CN109963138A - 一种深度相机及图像获取方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光学技术领域，提供一种深度相机及图像获取方法，深度相机包括投影组件、图像采集组件及处理器；投影组件包括可改变投影视场角的光源单元；图像采集组件包括至少两台摄像机；处理器与投影组件和图像采集组件均连接，至少用于执行工作模式，工作模式包括单目模式或双目模式；用于根据工作模式控制光源单元投影具有不同视场角的结构光光束；用于根据工作模式控制摄像机单独开启或同时开启，以使得图像采集组件采集不同投影视场角下的结构光光束，获得结构光图像；用于根据结构光图像获得深度图像。通过设置投影视场角可调的光源单元，设置多台摄像机来获得不同投影视场角下的结构光图像，实现高精度、大范围的深度测量。
Description
技术领域
本发明涉及光学技术领域，更具体地说，是涉及一种深度相机及图像获取方法。
背景技术
结构光深度相机通过向目标空间投影结构光图像，并采集由物体反射回的结构光图像进一步计算出深度图像，基于该深度图像可以实现3D建模、人脸识别、手势交互等功能，同时结构光深度相机由于具备分辨率高、精度高、功耗低等优点，因此被广泛应用在手机、电脑、机器人、虚拟现实以及增强现实等智能设备上，具有非常良好的应用前景。
然而，目前的结构光深度相机也面临着重大的考验，其中，深度相机在深度测量方面的局限是目前所面临的重要问题之一，其无法同时实现高精度和大范围的深度测量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种深度相机，以解决现有深度相机无法同时实现高精度和大范围深度测量的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种深度相机，包括投影组件、图像采集组件以及处理器；
所述投影组件包括可改变投影视场角的光源单元；
所述图像采集组件包括至少两台摄像机；
所述处理器与所述投影组件和所述图像采集组件均连接，至少用于执行工作模式，所述工作模块包括单目模式或双目模式；
用于根据所述工作模式控制所述光源单元投影具有不同视场角的结构光光束；
用于根据所述工作模式控制所述图像采集组件中摄像机单独开启或同时开启，以使得所述图像采集组件采集不同投影视场角下的结构光光束，获得结构光图像；
用于根据所述结构光图像获得深度图像。
本发明的目的还在于提供一种图像获取方法，包括：
控制投影组件的投影视场角，以使得所述投影组件向目标空间投射出具有局部视场角和/或整体视场角的结构光图案；
采集所述结构光图案，以获得深度图像。
本发明提供的一种深度相机的有益效果在于：通过在深度相机中设置投影视场角可调的光源单元，同时图像采集组件中设置多台摄像机来获得不同投影视场角下的结构光图像，并通过处理器对光源单元和图像采集组件进行控制，最终可以获得高精度、大范围的深度图像，从而实现高精度、大范围的深度测量。不仅如此，在需要进行小范围的深度信息测量时，只需要通过处理器控制光源单元进行小视场角的投影，同时可以对其投影功率和图像密度进行控制，不仅可以获得精度较高的深度图像，而且避免了投影视场的浪费，节约了功耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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的附图。
图1为本发明实施例提供的深度相机的结构示意图一；
图2为本发明实施例提供的深度相机中第一种投影组件的结构示意图一；
图3为本发明实施例提供的深度相机中第一种投影组件的结构示意图二；
图4为本发明实施例提供的深度相机中第一种投影组件的结构示意图三；
图5为本发明实施例提供的深度相机中第二种投影组件的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的深度相机的结构示意图二；
图7为本发明实施例提供的第一种图像获取方法的实现流程图；
图8为本发明实施例提供的第二种图像获取方法的实现流程图；
图9为本发明实施例提供的第三种图像获取方法的实现流程图。
其中，图中各附图标记：
10-深度相机； 11-投影组件；
110-光源单元； 111-光源；
1111-第一光源； 1112-第二光源；
112-可旋转镜片； 113-驱动器；
114-衍射单元； 115-准直单元；
12-图像采集组件； 121-第一摄像机；
122-第二摄像机； 13-处理器；
14-彩色相机组件。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接或者间接位于该另一个部件上。当一个部件被称为“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是为了便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
