CN113994168A - 位置检测系统、图像处理设备、位置检测方法以及位置检测程序 - Google Patents

位置检测系统、图像处理设备、位置检测方法以及位置检测程序 Download PDF

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Abstract

根据本发明的一个方面，提供了一种位置检测系统，包括事件驱动视觉传感器、微透镜阵列和终端设备，该事件驱动视觉传感器包括传感器阵列，该传感器阵列包括传感器，传感器用于在检测到入射光的强度变化时生成事件信号，该微透镜阵列至少包括用于将光分别引导到传感器阵列的第一区域和第二区域的第一微透镜和第二微透镜，该终端设备具有用于从视觉传感器接收事件信号的接收单元和用于从由第一区域和第二区域中的每个传感器生成的事件信号检测光的强度变化的三维位置的位置检测单元。

Description

位置检测系统、图像处理设备、位置检测方法以及位置检测 程序
技术领域
本发明涉及位置检测系统、图像处理设备、位置检测方法以及位置检测程序。
背景技术
已知一种事件驱动型的视觉传感器，其中检测入射光的强度变化的像素以时间异步方式生成信号。与以每个预定周期扫描所有像素的框架型视觉传感器相比，事件驱动视觉传感器的优点在于，事件驱动视觉传感器可以以低功率和高速度操作，所述框架型视觉传感器具体地为诸如电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)的图像传感器。例如，在PTL 1和PTL 2中描述了与这种事件驱动的视觉传感器相关的技术。
[引用列表]
[专利文献]
[PTL 1]
专利号2014-535098的PCT的日文译文
[PTL 2]
日本专利公开号2018-85725
发明内容
[技术问题]
然而，关于事件驱动型的视觉传感器，虽然已知上述优点，但是难以说已经充分提出与其他设备组合的利用方法。
因此，本发明的目的在于，提供一种通过将事件驱动型的视觉传感器与微透镜阵列组合使用，能够得到良好的效果的位置检测系统、图像处理设备、位置检测方法以及位置检测程序。
[问题解决方案]
根据本发明的一个方面，提供了一种位置检测系统，包括事件驱动视觉传感器、微透镜阵列和终端设备，该事件驱动视觉传感器包括传感器阵列，该传感器阵列包括传感器，每个传感器在检测到入射光的强度变化时生成事件信号，该微透镜阵列至少包括用于将光分别引导到传感器阵列的第一区域和第二区域的第一微透镜和第二微透镜，该终端设备具有用于从视觉传感器接收事件信号的接收单元和用于从由第一区域和第二区域中的每个传感器生成的事件信号检测光的强度变化的三维位置的位置检测单元。
根据本发明的另一方面，提供了一种图像处理设备，包括接收单元和位置检测单元，接收单元接收来自事件驱动视觉传感器的事件信号，事件驱动视觉传感器包括传感器阵列，传感器阵列包括传感器，每个传感器在经由微透镜阵列检测到入射光的强度变化时生成事件信号，位置检测单元根据事件信号检测光的强度变化的三维位置。微透镜阵列至少包括第一微透镜和第二微透镜，用于将光分别引导到传感器阵列的第一区域和第二区域。位置检测单元从由第一区域和第二区域中的每个传感器生成的事件信号，检测三维位置。
根据本发明的又一方面，提供了一种位置检测方法，包括从事件驱动视觉传感器接收事件信号的步骤，所述事件驱动视觉传感器包括传感器阵列，所述传感器阵列包括当经由微透镜阵列检测到入射光的强度变化时均生成事件信号的传感器，以及根据事件信号检测光的强度变化的三维位置的步骤。微透镜阵列至少包括第一微透镜和第二微透镜，用于将光分别引导到传感器阵列的第一区域和第二区域。在检测三维位置的步骤中，根据由第一区域和第二区域中的每个传感器生成的事件信号来检测三维位置。
根据本发明的又一方面，提供一种位置检测程序，其使计算机实现从包括传感器阵列的事件驱动视觉传感器接收事件信号的功能以及根据事件信号检测光强度变化的三维位置的功能，其中，传感器阵列包括当经由微透镜阵列检测到入射光强度变化时均生成事件信号的传感器。微透镜阵列至少包括第一微透镜和第二微透镜，用于将光分别引导到传感器阵列的第一区域和第二区域。检测三维位置的功能根据由第一区域和第二区域中的每个传感器生成的事件信号来检测三维位置。
附图说明
图1是用于描述根据本发明实施例的系统的示意性配置的框图。
