CN106327574A - 数据采集装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种数据采集装置及方法。该数据采集装置包括：深度传感装置和USB数据处理装置，深度传感装置包括深度传感器、激光发生器和深度处理器；激光发生器用于根据深度处理器的控制指令向被照射物体发射激光；深度传感器用于接收被照射物体反射的激光并在接收到被照射物体反射的激光时向深度处理器发送触发信号；深度处理器用于计算发送控制指令的时间与接收到触发信号的时间之间的时间差，根据时间差和激光传输速度计算得到深度传感装置与被照射物体之间的距离，根据距离得出深度图像并发送至USB数据处理装置；USB数据处理装置用于将接收到的深度图像发送至与其相连的USB主机。使用该数据采集装置及方法实施方便，性价比较高。

Description

数据采集装置及方法

技术领域

本发明涉及信息采集技术领域，具体而言，涉及一种数据采集装置及方法。

背景技术

深度图像(depth image)数据广泛应用于三维成像、机器视觉、虚拟现实等领域，市面上的深度图像相机大都成本较高。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种数据采集装置及方法，以改善现有技术中深度图像采集实现成本较高的问题。

本发明实施例提供一种数据采集装置，包括：深度传感装置和USB数据处理装置，所述深度传感装置包括深度传感器、激光发生器和深度处理器，所述USB数据处理装置、深度传感器和激光发生器分别与所述深度处理器相连；

所述激光发生器用于根据所述深度处理器的控制指令向被照射物体发射激光；

所述深度传感器用于接收所述被照射物体反射的激光并在接收到所述被照射物体反射的激光时向所述深度处理器发送触发信号；

所述深度处理器用于计算发送所述控制指令的时间与接收到所述触发信号的时间之间的时间差，根据所述时间差和激光传输速度计算得到所述深度传感装置与所述被照射物体之间的距离，根据所述距离得出深度图像并发送至所述USB数据处理装置；

所述USB数据处理装置用于将接收到的所述深度图像发送至与其相连的USB主机。

优选地，所述数据采集装置还包括与所述激光发生器以及所述深度处理器连接的频率调制器，所述频率调制器用于根据所述深度处理器的控制，调节所述激光发生器向所述被照射物体发射的激光频率。

优选地，所述深度传感器为三维传感器。

优选地，所述深度传感装置为基于飞行时间的传感器芯片，所述深度传感器、激光发生器和深度处理器集成于所述传感器芯片中。

优选地，所述传感器芯片的型号为OPT8320。

优选地，所述USB数据处理装置为8051核心的USB2.0单片机。

优选地，所述USB2.0单片机为赛普拉斯的FX2LP18单片机。

本发明另一较佳实施例提供一种数据采集方法，应用于数据采集装置，所述数据采集装置包括深度传感装置和USB数据处理装置，所述深度传感装置包括深度传感器、激光发生器和深度处理器，所述USB数据处理装置、深度传感器和激光发生器分别与所述深度处理器相连，所述数据采集方法包括：

所述深度处理器向所述激光发生器发送发射激光的控制指令；

所述激光发生器根据所述控制指令向被照射物体发射激光；

所述深度传感器接收所述被照射物体反射的激光并在接收到所述被照射物体反射的激光时向所述深度处理器发送触发信号；

所述深度处理器计算发送所述控制指令的时间与接收到所述触发信号的时间之间的时间差，根据所述时间差和激光传输速度计算得到所述深度传感装置与所述被照射物体之间的距离，根据所述距离得出深度图像并发送至所述USB数据处理装置；

