CN107241592A - 一种投射单元及包括该单元的拍摄装置、处理器、成像设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种投射单元，所述投射单元用于向包含目标物体的目标区域投射图像，所述图像成一定渐变规律且在一定空间范围内具有唯一性。本发明还提供相应拍摄装置、成像设备、处理器。本发明采用的技术方案通过投射单元向所述目标区域投射一张成一定渐变规律且在一定空间范围内具有唯一性的图像，通过摄像单元对投射这样图像的目标物体进行拍摄，避免重复拍摄多张图像，结合此图像的相关特性提高了后续在后端处理器生成点云的精度，同时具有较好的实时性。

Description

一种投射单元及包括该单元的拍摄装置、处理器、成像设备
技术领域
本发明涉及成像技术领域，具体涉及一种投射单元及包括该单元的拍摄装置、处理器、成像设备。
背景技术
在进行物体三维成像的过程中，首先需要通过摄像单元拍摄物体的二维图像，然后通过相关的算法，形成物体的三维图像。二维图像获取的方法，直接影响了后面的运算以及最终进行三维成像的精度。
目前现有技术通常通过向目标区域投射离散斑(即通过向目标区域发射离散光束，从而在目标区域形成离散光斑，所述离散光斑在一定区域内具有唯一性，这样通过拍摄覆盖离散光斑的目标区域内的目标物体图像，然后利用所述离散光斑在一定空间范围内具有唯一性的特征，对图像进行匹配。但问题在于，通过这种离散光斑的匹配方法，由於离散光在空间中缺乏连续性，就会导致后端处理器的最终的匹配结果达不到很高(亚像素)精度。
又或者如微软公司申请的专利，专利号为：US13/907426,该专利是需要连续投射多张带斑点的相移条纹场景图像,虽然可以提高成像精度,但因为需要同时抓拍多张照片，因此造成一方面速度慢，难以实现较好的实时性，另一方面针对运动的物体的点云成像精度不够。
发明内容
本发明为解决上述问题，提供一种投射单元及包括该单元的拍摄装置、处理器、成像设备。通过投射单元向所述目标区域投射一张成一定渐变规律且在一定空间范围内具有唯一性的图像，结合此图像的相关特性提高了后续在后端处理器生成点云的精度，同时具有较好的实时性。
本发明第一方面提供一种投射单元，用于向包含目标物体的目标区域投射图像，所述图像成一定渐变规律且在一定空间范围内具有唯一性。
本发明第二方面提供一种拍摄装置，所述装置包括：至少一个投射单元、至少一个摄像单元。
所述投射单元，用于向包含目标物体的目标区域投射图像，所述图像成一定渐变规律且在一定空间范围内具有唯一性；
所述摄像单元，用于获取通过所述投射单元投射图像后的至少包含目标物体的至少一幅图像。
本发明第三方面提供一种成像设备，所述设备包括如上所述的三维成像的拍摄装置。
本发明第四方面提供一种成像设备的处理器，所述处理器包括：至少一第一匹配单元，所述第一匹配单元包括至少第一、第二计算单元；
所述第一计算单元，用于匹配所述第一、第二图像；
所述第二计算单元，用于对所述匹配后的第一、第二图像，利用所述图像的一定渐变规律，从而实现所述第一、第二图像更高精度的匹配。
发明第五方面提供一种成像设备的处理器，所述处理器包括：存储单元、至少一第二匹配单元，所述第二匹配单元包括至少第四、第五计算单元；
所述存储单元,用于预先获取并存储多个目标区域的图像作为参考图像；
所述第四计算单元，用于将所述获取的至少包含目标物体的图像与预先存储的多个参考图像进行匹配；
所述第五计算单元，利用所述包含目标物体的图像和匹配的参考图像的渐变规律，从而实现所述包含目标物体的图像与所述匹配的参考图像更高精度的匹配。
由上可见，本发明实施例采用一种投射单元及包括该单元的拍摄装置、处理器、成像设备。取得了以下技术效果：
1、由于本发明通过投射单元向所述目标区域投射一张成一定渐变规律且在一定空间范围内具有唯一性的图像，通过摄像单元对投射这样图像的目标物体进行拍摄，避免重复拍摄多张图像，结合此图像的相关特性提高了后续在后端处理器生成点云的精度，同时具有较好的实时性。
2、由于本发明采用的拍摄装置，通过投射单元向所述目标区域投射一张成一定渐变规律且在一定空间范围内具有唯一性的图像，所述摄像单元拍摄投射图像后的至少包含目标物体的图像，因此结合此图像的相关特性提高了后续在后端处理器生成点云的精度，同时具有较好的实时性。
3、由于目标物体在进行拍摄过程中，反光面会对扫描结果造成较大的影响，一旦物体表面有反光现象，就无法得出该区域的三维点云图。因此将偏振单元，分别设置在投射单元和摄像单元上，通过两个偏振单元的共同配合，能很大限度的降低反光面的亮度，从而让目标物体的反光面也能获取到图像。