请参阅图1，一种深度相机10，包括用于投影结构光图案的投影组件11、图像采集组件12以及处理器13。投影组件11包括可改变投影视场角的光源单元110，光源单元110用于投影结构光光束，图像采集组件12包括至少两台摄像机，处理器13与投影组件11和图像采集组件12均连接。处理器13至少用于执行工作模式，工作模式包括单目模式或双目模式；用于根据工作模式控制光源单元投影具有不同视场角的结构光光束；用于根据工作模式控制图像采集组件中摄像机单独开启或同时开启，以使得图像采集组件采集不同投影视场角下的结构光光束，获得结构光图像；用于根据结构光图像获得深度图像。
光源单元110的投影视场角可以根据需要进行调整，同时图像采集组件12中的摄像机可以分别对不同视场角的结构光光束进行采集。例如，光源单元110具有第一投影视场角101、第二投影视场角102和第三投影视场角103，第一投影视场角101和第二投影视场角102不同，第三投影视场角103包括第一投影视场角101和第二投影视场角102；此时图像采集组件12包括两台摄像机，分别记为第一摄像机121和第二摄像机122，其中第一摄像机121与第一投影视场角101相对应，且第一投影视场角101不小于第一摄像机121的视场角104；第二摄像机122与第二投影视场角102相对应，且第二投影视场角102不小于第二摄像机122的视场角105；第一摄像机121和第二摄像机122的总视场角与第三投影视场角103相对应，且第三投影视场角103不小于第一摄像机121和第二摄像机122的总视场角，从而确保在相应的测量范围内投影组件11所投射出的结构光光束能够覆盖图像采集组件12的视场，避免无法计算出深度图像的情况出现。处理器13可以执行的工作模式包括单目模式或双目模式，当执行单目模式时，可以控制光源单元110处于第一投影视场角101或第二投影视场角102，同时控制第一摄像机121工作或第二摄像机122工作；当执行双目模式时，可以控制光源单元110处于第三投影视场角103，同时控制第一摄像机121和第二摄像机122同时工作，并且根据采集的结构光图像，获得相应的深度图像。
应当理解的是，在单目模式和双目模式的切换过程中，深度相机10的投影组件11除了改变投影视场角以外，还可以实现投影功率、图像密度等参数的变化，这些都可以通过处理器13来进行控制。一般地，对于近距离物体可以投影低密度结构光光束，对远距离物体可以投影高密度结构光图像，从而有助于采集到比较清晰的深度图像，有利于深度信息的计算。例如，单目模式下往往测量范围相对较小，因此投影功率和图像密度均可以设置得相对低一些。
在一种情况下，深度相机10处于单目模式，此时只有第一摄像机121或第二摄像机122工作。处理器13控制光源单元110投影出具有第一投影视场角101的结构光光束至目标空间，同时控制第一摄像机121采集经目标空间反射的结构光光束，处理器13根据第一摄像机121获得的结构光图像获得第一深度图像。或者，处理器13控制光源单元110投影出具有第二投影视场角102的结构光光束至目标空间，同时控制第二摄像机122采集经目标空间反射的结构光光束，处理器13根据第二摄像机122获得的结构光图像获得第二深度图像。此时由于第一投影视场角101或第二投影视场角102均小于第三投影视场角103，因此单目模式下更容易获得精度更高的深度图像。
在另一种情况下，深度相机10处于双目模式，此时第一摄像机121或第二摄像机122均工作。处理器13控制光源单元110投影出具有第三投影视场角103的结构光光束至目标空间，同时控制第一摄像机121和第二摄像机122采集经目标空间反射的结构光光束，处理器13根据第一摄像机121和第二摄像机122获得的结构光图像获得第三深度图像。此时由于第三投影视场角103更大，因此双目模式下更容易获得范围更大的深度图像。
深度相机10还可以在单目模式和双目模式下切换工作。例如，首先，处理器13控制光源单元110投影出具有第一投影视场角101的结构光光束至目标空间，同时控制第一摄像机121采集经目标空间反射的结构光光束，处理器13根据第一摄像机121获得的结构光图像获得第一深度图像。然后，处理器13控制光源单元110投影出具有第二投影视场角102的结构光光束至目标空间，同时控制第二摄像机122采集经目标空间反射的结构光光束，处理器13根据第二摄像机122获得的结构光图像获得第二深度图像。然后，处理器13控制光源单元110投影出具有第三投影视场角103的结构光光束至目标空间，同时控制第一摄像机121和第二摄像机122采集经目标空间反射的结构光光束，处理器13根据第一摄像机121和第二摄像机122获得的结构光图像获得第三深度图像。此时可以依次获得第一深度图像、第二深度图像和第三深度图像，处理器13根据第一深度图像、第二深度图像和第三深度图像可以获得融合后的深度图像，此时由于深度图像结合了第一深度图像和第二深度图像的精度以及第三深度图像的范围，因此深度相机10可以实现高精度、大范围的深度测量。当然，深度相机10还可以在单目模式和双目模式下切换工作时，也可以只获得第一深度图像和第三深度图像，或者只获得第二深度图像和第三深度图像。