所述USB数据处理装置将接收到的所述深度图像发送至与其相连的USB主机。

优选地，所述根据所述距离得出深度图像并发送至所述USB数据处理装置的步骤，包括：

所述深度处理器根据所述距离得出深度图像；

将所述深度图像直接写到所述USB数据处理装置的内存空间中。

优选地，所述深度传感装置为基于飞行时间的传感器芯片，所述深度传感器、激光发生器和深度处理器集成于所述传感器芯片中，所述传感器芯片的型号为OPT8320；

所述USB数据处理装置为8051核心的USB2.0单片机，所述USB2.0单片机为赛普拉斯的FX2LP18单片机；

所述传感器芯片与所述USB2.0单片机相连。

与现有技术相比，本发明实施例提供的数据采集装置及方法，通过对深度传感装置和USB数据处理装置的巧妙设计与集成，显著减小了数据采集装置的体积，提高了数据采集装置的性价比。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施例提供的数据采集装置的一种结构示意图。

图2是本发明实施例提供的数据采集装置的另一种结构示意图。

图3是本发明实施例提供的数据采集装置的另一种结构示意图。

图4是本发明实施例提供的数据采集方法的流程示意图。

主要元件为：

100-深度传感装置，110-深度传感器，120-深度处理器，130-激光发生器，140-频率调制器；

200-USB数据处理装置；

300-USB主机；

400-被照射物体。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1所示，本发明实施例提供了一种包括深度传感装置100和USB数据处理装置200的数据采集装置。

其中，所述深度传感装置100包括深度传感器110、激光发生器130和深度处理器120。所述USB数据处理装置200、深度传感器110和激光发生器130分别与所述深度处理器120相连。

所述激光发生器130用于根据所述深度处理器120的控制指令向被照射物体400发射激光。

可选地，所述激光发生器130连接有频率调制器140，所述频率调制器140与所述深度处理器120相连，请参阅图2。如此设置后，深度处理器120可以向频率调制器140发送控制指令，使得频率调制器140调节激光发生器130向被照射物体400发射不同频率的激光。

通过上述设计，以满足不同被照射物体400、不同照射环境的需求。

所述深度传感器110用于接收所述被照射物体400反射的激光并在接收到所述被照射物体400反射的激光时向所述深度处理器120发送触发信号。

可选地，所述深度传感器110为三维传感器。本实施例中，该三维传感器为用于三维成像的光学传感器。

被照射物体400会对激光发生器130投射向被照射物体400的表面的激光进行反射，经被照射物体400的表面反射的激光能够被深度传感器110感应到，在深度传感器110感应到反射回的激光时，会向深度处理器120发送触发信号。因而，深度传感器110发送触发信号的时刻即是感应到反射回的激光的时刻。

其中，触发信号可以为一脉冲信号或电平信号。

所述深度处理器120用于计算发送所述控制指令的时间与接收到所述触发信号的时间之间的时间差，根据所述时间差和激光传输速度计算得到所述深度传感装置100与所述被照射物体400之间的距离，根据所述距离得出深度图像并发送至所述USB数据处理装置200。

应理解，深度处理器120发送控制指令的时间相当于激光发生器130发射激光的时间，深度处理器120接收到触发信号的时间相当于激光从被照射物体400表面反射回来的时间。

激光发生器130和深度传感器110均是深度传感装置100的一部分，二者之间的距离基本可以忽略不计，因而，深度处理器120发送控制指令的时间和接收到触发信号的时间之间的时间差相当于激光在深度传感装置100与被照射物体400之间传递一个来回的时间。所以，将深度处理器120发送控制指令的时间和接收到触发信号的时间之间的时间差与激光传输速度相乘即可得出深度传感装置100与被照射物体400之间的来回距离，将深度传感装置100与被照射物体400之间的来回距离除以二即可得出深度传感装置100与被照射物体400的单向距离。

应当理解，虽然激光发生器130和深度传感器110之间的距离基本可以忽略不计，但是，深度传感器110不在激光发生器130所发射的激光的传输路径上，以确保深度传感器110所感应的激光为经被照射物体400反射回的激光，而非激光发生器130发射的激光。