4、由于所述拍摄装置的摄像单元还包括至少一调整单元或者三维成像设备的后端处理器还包括至少一调整单元，因此可以增加摄像单元或者摄像单元所拍摄的图像对光亮度的宽容度。
5、由于采用线性变化的正弦波状的图像，光强成线性变化，因此不会出现在波峰和波谷位置附近出现相邻的像素之间像素值的差值变化小的情况。
6、由于投射单元包括激光发射模块和位于激光发射模块前方的衍射片；或MEMS模块，相对投影仪可以获得更大景深的扫描范围和更低的成本。
7、由于处理器中加入平场校正单元,从而使得摄像单元所拍摄图片的亮度更接近真实情况，提升了图片匹配的准确度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例和现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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它的附图。
图1是本发明实施例提供的一种拍摄装置的结构框图；
图2是本发明实施例提供的另一种拍摄装置的结构框图；
图3是本发明实施例提供的另一种拍摄装置的结构框图；
图4是本发明实施例提供的另一种拍摄装置的结构框图；
图5是本发明实施例提供的一种成像设备的结构框图；
图6是本发明实施例提供的另一种成像设备的结构框图；
图7是本发明实施例提供的另一种成像设备的结构框图；
图8是本发明实施例提供的一种拍摄方法的流程示意图；
图9是本发明实施例提供的投射图像和现有技术离散光斑的区别示意图，其中上方是离散光斑，下方是本发明实施例提供的投射图像；
图10是本发明实施例提供的投射的成一定渐变规律的图像的整体光强度的连续接近正弦波状的示意图；
图11本发明实施例提供的一种成像方法的部分流程图；
图12本发明实施例提供的另一种成像方法的部分流程图；
图13本发明实施例提供的另一种成像方法的部分流程图；
图14本发明实施例提供的另一种成像方法的部分流程图；
图15是本发明实施例提供的另一种成像设备的结构框图；
图16是本发明实施例提供的另一种成像设备的结构框图。
具体实施方式
本发明实施例提供一种投射单元及包括该单元的拍摄装置、处理器、成像设备，通过投射单元向所述目标区域投射一张成一定渐变规律且在一定空间范围内具有唯一性的图像，结合此图像的相关特性提高了后续在后端处理器生成点云的精度，同时具有较好的实时性。
为了使本领域的人员更好地理解本发明方案，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例一、
在进行物体三维成像的过程中，首先需要通过摄像单元拍摄物体的二维图像，然后通过相关的算法，形成物体的三维图像。二维图像的拍摄，会影响后面所采用的三维成像的运算以及最终进行三维成像的精度。
目前现有技术可以通过向目标区域投射离散光斑(即通过向目标区域发射离散光束(比如：激光束，如图8上方图所示)，从而在目标区域形成离散光斑，这样通过拍摄覆盖离散光斑的目标区域内的目标物体图像，然后通过所述离散光斑对图像进行匹配。但问题在于，通过这种离散光斑的匹配方法，由於投影图案光强在空间中缺乏连续性，就会导致最终的匹配结果达不到很高的精度(比如：亚像素精度)。就会导致后端处理器的最终的匹配结果达不到很高(亚像素)精度。又或者如微软公司申请的专利，专利号为：US13/907426,该专利是需要连续投射多张带斑点的相移条纹场景图像,虽然可以提高成像精度,但因为需要同时抓拍多张照片，因此造成一方面速度慢，难以实现较好的实时性，另一方面针对运动的物体的点云成像精度不够。
为解决上述问题，本发明提出一种拍摄装置，用于拍摄位于目标区域内的目标物体。
图1为本发明实施例提供的一种拍摄装置的结构示意图。图9是本发明实施例提供的投射图像和现有技术离散光斑的区别示意图，其中上方是离散光斑，下方是本发明实施例提供的投射图像。图10是本发明实施例提供的投射的成一定渐变规律的图像的整体光强度的连续接近正弦波状的示意图。
如图1所示，所述装置100包括：至少一个投射单元101、至少一个摄像单元102。
所述投射单元101，用于向包含目标物体的目标区域投射图像，所述图像成一定渐变规律且在一定空间范围内具有唯一性。
所述投射的图像为一张图像。所述一张图像需包括目标物体，如果因为拍摄范围的限制，当一张图像不能包括整个目标物体时，有可能需要拍摄多个图像，然后在后续处理器中进行拼接从而形成一张图像，后端处理器的拼接技术属于现有技术，在此不再赘述。