本实施例提供的深度相机10的有益效果至少在于：通过在深度相机10中设置投影视场角可调的光源单元110，同时图像采集组件12中设置多台摄像机来获得不同投影视场角下的结构光图像，并通过处理器13对光源单元110和图像采集组件12进行控制，最终可以获得高精度、大范围的深度图像，从而实现高精度、大范围的深度测量。不仅如此，在需要进行小范围的深度信息测量时，只需要通过处理器13控制光源单元110进行小视场角的投影，同时可以对其投影功率和图像密度进行控制，不仅可以获得精度较高的深度图像，而且避免了投影视场的浪费，节约了功耗。
光源单元110的投影视场的调节方式可以根据需要进行设置，以下提供几种参考方式。
请参阅图2，在一个实施例中，光源单元110包括光源111、可旋转镜片112以及驱动器113。其中光源111与处理器13连接，用于在处理器13的控制下产生结构光光束100；可旋转镜片112设于光源的出光路径上，用于改变光源111的投影视场角；驱动器113与可旋转镜片112连接，用于控制可旋转镜片112的旋转角度。
例如，可旋转镜片112可以反射结构光光束100，其在驱动器113控制下可沿顺时针(请参阅图中的b方向)或逆时针方向旋转(请参阅图中的a方向)，从而可以使得结构光光束100向左偏转或向右偏转，由此实现投影视场角的改变。图中示意出当可旋转镜片112的法线与光源111成45°的情形，可以理解的是，当可旋转镜片112旋转至预设角度时，光源单元110可投影出第三视场角103的结构光光束；当可旋转镜片112往a方向进行旋转到另一预设角度时，光源单元110可投影出第一视场角101的结构光光束；当可旋转镜片112往b方向进行旋转到另一预设角度时，光源组件11可投影出第二视场角102的结构光光束。其中，具体的视场角大小可由具体情况而设置，在此不做限制。
可旋转镜片112可以是反射镜，还可以是微机电系统(Micro Electro MechanicalSystem，简写为MEMS)，还可以是其他类型的器件，只要可以改变结构光光束的传播路径、起到调整投影视场角的作用即可，此处不做限制。
请参阅图5，在一个实施例中，光源单元110至少包括两个光源111(以包括两个光源111为例进行说明)，分别记为第一光源1111和第二光源1112，第一光源1111和第二光源1112具有不同投影视场角；第一光源1111和第二光源1112均与处理器13连接，处理器13控制光源单元110中光源单独开启或同时开启，以使光源单元110投影具有不同投影视场角的结构光光束。例如，当只有第一光源1111工作时，对应第一投影视场角101；当只有第二光源1112工作时，对应第二投影视场角102；当第一光源1111和第二光源1112均工作时，对应第三投影视场角103。通过处理器13控制不同光源1111的工作状态以及对应摄像机的工作状态，从而可以获得不同投影视场角下的深度图像。例如，处理器13控制第一光源1111点亮，同时第一摄像机121工作，此时可以获得第一投影视场角101对应的深度图像；处理器13控制第二光源1112点亮，同时第二摄像机122工作，此时可以获得第二投影视场角102对应的深度图像；处理器13控制第一光源1111和第二光源1112均点亮，同时第一摄像机121和第二摄像机122均工作，此时可以获得第三投影视场角103对应的深度图像。
当然，在其他实施例中，光源单元110的投影视场的调节方式还可以为其他形式，并不仅限于上述的情形。
请参阅图3和图5，在一个实施例中，投影组件11还包括衍射单元114，衍射单元114包括衍射光学元件(DOE)，其设于光源111的出光路径上，用于向目标空间投射结构光图像。可以理解的是，光源111发出的光束经由具有特定图像的DOE元件扩散后投射至目标空间形成结构光图案。
请参阅图4和图5，在一个实施例中，投影组件11还包括准直单元115，准直单元115设于光源111的出光路径上(可以设于光源111和可旋转镜片112之间，也可以设于可旋转镜片112和衍射单元114的出光侧)，用于对光源111产生的光束起到准直的作用，从而可以对光束的发散角进行控制，从而可以进一步控制投影视场角的大小。可选的，准直单元115可以为透镜，也可以为其他形式，此处不做限制。
在一个实施例中，投影器104还可以包括棱镜、柱面镜等光学元件，此处不做限制。
在一个实施例中，光源111包括边发射激光器、垂直腔面发射激光器(VCSEL)或LED。其中，垂直腔面发射激光器具有体积小、功耗小、发散角小等特点。光源111产生的光可以为可见光、红外、紫外、不可见光等，光源111也支持不同图像组成的编码投射方案，如散斑状、块状、十字状、条纹状、特定符号等图像。光源组件11投影出的结构光图案为红外散斑图案，红外散斑图案具备高度不相关性以及分布均匀的特点。
请参阅图6，在一个实施例中，深度相机10还包括彩色相机组件14，彩色相机组件14与处理器13连接，用于采集彩色图像。彩色相机组件14、第一摄像机121以及第二摄像机122被安装在深度相机10的同一个平面上，且处于同一条基线。
