CN111272070A - 一种结构光参考图采集装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种结构光参考图采集装置和方法，包括投影模组、接收模组和支架，所述支架上设有滑槽，投影模组、接收模组均装配在滑槽上，投影模组和接收模组通过沿滑槽滑动调节二者之间的距离。本发明的投影模组、接收模组可沿滑槽移动，采集参考图时增大/减小基线距离，测量深度时固定基线距离，利用基线距离可调的结构及方法采集多张参考图，并以此构造具有更大视场角的目标参考图，在保证深度精度的前提下，有效消除结构光相机中的深度暗角，增大非参考图距离处的视场角。

Description

一种结构光参考图采集装置和方法
技术领域
本发明涉及结构光深度相机，尤其是一种结构光参考图采集装置和方法。
背景技术
结构光技术是一种三维测量技术，其投影模组向真实世界投射按照一定规则和模式编码的图像，接收模组拍摄经物体调制的失真投影图像，并与在一定距离处拍摄的投影图像(即参考图)进行比对，根据已标定好的光学系统内、外部参数，即可求出图像中所有点的深度信息。
投影模组与接收模组光心间的物理距离称为基线(Base Line,BL)。基线的存在使得在远离参考图采集的位置，参考图不能完全覆盖接收模组视场，接收模组视场边缘区域的图案无法与参考图进行匹配比对，造成“深度暗角”现象。
如图1所示，投影模组101与接收模组102，拍摄位置与参考图采集位置的距离d_Ref越大，深度暗角(灰色区域)越明显，有效视场越小。减小基线距离，可在一定程度上减小暗角，但会导致深度测量精度降低。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术存在的缺陷，本发明旨在提供一种结构光相机的参考图采集装置和方法，旨在保证测量精度的前提下，消除结构光相机中的深度暗角，增大非参考图距离处的视场角。
技术方案：一种结构光参考图采集装置，包括投影模组、接收模组和支架，所述支架上设有滑槽，投影模组、接收模组均装配在滑槽上，投影模组和接收模组通过沿滑槽滑动调节二者之间的距离。
进一步的，所述滑槽上标有刻度。
一种使用上述结构光参考图采集装置的结构光参考图采集方法，包括如下步骤：
(1)确定参考图尺寸、参考图拍摄距离、深度测量时的基准基线距离；
(2)根据参考图尺寸确定拍摄参考图时的各拍摄基线距离；
(3)依次调节投影、接收模组基线距离为步骤(2)中确定的各拍摄基线距离，拍摄各相应参考图；设置投影、接收模组基线距离为基准基线距离，并拍摄对应的基准参考图；
(4)以基准参考图为基准，对拍摄的各参考图进行处理，构造最终参考图。
进一步的，步骤(1)中所述根据已知的产品工作距离确定参考图尺寸，具体是确定整个工作距离范围内无深度暗角时的目标参考图尺寸。
进一步的，步骤(2)中所述根据参考图尺寸确定拍摄参考图时的各拍摄基线距离具体包括如下方法：
若发射模组在接收模组左侧，则选取的各拍摄基线距离中，
最短的基线距离需满足：参考图左边界在接收模组视场内；
最长的基线距离需满足：参考图右边界在接收模组视场内；
若发射模组在接收模组右侧，则选取的各拍摄基线距离中，
最短的基线距离需满足：参考图右边界在接收模组视场内；
最长的基线距离需满足：参考图左边界在接收模组视场内。
进一步的，所述参考图的参考图左边界、右边界具体是在参考图最远距离、最近距离处确定，方法为：
若发射模组在接收模组左侧：
过发射模组光心、最远距离处接收模组的左侧视场边缘构造射线，该射线与参考图拍摄距离的交点即为参考图左边界；
过发射模组光心、最近距离处接收模组的右侧视场边缘构造射线，该射线与参考图拍摄距离的交点即为参考图右边界；
若发射模组在接收模组右侧：
过发射模组光心、最远距离处接收模组的右侧视场边缘构造射线，该射线与参考图拍摄距离的交点即为参考图右边界；
过发射模组光心、最近距离处接收模组的左侧视场边缘构造射线，该射线与参考图拍摄距离的交点即为参考图左边界。
进一步的，步骤(2)中所述各拍摄基线距离不少于三个。
进一步的，步骤(4)中所述对各参考图进行处理，具体包括去噪、旋转、缩放、分割、提取、融合处理。
