CN113504530A - 一种深度相机安全控制方法、装置、及ToF深度相机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种深度相机安全控制方法、装置、及ToF深度相机，包括：S10、获取图像传感器所采集的RAW图像；S20、选取所述RAW图像中一定区域内的像素点，计算像素过曝比例以及平均光强度；S30、根据所述像素过曝比例以及平均光强度进行安全判断，调节像素的积分时间。本发明根据像素过曝比例以及平均光强度进行安全判断，调节像素的积分时间，降低近距离情况下的曝光时间，从而实现人眼激光安全保护。
Description
技术领域
本发明涉及时间飞行测距技术领域，尤其涉及一种深度相机安全控制方法、装置、及ToF深度相机。
背景技术
利用时间飞行原理(ToF，Time of Flight)可以对目标进行距离测量以获取包含有目标深度值的深度图像，而基于时间飞行原理的测距系统已被广泛应用于消费电子、无人架驶、AR/VR等各个领域。例如：通过在终端设备集成ToF深度相机可以实现3D感测、人脸识别等功能。
一般地，ToF深度相机通常包括发射器、采集器和处理电路，通过发射器发射调制过的激光光束至目标视场，部分激光光束遇到物体后反射回来被采集器接收并输出电信号，处理电路根据输出的电信号计算出激光光束从发射到被采集的飞行时间，并根据飞行时间计算TOF深度相机与物体之间的距离，从而获得物体深度信息。其中，发射器采用激光光源发射激光光束，激光光源通常为大功率的激光器，例如：VCSEL阵列光源，VCSEL阵列光源一般是在一个基底上通过布置多个VCSEL光源以投射激光散斑，单点能量密度大。正常工作时，在近距离情况下，VCSEL能量密度较高，对人眼有一定潜在危害。因此，近距情况下的人眼激光安全保护是一个亟需待解的问题。
上述背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种深度相机安全控制方法、装置、及ToF深度相机，以解决上述背景技术问题中的至少一种问题。
为达到上述目的，本发明实施例的技术方案是这样实现的：
一种深度相机安全控制方法，包括步骤：
S10、获取图像传感器所采集的RAW图像；
S20、选取所述RAW图像中一定区域内的像素点，计算像素过曝比例以及平均光强度；
S30、根据所述像素过曝比例以及平均光强度进行安全判断，调节像素的积分时间。
在一些实施例中，所述图像传感器包括多个像素；其中，每个像素包括至少一个抽头，以在预设定的积分时间内积累电荷量，所述每个像素在积分时间内采集的电荷量即为抽头积累电荷量的总和，根据所述每个像素在积分时间内采集的电荷量确定所述像素采集的反射光信号的光强度。
在一些实施例中，步骤S20中，对所述RAW图像中选定区域内的像素进行亮度统计，以计算得到所述像素过曝比例以及平均光强度；其中，所述像素过曝比例为过曝像素的个数占所述选定区域内总像素个数的百分比；所述平均光强度为所述选定区域内所有像素在积分时间内采集的光强度总和除以像素的总个数。
在一些实施例中，步骤S30中，预先设定过曝比例阈值，若所述像素过曝比例超过所述过曝比例阈值，则处理电路将进行调节以降低像素的积分时间。
在一些实施例中，步骤S30中，预先设定光强度阈值，若所述平均光强度低于所述光强度阈值，则处理电路将进行调节以提高像素的积分时间，当像素的积分时间调节到上限阈值时所述平均光强度仍低于所述光强度阈值，则所述处理电路将进行调节以降低采样帧率。
本发明实施例另一技术方案为：
一种深度相机安全控制装置，包括：图像获取模块、计算模块以及控制与调节模块；其中，所述图像获取模块用于获取深度相机的图像传感器所采集的RAW图像；所述计算模块用于选取所述RAW图像中一定区域内的像素点，计算像素过曝比例以及平均光强度；所述控制与调节模块根据所述像素过曝比例以及平均光强度调节像素的积分时间。
在一些实施例中，所述图像传感器包括多个像素，每个像素包括至少一个抽头，以用于在预设定的积分时间内积累电荷量，所述每个像素在积分时间内采集的电荷量即为抽头积累电荷量的总和，根据所述每个像素在积分时间内采集的电荷量确定所述像素采集的反射光信号的光强度。
在一些实施例中，所述像素过曝比例为过曝像素的个数占选定区域内总像素个数的百分比；所述平均光强度为选定区域内所有像素在积分时间内采集的光强度总和除以像素的总个数。