在一个实施例中，彩色相机组件14可以是RGB相机。由此可知，配置了彩色相机组件14的深度相机10拥有了同步获取深度图像以及RGB图像的能力。第一摄像机121以及第二摄像机122采集的结构光图像和彩色相机组件采集的彩色图像可以进一步传输给处理器13，处理器13可以将第三深度图像与彩色图像进行融合，得到更高精度的RGBD图像(即彩色深度图像)，并基于上述RGBD图像，进行人脸检测、人脸识别、安全支付等操作，具有广泛的应用前景。
可以理解的是，无论可旋转镜片112如何旋转或者光源111采用何种打开方式，其都是由处理器13来控制的，处理器13可以是单个的处理器，也可以包含多个处理器单元，比如由不同功能的处理器单元组成。在一些实施例中，处理器13也可以是集成片上系统(SOC)，包含中央处理单元、片上存储器、控制器、通信接口等。此处不做限制。
以下提供几种深度相机10的实施例，应当理解的是，下述实施例仅用于对深度相机进行示例性说明，并不用于对深度相机10进行限制。
请参阅图1和图4，实施例一：
一种深度相机10，包括投影组件11、图像采集组件12以及处理器13。
投影组件11包括光源111、可旋转镜片112、驱动器113、准直单元115以及衍射单元114；光源111与处理器13连接，用于在处理器13的控制下产生结构光光束100；可旋转镜片112设于光源的出光路径上，用于改变光源111的投影视场角；驱动器113与可旋转镜片112连接，用于控制可旋转镜片112的旋转角度。衍射单元114设于光源111的出光路径上，准直单元115设于光源111和可旋转镜片112之间，或者设于可旋转镜片112和衍射单元114之间。投影组件11具有第一投影视场角101、第二投影视场角102和第三投影视场角103。
图像采集组件12包括第一摄像机121和第二摄像机122，第一摄像机121与第一投影视场角101相对应，且第一投影视场角101大于第一摄像机121的视场角；第二摄像机122与第二投影视场角102相对应，且第二投影视场角102大于第二摄像机122的视场角；第一摄像机121和第二摄像机122的总视场角与第三投影视场角103相对应，且第三投影视场角103大于第一摄像机121和第二摄像机122的总视场角，从而确保在相应的测量范围内投影组件11所投射出的结构光光束能够覆盖图像采集组件12的视场。
处理器13可以控制光源单元110的投影模式，使得其处于第一投影视场角101、第二投影视场角102或第三投影视场角103对应的工作模式，同时控制第一摄像机121工作、第二摄像机122工作或者第一摄像机121和第二摄像机122同时工作，并且根据采集的结构光图像，获得相应的深度图像。
请参阅图1和图5，实施例二：
一种深度相机10，包括投影组件11、图像采集组件12以及处理器13。
投影组件11包括光源111、准直单元115以及衍射单元114；光源111包括第一光源1111和第二光源1112，第一光源1111和第二光源1112均与处理器13连接，用于在处理器13的控制下产生结构光光束100；衍射单元114设于光源111的出光路径上，准直单元115设于光源111和衍射单元114之间。投影组件11具有第一投影视场角101、第二投影视场角102和第三投影视场角103。
图像采集组件12包括第一摄像机121和第二摄像机122，第一摄像机121与第一投影视场角101相对应，且第一投影视场角101大于第一摄像机121的视场角；第二摄像机122与第二投影视场角102相对应，且第二投影视场角102大于第二摄像机122的视场角；第一摄像机121和第二摄像机122的总视场角与第三投影视场角103相对应，且第三投影视场角103大于第一摄像机121和第二摄像机122的总视场角，从而确保在相应的测量范围内投影组件11所投射出的结构光光束能够覆盖图像采集组件12的视场。
处理器13可以控制光源单元110的投影模式，使得其处于第一投影视场角101、第二投影视场角102或第三投影视场角103对应的工作模式，同时控制第一摄像机121工作、第二摄像机122工作或者第一摄像机121和第二摄像机122同时工作，并且根据采集的结构光图像，获得相应的深度图像。
请参阅图4和图6，实施例三：
一种深度相机10，包括投影组件11、图像采集组件12、处理器13以及彩色相机组件14。
投影组件11包括光源111、可旋转镜片112、驱动器113、准直单元115以及衍射单元114；光源111与处理器13连接，用于在处理器13的控制下产生结构光光束100；可旋转镜片112设于光源的出光路径上，用于改变光源111的投影视场角；驱动器113与可旋转镜片112连接，用于控制可旋转镜片112的旋转角度。衍射单元114设于光源111的出光路径上，准直单元115设于光源111和可旋转镜片112之间，或者设于可旋转镜片112和衍射单元114之间。投影组件11具有第一投影视场角101、第二投影视场角102和第三投影视场角103。
图像采集组件12包括第一摄像机121和第二摄像机122，第一摄像机121与第一投影视场角101相对应，且第一投影视场角101大于第一摄像机121的视场角；第二摄像机122与第二投影视场角102相对应，且第二投影视场角102大于第二摄像机122的视场角；第一摄像机121和第二摄像机122的总视场角与第三投影视场角103相对应，且第三投影视场角103大于第一摄像机121和第二摄像机122的总视场角，从而确保在相应的测量范围内投影组件11所投射出的结构光光束能够覆盖图像采集组件12的视场。
