CN113660407B - 成像设备、成像设备的控制方法及存储介质 - Google Patents

成像设备、成像设备的控制方法及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种成像设备、成像设备的控制方法及存储介质，其中，成像设备包括：驱动单元；投影单元，投影单元用于在驱动单元的驱动下，提供光源和在被测物体表面投影条纹；采集单元，采集单元用于采集被测物体图像；处理单元，处理单元用于根据被测物体图像判断被测物体是否在景深范围内，并根据判断结果通过驱动单元对投影单元进行控制。该成像设备通过投影单元的设置，可获取被测物体表面的三维信息，获取高信噪比的被测物体图像，通过处理单元根据景深范围的判断结果对投影单元的控制，能够降低成像设备的使用功耗；并且，该成像设备结构简单，成本低，并适用定焦镜头。

Description

成像设备、成像设备的控制方法及存储介质
技术领域
本发明涉及成像技术领域，尤其涉及一种成像设备、成像设备的控制方法及存储介质。
背景技术
相关技术中，判断被测物体是否在景深范围内的方法主要是：AF(即自动对焦功能)测距和距离传感器测距。然而，AF测距仅适用于使用变焦镜头的场合，对于如口内扫描仪这样定焦的镜头，则无法使用，即无法实现AF功能；距离传感器测距，会增加硬件成本和系统复杂度。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的第一个目的在于提出一种成像设备，该成像设备可获取被测物体表面的三维信息，获取高信噪比的被测物体图像，并可实现功耗的调节，且结构简单，成本低，并适用定焦镜头。
本发明的第二个目的在于提出一种成像设备的控制方法。
本发明的第三个目的在于提出一种计算机可读存储介质。
为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种成像设备，包括：驱动单元；投影单元，所述投影单元用于在所述驱动单元的驱动下，提供光源和在被测物体表面投影条纹；采集单元，所述采集单元用于采集被测物体图像；处理单元，所述处理单元用于根据所述被测物体图像判断所述被测物体是否在景深范围内，并根据判断结果通过所述驱动单元对所述投影单元进行控制。
根据本发明实施例的成像设备，通过投影单元的设置，可获取被测物体表面的三维信息，提升被测物体图像的信噪比，通过处理单元根据景深范围的判断结果对投影单元的控制，能够降低成像设备的使用功耗；并且，该成像设备结构简单，成本低，适用定焦镜头。
另外，本发明上述实施例的成像设备还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明的一个实施例，所述处理单元在根据所述被测物体图像判断所述被测物体是否在景深范围内时，具体用于：对所述被测物体图像进行分块处理，以得到多个图像块；分别计算每个所述图像块的模糊化参数；根据所述模糊化参数判断所述被测物体是否在所述景深范围内。
根据本发明的一个实施例，所述处理单元通过计算每个所述图像块内部平均灰度变化率得到每个所述图像块的模糊化参数。
根据本发明的一个实施例，所述处理单元根据所述模糊化参数判断所述被测物体是否在所述景深范围内时，具体用于：获取所述模糊化参数大于第一预设阈值的图像块的数量；判断所述数量与所述图像块的总数的比值是否大于或者等于第二预设阈值；如果所述比值大于或者等于所述第二预设阈值，则判定所述被测物体在所述景深范围内。
根据本发明的一个实施例，所述处理单元根据判断结果通过所述驱动单元对所述投影单元进行控制时，具体用于：在所述被测物体在所述景深范围内时，通过所述驱动单元控制所述投影单元提供第一亮度的光源，并控制所述投影单元在所述被测物体表面投影第一数量的条纹；在所述被测物体不在所述景深范围内时，通过所述驱动单元控制所述投影单元停止提供光源或者提供第二亮度的光源或者在所述被测物体表面投影第二数量的条纹，其中，所述第二亮度小于所述第一亮度，所述第二数量小于所述第一数量。
