CN108827594B - 一种结构光投影器的解析力检测方法和检测系统 - Google Patents

一种结构光投影器的解析力检测方法和检测系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种结构光投影器的解析力检测方法和检测系统。该解析力检测方法包括：步骤1：在黑暗环境下，结构光投影器向平面投射光斑，光斑采集装置向平面采集光斑以获取光斑图像；步骤2：确定光斑图像中的0级衍射点，并以0级衍射点为中心，在不同视场角上各选取若干个取值区域；步骤3：依据选取的各个取值区域的亮度平均值，在各个取值区域中，将亮度值小于所在取值区域的亮度平均值的像素点去掉，剩下的像素点形成多个亮块；步骤4：依据预设的亮度差异阈值，将像素点之间的亮度差异度小于亮度差异阈值的亮块去掉，剩下合格亮块；步骤5：若任一取值区域内剩下的合格亮块的密度小于与其所在视场角所对应的预设值，则判断结构光投影器的解析力不合格。该解析力检测方法能够对结构光投影器所投射出来的光斑进行解析力的检测，以筛选出解析力不好的产品，保证结构光模组的品质管控。

Description

一种结构光投影器的解析力检测方法和检测系统
技术领域
本发明涉及结构光领域，尤其涉及一种结构光投影器的解析力检测方法和检测系统。
背景技术
随着苹果公司在智能终端上使用Face ID技术，采用结构光模组来做人脸识别、3D感测和VR设备等将会成为未来的主流。结构光模组主要包括结构光投影器和结构光摄像头，结构光投影器负责向被摄物体投射光斑进行扫描，结构光摄像头负责对被投射到被摄物体上的光斑进行拍摄，然后，后端处理器通过处理算法来解析拍摄到的光斑图像，以获取被摄物体的三维数据。其中，结构光投影器所投射出来的光斑解析力是否合格，直接影响到后端处理器对光斑图像的解码率。
发明内容
为了解决上述现有技术的不足，本发明提供一种结构光投影器的解析力检测方法和检测系统。该解析力检测方法能够对结构光投影器所投射出来的光斑进行解析力的检测，以筛选出解析力不好的产品，保证结构光模组的品质管控。
本发明所要解决的技术问题通过以下技术方案予以实现：
一种结构光投影器的解析力检测方法，包括：
步骤1：在黑暗环境下，结构光投影器向平面投射光斑，光斑采集装置向平面采集光斑以获取光斑图像；
步骤2：确定光斑图像中的0级衍射点，并以0级衍射点为中心，在不同视场角上各选取若干个取值区域；
步骤3：依据选取的各个取值区域的亮度平均值，在各个取值区域中，将亮度值小于所在取值区域的亮度平均值的像素点去掉，剩下的像素点形成多个亮块；
步骤4：依据预设的亮度差异阈值，将像素点之间的亮度差异度小于亮度差异阈值的亮块去掉，剩下合格亮块；
步骤5：若任一取值区域内剩下的合格亮块的密度小于与其所在视场角所对应的预设值，则判断结构光投影器的解析力不合格。
进一步地，在步骤2中还包括：确定光斑图像的四个顶角点，且同一视场角上选取的若干个取值区域的中心点分别位于0级衍射点和四个顶角点之间的连线上。
进一步地，在步骤4中还包括：依据预设的数量阈值，将像素点数量小于数量阈值的亮块去掉。
进一步地，在步骤1之前还包括：
步骤0：将结构光投影器放置在透光平面前方，将光斑采集装置放置在透光平面后方；
在步骤1中，结构光投影器向透光平面的正面投射光斑，光斑采集装置向透光平面的背面采集光斑以获取光斑图像。
进一步地，步骤1包括：
步骤1.1：在黑暗环境下，结构光投影器向平面投射光斑，光斑采集装置向平面连续采集光斑以获取多张原始光斑图像；
步骤1.2：将获取的多张原始光斑图像采用多帧叠加降噪处理，以形成降噪后的光斑图像；