由于所述图像成一定渐变规律且在一定空间范围内具有唯一性，因此所投射的在一定范围空间内具有唯一性的图像的光强整体上成连续的正弦波状。
所述正弦波并不一定完全符合正弦波标准，也可以为接近正弦波。如图10所示，比如：不完全规则的正弦波，或者成线性变化的正弦波(也称作三角波)。采用成线性变化的正弦波的好处在于，由于在正弦波的波峰和波谷位置附近，相邻的像素之间像素值的差值变化小，从而可能会造成后续处理器匹配的过程中由于相邻的像素之间像素值的差值变化小，从而不能很好完成后续的更高精度的匹配，而采用成线性变化的正弦波的图像，光强成线性变化，因此不会出现在波峰和波谷位置附近出现相邻的像素之间像素值的差值变化小的情况，因此有利于提高后续匹配的精度。
本发明的投射单元，通过投射单元向所述目标区域投射一张成一定渐变规律且在一定空间范围内具有唯一性的图像，通过摄像单元对投射这样图像的目标物体进行拍摄，避免重复拍摄多张图像，结合此图像的相关特性提高了后续在后端处理器生成点云的精度，同时具有较好的实时性。
将目标物体放置在目标区域，以保证所述目标物体的边缘都位于所述目标区域内。这样可以保证当向目标区域投射图像的时候，所述图像可以覆盖所述目标物体。
所述摄像单元102，用于获取通过所述投射单元投射图像后的至少包含目标物体的至少一幅图像。
当投射单元向目标区域投射完图像后，所述目标区域及位于所述目标区域内的目标物体上覆盖了所述图像。因此通过摄像单元获得的至少包含目标物体的图像是覆盖了图像的目标物体的图像。
所述通过摄像单元获取至少包含目标物体的图像，是指所获得的图像即可以只包含目标物体，也可以同时还包含目标物体之外的目标区域。
采用本发明的拍摄装置，通过投射单元向所述目标区域投射一张成一定渐变规律且在一定空间范围内具有唯一性的图像，所述摄像单元拍摄投射图像后的至少包含目标物体的图像。结合此图像的相关特性提高了后续在后端处理器生成点云的精度，同时具有较好的实时性。
需要说明的是，进一步，所述渐变可以包括重复的明暗相间的渐变(如图9下方图所示)，所述明暗相间可以成各种方向，比如成水平、竖直、倾斜等等明暗相间的渐变排布方式。
所述在一定空间范围是指，可以预先设定一个固定大小的框(所述框的大小可以根据需要任意设定)，保证无论框在图像上如何移动，始终每个框内的图像都是唯一的。具体可以包括多个不规则的点、多个大小不一的点、圆圈状、三角形；或者多个不规则的图形、或者二维码等等，只要是满足在一定空间范围内具有唯一性都属于本发明的保护范围。
在一些实施例中，所述投射单元可以根据需要采用1个投射单元、2个投射单元、3个投射单元或者更多。
所述投射单元优选投影仪，预先根据需要设计需要投影的图像，然后将所述图像通过投影仪投射到目标区域及目标物体上。
除投影仪外，所述投射单元还可以包括激光发射模块和位于激光发射模块前方的衍射片；或微激光投影(MEMS)模块。
激光发射模块和位于激光发射模块前方的衍射片，其工作原理为制作有特定立体结构的衍射片，利用激光的衍射现象使激光通过衍射片后形成预设的衍射图形，具有景深大成本低的优点。
MEMS模块，结构主要包括一激光发射装置和一反射镜芯片，工作原理为利用激光发射装置生成光束，该光束通过反射镜芯片扫描生成图片，采用该模块具有景深大的优点。，
所述摄像单元可以根据后续处理器处理图像所采用的方法的需要，采用1个摄像单元、2个摄像单元、3个摄像单元或者更多。但不论采用几个摄像单元都属于本发明保护范围内。
为理解本发明的技术方案，本具体实施例分别以1个摄像单元和2个摄像单元为例进行说明，所述1个摄像单元和2个摄像单元的成像方法在实施例二中会有进一步详细的描述。
所述1个摄像单元的结构参见附图1，在此不再描述。
本具体实施例再以2个摄像单元为例进行详细的说明。
如图1、2所示，其中图2为本发明实施例提供的另一种拍摄装置的结构示意图。
为进一步理解，下面以两个摄像单元为例，进行详细说明。所述图像拍摄装置100的摄像单元102包括：第一摄像单元1021、第二摄像单元1022
所述第一摄像单元102和第二摄像单元103，分别用于获取所述第一、第二二维图像。
找出第一摄像单元102和第二摄像单元103的对应关系，将获取的第一、第二二维图像发送到后端处理器，通过所述对应关系去计算深度数据，绘制出目标物体的三维点云图，所述成像方法和原理在实施例二中会有进一步的详细描述。
需要说明的是，所述第一、第二摄像装置与投射单元三者之间的位置可以根据需要任意设置，所述附图2，只列明了其中一种较优的位置排列的方式。
所述各个摄像单元可以是黑白相机、彩色相机、红外相机等等任意一个或者组合。