根据本发明的一个实施例，所述成像设备，还包括：定时单元，所述定时单元用于每隔预设时间触发所述驱动单元工作，以使所述投影单元提供光源和在所述被测物体表面投影条纹，以及触发所述采集单元向所述处理单元传输所述被测物体图像。
根据本发明的一个实施例，所述处理单元还用于：将所述判断结果反馈至工作站，以使所述工作站根据所述判断结果打开或关闭三维重建功能。
为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种成像设备的控制方法，所述控制方法用于上述实施例的成像设备，所述控制方法包括以下步骤：当所述投影单元提供光源，并在被测物体表面投影条纹时，获取被测物体图像；根据所述被测物体图像判断所述被测物体是否在景深范围内；根据判断结果通过所述驱动单元对所述投影单元进行控制。
本发明实施例的成像设备的控制方法，在投影单元提供光源，并在被测物体表面投影条纹时，获取被测物体图像，通过该被测物体图像可获取被测物体表面三维信息，且被测物体图像信噪比高；进而根据被测物体图像判断被测物体是否在景深范围内，根据判断结果通过驱动单元对投影单元进行控制，能够降低成像设备的使用功耗。
另外，本发明上述实施例的成像设备的控制方法还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明的一个实施例，所述根据所述被测物体图像判断所述被测物体是否在景深范围内，包括：对所述被测物体图像进行分块处理，以得到多个图像块；分别计算每个所述图像块的模糊化参数；根据所述模糊化参数判断所述被测物体是否在所述景深范围内。
为达到上述目的，本发明第三方面实施例提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现上述的成像设备的控制方法。
本发明实施例的计算机可读存储介质，在其上存储的与上述成像设备的控制方法对应的计算机程序被处理器执行时，可获取被测物体表面的三维信息，获取高信噪比的被测物体图像，且能够降低成像设备的使用功耗。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的成像设备的结构框图；
图2是本发明一个示例的投影条纹的示意图；
图3是本发明不同示例的被测物体图像的示意图；
图4是本发明一个示例的被测物体图像分块的示意图；
图5是本发明另一个实施例的成像设备的结构框图；
图6是本发明一个实施例的成像设备的控制方法的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考附图描述本发明实施例的成像设备、成像设备的控制方法及存储介质。
图1是本发明一个实施例的成像设备的结构框图。
如图1所示，成像设备100包括：投影单元110、驱动单元120、采集单元130和处理单元140。
具体地，投影单元110用于提供光源和在被测物体表面投影条纹；驱动单元120用于驱动投影单元110，如驱动投影单元110的开关、调节投影单元110的工作电流等；采集单元130用于采集被测物体图像；处理单元140用于根据被测物体图像判断被测物体是否在景深范围内，并根据判断结果通过驱动单元120对投影单元110进行控制。
在该实施例中，投影单元110可包括LED(Light Emitting Diode，发光二极管)灯或LD(Laser Diode，激光二极管)灯，以及投影机构，其中，LED灯或LD灯可作为光源，投影机构可与光源一起作用于被测物体，以在被测物体表面投影条纹。由此，根据投影条纹的形变量可获取被测物体表面的三维信息，光源亮度的提升可使采集单元130采集的被测物体图像的信噪比得到有效提升。
