第一位置点反射该发射光线的反射光线，通过获得发射光线的发射时间和反射光线的反射时间，即能够计算得知该第一位置点与图像采集装置之间的距离；同时采集单元采集第一位置点的图像，即能够输出图像采集区域上该第一位置点的深度图像数据。

进一步地，所述图像采集装置按照一定帧率来提供深度图像数据，扫描单元按照一定频率(间隔预定时间)改变发光单元发射光线的方向，使发光单元所发射光线在图像采集区域的每一位置点扫描，依据上述的方式获得并输出每一位置点的深度图像数据，因此在完成图像采集区域每一位置点的扫描后，则能够得到该整个图像采集区域的深度图像。

根据以上，采用本发明具体实施例所述图像采集装置在图像采集区域10进行深度图像采集的步骤如下：

发光单元朝图像采集区域10发射第一光线，其中该第一光线发射至图像采集区域10上被拍摄物体的第一位置点；

该第一位置点反射该第一光线，获得第一反射光线，该第一反射光线被接收单元所接收；

采集单元采集图像采集区域10上该第一位置点的图像；

计时单元获得第一光线的发射时间，和第一反射光线被接收单元所接收的接收时间，计算该发射时间和接收时间的时间差S1；

根据该时间差S1，利用公式：计算图像采集装置与图像采集区域10上第一位置点之间的距离，其中V为光速；

扫描单元调整发光单元在图像采集区域10中的发射方向，使发光单元朝图像采集区域10发射第二光线，其中第二光线相对于第一光线的发射方向不同，使第二光线发射至图像采集区域10上被拍摄物体的第二位置点；

该第二位置点反射该第二光线，获得第二反射光线，该第二反射光线被接收单元所接收；

采集单元采集图像采集区域10上该第二位置点的图像；

计时单元获得第二光线的发射时间，和第二反射光线被接收单元所接收的接收时间，计算该发射时间和接收时间的时间差S2；

根据该时间差S2，利用公式：计算图像采集装置与图像采集区域10上第二位置点之间的距离。

扫描单元进一步调整发光单元在图像采集区域10中的发射方向，使发光单元所发射光线继续依次扫描图像采集区域10上的被拍摄物体的不同位置点，重复以上的步骤，获取每一位置点距图像采集装置的距离以及每一位置点的图像，由此获得每一位置点的深度图像，直至扫描至被拍摄物体的最后一个位置点。

进一步地，如图1所示，该图像采集装置还进一步包括输出单元，用于根据图像采集区域中反射所述发射光线的每一位置点的图像及根据每一位置点与所述图像采集装置之间的距离，生成整个所述图像采集区域的深度图像，也即最后根据每一位置点的深度图像，输出整个图像采集区域的深度图像。

此外，所述图像采集装置的扫描单元间隔预定时间调整发射光线的发射方向，在该间隔预定时间内，完成一个位置点的深度图像拍摄，即该预定时间大于至其中一位置点发射光线的发射时间和反射光线的接收时间之间的时间差。

最佳地，所述图像采集装置按照一定的帧率来提供深度图像数据，如每秒提供30帧的深度图像，也即每秒提供30个位置点的深度图像，则扫描单元用于扫描的间隔预定时间为1/30秒，图像采集装置的每一帧图像包括图像采集区域上其中一位置点的深度图像。

本发明具体实施例所述图像采集装置，所述扫描单元的结构可以包括：

反射单元，如为一微扫描透镜，用于反射发光单元发出的光，将发光单元发出的光朝图像采集区域反射，形成为所述发射光线；

第一驱动单元，用于间隔所述预定时间，调整所述反射单元的反射方向，使所述发射光线在所述图像采集区域中的发射方向改变。

采用该种结构的扫描单元，发光单元的发光方向为保持不变，通过改变反射单元的反射方向，使发光单元所发出的光传输至图像采集区域上的位置点变化，对每一位置点进行扫描。

此外，所述扫描单元也可以为另一种实施结构，包括：

第二驱动单元，与所述发光单元连接，用于间隔所述预定时间，调整所述发光单元所发出光的方向，使所述发射光线在所述图像采集区域中的发射方向改变。

采用该种结构的扫描单元，利用第二驱动单元驱动发光单元转动，使发光单元所发出的光传输至图像采集区域上的位置点变化，对每一位置点进行扫描。

图1所示本发明具体实施例所述图像采集装置中，接收单元和采集单元可以为同一单元，在接收反射光线的同时，采集图像采集区域中用于反射所述发射光线的位置点的图像；此外，计时单元、计算单元及输出单元也可以合并为一个单元，通过一个单元完成上述各单元的功能。