所述摄像单元102除了包括第一、第二摄像单元1021、1022，除此之外还可以增加摄像单元的个数，比如:第一、第二摄像单元为黑白相机，则在此之外还可以增加一个彩色相机；或者单纯增加摄像单元的个数，比如环绕所述目标物体设置多个摄像单元，其成像原理与所述2个摄像单元的原理相同，在此不再赘述。
如图3所示，为本发明实施例提供的一种物体三维成像的拍摄装置的结构示意图。
在一些优选实施例中，所述装置还可以包括：至少第一、第二偏振单元103、104。
所述第一、第二偏振单元103、104分别设置在所述摄像单元102和投射单元101上。
因为目标物体在进行拍摄过程中，反光面会对扫描结果造成较大的影响，一旦物体表面有反光现象，就一定程度上影响该区域的三维点云图。因此将偏振单元，分别设置在投射单元和摄像单元上，通过两个偏振单元的共同配合，能很大限度的降低反光面的亮度，从而让目标物体的反光面也能被更好的获取到图像。
所述偏振单元具体可以包括：偏振片、偏光片等等。
在本具体实施例中，所述偏振单元优选线偏振片，下面进行详细说明。
在一些优选实施例中，优选投射单元上的第一偏振单元与摄像单元的第二偏振单元彼此成90度设置，这样设置可以消除投射单元投射的光中入射光的偏振方向与反射光的偏振方向相同情况的光，因此可以在一定程度上减弱反光。
需要说明的是，所述偏振单元的数量跟随摄像单元和投射单元的数量而变化，当摄像单元包括如上实施例所述的两个摄像单元的时候，所述装置则可以包括三个偏振单元。
如果所述摄像单元除了第一、第二摄像单元还包括其它摄像单元，同样可以增加偏振单元的个数，与新增加的摄像单元相匹配。
如图4所示，所述图4为本发明实施例提供的另一种拍摄装置的结构示意图。
在一些实施例中，所述摄像单元还包括至少一第一调整单元1021，用于增加摄像单元对光亮度的宽容度。
所述第一调整单元可以设置在所述摄像单元内，使得拍摄到的图像本身具有更大范围的光亮度宽容度。所述第一调整单元1021包括但不限于：双感光度(DUAL-ISO)或者高动态范围图像(HDR)单元，上述单元可以让摄像单元能较好的处理暗物体与亮物体一起出现的情况。所述DUAL-ISO和HDR，属于现有技术，在此不再赘述。除此之外，调整单元可以设置在所述成像设备中，在实施例二中会有进一步的描述。
上述拍摄装置，可以应用在三维成像设备中，但需要说明的是，所述拍摄装置并不限于一定应用在三维成像设备中，任何可以应用该拍摄装置的成像设备都属于本发明保护的范围内。
实施例二、
图10是本发明实施例提供的投射的图像的整体光强度的连续接近正弦波示意图。
本发明还提供一种成像设备(图未示意出)，所述设备至少包括如实施例一所述的拍摄装置。下面以三维成像设备为例进行进一步的说明，需要说明的是，所述拍摄装置并不限于一定应用在三维成像设备中，任何可以应用该拍摄装置的成像设备都属于本发明保护的范围内。
所述三维成像设备包括位于前端的拍摄装置和位于后端的图像处理器，位于前端的图像拍摄装置将拍摄的图像发送到后端处理器，后端处理器根据前端拍摄装置发送来的图像数据，通过相应的方法从而实现三维成像。
所述处理器采用的方法，根据摄像单元所包含的摄像单元的数量的不同而不同，即使相同数量的摄像单元，也可以在处理器中通过不同的方法实现三维成像。通常采用1个摄像单元的成像方法与采用2个及2个以上的摄像单元的成像方法不同，下面分别以1个摄像单元、2个摄像单元为例分别详细说明相关的成像设备。
本具体实施例，以上面实施例中提到过的摄像单元包括2个摄像单元为例，大概说明三维成像设备的结构及工作过程。对成像设备结构的描述，因为设备里的其它部件不是本发明的发明点，所以只用简单语言描述部分的结构。
所述三维成像设备包括位于前端的图像拍摄装置和位于后端的图像处理器，位于前端的图像拍摄装置将拍摄的图像发送到后端处理器，后端处理器的匹配单元根据前端图像拍摄装置发送来的第一、第二图像数据，将所述第一、第二图像进行匹配，根据匹配后的图像，计算单元利用三角测量的算法，绘制三维物体的点云图。下面对该三维成像设备的其它各个部分的工作过程进行进一步详细的描述：
在上述拍摄装置拍摄图像之前，需要预先对两个摄像单元进行标定，即通过在目标区域中布置标定板，所述处理器中包括标定计算单元,通过前端的摄像单元拍摄的目标区域中标定板的图像发射到后端处理器的标定计算单元,从而进行摄像单元内、外参数的全局标定。所述标定属于现有技术在此不再赘述。
图6是本发明实施例提供的另一种成像设备的结构框图；图9是本发明实施例提供的投射的图像的整体光强度的连续接近正弦波示意图。