彩色相机组件14与处理器13连接，用于采集彩色图像。彩色相机组件14、第一摄像机121以及第二摄像机122被安装在深度相机10的同一个平面上，且处于同一条基线。
处理器13可以控制光源单元110的投影模式，使得其处于第一投影视场角101、第二投影视场角102或第三投影视场角103对应的工作模式，同时控制第一摄像机121工作、第二摄像机122工作或者第一摄像机121和第二摄像机122同时工作，并且根据采集的结构光图像，获得相应的深度图像。处理器13还可以控制彩色相机组件14采集彩色图像，并将深度图像与彩色图像融合，获得彩色深度图像。
请参阅图5和图6，实施例四：
一种深度相机10，包括投影组件11、图像采集组件12以及处理器13。
投影组件11包括光源111、准直单元115以及衍射单元114；光源111包括第一光源1111和第二光源1112，第一光源1111和第二光源1112均与处理器13连接，用于在处理器13的控制下产生结构光光束100；衍射单元114设于光源111的出光路径上，准直单元115设于光源111和可旋转镜片112之间，或者设于可旋转镜片112和衍射单元114之间。投影组件11具有第一投影视场角101、第二投影视场角102和第三投影视场角103。
图像采集组件12包括第一摄像机121和第二摄像机122，第一摄像机121与第一投影视场角101相对应，且第一投影视场角101大于第一摄像机121的视场角；第二摄像机122与第二投影视场角102相对应，且第二投影视场角102大于第二摄像机122的视场角；第一摄像机121和第二摄像机122的总视场角与第三投影视场角103相对应，且第三投影视场角103大于第一摄像机121和第二摄像机122的总视场角，从而确保在相应的测量范围内投影组件11所投射出的结构光光束能够覆盖图像采集组件12的视场。
彩色相机组件14与处理器13连接，用于采集彩色图像。彩色相机组件14、第一摄像机121以及第二摄像机122被安装在深度相机10的同一个平面上，且处于同一条基线。
处理器13可以控制光源单元110的投影模式，使得其处于第一投影视场角101、第二投影视场角102或第三投影视场角103对应的工作模式，同时控制第一摄像机121工作、第二摄像机122工作或者第一摄像机121和第二摄像机122同时工作，并且根据采集的结构光图像，获得相应的深度图像。处理器13还可以控制彩色相机组件14采集彩色图像，并将深度图像与彩色图像融合，获得彩色深度图像。
本实施例的目的还在于提供一种图像获取方法，至少用于获取深度图像。图7为本实施例提供的第一种图像获取方法，包括：
步骤S11：控制投影组件中光源单元的投影视场角，以使得投影组件向目标空间投射出具有局部视场角的结构光图案。
此处的局部视场角可以指光源单元的投影视场角仅为光源单元的最大投影视场角的一部分，此时深度相机可以在单目模式下运行。例如，光源单元可以在处理器的控制下投影结构光光束，光源单元具有第一投影视场角、第二投影视场角以及第三投影视场角，其中第一投影视场角和第二投影视场角不同，第三投影视场角包括第一投影视场角和第二投影视场角，则局部视场角对应第一投影视场角或第二投影视场角。由于第一投影视场角或第二投影视场角均为局部视场角，因此单目模式下更容易获得精度更高的深度图像。
根据投影组件结构的不同，处理器控制投影组件的投影视场角的方式也不相同。
请参阅图1和图4，例如，投影组件11包括光源111、可旋转镜片112、驱动器113、准直单元115以及衍射单元114；光源111与处理器13连接，用于在处理器13的控制下产生结构光光束100；可旋转镜片112设于光源的出光路径上，用于改变光源111的投影视场角；驱动器113与可旋转镜片112连接，用于控制可旋转镜片112的旋转角度。衍射单元114设于光源111的出光路径上，准直单元115设于光源111和可旋转镜片112之间，或者设于可旋转镜片112和衍射单元114之间。处理器13可以通过驱动器113控制可旋转镜片112的偏转角度，由此实现投影视场角的改变。图中示意出当可旋转镜片112的法线与光源111成45°的情形，可以理解的是，当可旋转镜片112往a方向进行旋转到另一预设角度时，光源单元110可投影出第一视场角101的结构光光束；当可旋转镜片112往b方向进行旋转到另一预设角度时，光源组件11可投影出第二视场角102的结构光光束。具体的视场角大小可由具体情况而设置，在此不做限制。
请参阅图5，再如，投影组件11包括光源111、准直单元115以及衍射单元114；光源111包括第一光源1111和第二光源1112，第一光源1111和第二光源1112均与处理器13连接，用于在处理器13的控制下产生结构光光束100；衍射单元114设于光源111的出光路径上，准直单元115设于光源111和衍射单元114之间。当只有第一光源1111工作时，对应第一投影视场角101；当只有第二光源1112工作时，对应第二投影视场角102。