图2是用于描述图1中描述的系统的摄影光学系统的图。
图3是用于描述根据本发明实施例的位置检测方法的示例的流程图。
图4是用于描述根据本发明实施例的位置检测方法的另一示例的流程图。
具体实施方式
以下，将参照附图详细描述本发明的几个实施例。另外，在本说明书及附图中，对具有大致相同的功能结构的构成要素标注相同的符号，并省略重复的说明。
图1是用于描述根据本发明实施例的位置检测系统的示意性配置的框图。图2是用于描述图1中描述的系统的摄影光学系统的图。如图1所示，位置检测系统10包括摄影镜头101、微透镜阵列102、作为事件驱动视觉传感器的事件驱动传感器(EDS)103、以及图像处理设备200。摄影镜头101是用于对作为位置检测的目标的对象进行成像的主镜头，并且包括一般的成像镜头。如图2所示，微透镜阵列102被布置在摄影镜头101的成像表面上，并且通过二维地布置多个微透镜来获得。每个微透镜具有例如圆形平面形状，并且包括例如固体透镜、液晶透镜、衍射透镜等。应注意，微透镜L1、L2、...、Ln在图1及图2中所描绘的微透镜阵列12中一维地排列，但实际上微透镜是二维地排列。
如图2所示，在入射到摄影镜头101上的光中，穿过包括在微透镜阵列102中的第一微透镜L1的光被引导到EDS 103的传感器阵列上的第一区域A1，而穿过第二微透镜L2的光被引导到EDS 103的传感器阵列上的第二区域A2。与上述类似，已经穿过第n个微透镜Ln的光被引导到EDS 103的传感器阵列上的第n个区域An。在微透镜阵列102和EDS 103中，n个区域A1、A2、...、An被布置为彼此不重叠。在EDS 103中，m片传感器被布置在传感器阵列上的相应区域A1、A2、...、An中。应当注意，与各个区域相对应的传感器的数量m可以是恒定的，或者可以是部分不同的。
EDS 103是视觉传感器的示例，当传感器检测到光强度的变化时，该视觉传感器生成事件信号。EDS 103包括未示出的配置传感器阵列的传感器和未示出的连接到传感器的处理电路。每个传感器包括光接收元件，并且当检测到入射光的强度变化，更具体地，亮度变化(例如，发生在物体的边缘部分处)时，生成事件信号。由于没有检测到入射光强度变化的传感器不生成事件信号，因此在EDS 103中以时间异步的方式生成事件信号。经由处理电路输出的事件信号包括传感器识别信息(例如，像素的位置)、亮度变化的极性(上升或下降)、时间戳等。
这里，EDS 103为每个传感器生成事件信号。因此，如果传感器识别信息(例如，像素的位置)预先与传感器阵列上的区域A1、A2、...、An中的每一个相关联，则可以指定所生成的事件信号对应于微透镜阵列102中的微透镜L1、L2、...、Ln中的哪一个。另外，如果传感器识别信息(例如，像素的位置)预先与传感器的区域A1、A2、...、An中的每一个的位置相关联，则可以指定从哪个视点观察到所生成的事件信号。
图像处理设备200具有接收单元201、位置检测单元202、运动估计单元203的功能，这些功能由具有通信接口、处理器、存储器等的计算机实现，通过处理器按照存储在存储器中的或经由通信接口接收的程序操作来实现。在下文中，将进一步描述每个单元的功能。
接收单元201以有线或无线方式从EDS 103接收事件信号。如上所述，事件信号由EDS 103的传感器生成。EDS 103的传感器包括布置在通过微透镜阵列102中所包括的至少两个微透镜来引导每个光的区域中的传感器，并且接收单元201接收由每个区域中的传感器生成的每个事件信号。
位置检测单元202从由接收单元201接收到的事件信号，检测事件的三维位置、即光强度的变化(以下，也称为事件发生的三维位置或事件位置)。更具体地，位置检测单元202基于拍摄镜头101和微透镜阵列102之间的已知位置关系，通过重构来自EDS 103的区域A1、A2、...、An中的传感器的事件信号，来检测发生事件的三维位置。换句话说，位置检测单元202将来自EDS 103的区域A1、A2、...和An中的传感器的事件信号处理为指示从m个视点观察的二维事件位置的信息，并通过利用这些视点中的视差检测事件发生的三维位置。
