CN106530343A - 一种基于目标深度图像的投影装置和投影方法 - Google Patents

一种基于目标深度图像的投影装置和投影方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种基于目标深度图像的投影装置和投影方法,其中投影装置包括深度图像获取组件、图像信息投影组件、光学元件以及处理器;深度图像获取组件用于接收目标反射的第一波长光,以获取目标的深度图像;处理器用于对深度图像进行处理,得到待投影的图像信息;图像信息投影组件用于向目标投射第二波长光,以将图像信息投影于目标;其中,第一波长光经由光学元件进入深度图像获取组件,第二波长光经由光学元件向目标投射;第一波长光进入光学元件的光路与第二波长光射出光学元件的光路相同。本发明投影装置消除深度图像获取组件与图像信息投影组件之间产生的视差,使得图像信息投影得更准确。

Description

一种基于目标深度图像的投影装置和投影方法
技术领域
本发明涉及图像处理技术领域,特别是涉及一种基于目标深度图像的投影装置和投影方法。
背景技术
在现实观察中,目标的深度是很重要的特征,采集目标的深度图像,将其应用到模拟现实、增强现实等领域,成为当前研究热点。在增强现实领域,首先会采集目标的深度图像,然后根据深度图像获取目标的图像信息,将这些图像信息投影到目标上,以增强目标各个特征的显示。
然而在上述过程中,获取深度图像的设备与进行图像信息投影的设备位置不同,存在视差问题,因此由深度图像所生成的目标的图像信息被投影到目标上时,容易出现投影精度问题。
发明内容
本发明提供一种基于目标深度图像的投影装置和投影方法,以解决现有技术的投影装置中元件间的视差带来的投影精度问题。
为解决上述技术问题,本发明提供一种基于目标深度图像的投影装置,其包括深度图像获取组件、图像信息投影组件、光学元件以及处理器;深度图像获取组件用于接收目标反射的第一波长光,以获取目标的深度图像;处理器用于对深度图像进行处理,得到待投影的图像信息;图像信息投影组件用于向目标投射第二波长光,以将图像信息投影于目标;其中,第一波长光经由光学元件进入深度图像获取组件,第二波长光经由光学元件向目标投射;第一波长光进入光学元件的光路与第二波长光射出光学元件的光路相同。
其中,光学元件为分束镜,第一波长光经分束镜透射后进入深度图像获取组件,第二波长光经分束镜反射后向目标投射;或,第一波长光经分束镜反射后进入深度图像获取组件,第二波长光经分束镜透射后向目标投射。
其中,深度图像获取组件进一步包括:投射单元,用于向目标投射第一波长光;采集单元,用于接收目标反射的第一波长光。
其中,采集单元与图像信息投影组件相较于分束镜正交设置。
其中,处理器用于对第一波长光进行处理,得到目标的深度图像。
其中,第一波长光为红外光,第二波长光为可见光。
其中,投影装置进一步包括目标图像采集组件,用于接收目标反射的第二波长光,以获取目标的图像。
为解决上述技术问题,本发明还提供一种基于目标深度图像的投影方法,包括步骤:接收经光学元件处理的目标反射的第一波长光,以获取目标的深度图像;对深度图像进行处理,得到待投影的图像信息;向目标投射经光学元件处理的第二波长光,以将图像信息投影于目标;其中,第一波长光进入光学元件的光路与第二波长光射出光学元件的光路相同。
其中,接收经光学元件处理的目标反射的第一波长光的步骤之前包括:向目标投射第一波长光。
其中,接收经光学元件处理的目标反射的第一波长光的步骤包括:接收经光学元件反射的目标反射的第一波长光;向目标投射经光学元件处理的第二波长光的步骤包括:向目标投射经光学元件透射的第二波长光;或者,接收经光学元件处理的目标反射的第一波长光的步骤包括:接收经光学元件透射的目标反射的第一波长光;向目标投射经所述光学元件处理的第二波长光的步骤包括:向目标投射经光学元件反射的第二波长光。