或者，步骤1包括：
步骤1.1：在黑暗环境下，结构光投影器不向平面投射光斑，光斑采集装置向平面采集光线以获取背景图，以及，结构光投影器向平面投射光斑，光斑采集装置向平面连续采集光斑以获取至少一张原始光斑图像；
步骤1.2：若获取的原始光斑图像只有一张，则将获取的原始光斑图像减去获取的背景图，以形成减去背景后的光斑图像；若获取的原始光斑图像有两张或以上，则对获取的多张原始光斑图像采用多帧叠加降噪处理，以形成降噪后的光斑图像，然后再将降噪后的光斑图像减去获取的背景图，以形成减去背景后的光斑图像。
一种结构光投影器的解析力检测系统，包括：
光斑采集装置，用于在黑暗环境下采集结构光投影器向平面投射的光斑并获取光斑图像；
处理装置，用于对获取到的光斑图像进行处理分析，并输出解析力的检测结果；
所述处理装置包括处理器和与所述处理器电性连接的存储器，所述存储器内储存有供所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行该计算机程序时，进行如下步骤：
步骤1：读取所述光斑采集装置获取到的光斑图像；
步骤2：确定光斑图像中的0级衍射点，并以0级衍射点为中心，在不同视场角上各选取若干个取值区域；
步骤3：依据选取的各个取值区域的亮度平均值，在各个取值区域中，将亮度值小于所在取值区域的亮度平均值的像素点去掉，剩下的像素点形成多个亮块；
步骤4：依据预设的亮度差异阈值，将像素点之间的亮度差异度小于亮度差异阈值的亮块去掉，剩下合格亮块；
步骤5：若任一取值区域内剩下的合格亮块的密度小于与其所在视场角所对应的预设值，则判断结构光投影器的解析力不合格。
进一步地，所述处理器在进行步骤2时还包括：确定光斑图像的四个顶角点，且同一视场角上选取的若干个取值区域的中心点分别位于0级衍射点和四个顶角点之间的连线上。
进一步地，所述处理器在进行步骤4时还包括：依据预设的数量阈值，将像素点数量小于数量阈值的亮块去掉。
进一步地，还包括：
透光平面，用于承载结构光投影器所投射出来的光斑，以供光斑采集装置进行光斑采集。
进一步地，所述处理器在执行步骤1时还包括：若读取的是多张原始光斑图像，则将读取的多张原始光斑图像采用多帧叠加降噪处理，以形成降噪后的光斑图像；若读取的是背景图和一张原始光斑图像，则将读取的原始光斑图像减去背景图，以形成减去背景后的光斑图像；若读取的是背景图和两张或以上原始光斑图像，则先将读取的多张原始光斑图像采用多帧叠加降噪处理，以形成降噪后的光斑图像，然后再将降噪后的光斑图像减去背景图，以形成减去背景后的光斑图像。
本发明具有如下有益效果：该解析力检测方法通过对光斑图像中的像素点进行亮度筛选，再对亮块进行尺寸和亮度差异的筛选，以确定每个取值区域中的合格亮块，再依据各个取值区域中的合格亮块的密度来判断整个光斑的解析力是否合格，以此筛选出解析力不好的结构光投影器，保证结构光模组的品质管控。
附图说明
图1为本发明提供的解析力检测方法的步骤框图；
图2为本发明提供的解析力检测系统的示意图；
图3为本发明检测时对光斑图像的取值区域示意图；
图4为本发明检测时某取值区域内剩下的合格亮块的示意图；
图5为本发明检测时某合格亮块的示意图；
图6为本发明提供的解析力检测系统中处理装置执行的步骤框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。
实施例一
如图1所示，一种结构光投影器101的解析力检测方法，包括：
步骤1：在黑暗环境下，如图2所示，结构光投影器101向平面103投射光斑，光斑采集装置102向平面103采集光斑以获取光斑图像；