具体地，所述发光单元可以为一脉冲激光，但并不以此为限。

根据以上，本发明具体实施例所述图像采集装置，能够完成深度图像数据的输出，具备深度感知的功能，而且采用脉冲激光制成的发光单元及用于图像采集的采集单元等元件可以集成在一个电子设备中，形成为小型化、适于广泛应用的图像采集装置；此外，该图像采集装置能够组合每一位置点的深度图像数据，直接输出整个图像采集区域的深度图像，该过程不需要软件作进一步地计算，达到输出图像快速并同时能降低硬件成本的效果。

本发明具体实施例的另一方面还提供一种图像采集方法，应用于一图像采集装置，如图2所示，包括步骤：

S01，朝图像采集区域发射光线；

S02，接收所述图像采集区域反射所述发射光线的反射光线；

S03，采集所述图像采集区域中反射所述发射光线的第一位置点的图像；

S04，获得所述发射光线的发射时间和所述反射光线的接收时间，并依据所述发射时间和所述接收时间计算所述接收时间和所述发射时间的时间差；

S05，根据所述时间差，计算所述图像采集装置与所述第一位置点之间的距离；

S06，间隔预定时间，调整所发射光线在所述图像采集区域中的发射方向，获得所述图像采集装置与所述图像采集区域中每一位置点之间的距离。

依据上述的步骤，所述图像采集方法获得并输出每一位置点的深度图像数据，在完成图像采集区域每一位置点的扫描后，则能够得到该整个图像采集区域的深度图像。

采用本发明具体实施例所述图像采集方法在图像采集区域10进行深度图像采集的具体步骤如下：

朝图像采集区域10发射第一光线，其中该第一光线发射至图像采集区域10上被拍摄物体的第一位置点；

该第一位置点反射该第一光线，获得第一反射光线，接收该第一反射光线；

采集图像采集区域10上该第一位置点的图像；

获得第一光线的发射时间，和第一反射光线被接收单元所接收的接收时间，计算该发射时间和接收时间的时间差S1；

根据该时间差S1，利用公式：计算图像采集装置与图像采集区域10上第一位置点之间的距离，其中V为光速；

调整发射光线在图像采集区域10中的发射方向，朝图像采集区域10发射第二光线，其中第二光线相对于第一光线的发射方向不同，使第二光线发射至图像采集区域10上被拍摄物体的第二位置点；

该第二位置点反射该第二光线，获得第二反射光线，接收单元接收该第二反射光线；

采集图像采集区域10上该第二位置点的图像；

获得第二光线的发射时间，和第二反射光线被接收的接收时间，计算该发射时间和接收时间的时间差S2；

根据该时间差S2，利用公式：计算图像采集装置与图像采集区域10上第二位置点之间的距离。

进一步调整发射光线在图像采集区域10中的发射方向，使发射光线继续依次扫描图像采集区域10上的被拍摄物体的不同位置点，重复以上的步骤，获取每一位置点距图像采集装置的距离以及每一位置点的图像，由此获得每一位置点的深度图像，直至扫描至被拍摄物体的最后一个位置点。