如图6所示，所述成像设备除拍摄装置外还包括：位于处理器中的第一匹配单元，所述第一匹配单元包括第一计算单元和第二计算单元。
所述第一计算单元，用于对所述第一、第二图像进行匹配。
具体可以通过块匹配(Block-match)的方法。具体匹配过程如下：
在上述图像拍摄装置拍摄图像的过程中，图像投射装备投射出我们预设定的图案在扫描物体上，图像拍摄装置的第一、第二摄像单元分别拍摄两张具有视场差的图片，分别为第一图像和第二图像,并发送给后端处理器。第一摄像单元和第二摄像单元除了位置信息不一样，在硬件和软件设定上通常是一样的，所以第一图像和第二图像在图片重叠的地方像素亮度值高度接近。在计算两幅图片像素点之间对应关系的时候，通常会以被匹配的像素点为中心设定一个固定大小的图像框，做图像框中的图像块匹配。第一图像中的一个n*n的图像块，会沿两个拍摄单元的极线方向，跟第二图像中的N个同样大小的图像块做对比(N是两幅图片视差的一个搜索范围)。对比的方法是计算两个图像块相对应像素点的亮度差的绝对值，再对这个绝对值求和，得出一个匹配分数。由此可以得出N个匹配分数，可以求得这N个匹配分数中的最小值,则此最小值所对应的第二图像中的像素点与第一图像中的被匹配的像素点相对应，并且此对应关系的精度通常为正负0.5个像素。
所述第二计算单元，用于对所述匹配后的第一、第二图像，利用所述第一、第二图像的一定渐变规律，从而实现所述第一、第二图像更高精度的匹配。
由于所投射的图像在整体上亮度连续变化，所以第一图像和第二图像在总体上亮度也是连续变化的，可以利用这个特性提高匹配关系的精度，其中一个可行的方法如下所述：首先用上段所述的方法找到第一图像中的被匹配点A和第二图像中与其相匹配的像素点B，然后将A点所对应的图像框中的每一个像素的亮度相加计算出图像框的整体亮度值AL，相对应的计算出B点图像框的整体亮度值BL2及其左右相邻的图像框的整体亮度值BL1,和BL3，则BL1,BL2,BL3这三个值通常会有接近线性的单调变化关系(如图10所示的连续变化接近正弦波变化关系)，而AL值会落在BL1到BL2之间或者BL2到BL3之间。最后可以利用AL,BL1,BL2或者AL,BL2,BL3做线性插值计算出亚像素的匹配关系。
除此之外，所述成像设备还包括第三计算单元(图未示意出)，用于将所述匹配后的图像结果通过相关计算方法获取目标物体的三维点云图。
图15是本发明实施例提供的另一种成像设备的结构框图。
如图15所示，在一些优选实施例中，所述处理器还包括一第一平场校正单元400(Flat Field Correction)，所述第一平场校正单元对从前端摄像单元102发送的第一、第二图像进行平场校正，使得摄像单元102所拍摄图片的亮度更接近真实情况，然后将进行平场校正后的图像再发送给第一匹配单元200，从而可以帮助提升后续图像匹配的准确度。
图7是本发明实施例提供的另一种成像设备的结构框图。
如图7所示，所述成像设备包括1个摄像单元，所述成像设备除拍摄装置外还包括：
存储单元,用于预先获取并存储多个目标区域的图像作为参考图像。
在没有将目标物体放置在所述目标区域之前，预先获取多个目标区域的图像作为参考图像，其中一种可行方法可以如下所述：将一张平板(此即为目标区域)平行放置在摄像单元面前，距离为此三维扫描设备的最小工作距离，然后让投射单元投射出一张如实施例一所述的图像在平板上，拍摄一张参考图片并记录下此参考图像所对应的距离。接下来将平板沿远离相机的方向等距平移(每次移动的距离为s)，拍摄若干张图片(K张)并记录相对应的距离，最远拍摄的一张照片就是此三维扫描系统的最远工作距离。
除此之外，所述设备还包括位于处理器中的第二匹配单元，所述第二匹配单元包括第四计算单元和第五计算单元。
所述第四计算单元，用于将所述获取的至少包含目标物体的图像与预先存储的多个参考图像进行匹配。
拍摄装置获取包含目标物体的图像后通过处理器的通讯端口将图像发送给后端处理器，后端处理器的第三计算单元首先将会用拍摄的图像跟预先存储的一系列参考图像通过块匹配(Block-match)的方法做像素的块匹配。具体方法如下：在计算目标图片与参考图片像素点之间对应关系的时候，通常会以被匹配的像素点为中心设定一个固定大小的图像框，做图像块的匹配。目标图片中的一个n*n的图像块，会沿拍摄单元与投射单元的极线方向(图片的水平方向)跟其中一张参考图片中的N个同样大小的图像块做对比(N是根据平移距离s计算出来的一个搜索范围值，s越大则N也越大)。对比的方法是，先分别对这两个图像块做亮度值的归一化，然后计算两个图像块相对应像素点的亮度差的绝对值，再对这个绝对值求和，得出一个匹配分数。由此可以得出N个匹配分数，对所有的参考图片都做类似的匹配，则总共有K*N个匹配分数，在这K*N个分数中找出最小值，则可知道目标像素点对应哪张参考图像(假设为第M张)中的哪个像素点，此对应关系的精度为正负0.5个像素。