然而，光源亮度的提升会使LED灯或者LD灯的发热量增加。并且，对于口内扫描仪类似的手持式成像设备，其在使用过程中需要频繁调整拍摄位置和握持姿势，因此有相当一部分时间被拍摄物(即被测物体)是处于离焦状态，这时处理单元140可根据采集单元130采集的被测物体图像判断被测物体是否在景深范围内。如果被测物体并不在景深范围内，处理单元140可通过驱动单元120驱动投影单元110，以关闭部分投影，只留下检测景深需要的投影，或者，降低光源亮度，由此能够大大降低成像设备100的使用功耗。当然，如果被测物体在景深范围内，处理单元140则通过驱动单元120驱动投影单元110正常工作即可，此时采集单元130采集的被测物体图像具有较高的信噪比，且可获取被测物体表面的三维信息。
作为一个示例，采集单元120如相机采集的在被测物体表面的投影条纹可为二进制投影条纹，即亮为1，暗为0，换言之，相机可为黑白相机。参见图2，投影条纹中的明暗条纹可为m：n，m,n为大于0的有理数，例如，m＝n＝1。可选地，投影条纹还可以是灰阶投影条纹、彩色投影条纹(相机可为彩色相机)。
在本发明的一个实施例中，处理单元140在根据被测物体图像判断被测物体是否在景深范围内时，具体用于：对被测物体图像进行分块处理，以得到多个图像块；分别计算每个图像块的模糊化参数；根据模糊化参数判断被测物体是否在景深范围内。
作为一个示例，处理单元140可通过计算每个图像块内部平均灰度变化率得到每个图像块的模糊化参数。
在该示例中，处理单元140根据模糊化参数判断被测物体是否在景深范围内时，具体用于：获取模糊化参数大于第一预设阈值的图像块的数量；判断数量与图像块的总数的比值是否大于或者等于第二预设阈值；如果比值大于或者等于第二预设阈值，则判定被测物体在景深范围内。
具体地，被测物体图像的每个像素的空间位置和灰度值可构成一个二维矩阵，矩阵的序号对应像素的空间位置，矩阵单元的内容为此像素的灰度值，被测物体图像的分辨率可为M*N(M为行数，N为列数)。如图3所示，图3中最左边的图像是被测物体在合适景深范围内时采集的被测物体图像，中间和右边的图像是被测物体分别在较远和较近位置时采集的被测物体图像。可见，当被测物体从景深范围内移动到景深范围外时，失焦会导致投影在被测物体表面的条纹逐渐模糊，最终完全看不到条纹。
为此，本发明根据被测物体图像的大小和应用场合，对被测物体图像进行分块处理，如图4所示。然后，对每个图像块计算图像模糊情况，例如，可以采用计算图像内部平均灰度变化率的方法，如下式：
其中，Gh为平均灰度变化率(即模糊化参数)，Th为图像块Ih的像素数量，h∈[1,p*q]，p*q为图像块的总数，Wh为图像块Ih的像素区域，i,j为整数。
进一步地，判断平均灰度变化率值中大于第一预设阈值Thd1的数量b，如果b所占比例大于第二预设阈值Thd2，则认为被测物体处于景深范围内，也就是：时，处理单元140判定被测物体在景深范围内。
在本发明的一个实施例中，处理单元根据判断结果通过驱动单元对投影单元进行控制时，具体用于：在被测物体在景深范围内时，通过驱动单元控制投影单元提供第一亮度的光源，并控制投影单元在被测物体表面投影第一数量的条纹；在被测物体不在景深范围内时，通过驱动单元控制投影单元停止提供光源或者提供第二亮度的光源或者在被测物体表面投影第二数量的条纹，其中，第二亮度小于第一亮度，第二数量小于第一数量。
在本发明的一个实施例中，如图5所示，成像设备100还可包括：定时单元150，定时单元150用于每隔预设时间触发驱动单元120工作，以使投影单元110提供光源和在被测物体表面投影条纹，以及触发采集单元130向处理单元140传输被测物体图像。
具体地，可每隔预设时间进行一次景深范围的判断，从而决定是控制成像设备100处于工作状态还是待机状态，其中，预设时间可通过定时单元150实现定时。若被测物体在景深范围外，则处理单元140可控制成像设备100处于待机状态，例如，可通过驱动单元120将LED灯关闭或降低亮度或只投射部分投影(如第二数量的投影条纹)，由此，可降低功耗；若被测物体进入景深范围内，则处理单元140控制成像设备100转换到工作状态，例如，控制LED以预设亮度工作和投射第二数量的投影条纹。