有益效果：本发明的投影模组、接收模组可沿滑槽移动，采集参考图时增大/减小基线距离，测量深度时固定基线距离，利用基线距离可调的结构及方法采集多张参考图，并以此构造具有更大视场角的目标参考图，在保证深度精度的前提下，有效消除结构光相机中的深度暗角，增大非参考图距离处的视场角。
附图说明
图1是背景技术深度暗角现象示意图；
图2是实施例1的结构示意图；
图3是实施例1的方法流程图；
图4是实施例1的参考图左边界示意图；
图5是实施例1的参考图右边界示意图；
图6是实施例1的基线距离为BL2时拍摄的参考图；
图7是实施例1的基线距离为BL3时拍摄的参考图；
图8是实施例1的基线距离为BL1时拍摄的参考图。
具体实施方式
下面通过结合实施例对本技术方案进行详细说明。
如图2所示，一种结构光参考图采集装置，包括支架201、投影模组202、接收模组203；
投影模组202用于投射出具有一定视场角的衍射光斑图案，为现有技术；
接收模组203用于对一定视场范围内的衍射图案进行采集，为现有技术；
支架201上设有滑槽204，投影模组、接收模组均装配在滑槽204上，投影模组和接收模组通过沿滑槽滑动调节二者之间的距离，滑槽上标有刻度，便于控制、记录二者的基线距离。
本实施例投影模组装配在接收模组左侧，投影模组也可装配在接收模组右侧。其中，发射模组和接收模组的光心在同一水平线，光心轴平行，左侧右侧是指二者光心轴的相对位置。
本发明的特点在于结构支架上存在滑槽，投影模组、接收模组可沿所述滑槽移动，采集参考图时增大/减小基线距离，测量深度时固定基线距离。
使用上述结构光参考图采集装置的结构光参考图采集方法，包括如下步骤：
(1)需求确定：根据已知的产品工作距离确定整个工作距离范围内无深度暗角时的目标参考图尺寸、参考图拍摄距离、深度测量时的基准基线距离；
(2)基线距离计算：根据参考图尺寸确定拍摄参考图时的各拍摄基线距离；本实施例中各拍摄基线距离不少于三个，采用如下方法确定：
首先，根据参考图尺寸分别在最近距离、最远距离处确定参考图的左右边界，方法为：
若发射模组在接收模组左侧：
过发射模组光心、最远距离处接收模组的左侧视场边缘构造射线，该射线与参考图拍摄距离的交点即为参考图左边界；
过发射模组光心、最近距离处接收模组的右侧视场边缘构造射线，该射线与参考图拍摄距离的交点即为参考图右边界；
若发射模组在接收模组右侧：
过发射模组光心、最远距离处接收模组的右侧视场边缘构造射线，该射线与参考图拍摄距离的交点即为参考图右边界；
过发射模组光心、最近距离处接收模组的左侧视场边缘构造射线，该射线与参考图拍摄距离的交点即为参考图左边界。
之后，若发射模组在接收模组左侧，则选取的各拍摄基线距离中，
最短的基线距离需满足：参考图左边界在接收模组视场内；
最长的基线距离需满足：参考图右边界在接收模组视场内；
若发射模组在接收模组右侧，则选取的各拍摄基线距离中，
最短的基线距离需满足：参考图右边界在接收模组视场内；
最长的基线距离需满足：参考图左边界在接收模组视场内；
最短、最长的基线距离满足上述条件后，其他基线距离介于最短和最长值之间，可根据常识自行设定。滑槽应根据常识设定为合适的长度，最低要求不应短于最长基线距离。
(3)依次调节投影、接收模组基线距离为步骤(2)中确定的各拍摄基线距离，拍摄各相应参考图；设置投影、接收模组基线距离为基准基线距离，并拍摄对应的基准参考图；发射模组、接收模组都可以移动，只要两者之间的相对位置发生变化满足要求就可以。
(4)以基准参考图为基准，对拍摄的各参考图进行处理，构造最终参考图。处理步骤具体包括去噪、旋转、缩放、分割、提取、融合处理，均为本领域常规操作，因此不作赘述。
具体而言，本实施例实现方法如图3所示：
步骤301执行需求定位步骤：根据产品工作距离确定整个距离范围内无
“深度暗角”时的目标参考图尺寸、参考图拍摄距离d_Ref、确定实际深度测量时的基线距离BL1。
参考图左右边界是在基线距离为BL1时根据以下方法确定，分别在最远距离d_Far、最近距离d_Near处确定参考图左右边界Ref_L、Ref_R，如图4、5所示。过发射模组光心、距离d_Far处接收模组的左侧视场边缘构造射线，该射线与参考图距离d_Ref的交点即为参考图左边界Ref_L；同理，过发射模组光心、距离d_Near处接收模组的右侧视场边缘构造射线，该射线与参考图距离d_Ref的交点即为参考图右边界Ref_R。