所述第五计算单元，利用所述包含目标物体的图像和匹配的参考图像的渐变规律，从而实现所述包含目标物体的图像与所述匹配的参考图像更高精度的匹配。
由于所投射的图像在整体上亮度连续变化，所以目标图片和参考图片在总体上亮度也是连续变化的，可以利用这个特性提高匹配关系的精度，其中一个可行的方法如下所述：首先用上段所述的方法找到第一图像中的被匹配点A和第M张参考图像中与其相匹配的像素点B，然后以这两个像素点为中心，在目标图片和第M张参考图片上面分别设定一个稍微大一点的图像框，比如说是(n+2)*(n+2)，然后对这两个图像框分别做亮度值的归一化，则此时这两个图像框的像素亮度值高度接近。然后目标图像上A点所对应的一个n*n的图像框中的每一个像素的亮度相加计算出图像框的整体亮度值AL，相对应的计算出第M张参考图像上面B点所对应的n*n大小的图像框的整体亮度值BL2及其左右相邻的n*n的图像框的整体亮度值BL1,和BL3，则BL1,BL2,BL3这三个值通常会有接近线性的单调变化关系(如图8所示的连续变化接近正弦波变化关系)，而AL值会落在BL1到BL2之间或者BL2到BL3之间。最后可以利用AL,BL1,BL2或者AL,BL2,BL3做线性插值计算出亚像素的匹配关系。
除此之外，所述成像设备还包括第六计算单元(图未示意出)，用于将所述匹配后的图像结果通过相关计算方法获取目标物体的三维点云图。
如图5所示，所述图5为本发明实施例提供的一种三维成像设备的结构框图。
在一些实施例中，所述设备1还包括至少一第二调整单元103，用于增加摄像单元拍摄的图像对光亮度的宽容度。
上述方法可以通过在拍摄照片时拍摄多张曝光值不一样的照片或者在同一张照片中采用多个曝光值成像的方法来实现。
所述第二调整单元可以设置在所述摄像单元内，使得拍摄到的图像本身具有更大范围的光亮度宽容度。也可以设置在所述三维成像设备中，比如设置在存储单元中，具体可以通过处理器调用所述存储单元预先存储的调整单元的技术程序，然后对所述完成匹配后的图像进行处理，从而可以较好的处理暗物体与亮物体一起出现的情况；或者将所述DUAL-ISO或者HDR技术的程序预先写入软件程序中，或者烧入硬件中。
所述调整单元可以包括但不限于：双感光度(DUAL-ISO)或者高动态范围图像(HDR)单元，上述单元可以让摄像单元能较好的处理暗物体与亮物体一起出现的情况。所述DUAL-ISO和HDR，属于现有技术，在此不再赘述。
所述第一调整单元、第二调整单元可以任选其一，或者共同设置在同一个成像设备中，即在摄像单元中设置第一调整单元的同时，在所述设备中还设置第二调整单元，这样可以更大范围提高宽容度。
图16是本发明实施例提供的另一种成像设备的结构框图。
如图16所示，在一些优选实施例中，所述处理器还包括一第二平场校正单元500(Flat Field Correction)，所述第二平场校正单元500对从前端摄像单元102发送的图像进行平场校正，使得摄像单元102所拍摄图片的亮度更接近真实情况，然后将进行平场校正后的图像再发送给第二匹配单元300，从而可以帮助提升后续图像匹配的准确度。
所述拍摄装置请参见具体实施例一中的具体描述，在此不再赘述。
实施例三、
如图8所示，图8是本发明实施例提供的一种拍摄方法的流程示意图。
为了解决上述问题，本发明实施例还提出一种对应所述实施例一所述的三维图像拍摄装置的三维图像拍摄方法，所述方法包括：
S201,向包含目标物体的目标区域投射一张图像，所述图像成一定渐变规律且在一定空间范围内具有唯一性。
S202,获取通过所述投射单元投射图像后的至少包含目标物体的图像。
在一些实施例中，所述方法还包括：通过偏振单元使所述摄像单元摄到的所述目标区域上的反光面的光亮度降低。
所述方法中涉及到的装置或者部件及相关详细描述参见具体实施例一，在此不再赘述。
在一些实施例中，所述方法还包括：增加摄像单元对光亮度的宽容度。
所述拍摄方法可以应用在三维成像方法中，但需要说明的是，所述拍摄方法并不限于一定应用在三维成像方法中，任何可以应用该拍摄方法的成像方法都属于本发明保护的范围内。
施例四、
所述实施例四为一种包括如实施例三所述的拍摄方法的成像方法。