在本发明的一个实施例中，处理单元140还可用于：将判断结果反馈至工作站，以使工作站根据判断结果打开或关闭三维重建功能。
具体地，处理单元140可将判断结果通过传输媒介传输至工作站，工作站可根据判断结果按照预先设定的规则规划CPU、GPU等的使用资源。
综上，根据本发明实施例的成像设备，通过投影单元的设置，可获取被测物体表面三维信息，获取高信噪比的被测物体图像，通过处理单元根据景深范围的判断结果对投影单元的控制，能够降低成像设备的使用功耗，通过处理单元将景深范围的判断结果传输至工作站，可使工作站根据判断结果规划CPU、GPU等资源。另外，该成像设备结构简单，成本低，并适用定焦镜头。
图6是本发明一个实施例的成像设备的控制方法的流程图。
在该实施例中，成像设备的控制方法用于上述实施例的成像设备。
如图6所示，成像设备的控制方法包括以下步骤：
S1，当投影单元提供光源，并在被测物体表面投影条纹时，获取被测物体图像。
在该实施例中，投影单元可包括LED(Light Emitting Diode，发光二极管)灯或LD(Laser Diode，激光二极管)灯，以及投影机构，其中，LED灯或LD灯可作为光源，投影机构可与光源一起作用于被测物体，以在被测物体表面投影条纹。由此，根据投影条纹的形变量可获取被测物体表面的三维信息，光源亮度的提升可使获取到的被测物体图像的信噪比得到有效提升。
S2，根据被测物体图像判断被测物体是否在景深范围内。
作为一个示例，根据被测物体图像判断被测物体是否在景深范围内，可包括：对被测物体图像进行分块处理，以得到多个图像块；分别计算每个图像块的模糊化参数；根据模糊化参数判断被测物体是否在景深范围内
具体地，被测物体图像的每个像素的空间位置和灰度值可构成一个二维矩阵，矩阵的序号对应像素的空间位置，矩阵单元的内容为此像素的灰度值，被测物体图像的分辨率可为M*N(M为行数，N为列数)。如图3所示，图3中最左边的图像是被测物体在合适景深范围内时采集的被测物体图像，中间和右边的图像是被测物体分别在较远和较近位置时采集的被测物体图像。可见，当被测物体从景深范围内移动到景深范围外时，失焦会导致投影在被测物体表面的条纹逐渐模糊，最终完全看不到条纹。
为此，本发明根据被测物体图像的大小和应用场合，对被测物体图像进行分块处理，如图4所示。然后，对每个图像块计算图像模糊情况，例如，可以采用计算图像内部平均灰度变化率的方法，如下式：
其中，Gh为平均灰度变化率(即模糊化参数)，Th为图像块Ih的像素数量，h∈[1,p*q]，p*q为图像块的总数，Wh为图像块Ih的像素区域，i,j为整数。
进一步地，判断平均灰度变化率值中大于第一预设阈值Thd1的数量b，如果b所占比例大于第二预设阈值Thd2，则认为被测物体处于景深范围内，也就是：时，判定被测物体在景深范围内。
S3，根据判断结果通过驱动单元对投影单元进行控制。
具体地，在被测物体在景深范围内时，可通过驱动单元控制投影单元提供第一亮度的光源，并控制投影单元在被测物体表面投影第一数量的条纹；在被测物体不在景深范围内时，可通过驱动单元控制投影单元停止提供光源或者提供第二亮度的光源或者在被测物体表面投影第二数量的条纹，其中，第二亮度小于第一亮度，第二数量小于第一数量。
作为一个示例，可每隔预设时间执行上述步骤S1～S3。
需要说明的是，本发明实施例的成像设备的控制方法的其他具体实施方式，可参见上述实施例的成像设备的具体实施方式。
本发明实施例的成像设备的控制方法，在投影单元提供光源，并在被测物体表面投影条纹时，获取被测物体图像，通过该被测物体图像可获取被测物体表面的三维信息，且该被测物体图像的信噪比高；进而根据被测物体图像判断被测物体是否在景深范围内，根据判断结果通过驱动单元对投影单元进行控制，能够降低成像设备的使用功耗；通过将判断结果反馈至工作站，以使工作站根据判断结果打开或关闭三维重建功能，由此可合理规划工作站CPU、GPU等的使用资源。