当然，在其他实施例中，处理器还可以通过其他方式控制投影组件的投影视场角，此处不做限制。
步骤S12：采集结构光图案，以获得深度图像。
处理器可以控制图像采集组件的工作模式，从而获取对应投影视场角下的结构光光束。
请参阅图1，例如，图像采集组件12包括第一摄像机121和第二摄像机122，第一摄像机121与第一投影视场角101相对应，且第一投影视场角101大于第一摄像机121的视场角；第二摄像机122与第二投影视场角102相对应，且第二投影视场角102大于第二摄像机122的视场角，从而确保在相应的测量范围内投影组件11所投射出的结构光光束能够覆盖图像采集组件12的视场，避免无法计算出深度图像的情况出现。
当投影组件11投影的结构光光束对应第一投影视场角时，处理器控制第一摄像机121工作，从而可以采集该视场角对应的结构光光束，以获得第一结构光图像。当投影组件11投影的结构光光束对应第二投影视场角时，处理器控制第二摄像机122工作，从而可以采集该视场角对应的结构光光束，以获得第二结构光图像。
在步骤S11之后，还可以包括：
步骤S13：采集彩色图像。
深度相机10还包括彩色相机组件14，通过处理器13可以对彩色相机组件14的工作状态进行控制，从而获取目标空间的彩色图像。
步骤S13可以在步骤S11和步骤S12之间，也可以在步骤S12之后，也可以与步骤S12同步进行，可根据实际需要通过处理器13进行控制，此处不做限制。
进一步地，在获得了深度图像和彩色图像之后，还可以包括：
步骤S14：将彩色图像与深度图像融合，以获得彩色深度图像。
第一摄像机121或第二摄像机122采集的都是深度图像，只包含灰度信息，并不包含彩色信息。这种方式虽然获得深度信息，具有空间立体感，但是损失了色彩信息，得到的图像的分辨率较低，图像的清晰度较差。因此可以利用彩色相机模组14采集彩色图像，处理器13在获得彩色相机组件14采集的彩色图像以及图像采集组件13采集的深度图像之后，可以将两者融合，得到高精度的彩色深度图像(RGBD图像)，从而提高了深度图像的分辨率，并提高了图像的清晰度。
图8为本实施例提供的第二种图像获取方法，包括：
步骤S21：控制投影组件中光源单元的投影视场角，以使得投影组件向目标空间投射出具有整体视场角的结构光图案。
此处的整体视场角可以指光源单元的最大投影视场角，此时深度相机可以在双目模式下运行。例如，光源单元可以在处理器的控制下投影结构光光束，光源单元具有第一投影视场角、第二投影视场角以及第三投影视场角，其中第一投影视场角和第二投影视场角不同，第三投影视场角包括第一投影视场角和第二投影视场角，则整体视场角对应第一投影视场角和第二投影视场角之和。由于第三投影视场角为整体视场角，因此双目模式下更容易获得范围更大的深度图像。
根据投影组件结构的不同，处理器控制投影组件的投影视场角的方式也不相同。
请参阅图1和图4，例如，投影组件11包括光源111、可旋转镜片112、驱动器113、准直单元115以及衍射单元114，其结构如前所述，此处不再赘述。处理器13可以通过驱动器113控制可旋转镜片112的偏转角度，由此实现投影视场角的改变。图中示意出当可旋转镜片112的法线与光源111成45°的情形，可以理解的是，当可旋转镜片112旋转至预设角度时，光源单元110可投影出第三视场角103的结构光光束。具体的视场角大小可由具体情况而设置，在此不做限制。
请参阅图5，再如，投影组件11包括光源111、准直单元115以及衍射单元114；光源111包括第一光源1111和第二光源1112，其结构如前所述，此处不再赘述。当第一光源1111和第二光源1112均工作时，对应第三投影视场角103。
当然，在其他实施例中，处理器还可以通过其他方式控制投影组件的投影视场角，此处不做限制。
步骤S22：采集结构光图案，以获得深度图像。
处理器可以控制图像采集组件的工作模式，从而获取对应投影视场角下的结构光光束。
例如，图像采集组件12中第一摄像机121和第二摄像机122同时工作时，其总视场角与第三投影视场角103相对应，且第三投影视场角101大于第一摄像机121和第二摄像机122的总视场角，从而确保在相应的测量范围内投影组件11所投射出的结构光光束能够覆盖图像采集组件12的视场，避免无法计算出深度图像的情况出现。
在步骤S21之后，还可以包括：
步骤S23：采集彩色图像。
深度相机10还包括彩色相机组件14，通过处理器13可以对彩色相机组件14的工作状态进行控制，从而获取目标空间的彩色图像。
步骤S23可以在步骤S21和步骤S22之间，也可以在步骤S22之后，也可以与步骤S22同步进行，可根据实际需要通过处理器13进行控制，此处不做限制。
进一步地，在获得了深度图像和彩色图像之后，还可以包括：
步骤S24：将彩色图像与深度图像融合，以获得彩色深度图像。
第一摄像机121与第二摄像机122同时采集的都是深度图像，只包含灰度信息，并不包含彩色信息。这种方式虽然获得深度信息，具有空间立体感，但是损失了色彩信息，得到的图像的分辨率较低，图像的清晰度较差。因此可以利用彩色相机模组14采集彩色图像，处理器13在获得彩色相机组件14采集的彩色图像以及图像采集组件13采集的深度图像之后，可以将两者融合，得到高精度的彩色深度图像(RGBD图像)，从而提高了深度图像的分辨率，并提高了图像的清晰度。