本发明基于目标深度图像的投影装置包括深度图像获取组件、图像信息投影组件、光学元件以及处理器;深度图像获取组件用于接收目标反射的第一波长光,以获取目标的深度图像;处理器用于对深度图像进行处理,得到待投影的图像信息;图像信息投影组件用于向目标投射第二波长光,以将图像信息投影于目标;其中,第一波长光经由光学元件进入深度图像获取组件,第二波长光经由光学元件向目标投射;第一波长光进入光学元件的光路与第二波长光射出光学元件的光路相同。本发明中经由光学元件处理,使得深度图像获取组件接收的第一波长光与图像信息投影组件投射的第二波长光有相同的光路,因此即使深度图像获取组件和图像信息投影组件位于的不同位置,两者之间也不会产生视差,保证了根据深度图像得到的图像信息的投影精度。
附图说明
图1是本发明基于目标深度图像的投影装置第一实施方式的结构示意图;
图2是本发明基于目标深度图像的投影装置第二实施方式的结构示意图;
图3是本发明基于目标深度图像的投影方法一实施方式的流程示意图。
具体实施方式
本发明的投影装置用作基于目标的深度图像对目标进行投影,这里的目标表示投影装置的投影对象,可以是一个物体也可以是一个空间。投影装置中深度图像获取组件所获取的目标深度图像能够体现目标中各个像素点的深度信息,即各个像素点相对于参考点的远近。处理器对深度信息进行分析,可获得目标无法被人眼直观看到的特征,即图像信息。然后图像信息投影组件将图像信息投影于目标上,使得分析出的特征体现在目标上,能够被人眼直观看到。
为便于理解,以本发明投影装置在沙盘游戏中的应用为例,对投影装置的作用进行说明。在沙盘中可用沙子创建海洋、高山、峡谷等地貌,本发明的投影装置首先获取沙盘的深度图像;设置一海平面作为基准后,可根据深度图像识别出高山,海洋等区域;然后对沙盘进行投影,使高山区域呈现褐色,海洋区域呈现蓝色。以增强沙盘在现实中的显示效果。
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案,下面结合附图及具体实施方式对本发明所提供的基于目标深度图像的投影装置及投影方法作进一步的描述。
请参阅图1,图1是本发明基于目标深度图像的投影装置第一实施方式的结构示意图。本实施方式投影装置100包括深度图像获取组件11、图像信息投影组件12、光学元件13以及处理器14。
其中,深度图像获取组件11用于接收目标300反射的第一波长光λ1,以获取目标300的深度图像。
本实施方式中采用结构光三维视觉技术来获取深度图像,即首先对目标300投射第一波长光λ1的结构光,结构光由于目标300表面的深度变化而受到调制;接收目标300表面反射的第一波长光λ1,能够获得发生畸变的结构光图像,从而获得目标300的深度图像。这种获得深度图像的方式中,第一波长光λ1一般为红外光。
深度图像获取组件11则用于接收目标300反射的第一波长光λ1,且深度图像获取组件11本身可对接收到的第一波长光λ1进行处理,得到目标300的深度图像。其它实施方式中,也可在深度图像获取组件11接收到第一波长光λ1后,利用处理器14对第一波长光λ1进行处理,以得到目标300的深度图像。
在获得深度图像后,利用处理器14对深度图像进行处理,得到待投影的图像信息。
待投影的图像信息与深度图像相关,比如在前述沙盘的应用中,图像信息则是对应于不同深度的不同颜色。还比如在目标空间的物体提示的应用中,目标空间中同时存在桌子椅子等物,通过对深度图像的分析可识别出桌子椅子及其所在的位置。图像信息则是对应与目标空间中不同物体的文字或图像说明。
在目标空间物体提示的应用中,处理器14对深度图像进行处理的具体过程为:1)对深度图像进行聚类处理,利用聚类结果分割出深度图像中的各个部分,提取其中闭合的部分,其他部分视为多余信息去除。2)对提取的闭合部分进行特征采集。3)根据特征输出到经过学习的分类器中进行分类,识别出目标空间中各个物体的位置及种类。4)生成相应的图像信息,图像信息中对应于不同的物体有不同的文字或图像说明。
获取图像信息后,投影装置100中的图像信息投影组件12则向目标300投射第二波长光λ2,以将图像信息投影于目标300。