进一步地，本发明提出一种计算机可读存储介质。
在本发明的实施例中，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，实现上述的成像设备的控制方法。
本发明实施例的计算机可读存储介质，在其上存储的与上述成像设备的控制方法对应的计算机程序被处理器执行时，可获取被测物体表面的三维信息，获取高信噪的比被测物体图像，且能够降低成像设备的使用功耗，以及便于工作站合理规划CPU、GPU等的使用资源。
需要说明的是，在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种成像设备，其特征在于，包括：
驱动单元；
投影单元，所述投影单元用于在所述驱动单元的驱动下，提供光源和在被测物体表面投影条纹；
采集单元，所述采集单元用于采集被测物体图像；
处理单元，所述处理单元用于根据所述被测物体图像判断所述被测物体是否在景深范围内，并根据判断结果通过所述驱动单元对所述投影单元进行控制，以在所述被测物体不在所述景深范围内时，使所述成像设备处于待机状态，以及在所述被测物体在所述景深范围内时，使所述成像设备处于工作状态；
所述处理单元在根据所述被测物体图像判断所述被测物体是否在景深范围内时，具体用于：对所述被测物体图像进行分块处理，以得到多个图像块；分别计算每个所述图像块的模糊化参数；根据所述模糊化参数判断所述被测物体是否在所述景深范围内；
所述处理单元通过计算每个所述图像块内部平均灰度变化率得到每个所述图像块的模糊化参数；
所述处理单元根据所述模糊化参数判断所述被测物体是否在所述景深范围内时，具体用于：获取所述模糊化参数大于第一预设阈值的图像块的数量；判断所述数量与所述图像块的总数的比值是否大于或者等于第二预设阈值；如果所述比值大于或者等于所述第二预设阈值，则判定所述被测物体在所述景深范围内。
2.如权利要求1所述的成像设备，其特征在于，所述处理单元根据判断结果通过所述驱动单元对所述投影单元进行控制时，具体用于：
在所述被测物体在所述景深范围内时，通过所述驱动单元控制所述投影单元提供第一亮度的光源，并控制所述投影单元在所述被测物体表面投影第一数量的条纹；
在所述被测物体不在所述景深范围内时，通过所述驱动单元控制所述投影单元停止提供光源或者提供第二亮度的光源或者在所述被测物体表面投影第二数量的条纹，其中，所述第二亮度小于所述第一亮度，所述第二数量小于所述第一数量。
3.如权利要求1所述的成像设备，其特征在于，还包括：
定时单元，所述定时单元用于每隔预设时间触发所述驱动单元工作，以使所述投影单元提供光源和在所述被测物体表面投影条纹，以及触发所述采集单元向所述处理单元传输所述被测物体图像。
4.如权利要求1所述的成像设备，其特征在于，所述处理单元还用于：
将所述判断结果反馈至工作站，以使所述工作站根据所述判断结果打开或关闭三维重建功能。
5.一种成像设备的控制方法，其特征在于，所述控制方法用于如权利要求1-4中任一项所述的成像设备，所述控制方法包括以下步骤：
当所述投影单元提供光源，并在被测物体表面投影条纹时，获取被测物体图像；
根据所述被测物体图像判断所述被测物体是否在景深范围内；
根据判断结果通过所述驱动单元对所述投影单元进行控制，以在所述被测物体不在所述景深范围内时，使所述成像设备处于待机状态，以及在所述被测物体在所述景深范围内时，使所述成像设备处于工作状态。
6.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求5所述的成像设备的控制方法。
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