CN106657970A

CN106657970A - 一种深度图成像装置

Info

Publication number: CN106657970A
Application number: CN201610940022.5A
Authority: CN
Inventors: 张超
Original assignee: Leshi Zhixin Electronic Technology Tianjin Co Ltd; LeTV Holding Beijing Co Ltd
Current assignee: Leshi Zhixin Electronic Technology Tianjin Co Ltd; LeTV Holding Beijing Co Ltd
Priority date: 2016-10-25
Filing date: 2016-10-25
Publication date: 2017-05-10

Abstract

本发明实施例提供了一种深度图成像装置，包括：摄像头、随机光斑生成器、滤光片和一个或多个LED灯，其中，所述随机光斑生成器进一步包括：光刻玻璃和衍射光栅，其中，所述滤光片位于所述一个或多个LED灯与所述摄像头之间，所述随机光斑生成器位于所述滤光片与所述摄像头之间；所述光刻玻璃位于所述滤光片与所述摄像头之间，所述衍射光栅位于所述光刻玻璃与所述摄像头之间。本发明实施例的深度图成像装置，所述一个或多个LED灯通过所述光刻玻璃形成一个图像，所述衍射光栅把图案不断复制，通过所述衍射光栅。

Description

一种深度图成像装置

技术领域

本发明实施例涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种深度图成像装置。

背景技术

虚拟现实(VR，Virtual Reality)技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统它利用计算机生成一种模拟环境是一种多源信息融合的交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真使用户沉浸到该环境中。

VR成像原理(双目视差)中，人的双眼看同一物体时，由于左右眼视线方位不同，视网膜上的图像会略有差别，即双眼视差，VR头盔利用双眼视差原理在左右眼屏幕上分别显示两幅具有微小差别的图像，用户将两幅图像融合后得到一幅具有立体效果的图像，左眼和右眼的成像略有差别。

双目立体视觉融合两只眼睛获得的图像并观察它们之间的差别，使使用者可以获得明显的深度感，建立特征间的对应关系，将同一空间物理点在不同图像中的映像点对应起来，这个差别，称作视差(Disparity)图像。

图像深度是指存储每个像素所用的位数，也用于量度图像的色彩分辨率。图像深度确定彩色图像的每个像素可能有的颜色数，或者确定灰度图像的每个像素可能有的灰度级数.它决定了彩色图像中可出现的最多颜色数，或灰度图像中的最大灰度等级。比如一幅单色图像，若每个像素有8位，则最大灰度数目为2的8次方，即256。一幅彩色图像RGB3个分量的像素位数分别为4，4，2，则最大颜色数目为2的4+4+2次方，即1024，就是说像素的深度为10位，每个像素可以是1024种颜色中的一种。

图像深度估计的方法主要分为单目深度估计的方法和双目深度估计的方法，单目是基于一个镜头，而双目是基于两个镜头，国内外比较成熟且应用广泛的双目深度估计的方法是越于双E1视差的深度估计方法，它是用两个摄像头成像，因为两个摄像头之间存在一定的距离，所以同一景物通过两个镜头所成的像有一定的差别，既视差，因为视差信息的存在，可以由于来估计出景物的大体深度信息。

VR系统中，获得深度图是实现3D手势识别的基础。目前的厂商，如LeapMotion和uSens，都采用红外波段内的双目视差，然后点云重建实现的，这样会丢失图片的细节。

现有技术中，随机光斑在结构光上使用，没在双目视觉上设备使用，如果使用红外波段进行成像，形成的图像只是轮廓，可光见技术方案在使用干扰、运算量比较大，例如一个图像形成噪声非常多。而且，现有技术中的成像技术，精度和成像的范围有限，比如在VR上近距离0.5米使用是无法实现的，一般常用可见光是0.5米以上，精度在1CM-2CM(厘米)，而VR上使用的都是毫米级。

因此，如何提高虚拟现实终端的深度图成像的质量，成为有必要解决的技术问题。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种深度图成像装置，用以解决现有技术中虚拟现实终端的深度图成像的质量不高的问题。

本发明实施例采用的技术方案如下：

本发明的一实施例提供一种深度图成像装置，所述深度图成像装置包括：摄像头、随机光斑生成器、滤光片和一个或多个LED灯，其中，所述随机光斑生成器进一步包括：光刻玻璃和衍射光栅，其中，

