CN109741384A - 深度相机的多距离检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种深度相机的多距离检测装置，包括：深度相机，用于投射光束并接收由屏幕反射的光束；平面镜，对所述深度相机投射的光束进行反射，增大光束投射光程；所述屏幕用作物平面，接收由所述深度相机投射的光束或者接收由所述平面镜反射的光束，并对所述光束进行反射，使得所述深度相机完成检测；外壳，用于放置所述深度相机、平面镜及屏幕。本发明还提出一种深度相机的多距离检测方法。本发明的深度相机的多距离检测装置及方法，通过平面镜的反射原理，在检测装置中放入平面镜，增大光束投射光程，能够实现增大检测的距离但不改变装置的空间大小。

Description

深度相机的多距离检测装置及方法

技术领域

本发明涉及深度相机领域，特别涉及一种深度相机的多距离检测装置及方法。

背景技术

目前，结构光深度相机的深度标定及深度检测在同一装置中进行，其原理均是通过深度相机内部的结构光投影模组投射散斑图案到白屏幕上，然后再进行深度标定及深度检测。由于空间的限制，目前标定距离及深度检测距离均限定在1.5m以内。

然而，随着结构光深度相机的应用距离增加，如手机后置摄像头，对深度相机的深度标定和深度检测距离提出了更大需求，但按照现有的检测方案，当检测(本案所述的“检测”包括“深度标定”和“深度检测”等，其中“深度检测”又称为“精度检测”)距离增大时，如3m，将要求检测装置体积继续增大，但是装置体积过大对生产制造、材料成本及占地面积等将造成很多不利因素。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的深度相机当检测距离增大时检测装置体积过大的问题，提出一种深度相机的多距离检测装置及方法。

本发明的深度相机的多距离检测装置包括：深度相机，用于投射光束并接收由屏幕反射的光束；平面镜，对所述深度相机投射的光束进行反射，增大光束投射光程；所述屏幕用作物平面，接收由所述深度相机投射的光束或者接收由所述平面镜反射的光束，并对所述光束进行反射，使得所述深度相机完成检测；外壳，用于放置所述深度相机、平面镜及屏幕。

在优选的实施方式中，所述深度相机与水平轴之间的夹角能够调节、所述深度相机距离屏幕的水平距离能够调节，所述平面镜与水平轴之间的夹角、以及所述平面镜距离所述深度相机的水平距离和/或垂直距离能够调节。

在优选的实施方式中，使用所述多距离检测装置进行检测，当检测距离大于水平最大检测距离时，选取所述深度相机的全视场角的部分视场进行检测分析。在更优选的实施方式中，所述平面镜的尺寸由检测距离及选取的所述部分视场的大小确定。在优选的实施方式中，所述平面镜的数量为一个以上。

本发明还提出一种深度相机的多距离检测方法，包括以下步骤：深度相机投射光束；平面镜对所述深度相机投射的光束进行反射，增大光束投射光程；屏幕接收由所述平面镜反射的光束，并对所述光束进行反射；所述深度相机接收由屏幕反射的光束，完成检测。

在优选的实施方式中，本发明的深度相机的多距离检测方法还包括，调节所述深度相机与水平轴之间的夹角，和/或调节所述深度相机距离屏幕的水平距离，和/或调节所述平面镜与水平轴之间的夹角，和/或调节所述平面镜距离所述深度相机的水平距离和/或垂直距离。

在优选的实施方式中，本发明的深度相机的多距离检测方法还包括，当检测距离大于水平最大检测距离时，选取所述深度相机的全视场角的部分视场进行检测分析。

与现有技术相比，本发明的有益效果有：

本发明的深度相机的多距离检测装置及方法，通过平面镜的反射原理，在检测装置中放入平面镜，增大光束投射光程，能够实现增大检测的距离但不改变装置的空间大小。

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他实施例的附图。

图1是一种深度相机的结构示意图。

图2是本发明一个实施例中深度相机的多距离检测装置示意图。

图3是本发明一个实施例中屏幕尺寸的计算方式示意图。

图4是本发明又一个实施例中深度相机的多距离检测装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图通过具体实施例对本发明进行详细的介绍，以使更好的理解本发明，但下述实施例并不限制本发明范围。另外，需要说明的是，下述实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构思，附图中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形状、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。