将图像信息投影于目标300是为了使用户能够直观的看到根据深度图像分析得到的信息,以增强目标300现实中的显示内容。第二波长光λ2一般为可见光,与第一波长光λ1有不同的波长。
深度图像获取组件11从目标300出获取深度图像,根据深度图像生成图像信息,图像信息投影组件12向目标300投射图像信息,位于不同位置的深度图像获取组件11和图像信息投影组件12之间存在视差,使得图像信息被投射时可能有位置不精确的问题。
本实施方式中采用光学元件13来消除视差,具体来说,第一波长光λ1经由光学元件13进入深度图像获取组件11,第二波长光λ2经由光学元件13向目标300投射;第一波长光λ1进入光学元件13的光路16与第二波长光λ2射出光学元件13的光路16相同。
目标300反射的第一波长光λ1和向目标300投射的第二波长光λ2的光路16相同,因此不存在视差的问题,保证了图像信息向目标300的投影精度。
进一步的,还可将深度图像获取组件11的第一波长光λ1采集靶面和图像信息投影组件12的第二波长光λ2投射靶面设置成相同的大小以及分辨率。因此在生成待投影的图像信息时,无需进行图像配准的工作,可以实现快速、准确的投影。
请参阅图2,图2是本发明基于目标深度图像的投影装置第二实施方式的结构示意图。本实施方式中投影装置200包括深度图像获取组件21、图像信息投影组件22、光学元件23以及处理器24。
本实施方式中深度图像获取组件21、图像信息投影组件22、光学元件23以及处理器24与上述投影装置100中相应的元件类似,具体不再赘述。
更为具体的,本实施方式中,深度图像获取组件21进一步包括投射单元211及采集单元212。投射单元211用于向目标投射第一波长光λ1,经目标反射后,由采集单元212接收目标反射的第一波长光λ1。
投射单元211具体由激光红外光源、准直镜和衍射光学元件构成,通过对衍射光学元件的特殊配置,可以实现经由投射单元211向目标投射具有特殊图案的结构光,本实施方式中向目标投射的结构光为红外光散斑颗粒图案。
采集单元212则接收目标反射的第一波长光λ1,对应于投射单元211向目标投射的红外光散斑颗粒图案,本实施方式中采集单元212采集散斑颗粒图像,并将散斑颗粒图像传送至处理器24。
处理器24对第一波长光λ1进行处理,即对散斑颗粒图像进行处理,与预先保存的参考图像进行散斑颗粒偏离计算,再由偏离值计算出散斑颗粒图像各像素对应的深度值,从而得到目标的深度图像。再进一步对深度图像进行处理,得到待投影的图像信息。
由图像信息投影组件22将图像信息投影于目标,投影于目标的图像信息可由人眼直观看到,图像信息投影组件22所投射的为第二波长光λ2,即可见光。且图像信息投影组件22由光源及彩色液晶组成,所投射的图像信息为RGB图像。
而本实施方式中的光学元件23为分束镜23,第一波长光λ1进入分束镜23的光路26与第二波长光λ2射出光学元件13的光路26相同。
具体来说,第一波长光λ1和第二波长光λ2经过分束镜23有两种情况,如图2(a)中,第一波长光λ1经分束镜23反射后进入深度图像获取组件21的采集单元212,第二波长光λ2经分束镜23透射后向目标投射。而在图2(b)中,第一波长光λ1经分束镜23透射后进入采集单元212,第二波长光λ2经分束镜23反射后向目标投射。
且本实施方式中采集单元212与图像信息投影组件22相较于分束镜23正交设置,相应分束镜23可为方体。
在图2(b)中,投影装置200进一步包括目标图像采集组件25,用于接收目标反射的第二波长光,以获取目标的图像。即在图像信息投影组件22将图像信息投影至目标后,目标图像采集组件25用于采集目标的最终效果图。比如在上述沙盘应用中,可以采集到最终的沙盘效果图。
本实施方式解决了采集单元212与图像信息投影组件22之间的视差问题,使得图像信息的投影更准确。
请参阅图3,图3是本发明基于目标深度图像的投影方法一实施方式的流程示意图。本实施方式基于目标深度图像的投影方法包括以下步骤。