本发明实施例中，深度传感装置100可以相当于摄像机，深度传感装置100与被照射物体400的单向距离相当于被照射物体400相对于摄像机的距离。根据求得的距离即可得出被照射物体400的深度图像。由于根据被照射物体400相对于摄像机的距离得出深度图像为已有的技术，因而在此不作赘述。

进一步地，为了减小USB数据处理装置200的工作负担，深度处理器120通过以下方式将深度图像发送至所述USB数据处理装置200：直接将深度图像写到USB数据处理装置200的内存空间中。

所述USB数据处理装置200用于将接收到的所述深度图像发送至与其相连的USB主机300。

深度处理器120直接将深度图像写入到USB数据处理装置200后，不需要USB数据处理装置200控制进行数据获取，即让USB数据处理装置200作为数据读写的从设备，让深度处理器120作为数据读写的主设备。如此设计，使得USB主机300可以直接到USB数据处理装置200中获取所需数据，而不需要USB数据处理装置200控制，从而能够大幅度提高深度处理器120与USB数据处理装置200之间的数据交互效率，以及大幅度提高USB数据处理装置200与USB主机300之间的数据交互效率。

上述数据采集装置所需的器件较少，基于该数据采集装置可以设计所需的多种深度相机，且成本较低，实施方便，适合大规模推广应用。

如图3所示，为了尽可能减小数据采集装置的体积，可选地，所述深度传感装置100为基于飞行时间的传感器芯片，所述深度传感器110、激光发生器130和深度处理器120集成于所述传感器芯片中。

其中，深度传感器110、激光发生器130和深度处理器120集成于所述传感器芯片中可以理解为，传感器芯片集成了深度传感器110、激光发生器130和深度处理器120的功能。当激光发生器130连接有频率调制器140时，可选地，频率调制器140亦集成于传感器芯片中。

多种功能均集成在传感器芯片中，使得构成的深度传感装置100体积较小。

可选地，所述传感器芯片的型号为OPT8320，它是基于飞行时间(Time of flight，TOF)技术的传感器芯片，能够整合深度数据处理、传感、频率调制等功能。

本发明实施例中，所述USB数据处理装置200采用8051核心的USB2.0单片机作为USB数据处理芯片，该芯片具有成本低、功耗低等优点。

可选地，本发明实施例中采用赛普拉斯的FX2LP18单片机作为USB数据处理芯片。

如图4所示，本发明实施例还提供了一种基于上述数据采集装置的数据采集方法，所述数据采集方法包括以下步骤。

步骤S401：所述深度处理器120向所述激光发生器130发送发射激光的控制指令。

步骤S402：所述激光发生器130根据所述控制指令向被照射物体400发射激光。

可选地，所述激光发生器130连接有频率调制器140，所述频率调制器140与所述深度处理器120相连。深度处理器120可以向频率调制器140发送控制指令，使得频率调制器140调节激光发生器130向被照射物体400发射不同频率的激光。

通过上述设计，以满足不同被照射物体400、不同照射环境的需求。

步骤S403：所述深度传感器110接收所述被照射物体400反射的激光并在接收到所述被照射物体400反射的激光时向所述深度处理器120发送触发信号。

可选地，所述深度传感器110为三维传感器。本实施例中，该三维传感器为用于三维成像的光学传感器。

被照射物体400会对激光发生器130投射向被照射物体400的表面的激光进行反射，经被照射物体400的表面反射的激光能够被深度传感器110感应到，在深度传感器110感应到反射回的激光时，会向深度处理器120发送触发信号。因而，深度传感器110发送触发信号的时刻即是感应到反射回的激光的时刻。

其中，触发信号可以为一脉冲信号或电平信号。

步骤S404：所述深度处理器120计算发送所述控制指令的时间与接收到所述触发信号的时间之间的时间差，根据所述时间差和激光传输速度计算得到所述深度传感装置100与所述被照射物体400之间的距离，根据所述距离得出深度图像并发送至所述USB数据处理装置200。