所述滤光片位于所述一个或多个LED灯与所述摄像头之间，所述随机光斑生成器位于所述滤光片与所述摄像头之间；

所述光刻玻璃位于所述滤光片与所述摄像头之间，所述衍射光栅位于所述光刻玻璃与所述摄像头之间。

可选地，所述多个LED灯的数目为偶数。

可选地，所述LED灯的数目为两个。

可选地，所述LED灯的数目为四个。

可选地，所述光刻玻璃为2级工艺。

可选地，所述光刻玻璃为2.5级工艺。

可选地，所述摄像头的数目为两个。

可选地，所述摄像头为视觉传感器、线摄像头或无线摄像头。

可选地，所述摄像头为USB摄像头，wifi摄像头，ARM接摄像头或cmos摄像头。

可选地，所述滤光片是中性滤光片、中性灰度镜、截止滤光片、高通滤光片、低通滤光片、带通滤光片、紫外滤光片和UV滤光片的任意一种。

本发明实施例的技术方案具有以下优点：

本发明实施例的深度图成像装置，由于在摄像头之前依次分别设置随机光斑生成器和滤光片；在滤光片之前设置一个或多个LED灯；在随机光斑生成器内设置光刻玻璃和衍射光栅，且光刻玻璃位于滤光片之后，衍射光栅位于光刻玻璃与摄像头之间，所以，一个或多个LED灯通过光刻玻璃形成一个图像，衍射光栅把图案不断复制，通过衍射光栅来实现图像的厚度，提高深度图成像的质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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的附图。

图1为本发明一实施例的一种深度图成像装置的结构示意图；

图2为本发明另一实施例的一种深度图成像装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。

如图1所示，为本发明一实施例的一种深度图成像装置的结构示意图，所述深度图成像装置可以应用于虚拟现实终端、机器人、计算机和电视等等各种视觉机器。

所述深度图成像装置包括：摄像头11、随机光斑生成器12、滤光片13和一个或多个LED灯14，其中，随机光斑生成器12进一步包括：光刻玻璃121和衍射光栅122。

滤光片13位于一个或多个LED灯14与摄像头11之间，随机光斑生成器12位于滤光片13和摄像头11之间，即一个或多个LED灯14位于滤光片13之前，因此，LED灯14发出的光依次通过滤光片13和随机光斑生成器12射向摄像头11。

在随机光斑生成器12内，光刻玻璃121位于滤光片13之后，即光刻玻璃121位于滤光片13与摄像头11之间；衍射光栅122于光刻玻璃121之后，即衍射光栅122位于光刻玻璃121与摄像头11之间。

通过上述描述可知，深度图成像装置的结构关系：从一个或多个LED灯14开始，依次分别为滤光片13、光刻玻璃121、衍射光栅122与摄像头11。

根据上述深度图成像装置结构，LED灯14发出的光先通过滤光片13过滤，过滤后剩下的光通过光刻玻璃121形成一个图像，图像通过衍射光栅122将图案不断复制，通过衍射光栅122实现图像的厚度，然后被摄像头11获得具有厚度的图像。

在本实施例中，多个LED灯14的数目为偶数，例如两个LED灯。

在本发明的另一实施例中，光刻玻璃121为2级工艺。

在本发明的另一实施例中，光刻玻璃121为2.5级工艺。

在本发明的另一实施例中，摄像头11为1个摄像头。

在本发明的另一实施例中，摄像头11为两个摄像头，产生双目立体视觉。在本发明的另一实施例中，摄像头11可以为视觉传感器、有线摄像头或无线摄像头，例如，USB摄像头，wifi摄像头，ARM接摄像头或cmos摄像头。

在本发明的另一实施例中，光刻玻璃121为2级工艺，最好2.5级。

衍射光栅122是一种由密集、等间距平行刻线构成的的光学器件，它利用多缝衍射和干涉作用﹐将射到光栅上的光束按波长的不同进行色散﹐再经成像镜聚焦而形成光谱。衍射光栅122可以认为由一组等间距的无限长无限窄狭缝组成，狭缝之间的间距为d，称为光栅常数。当波长为λ的平面波垂直入射于光栅时，每条狭缝上的点都扮演了次波源的角色；从这些次波源发出的光线沿所有方向传播(即球面波)。

在本发明的另一实施例中，滤光片13是一种用来选取所需辐射波段的光学器件，为从紫外到红外任意波长﹑λ为1～500埃的各种干涉滤光片。滤光片13是塑料或玻璃片再加入特种染料做成的，红色滤光片只能让红光通过，如此类推。玻璃片的透射率原本与空气差不多，所有有色光都可以通过，所以是透明的，但是染了染料后，分子结构变化，折射率也发生变化，对某些色光的通过就有变化了。比如一束白光通过蓝色滤光片，射出的是一束蓝光，而绿光、红光极少，大多数被滤光片吸收了。

在本发明的另一实施例中，滤光片13是中性滤光片、中性灰度镜、截止滤光片、高通滤光片、低通滤光片、带通滤光片、紫外滤光片和UV滤光片的任意一种。

本实施例的深度图成像装置，实现光斑设计随机性，双目匹配是随机性的，主要是根据两个摄像头的随机距离而设定，一个或多个LED灯14通过光刻玻璃121形成一个图像，衍射光栅122把图案不断复制，通过衍射光栅122来实现图像的厚度，提高深度图成像的质量。