图1是一种深度相机的结构示意图，深度相机10包括多个光学模组，比如投影模组101，成像模组102，RGB相机103，进光窗口104，以及处理器105等。深度相机10用于获取目标的深度图像以及彩色图像，其可以是结构光深度相机、时间飞行法深度相机、双目视觉深度相机等。

对于结构光深度相机而言，投影模组101包括光源、投影透镜以及衍射光学元件等，用于向目标空间中投射经编码的结构化图案光束，比如随机斑点图案，成像模组102包括图像传感器(如CCD、CMOS)、滤光片以及成像透镜等，采集照射在目标物体上所形成的结构光图案；处理器105根据采集到的结构光图案计算得到深度图像，处理器105可以是FPGA、ASIC、DSP、CPU等形式的处理器，比如专用ASIC深度计算处理器，或者，当深度相机被嵌入到其他终端设备中去时，处理器为终端设备中的处理器，比如手机应用处理器，计算机CPU等。

对于时间飞行法深度相机而言，投影模组101用于向目标空间发射经调制的光束，成像模组102用于接收调制光束，处理器105计算光束从发射到接收的时间差，并基于时间差计算出目标深度。

对于双目视觉深度相机而言，其包括两个采集模组(此时可以将投影模组看作是采集模组的逆向模组)，分别用于采集目标两幅不同视野的图像，处理器对两幅图像进行视差计算，并根据视差计算出目标深度。

无论是哪种深度相机，在使用前均需要对深度相机进行检测，比如标定及精度检测，才可将其配置到相应设备，如手机、电脑中使用，本发明将提供一种深度相机的多距离检测装置及方法，以下将以结构光深度相机为例进行说明。

图2是根据本发明实施例的一种深度相机的多距离检测装置示意图。装置20包括屏幕201、深度相机202和外壳203。通过设定标定距离，即深度相机202与屏幕201的距离，如1m，深度相机202内部的投影模组向屏幕201投射散斑图案光束，由深度相机202内部的成像模组采集照射在目标物体上所形成的结构光图案；深度相机202内部的处理器再根据采集到的结构光图案计算得到深度图像作为参考图像，并将数据信息储存到处理器内部的寄存器，完成深度相机的标定；标定完成后为确保标定结果的准确度，通过改变深度相机202与屏幕201的距离(在图2中用虚线框表示的深度相机202即代表深度相机在水平方向移动来改变深度检测距离)，拍摄不同距离的图像根据标定时的参考图像进行3D绘图，进行标定结果验证，并根据相关算法对标定数据进行修正，此过程称为深度检测。

在一些实施例中，屏幕201为一个普通的白色屏幕，其尺寸由深度相机202与屏幕201的标定距离、深度检测距离及深度相机202的投射视场(FOV)决定，具体计算方式通过图3进行说明，示意图30中M点处代表深度相机所在位置，O点所在平面(即纸面或电脑屏幕所在平面)为屏幕所在平面，深度相机投射图案光束到屏幕上，根据深度相机的水平FOV角度302、竖直FOV角度301、对角FOV角度303及深度相机距离屏幕的距离304，运用三角函数定理便可分别求得所需屏幕的尺寸，如，长度305、高度306及对角距离307。