应理解，深度处理器120发送控制指令的时间相当于激光发生器130发射激光的时间，深度处理器120接收到触发信号的时间相当于激光从被照射物体400表面反射回来的时间。

激光发生器130和深度传感器110均是深度传感装置100的一部分，二者之间的距离基本可以忽略不计，因而，深度处理器120发送控制指令的时间和接收到触发信号的时间之间的时间差相当于激光在深度传感装置100与被照射物体400之间传递一个来回的时间。所以，将深度处理器120发送控制指令的时间和接收到触发信号的时间之间的时间差与激光传输速度相乘即可得出深度传感装置100与被照射物体400之间的来回距离，将深度传感装置100与被照射物体400之间的来回距离除以二即可得出深度传感装置100与被照射物体400的单向距离。

应当理解，虽然激光发生器130和深度传感器110之间的距离基本可以忽略不计，但是，深度传感器110不在激光发生器130所发射的激光的传输路径上，以确保深度传感器110所感应的激光为经被照射物体400反射回的激光，而非激光发生器130发射的激光。

本发明实施例中，深度传感装置100可以相当于摄像机，深度传感装置100与被照射物体400的单向距离相当于被照射物体400相对于摄像机的距离。根据求得的距离即可得出被照射物体400的深度图像。由于根据被照射物体400相对于摄像机的距离得出深度图像为已有的技术，因而在此不作赘述。

步骤S405：所述USB数据处理装置200将接收到的所述深度图像发送至与其相连的USB主机300。

为了减小USB数据处理装置200的工作负担，深度处理器120通过以下方式将深度图像发送至所述USB数据处理装置200：直接将深度图像写到USB数据处理装置200的内存空间中。

深度处理器120直接将深度图像写入到USB数据处理装置200后，不需要USB数据处理装置200控制进行数据获取，即让USB数据处理装置200作为数据读写的从设备，让深度处理器120作为数据读写的主设备。如此设计，使得USB主机300可以直接到USB数据处理装置200中获取所需数据，而不需要USB数据处理装置200控制，从而能够大幅度提高深度处理器120与USB数据处理装置200之间的数据交互效率，以及大幅度提高USB数据处理装置200与USB主机300之间的数据交互效率。

为了尽可能减小数据采集装置的体积，可选地，所述深度传感装置100为基于飞行时间的传感器芯片，所述深度传感器110、激光发生器130和深度处理器120集成于所述传感器芯片中，所述传感器芯片的型号为OPT8320。

OPT8320是德州仪器提供的深度传感器110，它是基于(Time of flight，TOF)技术的传感器芯片，同时整合了深度数据处理功能，集成了深度传感器110、频率调制器140、深度处理器120等功能。

所述USB数据处理装置200为8051核心的USB2.0单片机，所述USB2.0单片机为赛普拉斯的FX2LP18单片机。所述传感器芯片与所述USB2.0单片机相连。

赛普拉斯的FX2LP18单片机为8051核心的USB2.0单片机，用其作为USB数据处理芯片，具有低成本低功耗等优点。

基于上述芯片、单片机的选择，数据采集方法如下。

在频率调制器140的调制下所发射的激光照射到被照射物体400上，光波在被照物体上发生反射效应，深度传感器110接收被照射物体400反射的激光，最后由深度处理器120计算发射激光的时间与接收到反射激光的时间差，从而算出包括该数据采集装置的三维相机与被照射物体400的距离，根据这个距离值可以得出深度图像，最后传送给USB主机300。

为了减少USB数据处理装置200的负担，本发明实施例中使用FX2LP18的SlaveFIFOs(即让USB数据处理装置200作为数据读写的从设备)功能，让FX2LP18作为Slave(从设备)而OPT8320作为Master(主设备)，OPT8320把数据直接写到FX2LP18的为Slave FIFOs开辟的内存空间中，这样USB主机300可以直接获取到数据，而不需要USB数据处理装置200控制，从而大幅度提高了数据交换效率。