检测环境的光线对最终的检测结果有很大的影响，因此，该步骤1需要在黑暗环境下进行，以免环境光线影响到检测结果，最优地在完全密闭无外界光线的空间中进行。
其中，在该步骤1之前还包括：
步骤0：将结构光投影器101放置在透光平面103前方，将光斑采集装置102放置在透光平面103后方；
并在步骤1中，结构光投影器101向透光平面103的正面投射光斑，光斑采集装置102向透光平面103的背面采集光斑以获取光斑图像。
优选地，所述透光平面103为半透明幕布，所述光斑采集装置102为结构光摄像头。
步骤2：确定光斑图像中的0级衍射点，并以0级衍射点为中心，在不同视场角上各选取若干个取值区域；
该步骤2中，0级衍射点指的是结构光投影器101的光心0级衍射光栅，即光斑图像中的亮度值最大的像素点（不一定是光斑图像的中心点）；优选但不限于通过图像的二值化来寻找确定，现有算法不详细介绍。
如图3所示，以0级衍射点（图中黑点）为中心，分别在0.1A、0.3A、0.5A和0.7A视场角上各选取若干个取值区域（每个取值区域的中心都落在对应视场角的虚线上），其中，A为光斑采集装置102的固定视场角，比如70°、90°或120°等。
优选地，在该步骤2中还包括：确定光斑图像的四个顶角点，且同一视场角上选取的若干个取值区域的中心点分别位于0级衍射点和四个顶角点之间的连线上。
其中，四个顶角点指的是矩形光斑图像中的四个顶角的像素点，优选但不限于通过对图像边缘的拟合直线来寻找确定，现有算法不详细介绍。
即任一视场角上选取的取值区域均为四个，如图3所示，在0.1A视场角上选取四个取值区域1、2、3和4，在0.3A视场角上选取四个取值区域5、6、7和8，在0.5A视场角上选取四个取值区域9、10、11和12，在0.7A视场角上选取四个取值区域13、14、15和16；其中，取值区域1、5、9和13的中心均在0级衍射点和左上顶角点之间的连线上，取值区域2、6、10和14的中心均在0级衍射点和右上顶角点之间的连线上，取值区域3、7、11和15的中心均在0级衍射点和左下顶角点之间的连线上，取值区域4、8、12和16的中心均在0级衍射点和右下顶角点之间的连线上。
步骤3：依据选取的各个取值区域的亮度平均值，在各个取值区域中，将亮度值小于所在取值区域的亮度平均值的像素点去掉，剩下的像素点形成如图4所示的多个亮块（每个白色方格均为保留的像素点）；
该步骤3中，先依据各个取值区域中的所有像素点的亮度值，计算出各个取值区域所对应的亮度平均值，再将各个像素点的亮度值与其所在的取值区域的亮度平均值逐一进行比较，去掉亮度值较小的像素点，剩下的亮度值较大的像素点就会在各自所在的取值区域中形成多个亮块，这些亮块的像素点数量或相同或不同。
具体的，如图3所示，依据取值区域1中所有像素点的亮度值计算出取值区域1的亮度平均值L1，再将取值区域1中亮度值小于亮度平均值L1的像素点去掉；依据取值区域2中所有像素点的亮度值计算出取值区域2的亮度平均值L2，再将取值区域2中亮度值小于亮度平均值L2的像素点去掉；……；依次类推至全部十六个取值区域。
优选地，至少同一视场角上选取的若干个取值区域之间的尺寸相同，最优地，所有取值区域之间的尺寸均相同。
步骤4：依据预设的亮度差异阈值，将像素点之间的亮度差异度小于亮度差异阈值的亮块去掉，剩下合格亮块；
优选地，为了提高合格亮块的筛选精度，在该步骤4中还包括：依据预设的数量阈值，将像素点数量小于数量阈值的亮块去掉。
在该步骤4之后，各个取值区域中，就仅剩下像素点数量大于或等于数量阈值且像素点之间的亮度差异度大于或等于亮度差异阈值的合格亮块；其中，数量阈值和亮度差异阈值由检测人员依据所需的筛选精度而设置为不同的固定值，两者的具体数值不作限制，而亮度差异度可以但不限于为亮度方差值或亮度标准差值，即各个亮块的像素点的亮度值之间的方差值或标准差值。