本发明实施例又一技术方案为：
一种ToF深度相机，包括：
发射器，被配置为朝向目标视场发射红外激光信号；
采集器，被配置为采集经目标视场反射回的所述红外激光信号；所述采集器包括图像传感器，所述图像传感器包括多个像素，每个像素包括至少一个抽头；
处理电路，被配置为计算所述发射红外激光信号与反射回的红外激光信号的相位差，并基于所述相位差计算深度信息；
其中，所述处理电路还用于执行前述任一实施例技术方案所述的深度相机安全控制方法。
本发明实施例又一技术方案为：
一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序；其中，所述处理器执行所述计算机程序时至少实现前述任一实施例技术方案所述的深度相机安全控制方法。
本发明技术方案的有益效果是：
相较于现有技术，本发明根据像素过曝比例以及平均光强度进行安全判断，调节像素的积分时间，降低近距离情况下的曝光时间，从而实现近距离情况下的人眼激光安全保护。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明一个实施例ToF深度相机的示意图；
图2是根据本发明另一个实施例实施例深度相机安全控制方法的流程图示；
图3是根据本发明另一个实施例深度相机安全控制装置的示意图；
图4是根据本发明另一个实施例计算机设备的示意图。
具体实施方式
为了使本发明实施例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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接即可以是用于固定作用也可以是用于电路连通作用。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“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实施例和简化描述，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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
图1所示为本发明一个实施例ToF深度相机的示意图，ToF深度相机包括发射器11、采集器12、以及处理电路13；其中，发射器11用于向目标视场发射具有相位信息的红外激光信号30；采集器12采集经目标视场反射回的光信号40；处理电路13用于计算发射光信号与反射回的光信号的相位差，并基于相位差获取深度信息。在一些实施例中，发射器11和采集器12均设置在基板上，具体的，发射器11和采集器12可以设置在同一个基板上，也可以设置在不同的基板上。
具体的，发射器11包括由一个或多个激光器组成的光源111、衍射光学元件(DOE)112以及驱动芯片113。其中，光源111可以是发光二极管(LED)、边发射激光器(EEL)、垂直腔面发射激光器(VCSEL)等光源，也可以是在单块半导体基底上生成多个VCSEL光源以形成的VCSEL阵列光源，VCSEL阵列光源中VCSEL光源的排列方式可以是规则的也可以是不规则的。光源111所发射的光束可以是可见光、红外光、紫外光等。驱动芯片113(其可以进一步被处理电路控制)用于控制光源向外发射光束；衍射光学元件112用于接收光源发射的光束，并对所述光束进行复制，以投射到目标视场中形成照明斑点。
采集器12包括图像传感器121、过滤单元122和接收光学元件123；其中，接收光学元件123用于将经目标反射回的斑点光束成像到图像传感器121上。过滤单元122用于抑制不同于光源波长的其余波段的背景光噪声，在一个实施例中，过滤单元122为红外截止滤光片，对应地，发射器11中的光源111向外发出红外光束。所述图像传感器121可以是电荷耦合元件(CCD)、互补金属氧化物半导体(CMOS)、雪崩二极管(AD)、单光子雪崩二极管(SPAD)等组成的图像传感器阵列，阵列大小代表着深度相机的分辨率，比如320x240等。
一般地，与图像传感器121连接的还包括信号放大器、时数转换器(TDC)、数模转换器(ADC)等器件中的一种或多种组成的读出电路(图中未示出)。这些电路即可以与图像传感器121整合在一起，作为采集器12的一部分，也可以作为处理电路的一部分，后面为便于描述，将统一视作处理电路的一部分。