在一些实施例中，深度相机202为结构光深度相机，其内部结构在图1中已有介绍，其投射的FOV由深度相机202内部的相关器件(如，图像传感器，透镜等)性能共同确定，本发明中，深度相机202的FOV为78°(一般情况下，所说的深度相机202的FOV是指深度相机202的对角视场角)，水平FOV为50.3°，竖直FOV为59.6°，深度相机202通常置于屏幕201的中心轴方向，并沿中心轴方向移动，来改变其距离屏幕201的位置，用于深度标定及深度检测；外壳203用来放置屏幕201及深度相机202，以及一些未示出的器件，如用于固定屏幕201的夹具、固定深度相机202的夹具以及用于移动深度相机202的器件等，其材料可以为铝质、铁质、合金等金属材质。外壳203的尺寸基本由屏幕的尺寸及深度相机202与屏幕201的深度检查距离确定。一般情况下，外壳203的长度和高度分别由屏幕201的长度和高度来确定，外壳203的宽度由深度相机202与屏幕201的深度标定或者深度检测距离确定。

根据一个具体实施例中对装置20进行说明：

首先，选定深度相机标定距离为1m，深度检测距离分别为0.4m、0.6m、1m、1.5m；然后，根据深度相机FOV及选定的深度检测距离，计算屏幕尺寸，如表1中数据显示。

表1

在表1中，根据水平FOV的数值计算出来的“屏幕计算值”是指计算出的屏幕长度，根据垂直FOV的数值计算出来的“屏幕计算值”是指计算出的屏幕高度，“计算值+20％”是指根据屏幕的尺寸确定外壳203的尺寸时的一种计算方式，但是不构成对本案的限定。根据表1的数据，确定装置尺寸(“装置尺寸”即是指外壳203的尺寸)为长1.69m(根据屏幕的长度确定)、高2.06m(根据屏幕的高度确定)、宽1.5m(根据最大深度检测距离确定)。

显而易见的是，随着检测(深度标定或者深度检测)距离的增大，整个装置的尺寸将增大，因此，检测距离便受到了限制，如上述实施例中的装置20，其检测距离最大只能为1.5m。为实现一种既能满足装置空间大小不变，同时可以多距离检测的装置，本发明通过平面镜反射原理提供了又一种深度相机的多距离检测装置，如图4所示。

装置40包含屏幕401、深度相机402、平面镜403及外壳404。通过平面镜403的反射原理增大了光束的投射光程，达到了检测距离增大并保持装置40空间大小不变的效果。其深度标定原理与深度检测原理与装置20中所述原理相同；区别为，增加了一面平面镜403，平面镜403用于接收深度相机402的投射光束，将其反射后垂直投射到屏幕401。可以理解的是，随着检测距离的增大，如果要求屏幕401接收该距离下深度相机402投射的全FOV光束，将需求更大尺寸的屏幕来满足，与本发明保持空间大小不变的需求相冲突，因此，选取一种折衷但同样达到具有检测效果的方案，即对大于一定检测距离的检测，其FOV选择比较小的范围(如全FOV的2％～8％)进行检测。

根据本发明一个具体实施例对装置40进行说明：

装置20中可检测的最大距离为1.5m，在装置40中，当使用平面镜403后检测范围将增大，如检测距离为3m时，首先按照全FOV计算所需屏幕尺寸，如表2数据显示，可以看到，此时所需屏幕尺寸已经超过了上述实施例中所设计的屏幕尺寸；因此，为同时满足多距离检测并保持装置空间不继续增大的目的，当检测距离超出水平最大检测距离(在本实施例中，水平最大检测距离为1.5m)时，例如对3m距离的检测，则选取全FOV的部分视场进行分析，如选择3％FOV，计算数据如表2所示。

表2

由表2数据可以看到，选择3％FOV进行检测，上述实施例的屏幕尺寸完全满足；可以理解的是，该视场范围还可以继续增大，表格中的数据仅为说明该方案的可行性。

需要说明的是，在具体实施过程中，当确定好检测距离和FOV范围后，还需调整深度相机402和平面镜403的方位，如装置40中，当检测距离为3m时，一种具体放置方式如装置40中所示：深度相机402距离屏幕401的值为0.2m，与水平轴成60°放置，平面镜403尺寸为0.3m×0.3m(其尺寸值由检测距离及选择的FOV大小决定)，平面镜403距离深度相机402的垂直距离为0.75m，并且平面镜403与水平轴成75°放置。与图2所示的实施例类似，在图4所示的实施例中，虚线框表示的深度相机402也代表深度相机在水平方向移动来改变检测距离。