这里，由于可以根据从相互具有视差的两个或更多个视点观察到的事件信号来检测三维位置，所以如果存在由布置在每个光被至少两个微透镜(第一和第二微透镜)引导的区域(第一和第二区域)中的各个传感器生成的事件信号，则位置检测单元202可以检测事件发生的三维位置。此外，通过利用从相互具有视差的三个或更多个视点观察到的事件信号，可以进一步提高检测精度。因此，位置检测单元202可以基于由布置在每个光被三个或更多个微透镜引导的区域中的各个传感器生成的事件信号来检测事件发生的三维位置。
运动估计单元203连续获取位置检测单元202对事件位置的检测结果，并且基于时间序列检测结果来估计事件位置的运动。例如，运动估计单元203可以基于事件发生的三维位置的时间序列变化，通过使用矢量来表示事件位置在预定时间段内的运动。另外，运动估计单元203也可以根据过去的事件位置的时间序列变化，估计事件位置将来的运动。例如，由此估计的事件位置在未来的运动可以用于例如对事件位置处存在的对象的未来位置预测。
图3是用于描述根据本发明实施例的位置检测方法的示例的流程图。在所示的示例中，图像处理设备200的接收单元201接收由EDS 103的传感器生成的事件信号(步骤S101)。此时接收到的事件信号包括指定从至少两个视点观察到的二维事件位置所需的事件信号。接着，位置检测单元202根据在步骤S101中接收到的事件信号，检测发生了事件的三维位置(步骤S102)。如上所述，通过获得指示从至少两个视点观察的二维事件位置的信息，可以检测事件的三维位置。
图4是用于描述根据本发明实施例的位置检测方法的另一示例的流程图。在图示的示例中，与图3的示例类似，图像处理设备200的接收单元201接收事件信号(步骤S201)，位置检测单元202基于接收到的事件信号，检测事件发生的三维位置(步骤S202)。此外，运动估计单元203确定三维位置的检测次数N是否为两次或更多次(步骤S203)，并且在N为两次或更多次的情况下估计事件位置的运动(步骤S204)。如上所述，根据两次或更多次检测到的事件的三维位置的变化来估计事件位置的运动。
在如上所述的本发明的实施例中，由于EDS 103经由微透镜阵列102检测入射光的强度的变化，因此可以基于从多个视点观察到的事件的发生位置的信息，以高帧率精确地检测事件位置。另外，例如，通过基于事件位置的时间序列检测结果估计事件位置，可以在对存在于事件位置处的对象的未来位置预测中实现高预测精度。可以想到，除了上述之外，运动估计单元203的估计结果例如用于接近物体的回避运动控制、根据障碍物的运动速度和行进方向的控制等。
另外，在本发明的实施例中，可以通过微透镜阵列102和EDS 103的组合以高帧率和高预测精度来估计事件位置的运动。由于可以在没有图像处理的情况下通过使用EDS103来指定事件位置，并且由于用于接近物体等的处理的等待时间低，并且仅需要布置与微透镜阵列102相对应的单个EDS 103，因此可以节省空间地实现与例如布置用于获得多个视点图像的多个照相机的情况相同的处理。此外，由于可以基于EDS 103生成的事件信号来确定发生了光强度的改变，所以不需要诸如红外(IR)照射或辅助光源的附加配置或控制。
应当注意，上述示例中描述的位置检测系统10可以在单个设备中实现，或者可以分散地在多个设备中实现。例如，可以在机器人、无人机、或者包括可穿戴终端等的终端设备中实现整个位置检测系统10，或者可以在服务器设备中分散地实现图像处理设备200。
另外，在上述示例中描述的位置检测系统10中，已经描述了其中微透镜阵列102被布置在摄影镜头101的成像表面上的示例，但是可以采用其他布置。例如，微透镜阵列102可以被布置为远离摄影镜头101的成像表面，并且EDS 103可以基于摄影镜头101的成像表面上的虚像经由微透镜阵列102来检测光的强度的变化。
另外，关于上述示例中描述的位置检测系统10的微透镜阵列102，如果每个微透镜与EDS 103的传感器阵列上的区域相关联，则构成微透镜阵列102的每个微透镜可以具有均匀的焦距，或者具有不同焦距的微透镜可以规则地或不规则地布置以构成微透镜阵列102。
尽管以上已经参照附图详细描述了本发明的几个实施例，但是本发明不限于这些示例。显然，本发明所属领域的普通技术人员可以在权利要求书中描述的技术思想的范围内想到各种改变示例和修改示例，并且可以理解，这些改变示例和修改示例显然属于本发明的技术范围。
[附图标记列表]
10：位置检测系统
101：摄影镜头
102：微透镜阵列
103：EDS
200：图像处理设备
201：接收单元
202：位置检测单元
203：运动估计单元