本发明还提供一种成像方法(图未示意出)，所述方法至少包括如实施例三所述的拍摄方法。下面以三维成像方法为例进行进一步的说明，需要说明的是，所述拍摄方法并不限于一定应用在三维成像方法中，任何可以应用该拍摄方法的成像方法都属于本发明保护的范围内。
位于前端的图像拍摄装置将拍摄的图像发送到后端处理器，后端处理器根据前端拍摄装置发送来的图像数据，通过相应的方法从而实现三维成像。
所述处理器采用的方法，根据摄像单元所数量的不同而不同，即使相同数量的摄像单元，也可以在处理器中通过不同的方法实现三维成像。
图11为本发明实施例提供的一种成像方法的部分流程图。
如图11所示，下面以2个摄像单元为例，进行说明。两个摄像单元获得两幅图像，需要对两幅图像进行匹配，然后对匹配后的结果绘制相关的三维点云图。下面对该方法和步骤进行详细的描述。
S301,向包含目标物体的目标区域投射一张图像，所述图像成一定渐变规律且在一定空间范围内具有唯一性。
S302,获取通过所述投射单元投射图像后的至少包含目标物体的图像的至少第一、第二图像。
在上述图像拍摄装置拍摄图像的过程中，图像投射装备投射出我们预设定的图案在扫描物体上，图像拍摄装置的第一、第二摄像单元分别拍摄两张具有视场差的图片，分别为第一图像和第二图像,并发送给后端处理器。
在上述步骤之后，包括所述后端处理器对所述第一、第二图像进行匹配的步骤，所述图像匹配的方法包括如下的步骤：
S303,对所述第一、第二图像进行匹配。
S304,利用所述第一、第二图像的渐变规律，从而实现所述第一、第二图像更高精度的匹配。
上述匹配方法的相关步骤的详细描述参见具体实施例二中，第一计算单元和第二计算单元中详细的描述，在此不再重复赘述。
最后，通过上述匹配后，所述成像方法还包括：S305,将所述匹配后的图像结果通过相关计算方法获取目标物体的三维点云图(图未示意出)。
具体可以通过三角测量的方法获得所述目标物体的三维点云图。所述三角测量的方法属于现有技术，在此不再赘述。
如图13所示，在一些优选实施例中，所述方法还包括S306将从前端拍摄单元发送的第一、第二图像通过第一平场校正单元分别进行平场校正，然后发送给第一匹配单元进行匹配。
在匹配前对图像进行平场校正，可以使所述摄像单元所拍摄图片的亮度更接近真实情况，提升了图片匹配的准确度。
如图12所示，下面以1个摄像单元为例进行说明。所述采用1个摄像单元的成像方法包括如下方法：
S401,预先获取并存储多个目标区域的图像作为参考图像。
S402,将目标物体放置在目标区域内，向包含目标物体的目标区域投射一张图像，所述图像成一定渐变规律且在一定空间范围内具有唯一性；
S403,获取通过所述投射单元投射图像后的至少包含目标物体的图像。
在上述步骤之后，包括所述后端处理器对所述存储的多个参考图像和至少包含目标物体的图像进行匹配的步骤，所述图像匹配的方法包括如下的步骤：
S404，将所述获取的至少包含目标物体的图像与预先存储的多个参考图像进行匹配。
S405，利用所述包含目标物体的图像和匹配的参考图像的渐变规律，从而实现所述包含目标物体的图像与所述匹配的参考图像更高精度的匹配。
最后通过上述匹配方法后，所涉三维成像方法还包括，S406,将所述匹配后的图像结果通过相关计算方法获取目标物体的三维点云图(图未示意出)。
在一些实施例中，所述方法还包括：增加摄像单元拍摄的图像对光亮度的宽容度。
如图14所示，在一些优选实施例中，所述方法还包括S406将从前端拍摄单元发送的包含目标物体的图像通过第二平场校正单元分别进行平场校正，然后发送给第二匹配单元进行匹配。
在匹配前对图像进行平场校正，可以使所述摄像单元所拍摄图片的亮度更接近真实情况，提升了图片匹配的准确度。
所述图像拍摄方法及其它相关介绍参见具体实施例一、二、三，在此不再赘述。所述后端处理器进行三角测量运算从而获得三维点云图的方法属于现有技术，在此不再赘述。
需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。
其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
需要说明的是，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。
以上对本发明实施例所提供的一种拍摄方法及其三维成像方法、装置和设备进行了详细介绍，但以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，不应理解为对本发明的限制。本技术领域的技术人员，依据本发明的思想，在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种投射单元，用于向包含目标物体的目标区域投射图像，其特征在于，所述图像成一定渐变规律且在一定空间范围内具有唯一性。