本发明实施例的深度图成像装置，一个或多个LED灯通过光刻玻璃形成一个图像，衍射光栅把图案不断复制，通过衍射光栅来实现图像的厚度，提高深度图成像的质量。

如图2所示，为本发明另一实施例的一种深度图成像装置的结构示意图，所述深度图成像装置可以应用于虚拟现实终端、机器人、计算机和电视等等各种视觉机器。

所述深度图成像装置包括：摄像头21、随机光斑生成器22、滤光片23和一个或多个LED灯24，其中，随机光斑生成器22进一步包括：光刻玻璃221和衍射光栅222。

滤光片23位于一个或多个LED灯24与摄像头21之间，随机光斑生成器22位于滤光片23与摄像头21之间，即一个或多个LED灯24位于滤光片23之前，因此，LED灯24发出的光依次通过滤光片23和随机光斑生成器22射向摄像头21。

在随机光斑生成器22内，光刻玻璃221位于滤光片23之后，即光刻玻璃221位于滤光片23与摄像头21之间；衍射光栅222于光刻玻璃221之后，即衍射光栅222位于光刻玻璃221与摄像头21之间。

通过上述描述可知，深度图成像装置的结构关系：从一个或多个LED灯24开始，依次分别为滤光片23、光刻玻璃221、衍射光栅222与摄像头21。

根据上述深度图成像装置结构，LED灯24发出的光先通过滤光片23过滤，过滤后剩下的光通过光刻玻璃221形成一个图像，图像通过衍射光栅222将图案不断复制，通过衍射光栅222实现图像的厚度，然后被摄像头21获得具有厚度的图像。

在本实施例中，多个LED灯14的数目为四个LED灯。

在本发明的另一实施例中，光刻玻璃221为2级工艺。

在本发明的另一实施例中，光刻玻璃221为2.5级工艺。

在本发明的另一实施例中，摄像头21为两个摄像头，产生双目立体视觉。在本发明的另一实施例中，摄像头21可以为视觉传感器、有线摄像头或无线摄像头，例如，USB摄像头，wifi摄像头，ARM接摄像头或cmos摄像头。

在本发明的另一实施例中，光刻玻璃221为2级工艺，最好2.5级。

衍射光栅222是一种由密集、等间距平行刻线构成的的光学器件，它利用多缝衍射和干涉作用﹐将射到光栅上的光束按波长的不同进行色散﹐再经成像镜聚焦而形成光谱。衍射光栅222可以认为由一组等间距的无限长无限窄狭缝组成，狭缝之间的间距为d，称为光栅常数。当波长为λ的平面波垂直入射于光栅时，每条狭缝上的点都扮演了次波源的角色；从这些次波源发出的光线沿所有方向传播(即球面波)。

在本发明的另一实施例中，滤光片23是一种用来选取所需辐射波段的光学器件，为从紫外到红外任意波长﹑λ为1～500埃的各种干涉滤光片。滤光片23是塑料或玻璃片再加入特种染料做成的，红色滤光片只能让红光通过，如此类推。玻璃片的透射率原本与空气差不多，所有有色光都可以通过，所以是透明的，但是染了染料后，分子结构变化，折射率也发生变化，对某些色光的通过就有变化了。比如一束白光通过蓝色滤光片，射出的是一束蓝光，而绿光、红光极少，大多数被滤光片吸收了。

在本发明的另一实施例中，滤光片23是中性滤光片、中性灰度镜、截止滤光片、高通滤光片、低通滤光片、带通滤光片、紫外滤光片和UV滤光片的任意一种。

本实施例的深度图成像装置，实现光斑设计随机性，双目匹配是随机性的，主要是根据两个摄像头的随机距离而设定，一个或多个LED灯24通过光刻玻璃221形成一个图像，衍射光栅222把图案不断复制，通过衍射光栅222来实现图像的厚度，提高深度图成像的质量。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种深度图成像装置，其特征在于，包括：摄像头、随机光斑生成器、滤光片和一个或多个LED灯，其中，所述随机光斑生成器进一步包括：光刻玻璃和衍射光栅，其中，

所述随机光斑生成器的光刻玻璃位于所述滤光片与所述摄像头之间，所述随机光斑生成器的衍射光栅位于所述光刻玻璃与所述摄像头之间。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多个LED灯的数目为偶数。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述LED灯的数目为两个。

4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述LED灯的数目为四个。

5.如权利要求1-4任意一项所述的装置，其特征在于，所述光刻玻璃为2级工艺。

6.如权利要求1-4任意一项所述的装置，其特征在于，所述光刻玻璃为2.5级工艺。

7.如权利要求1-4任意一项所述的装置，其特征在于，所述摄像头的数目为两个。

8.如权利要求1-4任意一项所述的装置，其特征在于，所述摄像头为视觉传感器、线摄像头或无线摄像头。

9.如权利要求1-4任意一项所述的装置，其特征在于，所述摄像头为USB摄像头，wifi摄像头，ARM接摄像头或cmos摄像头。

10.如权利要求1-4任意一项所述的装置，其特征在于，所述滤光片是中性滤光片、中性灰度镜、截止滤光片、高通滤光片、低通滤光片、带通滤光片、紫外滤光片和UV滤光片的任意一种。