在本发明实施例中，图像传感器121采集被目标反射回的光信号并输出包含目标深度信息的RAW图像(即：图像感应器将采集到的光信号转化为数字信号的原始数据，也称：原始图像)，RAW图像中的每个像素值即为图像传感器中对应像素采集的光强度；其中，图像传感器121包括多个像素，每个像素包括至少一个电荷存储单元(抽头)，每个抽头在预设定的积分时间内积累电荷量，在一个实施例中，每个像素包括3个抽头，3个抽头在预设积分时间内采集的电荷量分别为A1、A2和A3，则每个像素在积分时间内采集的电荷量为A1+A2+A3，通常选择每个像素采集的电荷量的幅值表征该像素采集的反射光信号的光强度。
在本发明实施例中，处理电路13接收RAW图像并进行处理计算像素过曝比例以及平均光强度，并根据像素过曝比例以及平均光强度调节图像传感器中每个像素的积分时间。具体的，处理电路13获取RAW图像，选取RAW图像中一定区域内的像素点，并对选定区域内的像素进行亮度统计，以获得像素过曝比例以及平均亮度。所述选择的一定区域可以是RAW图像中全部的像素点也可以RAW图像中任意选择的一个范围，像素点的数量也是任意的，例如随机选择一个10*10的像素区域进行亮度统计，优选地选择RAW图像中间区域内的像素点进行亮度统计，所选区域的大小不做具体限制。若像素过曝比例超过预先设定的过曝比例阈值，表明目标距离太近或者目标反射率过高等，则处理电路13将进行调节以降低像素的积分时间；若像素过曝比例未超过预先设定的过曝比例阈值但像素平均光强度低于预先设定的光强度阈值，表明目标距离太远、目标反射率过低或者是发射器11或采集器12存在被遮挡的情况，则处理电路13将进行调节以提高像素的积分时间，当调节积分时间达到上限阈值时采集的平均光强度仍低于预先设定的光强度阈值，则处理电路13将进行调节以降低采样帧率。
图2所示为本发明一个实施例深度相机安全控制方法的流程图示，包括步骤：
S10、获取图像传感器所采集的RAW图像；其中，图像传感器包括多个像素，每个像素包括至少一个电荷存储单元(抽头)；
具体的，深度相机通过发射器向目标视场发射具有相位信息的红外激光信号，经目标视场反射回的光信号成像到图像传感器上，以得到包含有目标深度信息的RAW图像。其中，图像传感器像素的每个抽头在预设定的积分时间内积累电荷量，比如：每个像素内包括3个抽头，3个抽头在预设积分时间内采集的电荷量分别为A1、A2和A3，则每个像素在积分时间内采集的电荷量为A1+A2+A3，通常选择每个像素采集的电荷量的幅值表征该像素采集的反射光信号的光强度。
S20、选取RAW图像中一定区域内的像素点，计算像素过曝比例以及平均光强度；
具体的，像素亮度满量程即为像素过曝，例如：一个像素有效位数是10bit，则该像素值达到210即为像素过曝，像素过曝比例是指RAW图像中选定区域内过曝像素的个数占选定区域内总像素个数的百分比。像素的平均光强度为选定区域内所有像素在积分时间内采集的光强度总和除以像素的总个数，例如：该选定区域内像素的个数为N，单个像素在积分时间内采集的光强度为Ai(i＝1,2,3…N)，则平均光强度
在本发明实施例中，获取RAW图像后，对RAW图像中选定区域内的像素进行亮度统计，以计算得到像素过曝比例以及平均光强度。
S30、根据像素过曝比例以及平均光强度进行安全判断，调节像素的积分时间；
具体的，预先设定过曝比例阈值，若像素过曝比例超过所述过曝比例阈值，表明目标距离太近或者目标反射率过高等，则处理电路将进行调节以降低像素的积分时间，即减少单帧采样时间，从而降低光源持续发射光能量的时间，以确保人眼安全。预先设定光强度阈值，若像素平均光强度低于预设的光强度阈值，表明目标距离太远或者是发射器或采集器存在被遮挡的情况，则处理电路将进行调节以提高像素的积分时间，当像素的积分时间调节到上限阈值时平均光强度仍低于预设的光强度阈值，则处理电路将调节以降低采样帧率，以提高人眼安全倍率。可以理解的是，在像素平均光强度低于预设的光强度阈值的情况下，当像素的积分时间已经调节到上限阈值时，若像素的平均光强度仍低于预设的光强度阈值，则说明发射器或采集器存在遮挡，无法测量目标视场的深度值，或者是目标距离太远、目标反射率过低，无法计算出目标的深度值，此时，测量已没有意义，则调节降低采样帧率还可减少深度相机的功耗。