在对亮块进行像素点数量的筛选时，优选地，通过8连通区域进行筛选，即如图5所示，每个合格亮块都至少具有“上、下、左、右、左上、右上、左下和右下”这8个相邻像素点形成的连通区域。
步骤5：若任一取值区域内剩下的合格亮块的密度小于与其所在视场角所对应的预设值，则判断结构光投影器101的解析力不合格。
该步骤5中，由于结构光投影器101投射的光斑不是亮度均匀分布的，其亮度从0级衍射点向外逐步衰减，因此，不同视场角的亮块密度标准不同，即不同视场角所对应的预设值不同，如图3所示，0.1A视场角所对应的预设值为B1、0.3A视场角所对应的预设值为B2、0.5A视场角所对应的预设值为B3和0.7A视场角所对应的预设值为B4，若取值区域1-4中任一取值区域内剩下的合格亮块的密度小于0.1A视场角所对应的预设值B1，或者，取值区域5-8中任一取值区域内剩下的合格亮块的密度小于0.3A视场角所对应的预设值B2，或者，取值区域9-12中任一取值区域内剩下的合格亮块的密度小于0.5A视场角所对应的预设值B3，或者，取值区域13-16中任一取值区域内剩下的合格亮块的密度小于0.7A视场角所对应的预设值B4，都判定判断结构光投影器101的解析力不合格。
不同视场角所对应的预设值同样由检测人员依据所需的筛选精度而设置为不同的固定值，具体数值不作限制。
该解析力检测方法通过对光斑图像中的像素点进行亮度筛选，再对亮块进行尺寸和亮度差异的筛选，以确定每个取值区域中的合格亮块，再依据各个取值区域中的合格亮块的密度来判断整个光斑的解析力是否合格，以此筛选出解析力不好的结构光投影器101，保证结构光模组的品质管控。
另外，为了尽可能地减少环境光线对结构光采集装置获取到的光斑图像产生影响，在步骤1还可对光斑图像进行降噪和/或去背景处理。
具体的，若仅进行降噪处理的话，该步骤1包括：
步骤1.1：在黑暗环境下，结构光投影器101向平面103投射光斑，光斑采集装置102向平面103连续采集光斑以获取多张原始光斑图像；
步骤1.2：对获取的多张原始光斑图像采用多帧叠加降噪处理，以形成降噪后的光斑图像。
或者，若仅进行去背景处理或者同时进行去背景和降噪处理的话，该步骤1包括：
步骤1.1：在黑暗环境下，结构光投影器101不向平面103投射光斑，光斑采集装置102向平面103采集光线以获取背景图，以及，结构光投影器101向平面103投射光斑，光斑采集装置102向平面103连续采集光斑以获取至少一张原始光斑图像；
步骤1.2：若获取的原始光斑图像只有一张，则将获取的原始光斑图像减去获取的背景图，以形成减去背景后的光斑图像；若获取的原始光斑图像有两张或以上，则对获取的多张原始光斑图像采用多帧叠加降噪处理，以形成降噪后的光斑图像，然后再将降噪后的光斑图像减去获取的背景图，以形成减去背景后的光斑图像。
实施例二
如图2所示，一种结构光投影器101的解析力检测系统，包括：
光斑采集装置102，用于在黑暗环境下采集结构光投影器101向平面103投射的光斑并获取光斑图像；
处理装置，用于对获取到的光斑图像进行处理分析，并输出解析力的检测结果；
所述处理装置包括处理器和与所述处理器电性连接的存储器，所述存储器内储存有供所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行该计算机程序时，如图6所示，进行如下步骤：
步骤1：读取所述光斑采集装置102获取到的光斑图像；