为兼顾近距离、远距离处的精度，参考图拍摄距离d_Ref需位于d_Near、d_Far之间。
BL1越大，深度测量精度越高，但设备外形将增大，故基线尺寸的确定需综合考虑精度与外形尺寸根据本领域常识设定。
步骤302执行基线距离计算步骤：根据步骤301中计算出的参考图边界Ref_L、Ref_R，确定拍摄参考图时的基线距离BLi。
为满足远近距离均无暗角，拍摄参考图时的基线距离至少有三个，即i≥3。假设BL2<BL3<…<BLi，则基线距离＝BL2时，Ref_L需在接收模组视场内；基线距离＝BLi时，Ref_R需在接收模组视场内。
步骤303执行参考图拍摄步骤：依次调节投影、接收模组基线距离为BLi(i＝2,3…)，拍摄相应参考图Refi(i＝2,3,…)，如图6、7、8所示。增加参考图拍摄张数将增大后续处理计算量，但可生成更准确的参考图。
步骤304执行固定基线步骤：调整投影模组、接收模组基线距离为BL1并固定，拍摄该基线距离处的参考图Ref1。
步骤305执行参考图处理步骤：以Ref1为基准，对Refi(i＝1,2,3,…)进行降噪、旋转、缩放、分割、提取、融合等处理，构造可完全覆盖边界Ref_L、Ref_R的目标参考图。以此参考图计算深度，可在工作距离内有效减小深度暗角现象。
以上仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种结构光参考图采集装置，其特征在于，包括投影模组、接收模组和支架，所述支架上设有滑槽，投影模组、接收模组均装配在滑槽上，投影模组和接收模组通过沿滑槽滑动调节二者之间的距离。
2.根据权利要求1所述的一种结构光参考图采集装置，其特征在于，所述滑槽上标有刻度。
3.一种使用如权利要求1所述结构光参考图采集装置的结构光参考图采集方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)确定参考图尺寸、参考图拍摄距离、深度测量时的基准基线距离；
(2)根据参考图尺寸确定拍摄参考图时的各拍摄基线距离；
(3)依次调节投影、接收模组基线距离为步骤(2)中确定的各拍摄基线距离，拍摄各相应参考图；设置投影、接收模组基线距离为基准基线距离，并拍摄对应的基准参考图；
(4)以基准参考图为基准，对拍摄的各参考图进行处理，构造最终参考图。
4.根据权利要求3所述的一种结构光参考图采集方法，其特征在于，步骤(1)中所述根据已知的产品工作距离确定参考图尺寸，具体是确定整个工作距离范围内无深度暗角时的目标参考图尺寸。
5.根据权利要求3所述的一种结构光参考图采集方法，其特征在于，步骤(2)中所述根据参考图尺寸确定拍摄参考图时的各拍摄基线距离具体包括如下方法：
若发射模组在接收模组左侧，则选取的各拍摄基线距离中，
最短的基线距离需满足：参考图左边界在接收模组视场内；
最长的基线距离需满足：参考图右边界在接收模组视场内；
若发射模组在接收模组右侧，则选取的各拍摄基线距离中，
最短的基线距离需满足：参考图右边界在接收模组视场内；
最长的基线距离需满足：参考图左边界在接收模组视场内。
6.根据权利要求5所述的一种结构光参考图采集方法，其特征在于，所述参考图的参考图左边界、右边界具体是在参考图最远距离、最近距离处确定，方法为：
若发射模组在接收模组左侧：
过发射模组光心、最远距离处接收模组的左侧视场边缘构造射线，该射线与参考图拍摄距离的交点即为参考图左边界；
过发射模组光心、最近距离处接收模组的右侧视场边缘构造射线，该射线与参考图拍摄距离的交点即为参考图右边界；
若发射模组在接收模组右侧：
过发射模组光心、最远距离处接收模组的右侧视场边缘构造射线，该射线与参考图拍摄距离的交点即为参考图右边界；
过发射模组光心、最近距离处接收模组的左侧视场边缘构造射线，该射线与参考图拍摄距离的交点即为参考图左边界。
7.根据权利要求3所述的一种结构光参考图采集方法，其特征在于，步骤(2)中所述各拍摄基线距离不少于三个。
8.根据权利要求3所述的一种结构光参考图采集方法，其特征在于，步骤(4)中所述对各参考图进行处理，具体包括去噪、旋转、缩放、分割、提取、融合处理。
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