图3所示为本发明一个实施例深度相机安全控制装置300的示意图，装置300包括图像获取模块301、计算模块302以及控制与调节模块303；其中，图像获取模块301用于获取深度相机的图像传感器采集的RAW图像；在本发明实施例中，所述图像传感器包括多个像素，每个像素包括至少一个电荷存储单元(抽头)，每个抽头在预设定的积分时间内积累电荷量，比如每个像素内包括3个抽头，每个抽头在预设积分时间内采集的电荷量分别为A1、A2和A3，则每个像素在积分时间内采集的电荷量为A1+A2+A3，通常选择每个像素采集的电荷量的幅值表征该像素采集的反射光信号的光强度。计算模块302用于选取RAW图像中一定区域内的像素点，计算像素过曝比例以及平均光强度；需要说明的是，像素亮度满量程即判断为像素过曝，其中，像素过曝比例指的是选定区域内过曝像素的个数占选定区域内总像素个数的百分比。像素的平均光强度为选定区域内所有像素在积分时间内采集的光强度总和除以像素的总个数。控制与调节模块303根据像素过曝比例以及平均光强度调节像素的积分时间。具体的，预先设定像素过曝比例阈值，若像素过曝比例超过过曝比例阈值，表明目标距离太近或者目标反射率过高等，则控制与调节模块303将进行调节以降低像素的积分时间；预先设定光强度阈值，若像素平均光强度低于预设的光强度阈值，表明目标距离太远或者是发射器或采集器存在遮挡，则控制与调节模块将进行调节以提高像素的积分时间，当调节积分时间达到上限阈值时采集的平均光强度仍低于预设光强度阈值，则控制与调节模块303将调节以降低采样帧率。
本发明还提出了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现前述实施例方案的深度相机安全控制方法。所述存储介质可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备、或者它们的组合来实现。
本发明的实施例可以包括或利用包括计算机硬件的专用或通用计算机，如下面更详细讨论的。在本发明的范围内的实施例还包括用于携带或存储计算机可执行指令和/或数据结构的物理和其他计算机可读介质。这样的计算机可读介质可以是可以被通用或专用计算机系统访问的任何可用介质。存储计算机可执行指令的计算机可读介质是物理存储介质。携带计算机可执行指令的计算机可读介质是传输介质。因此，作为示例而非限制，本发明的实施例可以包括至少两种截然不同的计算机可读介质：物理计算机可读存储介质和传输计算机可读介质。
本发明实施例还提供一种计算机设备，参照图4所示，所述计算机设备400包括存储器401、处理器402以及存储在所述存储器401上并可在所述处理器402上运行的计算机程序，其中，所述处理器402执行所述计算机程序时至少实现前述实施例方案中所述的深度相机安全控制方法。
可以理解的是，以上内容是结合具体/优选的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普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。在本说明书的描述中，参考术语“一种实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。
在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管已经详细描述了本发明的实施例及其优点，但应当理解，在不脱离由所附权利要求限定的范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。
此外，本发明的范围不旨在限于说明书中所述的过程、机器、制造、物质组成、手段、方法和步骤的特定实施例。本领域普通技术人员将容易理解，可以利用执行与本文所述相应实施例基本相同功能或获得与本文所述实施例基本相同结果的目前存在的或稍后要开发的上述披露、过程、机器、制造、物质组成、手段、方法或步骤。因此，所附权利要求旨在将这些过程、机器、制造、物质组成、手段、方法或步骤包含在其范围内。
Claims (10)
1.一种深度相机安全控制方法，其特征在于，包括步骤：
S10、获取图像传感器所采集的RAW图像；
S20、选取所述RAW图像中一定区域内的像素点，计算像素过曝比例以及平均光强度；