经验证，本发明实施例提供的数据采集装置及方法，实施方便，成本低廉。采用TI三维传感器方案加上赛普拉斯的FX2LP18单片机，即可以做到分辨率为80*60、帧率为60fps的USB深度相机，由于只需要两块核心芯片，并且市场价格相对低廉，所以使用本发明方案的相机具有体积小、成本低廉等优点，预期可应用到手势识别、无人机蔽障等领域。

在本发明实施例所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置和方法实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种数据采集装置，其特征在于，包括：深度传感装置和USB数据处理装置，所述深度传感装置包括深度传感器、激光发生器和深度处理器，所述USB数据处理装置、深度传感器和激光发生器分别与所述深度处理器相连；

所述激光发生器用于根据所述深度处理器的控制指令向被照射物体发射激光；

所述深度传感器用于接收所述被照射物体反射的激光并在接收到所述被照射物体反射的激光时向所述深度处理器发送触发信号；

所述深度处理器用于计算发送所述控制指令的时间与接收到所述触发信号的时间之间的时间差，根据所述时间差和激光传输速度计算得到所述深度传感装置与所述被照射物体之间的距离，根据所述距离得出深度图像并发送至所述USB数据处理装置；

所述USB数据处理装置用于将接收到的所述深度图像发送至与其相连的USB主机。

2.根据权利要求1所述的数据采集装置，其特征在于，所述数据采集装置还包括与所述激光发生器以及所述深度处理器连接的频率调制器，所述频率调制器用于根据所述深度处理器的控制，调节所述激光发生器向所述被照射物体发射的激光频率。

3.根据权利要求1所述的数据采集装置，其特征在于，所述深度传感器为三维传感器。

4.根据权利要求3所述的数据采集装置，其特征在于，所述深度传感装置为基于飞行时间的传感器芯片，所述深度传感器、激光发生器和深度处理器集成于所述传感器芯片中。

5.根据权利要求4所述的数据采集装置，其特征在于，所述传感器芯片的型号为OPT8320。

6.根据权利要求1所述的数据采集装置，其特征在于，所述USB数据处理装置为8051核心的USB2.0单片机。

7.根据权利要求6所述的数据采集装置，其特征在于，所述USB2.0单片机为赛普拉斯的FX2LP18单片机。

8.一种数据采集方法，应用于数据采集装置，其特征在于，所述数据采集装置包括深度传感装置和USB数据处理装置，所述深度传感装置包括深度传感器、激光发生器和深度处理器，所述USB数据处理装置、深度传感器和激光发生器分别与所述深度处理器相连，所述数据采集方法包括：

所述深度处理器向所述激光发生器发送发射激光的控制指令；

所述激光发生器根据所述控制指令向被照射物体发射激光；

所述深度传感器接收所述被照射物体反射的激光并在接收到所述被照射物体反射的激光时向所述深度处理器发送触发信号；

所述深度处理器计算发送所述控制指令的时间与接收到所述触发信号的时间之间的时间差，根据所述时间差和激光传输速度计算得到所述深度传感装置与所述被照射物体之间的距离，根据所述距离得出深度图像并发送至所述USB数据处理装置；

所述USB数据处理装置将接收到的所述深度图像发送至与其相连的USB主机。

9.根据权利要求8所述的数据采集方法，其特征在于，所述根据所述距离得出深度图像并发送至所述USB数据处理装置的步骤，包括：

所述深度处理器根据所述距离得出深度图像；

将所述深度图像直接写到所述USB数据处理装置的内存空间中。

10.根据权利要求8所述的数据采集方法，其特征在于，所述深度传感装置为基于飞行时间的传感器芯片，所述深度传感器、激光发生器和深度处理器集成于所述传感器芯片中，所述传感器芯片的型号为OPT8320；

所述USB数据处理装置为8051核心的USB2.0单片机，所述USB2.0单片机为赛普拉斯的FX2LP18单片机；

所述传感器芯片与所述USB2.0单片机相连。