因此，在本发明一个具体实施例中，装置40可以达到的检测范围为：水平方向的检测范围为0～1.5m，当超出水平最大检测距离，如，检测距离为1.5m～3m时，通过平面镜403达成。可以理解的是，在该实施例中，凡小于3m的检测均可通过平面镜403进行。

本发明达到的有益效果为，通过平面镜的反射原理，在检测装置中放入平面镜实现多距离深度标定和多距离深度检测，但不改变装置空间大小的有益效果。

本发明还提出一种深度相机的多距离检测装置，在装置中放入多面(两面以上)平面镜达到更大距离的检测，当然，FOV的范围也将需要合理选择，但对于验证标定数据的准确度仍具有益效果。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件，也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件，以实现本发明的目的。

上述本发明的深度相机的多距离检测方法可在硬件、固件中实现，或者被实现为可存储在记录介质(诸如CD ROM、RAM、软盘、硬盘或磁光盘)中的软件或计算机代码，或者被实现通过网络下载的原始存储在远程记录介质或非暂时机器可读介质中并将被存储在本地记录介质中的计算机代码，从而在此描述的方法可被存储在使用通用计算机、专用处理器或者可编程或专用硬件(诸如ASIC或FPGA)的记录介质上的这样的软件处理。可以理解，计算机、处理器、微处理器控制器或可编程硬件包括可存储或接收软件或计算机代码的存储组件(例如，RAM、ROM、闪存等)，当所述软件或计算机代码被计算机、处理器或硬件访问且执行时，实现在此描述的处理方法。此外，当通用计算机访问用于实现在此示出的处理的代码时，代码的执行将通用计算机转换为用于执行在此示出的处理的专用计算机。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种深度相机的多距离检测装置，其特征在于，包括：

深度相机，用于投射光束并接收由屏幕反射的光束；

平面镜，对所述深度相机投射的光束进行反射，增大光束投射光程；

所述屏幕用作物平面，接收由所述深度相机投射的光束或者接收由所述平面镜反射的光束，并对所述光束进行反射，使得所述深度相机完成检测；

外壳，用于放置所述深度相机、平面镜及屏幕。

2.根据权利要求1所述的多距离检测装置，其特征在于，所述深度相机与水平轴之间的夹角能够调节，所述深度相机距离屏幕的距离能够调节。

3.根据权利要求1或2所述的多距离检测装置，其特征在于，所述平面镜与水平轴之间的夹角、以及所述平面镜距离所述深度相机的水平距离和/或垂直距离能够调节。

4.根据权利要求1所述的多距离检测装置，其特征在于，当使用所述多距离检测装置进行检测时，当检测距离超过水平方向最大检测距离时，选取所述深度相机的全视场角的部分视场进行检测分析。

5.根据权利要求4所述的多距离检测装置，其特征在于，所述平面镜的尺寸由检测距离及选取的所述部分视场的大小确定。

6.根据权利要求1所述的多距离检测装置，其特征在于，所述平面镜的数量为一个以上。

7.一种深度相机的多距离检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

深度相机投射光束；

平面镜对所述深度相机投射的光束进行反射，增大光束投射光程；

屏幕接收由所述平面镜反射的光束，并对所述光束进行反射；

所述深度相机接收由屏幕反射的光束，完成检测。

8.根据权利要求7所述的深度相机的多距离检测方法，其特征在于，还包括，调节所述深度相机与水平轴之间的夹角，和/或调节所述深度相机距离屏幕的距离。

9.根据权利要求7所述的深度相机的多距离检测方法，其特征在于，还包括，调节所述平面镜与水平轴之间的夹角，和/或调节所述平面镜距离所述深度相机的水平距离和/或垂直距离。

10.根据权利要求7所述的深度相机的多距离检测方法，其特征在于，还包括，当检测距离超过水平方向最大检测距离时，选取所述深度相机的全视场角的部分视场进行检测分析。