采用本发明具体实施例所述图像采集方法，还包括步骤：

根据所述图像采集区域中反射所述发射光线的每一位置点的图像及根据每一位置点与所述图像采集装置之间的距离，生成整个所述图像采集区域的深度图像。

所述图像采集方法用于输出整个图像采集区域的深度图像的步骤可以为图3所示，包括步骤：

S10，开始；

S20，根据上述的步骤S01至S05，输出图像采集区域上第一位置点的深度图像；

S30，检查该第一位置点是否为图像采集区域上的最后一个位置点，若判断结果为否，则向下执行步骤S40，若判断结果为是，则向下执行步骤S50；

S40，改变发射光线向图像采集区域的发射方向，使发射光线发射至下一个位置点，并返回步骤S20；

S50，根据每一位置点的深度图像数据，生成整个图像采集区域的深度图像；

S60，结束。

此外，在图2所示步骤的图像采集方法中，步骤S02和步骤S03可以同时执行，在接收所述反射光线的同时，则采集所述图像采集区域中反射所述发射光线的第一位置点的图像。

采用本发明具体实施例所述图像采集方法，能够完成深度图像数据的输出，使图像采集装置具备深度感知的功能，此外，该图像采集装置能够组合每一位置点的深度图像数据，直接输出整个图像采集区域的深度图像，该过程不需要软件作进一步地计算，达到输出图像快速并同时能降低硬件成本的效果。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种图像采集装置，其特征在于，包括：

发光单元，用于朝图像采集区域发射光线；

接收单元，用于接收所述图像采集区域反射所述发射光线的反射光线；

采集单元，用于采集所述图像采集区域中反射所述发射光线的第一位置点的图像；

计时单元，用于获得所述发射光线的发射时间和所述反射光线的接收时间，并依据所述发射时间和所述接收时间计算所述接收时间和所述发射时间的时间差；

计算单元，用于根据所述时间差，计算所述图像采集装置与所述第一位置点之间的距离；

扫描单元，用于间隔预定时间，调整所述发射光线在所述图像采集区域中的发射方向，包括：反射单元，采用一微扫描透镜，用于将所述发光单元发出的光朝所述图像采集区域反射，形成为所述发射光线。

2.如权利要求1所述的图像采集装置，其特征在于，所述扫描单元间隔所述预定时间调整所述发射光线的方向，所述接收单元获得所述图像采集区域中的每一位置点反射所述发射光线的反射光线。

3.如权利要求1或2所述的图像采集装置，其特征在于，所述图像采集装置还包括：

输出单元，用于根据所述图像采集区域中反射所述发射光线的每一位置点的图像及根据每一位置点与所述图像采集装置之间的距离，生成整个所述图像采集区域的深度图像。

4.如权利要求1所述的图像采集装置，其特征在于，所述接收单元和所述采集单元为同一单元，所述接收单元接收所述反射光线的同时，采集所述图像采集区域中反射所述发射光线的第一位置点的图像。

5.如权利要求1所述的图像采集装置，其特征在于，所述预定时间大于所述时间差。

6.如权利要求1所述的图像采集装置，其特征在于，所述扫描单元包括：

第一驱动单元，用于间隔所述预定时间，调整所述反射单元的反射方向，使所述发射光线在所述图像采集区域中的发射方向改变。

7.如权利要求1所述的图像采集装置，其特征在于，所述扫描单元包括：第二驱动单元，与所述发光单元连接，用于间隔所述预定时间，调整所述发光单元所发出光的方向，使所述发射光线在所述图像采集区域中的发射方向改变。

8.一种图像采集方法，用于一图像采集装置，其特征在于，包括：

朝图像采集区域发射光线；

接收所述图像采集区域反射所述发射光线的反射光线；

采集所述图像采集区域中反射所述发射光线的第一位置点的图像；

获得所述发射光线的发射时间和所述反射光线的接收时间，并依据所述发射时间和所述接收时间计算所述接收时间和所述发射时间的时间差；

根据所述时间差，计算所述图像采集装置与所述第一位置点之间的距离；

间隔预定时间，调整所发射光线在所述图像采集区域中的发射方向，包括：采用一微扫描透镜，将所述发光单元发出的光朝所述图像采集区域反射，形成为所述发射光线；

获得所述图像采集装置与所述图像采集区域中每一位置点之间的距离。

9.如权利要求8所述的图像采集方法，其特征在于，还包括步骤：

根据所述图像采集区域中反射所述发射光线的每一位置点的图像及根据每一位置点与所述图像采集装置之间的距离，生成整个所述图像采集区域的深度图像。

10.如权利要求8所述的图像采集方法，其特征在于，在接收所述反射光线的同时，采集所述图像采集区域中反射所述发射光线的第一位置点的图像。