2.根据权利要求1所述的投射单元，其特征在于，所述图像成一定渐变规律包括图像的光强整体上成连续的正弦波、不规则的正弦波、或线性变化的正弦波。
3.根据权利要求1所述的投射单元，其特征在于，所述投射单元包括投影仪、激光发射模块和位于激光发射模块前方的衍射片、或MEMS模块。
4.一种拍摄装置，其特征在于，所述装置包括：至少一投射单元、至少一个摄像单元；
所述投射单元，用于向包含目标物体的目标区域投射图像，所述图像成一定渐变规律且在一定空间范围内具有唯一性；
所述摄像单元，用于获取通过所述投射单元投射图像后的至少包含目标物体的至少一幅图像。
5.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：至少第一偏振单元、第二偏振单元；
所述第一偏振单元设置在所述投射单元上；
所述第二偏振单元设置在所述摄像单元上；
所述第一偏振单元、第二偏振单元相配合使得所述摄像单元拍摄到的所述目标物体的反光面的光亮度降低。
6.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述摄像单元包括至少一第一调整单元，用于增加所述摄像单元对光亮度的宽容度。
7.根据权利要求5或6所述的拍摄装置，其特征在于，所述图像成一定渐变规律包括图像的光强整体上成连续的正弦波、不规则正弦波、线性变化的正弦波。
8.根据权利要求5或6所述的拍摄装置，其特征在于，所述投射单元包括投影仪、激光发射模块和位于激光发射模块前方的衍射片、或MEMS模块。
9.一种成像设备，其特征在于，所述设备包括如权利要求4-8任意一项所述的拍摄装置。
10.根据权利要求9所述的成像设备，其特征在于，当所述摄像单元包括至少第一、第二2个摄像单元，所述成像设备还包括：至少一第一匹配单元，所述第一匹配单元包括至少第一、第二计算单元；
所述第一计算单元，用于匹配所述第一、第二图像；
所述第二计算单元，用于对所述匹配后的第一、第二图像，利用所述图像的一定渐变规律，从而实现所述第一、第二图像更高精度的匹配。
11.根据权利要求10所述的成像设备，其特征在于，所述设备还包括：至少一第一平场校正单元，用于对所述第一、第二2个摄像单元发送的第一和第二图像进行平场校正，将平场校正后的第一和第二图像发送给第一匹配单元。
12.根据权利要求9所述的成像设备，其特征在于，当所述摄像单元包括1个摄像单元，所述成像设备还包括：存储单元、至少一第二匹配单元，所述第二匹配单元包括至少第四、第五计算单元；
所述存储单元,用于预先获取并存储多个目标区域的图像作为参考图像；
所述第四计算单元，用于将所述获取的至少包含目标物体的图像与预先存储的多个参考图像进行匹配；
所述第五计算单元，利用所述包含目标物体的图像和匹配的参考图像的渐变规律，从而实现所述包含目标物体的图像与所述匹配的参考图像更高精度的匹配。
13.根据权利要求12所述的成像设备，其特征在于，所述设备还包括：至少一第二平场校正单元，用于对所述1个摄像单元发送的图像进行平场校正，将平场校正后的图像发送给第二匹配单元。
14.根据权利要求9-13任意一项所述的装置，其特征在于，所述设备还包括：至少一第二调整单元，用于增加所述摄像单元拍摄的图像对光亮度的宽容度。
15.一种成像设备的处理器，其特征在于，所述处理器包括：至少一第一匹配单元，所述第一匹配单元包括至少第一、第二计算单元；
所述第一计算单元，用于匹配所述第一、第二图像；
所述第二计算单元，用于对所述匹配后的第一、第二图像，利用所述图像的一定渐变规律，从而实现所述第一、第二图像更高精度的匹配。
16.一种成像设备的处理器，其特征在于，根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述处理器包括：存储单元、至少一第二匹配单元，所述第二匹配单元包括至少第四、第五计算单元；
所述存储单元,用于预先获取并存储多个目标区域的图像作为参考图像；
所述第四计算单元，用于将所述获取的至少包含目标物体的图像与预先存储的多个参考图像进行匹配；
所述第五计算单元，利用所述包含目标物体的图像和匹配的参考图像的渐变规律，从而实现所述包含目标物体的图像与所述匹配的参考图像更高精度的匹配。
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