步骤2：确定光斑图像中的0级衍射点，并以0级衍射点为中心，在不同视场角上各选取若干个取值区域；
优选地，在步骤2中还包括：确定光斑图像的四个顶角点，且同一视场角上选取的若干个取值区域的中心点分别位于0级衍射点和四个顶角点之间的连线上。
步骤3：依据选取的各个取值区域的亮度平均值，在各个取值区域中，将亮度值小于所在取值区域的亮度平均值的像素点去掉，剩下的像素点形成多个亮块；
步骤4：依据预设的亮度差异阈值，将像素点之间的亮度差异度小于亮度差异阈值的亮块去掉，剩下合格亮块；
优选地，所述处理器在进行步骤4时还包括：依据预设的数量阈值，将像素点数量小于数量阈值的亮块去掉。
步骤5：若任一取值区域内剩下的合格亮块的密度小于与其所在视场角所对应的预设值，则判断结构光投影器101的解析力不合格。
在检测时，所述处理装置可以通过数据线、蓝牙或WiFi等方式连接至所述光斑采集装置102，以与所述光斑采集装置102之间进行数据传输；所述处理装置可以但不限于为个人电脑，所述光斑采集装置102优选为结构光摄像头。
该解析力检测系统还包括：
透光平面103，用于承载结构光投影器101所投射出来的光斑，以供光斑采集装置102进行光斑采集。
在检测时，将结构光投影器101放置在透光平面103前方，并向透光平面103的正面投射光斑；将光斑采集装置102放置在透光平面103后方，并向透光平面103的背面采集光斑以获取光斑图像。
优选地，所述透光平面103为半透明幕布。
另外，为了尽可能地减少环境光线对结构光采集装置获取到的光斑图像产生影响，所述处理器在步骤1还可对光斑图像进行降噪和/或去背景处理。
所述处理器在执行步骤1时，对读取的多张原始光斑图像采用多帧叠加降噪处理，以形成降噪后的光斑图像。
具体的，所述处理器在执行步骤1时还包括：读取所述光斑采集装置102获取到的背景图，若读取的原始光斑图像只有一张，则将读取的原始光斑图像减去获取的背景图，以形成减去背景后的光斑图像；若读取的原始光斑图像有两张或以上，则对读取的多张原始光斑图像采用多帧叠加降噪处理，以形成降噪后的光斑图像，然后再将降噪后的光斑图像减去读取的背景图，以形成减去背景后的光斑图像。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制，但凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均应落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种结构光投影器的解析力检测方法，其特征在于，包括：
步骤1：在黑暗环境下，结构光投影器向平面投射光斑，光斑采集装置向平面采集光斑以获取光斑图像；
步骤2：确定光斑图像中的0级衍射点，并以0级衍射点为中心，在不同视场角上各选取若干个取值区域；
步骤3：依据选取的各个取值区域的亮度平均值，在各个取值区域中，将亮度值小于所在取值区域的亮度平均值的像素点去掉，剩下的像素点形成多个亮块；
步骤4：依据预设的亮度差异阈值，将像素点之间的亮度差异度小于亮度差异阈值的亮块去掉，剩下合格亮块；
步骤5：若任一取值区域内剩下的合格亮块的密度小于与其所在视场角所对应的预设值，则判断结构光投影器的解析力不合格。
2.根据权利要求1所述的结构光投影器的解析力检测方法，其特征在于，在步骤2中还包括：确定光斑图像的四个顶角点，且同一视场角上选取的若干个取值区域的中心点分别位于0级衍射点和四个顶角点之间的连线上。
3.根据权利要求1或2所述的结构光投影器的解析力检测方法，其特征在于，在步骤4中还包括：依据预设的数量阈值，将像素点数量小于数量阈值的亮块去掉。