Claims (5)

1.一种位置检测系统，包括：
事件驱动视觉传感器，其包括传感器阵列，所述传感器阵列包括传感器，当检测到入射光的强度变化时，每个传感器生成事件信号；
微透镜阵列，其至少包括用于将光分别引导至传感器阵列的第一区域和第二区域的第一微透镜和第二微透镜；以及
终端设备，具有
接收单元，用于接收来自视觉传感器的事件信号，以及
位置检测单元，用于根据由所述第一区域和所述第二区域中的每个传感器生成的所述事件信号来检测光的强度的变化的三维位置。
2.一种图像处理设备，包括：
接收单元，其从包括传感器阵列的事件驱动视觉传感器接收事件信号，所述传感器阵列包括传感器，当经由微透镜阵列检测到入射光的强度变化时，每个传感器生成所述事件信号；以及
位置检测单元，其从所述事件信号检测光的强度变化的三维位置，
其中，所述微透镜阵列至少包括第一微透镜和第二微透镜，用于将光分别引导到传感器阵列的第一和第二区域，以及
所述位置检测单元根据由所述第一区域和所述第二区域中的每个传感器生成的所述事件信号，检测所述三维位置。
3.根据权利要求2所述的图像处理设备，还包括：
运动估计单元，其连续地获取所述位置检测单元的检测结果，并且基于时间序列检测结果来估计所述三维位置的运动。
4.一种位置检测方法，包括：
从包括传感器阵列的事件驱动视觉传感器接收事件信号的步骤，所述传感器阵列包括传感器，当经由微透镜阵列检测到入射光的强度变化时，每个传感器生成所述事件信号；以及
从所述事件信号检测光的强度变化的三维位置的步骤，
其中，所述微透镜阵列至少包括第一微透镜和第二微透镜，用于将光分别引导到所述传感器阵列的第一区域和第二区域，并且
在检测三维位置的步骤中，从由所述第一区域和所述第二区域中的每个传感器生成的所述事件信号来检测所述三维位置。
5.一种位置检测程序，使计算机实现：
从包括传感器阵列的事件驱动视觉传感器接收事件信号的功能，所述传感器阵列包括传感器，当经由微透镜阵列检测到入射光的强度变化时，每个传感器生成所述事件信号；以及
从所述事件信号检测光的强度变化的三维位置的功能，
其中，所述微透镜阵列至少包括第一微透镜和第二微透镜，用于将光分别引导到所述传感器阵列的第一区域和第二区域，并且
检测三维位置的功能从由所述第一区域和所述第二区域中的每个传感器生成的所述事件信号来检测所述三维位置。
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