图9为本实施例提供的第三种图像获取方法，包括：
步骤S31：控制投影组件中光源单元的投影视场角，以使得投影组件相继向目标空间投射出具有局部视场角的结构光图案和具有整体视场角的结构光图案。
例如，光源单元可以在处理器的控制下投影结构光光束，光源单元具有第一投影视场角、第二投影视场角以及第三投影视场角，其中第一投影视场角和第二投影视场角不同，第三投影视场角包括第一投影视场角和第二投影视场角，则局部视场角对应第一投影视场角或第二投影视场角，整体视场角对应第三投影视场角。此时深度相机可以在单目模式和双目模式下切换运行。由于第一投影视场角或第二投影视场角均为局部视场角，单目模式下更容易获得精度更高的深度图像；第三投影视场角为整体视场角，双目模式下可获得范围更大的深度图像；因此将两者结合，可以获得高精度、大范围的深度图像。
根据投影组件结构的不同，处理器控制投影组件的投影视场角的方式也不相同。
请参阅图1和图4，例如，投影组件11包括光源111、可旋转镜片112、驱动器113、准直单元115以及衍射单元114，其结构如前所述，此处不再赘述。处理器13控制可旋转镜片112往a方向或b方向旋转至预设角度时，光源单元110可投影出第一视场角101或第二视场角102的结构光光束；处理器13可控制可旋转镜片112旋转至另一预设角度时，光源组件11可投影出第三视场角103的结构光光束。具体的视场角大小可由具体情况而设置，在此不做限制。
请参阅图5，再如，投影组件11包括光源111、准直单元115以及衍射单元114；光源111包括第一光源1111和第二光源1112，其结构如前所述，此处不再赘述。处理器控制第一光源1111或第二光源1112工作时，对应第一投影视场角101或投影第二视场角102；当处理器13控制第一光源1111和第二光源1112工作时，对应第三投影视场角103。
步骤S32：采集结构光图案，以获得深度图像。
步骤S33：将局部视场角对应的深度图像与整体视场角对应的深度图像融合，以获得融合后的深度图像。
处理器可以控制图像采集组件的工作模式，从而获取对应投影视场角下的结构光光束。例如，图像采集组件12包括第一摄像机121和第二摄像机122，第一摄像机121与第一投影视场角101相对应，且第一投影视场角101大于第一摄像机121的视场角；第二摄像机122与第二投影视场角102相对应，且第二投影视场角102大于第二摄像机122的视场角；第一摄像机121和第二摄像机122的总视场角与第三投影视场角103相对应，且第三投影视场角101大于第一摄像机121和第二摄像机122的总视场角，从而确保在相应的测量范围内投影组件11所投射出的结构光光束能够覆盖图像采集组件12的视场，避免无法计算出深度图像的情况出现。处理器13可以分别控制第一摄像机121或第二摄像机122工作，或者控制第一摄像机121和第二摄像机122同时工作。
可以理解的是，单目模式与双目模式的切换可以是相邻帧相互切换，比如处理器以60FPS(frames Per Second，每秒传输帧数)的速率进行计算，单目与双目相继运行，即可以获取30FPS的与局部投影视场角对应的深度图像，以及获取30FPS的与整体投影视场角对应的深度图像，并通过融合可以获得融合后的深度图像。当然，单目模式与双目模式的切换也可以是其他方式，比如处理器以60FPS的速率进行计算，单目运行两次、双目运行一次，可以获取40FPS的第一深度图像、第二深度图像以及20FPS的第三深度图像，可以将单幅第三深度图像与两幅第一深度图像和第二深度图像进行融合，最终可以得到40FPS的深度图像。
步骤S34：采集彩色图像。
深度相机10还包括彩色相机组件14，通过处理器13可以对彩色相机组件14的工作状态进行控制，从而获取目标空间的彩色图像。
步骤S34可以在步骤S31和步骤S32之间，也可以在步骤S32之后，也可以与步骤S32同步进行，可根据实际需要通过处理器13进行控制，此处不做限制。
进一步地，在获得了深度图像和彩色图像之后，还可以包括：
步骤S35：将彩色图像与融合后的深度图像融合，以获得彩色深度图像。
第一摄像机121与第二摄像机122同时采集的都是深度图像，只包含灰度信息，并不包含彩色信息。这种方式虽然获得深度信息，具有空间立体感，但是损失了色彩信息，得到的图像的分辨率较低，图像的清晰度较差。因此可以利用彩色相机模组14采集彩色图像，处理器13在获得彩色相机组件14采集的彩色图像以及图像采集组件13采集的深度图像之后，可以将两者融合，得到高精度的彩色深度图像(RGBD图像)，从而提高了深度图像的分辨率，并提高了图像的清晰度。
本发明提供的深度图像获取方法，不仅可以获取单目结构光深度图像，也可以获取双目结构光深度图像，即可以执行两种模式：单目模式与双目模式。且在两种模式下，分别计算出深度图像，最后获得融合后的深度图像，如此，融合后的深度图像由于结合了单目结构光深度图像的精度与双目结构光深度图像的范围，最终实现了高精度、大范围的深度测量。同时，通过将彩色图像与深度图像融合，可以获得彩色深度图像，有效提高了深度图像的分辨率，并提高了图像的清晰度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种深度相机，其特征在于，包括投影组件、图像采集组件以及处理器；