4.根据权利要求1所述的结构光投影器的解析力检测方法，其特征在于，在步骤1之前还包括：
步骤0：将结构光投影器放置在透光平面前方，将光斑采集装置放置在透光平面后方；
在步骤1中，结构光投影器向透光平面的正面投射光斑，光斑采集装置向透光平面的背面采集光斑以获取光斑图像。
5.根据权利要求1或4所述的结构光投影器的解析力检测方法，其特征在于，步骤1包括：
步骤1.1：在黑暗环境下，结构光投影器向平面投射光斑，光斑采集装置向平面连续采集光斑以获取多张原始光斑图像；
步骤1.2：将获取的多张原始光斑图像采用多帧叠加降噪处理，以形成降噪后的光斑图像；
或者，步骤1包括：
步骤1.1：在黑暗环境下，结构光投影器不向平面投射光斑，光斑采集装置向平面采集光线以获取背景图，以及，结构光投影器向平面投射光斑，光斑采集装置向平面连续采集光斑以获取至少一张原始光斑图像；
步骤1.2：若获取的原始光斑图像只有一张，则将获取的原始光斑图像减去获取的背景图，以形成减去背景后的光斑图像；若获取的原始光斑图像有两张或以上，则对获取的多张原始光斑图像采用多帧叠加降噪处理，以形成降噪后的光斑图像，然后再将降噪后的光斑图像减去获取的背景图，以形成减去背景后的光斑图像。
6.一种结构光投影器的解析力检测系统，其特征在于，包括：
光斑采集装置，用于在黑暗环境下采集结构光投影器向平面投射的光斑并获取光斑图像；
处理装置，用于对获取到的光斑图像进行处理分析，并输出解析力的检测结果；
所述处理装置包括处理器和与所述处理器电性连接的存储器，所述存储器内储存有供所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行该计算机程序时，进行如下步骤：
步骤1：读取所述光斑采集装置获取到的光斑图像；
步骤2：确定光斑图像中的0级衍射点，并以0级衍射点为中心，在不同视场角上各选取若干个取值区域；
步骤3：依据选取的各个取值区域的亮度平均值，在各个取值区域中，将亮度值小于所在取值区域的亮度平均值的像素点去掉，剩下的像素点形成多个亮块；
步骤4：依据预设的亮度差异阈值，将像素点之间的亮度差异度小于亮度差异阈值的亮块去掉，剩下合格亮块；
步骤5：若任一取值区域内剩下的合格亮块的密度小于与其所在视场角所对应的预设值，则判断结构光投影器的解析力不合格格。
7.根据权利要求6所述的结构光投影器的解析力检测系统，其特征在于，所述处理器在进行步骤2时还包括：确定光斑图像的四个顶角点，且同一视场角上选取的若干个取值区域的中心点分别位于0级衍射点和四个顶角点之间的连线上。
8.根据权利要求6或7所述的结构光投影器的解析力检测系统，其特征在于，所述处理器在进行步骤4时还包括：依据预设的数量阈值，将像素点数量小于数量阈值的亮块去掉。
9.根据权利要求6所述的结构光投影器的解析力检测系统，其特征在于，还包括：
透光平面，用于承载结构光投影器所投射出来的光斑，以供光斑采集装置进行光斑采集。
10.根据权利要求6所述的结构光投影器的解析力检测系统，其特征在于，所述处理器在执行步骤1时还包括：若读取的是多张原始光斑图像，则将读取的多张原始光斑图像采用多帧叠加降噪处理，以形成降噪后的光斑图像；若读取的是背景图和一张原始光斑图像，则将读取的原始光斑图像减去背景图，以形成减去背景后的光斑图像；若读取的是背景图和两张或以上原始光斑图像，则先将读取的多张原始光斑图像采用多帧叠加降噪处理，以形成降噪后的光斑图像，然后再将降噪后的光斑图像减去背景图，以形成减去背景后的光斑图像。
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