S101:接收经光学元件处理的目标反射的第一波长光,以获取目标的深度图像。
在本步骤之前需先向目标投射第一波长光,然后再接收目标方式的第一波长光,且该第一波长光经由光学元件处理。
S102:对深度图像进行处理,得到待投影的图像信息。
S103:向目标投射经光学元件处理的第二波长光,以将图像信息投影于目标。
对于上述步骤S101和步骤S103,第一波长光进入光学元件的光路与第二波长光射出光学元件的光路相同。
若光学元件为分束镜,第一波长光经由光学元件反射,第二波长光经由光学元件透射;或第一波长光经由光学元件透射,第二波长光经由光学元件反射。
本实施方式投影方法中的步骤与上述投影装置中各个元件的工作过程类似,具体不再赘述。该投影方法也能够解决视差问题,保证图像信息投影的精确度。
以上所述仅为本发明的实施方式,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于目标深度图像的投影装置,其特征在于,所述投影装置包括深度图像获取组件、图像信息投影组件、光学元件以及处理器;
所述深度图像获取组件用于接收所述目标反射的第一波长光,以获取所述目标的深度图像;
所述处理器用于对所述深度图像进行处理,得到待投影的图像信息;
所述图像信息投影组件用于向所述目标投射第二波长光,以将所述图像信息投影于所述目标;
其中,所述第一波长光经由所述光学元件进入所述深度图像获取组件,所述第二波长光经由所述光学元件向所述目标投射;所述第一波长光进入所述光学元件的光路与所述第二波长光射出所述光学元件的光路相同。
2.根据权利要求1所述的投影装置,其特征在于,所述光学元件为分束镜,所述第一波长光经所述分束镜透射后进入所述深度图像获取组件,所述第二波长光经所述分束镜反射后向所述目标投射;
或,所述第一波长光经所述分束镜反射后进入所述深度图像获取组件,所述第二波长光经所述分束镜透射后向所述目标投射。
3.根据权利要求2所述的投影装置,其特征在于,所述深度图像获取组件进一步包括:
投射单元,用于向所述目标投射第一波长光;
采集单元,用于接收所述目标反射的第一波长光。
4.根据权利要求3所述的投影装置,其特征在于,所述采集单元与所述图像信息投影组件相较于所述分束镜正交设置。
5.根据权利要求3所述的投影装置,其特征在于,所述处理器用于对所述第一波长光进行处理,得到所述目标的深度图像。
6.根据权利要求1所述的投影装置,其特征在于,所述第一波长光为红外光,所述第二波长光为可见光。
7.根据权利要求1所述的投影装置,其特征在于,所述投影装置进一步包括目标图像采集组件,用于接收所述目标反射的第二波长光,以获取所述目标的图像。
8.一种基于目标深度图像的投影方法,其特征在于,所述投影方法包括步骤:
接收经光学元件处理的所述目标反射的第一波长光,以获取所述目标的深度图像;
对所述深度图像进行处理,得到待投影的图像信息;
向所述目标投射经所述光学元件处理的第二波长光,以将所述图像信息投影于所述目标;
其中,所述第一波长光进入所述光学元件的光路与所述第二波长光射出所述光学元件的光路相同。
9.根据权利要求8所述的投影方法,其特征在于,所述接收经光学元件处理的所述目标反射的第一波长光的步骤之前包括:
向所述目标投射第一波长光。
10.根据权利要求8所述的投影方法,其特征在于,所述接收经光学元件处理的所述目标反射的第一波长光的步骤包括:接收经光学元件反射的所述目标反射的第一波长光;
所述向所述目标投射经所述光学元件处理的第二波长光的步骤包括:向所述目标投射经所述光学元件透射的第二波长光;
或者,所述接收经光学元件处理的所述目标反射的第一波长光的步骤包括:接收经光学元件透射的所述目标反射的第一波长光;
所述向所述目标投射经所述光学元件处理的第二波长光的步骤包括:向所述目标投射经所述光学元件反射的第二波长光。
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