所述投影组件包括可改变投影视场角的光源单元；
所述图像采集组件包括至少两台摄像机；
所述处理器与所述投影组件和所述图像采集组件均连接，至少用于执行工作模式，所述工作模式包括单目模式或双目模式；
用于根据所述工作模式控制所述光源单元投影具有不同视场角的结构光光束；
用于根据所述工作模式控制所述图像采集组件中摄像机单独开启或同时开启，以使得所述图像采集组件采集不同投影视场角下的结构光光束，获得结构光图像；
用于根据所述结构光图像获得深度图像。
2.如权利要求1所述的深度相机，其特征在于，所述光源单元包括光源、可旋转镜片以及驱动器；
所述光源与所述处理器连接；
所述可旋转镜片设于所述光源的出光路径上，用于改变所述光源的投影视场角；
所述驱动器与所述可旋转镜片连接，用于控制所述可旋转镜片的旋转角度。
3.如权利要求1所述的深度相机，其特征在于，所述光源单元至少包括两个光源，所述光源与所述处理器连接；
所述处理器控制所述光源单元中光源单独开启或同时开启，以使所述光源单元投影具有不同投影视场角的结构光光束。
4.如权利要求2或3所述的深度相机，其特征在于，所述投影组件还包括准直单元，所述准直单元设于所述光源的出光路径上；
和/或，所述投影组件还包括衍射单元，所述衍射单元设于所述光源的出光路径上。
5.一种图像获取方法，其特征在于，包括：
控制投影组件的投影视场角，以使得所述投影组件向目标空间投射出具有局部视场角和/或整体视场角的结构光图案；
采集所述结构光图案，以获得深度图像。
6.如权利要求5所述的图像获取方法，其特征在于，当所述投影组件向目标空间投射出具有局部视场角的结构光图案时，所述控制投影组件的投影视场角步骤包括：
控制所述投影组件中光源单元的可旋转镜片，以调整所述光源单元的投影视场角，使得所述光源单元向目标空间投射具有局部视场角的结构光图案；
或者，
控制所述投影组件中光源单元的单个光源，以使得该光源向目标空间投射具有局部视场角的结构光图案。
7.如权利要求5所述的图像获取方法，其特征在于，当所述投影组件向目标空间投射出具有整体视场角的结构光图案时，所述控制投影组件的投影视场角步骤包括：
控制所述投影组件中光源单元的可旋转镜片，以调整所述光源单元的投影视场角，使得所述光源单元向目标空间投射具有整体视场角的结构光图案；
或者，
控制所述投影组件中光源单元的至少两个光源，以使得所述光源向目标空间投射具有整体视场角的结构光图案。
8.如权利要求5所述的图像获取方法，其特征在于，当所述投影组件相继向目标空间投射出具有局部视场角和整体视场角的结构光光束时，所述控制投影组件的投影视场角步骤包括：
控制所述投影组件中光源单元的可旋转镜片，以调整所述光源单元的投影视场角，使得所述光源单元相继向目标空间投射具有局部视场角的结构光图案以及具有整体视场角的结构光图案；
或者，
控制所述投影组件中光源单元的单个光源，以使得该光源向目标空间投射具有局部视场角的结构光图案；
控制所述光源单元的所有光源，以使得所述光源向目标空间投射具有整体视场角的结构光图案。
9.如权利要求8所述的图像获取方法，其特征在于，所述采集所述结构光图案，以获得深度图像步骤后还包括：
将局部视场角对应的深度图像与整体视场角对应的深度图像融合，以获得融合后的深度图像。
10.如权利要求5～9任一项所述的图像获取方法，其特征在于，所述采集所述结构光图案，以获得深度图像步骤前还包括：
采集彩色图像；
所述采集所述结构光图案，以获得深度图像步骤后还包括：
将所述彩色图像与所述深度图像融合，以获得彩色深度图像。
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| CB02 | Change of applicant information | ||
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Address after: 11-13 / F, joint headquarters building, high tech Zone, 63 Xuefu Road, Yuehai street, Nanshan District, Shenzhen, Guangdong 518000 Applicant after: Obi Zhongguang Technology Group Co., Ltd Address before: 12 / F, joint headquarters building, high tech Zone, 63 Xuefu Road, Yuehai street, Nanshan District, Shenzhen, Guangdong 518000 Applicant before: SHENZHEN ORBBEC Co.,Ltd. |