S30、根据所述像素过曝比例以及平均光强度进行安全判断，调节像素的积分时间。
2.如权利要求1所述的深度相机安全控制方法，其特征在于：所述图像传感器包括多个像素；其中，每个像素包括至少一个抽头，以在预设定的积分时间内积累电荷量，所述每个像素在积分时间内采集的电荷量即为抽头积累电荷量的总和，根据所述每个像素在积分时间内采集的电荷量确定所述像素采集的反射光信号的光强度。
3.如权利要求1所述的深度相机安全控制方法，其特征在于：步骤S20中，对所述RAW图像中选定区域内的像素进行亮度统计，以计算得到所述像素过曝比例以及平均光强度；其中，所述像素过曝比例为过曝像素的个数占所述选定区域内总像素个数的百分比；所述平均光强度为所述选定区域内所有像素在积分时间内采集的光强度总和除以像素的总个数。
4.如权利要求1所述的深度相机安全控制方法，其特征在于：步骤S30中，预先设定过曝比例阈值，若所述像素过曝比例超过所述过曝比例阈值，则处理电路将进行调节以降低像素的积分时间。
5.如权利要求1所述的深度相机安全控制方法，其特征在于：步骤S30中，预先设定光强度阈值，若所述平均光强度低于所述光强度阈值，则处理电路将进行调节以提高像素的积分时间，当像素的积分时间调节到上限阈值时所述平均光强度仍低于所述光强度阈值，则所述处理电路将进行调节以降低采样帧率。
6.一种深度相机安全控制装置，其特征在于，包括：图像获取模块、计算模块以及控制与调节模块；其中，
所述图像获取模块用于获取深度相机中图像传感器所采集的RAW图像；
所述计算模块用于选取所述RAW图像中一定区域内的像素点，计算像素过曝比例以及平均光强度；
所述控制与调节模块根据所述像素过曝比例以及平均光强度调节像素的积分时间。
7.如权利要求6所述的深度相机安全控制装置，其特征在于：所述图像传感器包括多个像素，每个像素包括至少一个抽头，以用于在预设定的积分时间内积累电荷量，所述每个像素在积分时间内采集的电荷量即为抽头积累电荷量的总和，根据所述每个像素在积分时间内采集的电荷量确定所述像素采集的反射光信号的光强度。
8.如权利要求6所述的深度相机安全控制装置，其特征在于：所述像素过曝比例为过曝像素的个数占选定区域内总像素个数的百分比；所述平均光强度为选定区域内所有像素在积分时间内采集的光强度总和除以像素的总个数。
9.一种ToF深度相机，其特征在于，包括：
发射器，被配置为朝向目标视场发射红外激光信号；
采集器，被配置为采集经目标视场反射回的所述红外激光信号；所述采集器包括图像传感器，所述图像传感器包括多个像素，每个像素包括至少一个抽头；
处理电路，被配置为计算所述发射红外激光信号与反射回的红外激光信号的相位差，并基于所述相位差计算深度信息；
其中，所述处理电路还用于执行权利要求1-5任一项所述的深度相机安全控制方法。
10.一种计算机设备，其特征在于：包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序；其中，所述处理器执行所述计算机程序时至少实现权利要求1-5任一项所述的深度相机安全控制方法。
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| CN110308458A (zh) * | 2019-06-27 | 2019-10-08 | Oppo广东移动通信有限公司 | 调节方法、调节装置、终端及计算机可读存储介质 |
| CN111935424A (zh) * | 2020-08-02 | 2020-11-13 | 珠海市一微半导体有限公司 | 一种tof模块的积分时间自适应调节方法及其控制系统 |
| CN112672067A (zh) * | 2020-12-17 | 2021-04-16 | 杭州艾芯智能科技有限公司 | 深度相机的自动曝光方法、系统、计算机设备和存储介质 |
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2021
- 2021-05-08 CN CN202110502393.6A patent/CN113504530A/zh active Pending
Patent Citations (4)
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