CN204944450U - 深度数据测量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种深度数据测量系统。该系统包括：红外光投射装置、多个红外光成像装置和处理器。红外光投射装置向待测空间投射红外光束，以在待测空间中的待测物体上形成红外光纹理。红外光纹理中各个纹理片段与其周围预定范围内的其它纹理片段相区别从而能被识别。每个红外光成像装置的拍摄范围被设置为待测空间的一部分。多个红外光成像装置的拍摄范围的组合基本上覆盖整个待测空间。每个红外光成像装置包括第一成像单元和第二成像单元，第一成像单元和第二成像单元之间具有预定相对位置关系。处理器根据第一成像单元和第二成像单元拍摄的图像中相应纹理片段图像之间的位置差异，以及上述预定相对位置关系，确定纹理片段的深度数据。

Description

深度数据测量系统

技术领域

本实用新型涉及三维测量系统，特别涉及深度数据测量系统。

背景技术

深度数据，亦可称为“景深信息”，是指被测物体相对于测量装置的距离。传统的图像拍摄方法只能获得物体的二维信息，无法得到物体的空间深度数据。但是，实际上物体表面的深度数据在各种工业、生活及娱乐应用中都至关重要。深度数据的实时获取尤其重要。

深度数据测量系统是一种对物体的深度数据进行测量的系统。目前深度数据测量技术多采用激光进行辅助。为了避免环境可见光对深度数据测量的干扰，往往采用红外激光进行辅助照射，并通过对红外激光在待测空间中的待测物体上形成的纹理片段进行分析和计算，得到待测物体上的纹理片段的深度数据，作为待测物体上相应位置处的深度数据。

常用的深度数据测量技术有单目视觉识别技术和双目视觉识别技术。

在单目视觉识别技术中，使用单个成像装置对待测空间进行成像。此时，需要向空间中投射预定的参考光束。并且还需要预先获得参考光束在多个参考平面(分别对应于不同的深度数据)上形成的参考纹理图案。通过对比实际测量时得到的图像中的纹理图案与对应于各个深度的参考纹理图案，确定各处的深度数据。这种情况下，实际测量时辅助激光投射装置与成像装置之间的相对位置关系需要与预先获得参考纹理图案时的相对位置关系严格对应，否则没有对比的依据。

在双目视觉识别技术中，使用两个成像装置同时对基本相同的待测空间进行成像。然后，例如可以通过三角测量法计算得出待测物体表面的空间深度数据。目前已有向待测空间中投射红外光束以作为测量辅助光的技术方案。红外光束被调制以在待测空间中的待测物体上形成红外光纹理。红外光纹理可以被设计为其中各个纹理片段与其周围预定范围内的其它纹理片段相区别从而能被识别。这样，可以在两个成像装置分别拍摄的图像中识别出同一个纹理片段形成的图案。同一个纹理片段在两个图像中形成的图案的位置差异(可以称为“视差”)与该纹理片段相对于两个成像装置的距离(也即深度数据)和两个成像装置之间的相对位置关系(例如相对距离)有关，由此可以获得该纹理片段的深度数据。一般而言，两个成像装置之间的距离远小于待测物体到成像装置的距离。

与单目视觉识别技术不同，在双目视觉识别技术中，不需要预先拍摄参考纹理图案作为深度数据确定依据。因此不需要严格设定成像装置与红外光投射装置之间的位置关系。

然而，为了实现更好的成像效果，从而更加精确地获得深度数据，综合考虑多方面因素，成像装置的拍摄范围往往是有限的。

在普通的视频监控系统中，可以通过转动成像装置(例如摄像头)，改变成像装置的拍摄角度，从而实现对整个监控区域(待测空间)的监控(拍摄)。

然而，转动成像装置这样的方案在深度数据测量领域中面临较大的困难。

首先，与普通视频监控系统不同，在深度数据测量系统中，还需要使用处理器对拍摄得到的纹理图案进行计算，以便获得纹理片段的深度数据。

如果不断转动成像装置，成像装置拍摄的图案总是完全发生变化，那么处理器的计算量将会非常大。

其次，在单目视觉识别技术方案中，在转动成像装置的同时，还要严格同步地转动红外光投射装置，否则无法与参考纹理图案进行有效的比对。

而在双目视觉视频技术方案中，则需要同时转动两个成像装置，两个成像装置之间的相对位置关系也要保证不在转动时发生变化，否则不能准确地计算得到深度数据。

而转动成像装置的方案最大的问题则在于，转动速度与拍摄帧率之间的平衡问题：如果拍摄帧率不高(相对于转动速度而言)，而转动速度较快时，会出现运动模糊，从而测量得到的深度数据不精确。另一方面，转动检测无法对周围环境进行实时检测，容易出现遗漏检测的问题。

因此，需要一种深度数据测量系统，其能够方便地获得整个待测空间中的待测物体的深度数据。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种深度数据测量系统，其能够方便地获得整个待测空间中的待测物体的深度数据。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种深度数据测量系统，包括：红外光投射装置，用于向待测空间投射红外光束，红外光束被调制以在待测空间中的待测物体上形成红外光纹理，红外光纹理被设计为其中各个纹理片段与其周围预定范围内的其它纹理片段相区别从而能被识别；多个红外光成像装置，每个红外光成像装置的拍摄范围被设置为待测空间的一部分，多个红外光成像装置的拍摄范围的组合基本上覆盖整个待测空间，每个红外光成像装置包括第一成像单元和第二成像单元，第一成像单元和第二成像单元之间具有预定相对位置关系；处理器，用于根据待测物体上的红外光纹理的纹理片段在第一成像单元拍摄的第一图像中的第一纹理片段图像和第二成像单元拍摄的第二图像中的第二纹理片段图像之间的位置差异，以及预定相对位置关系，确定纹理片段的深度数据。

优选地，该深度数据测量系统还可以包括成像装置固定部件，用于固定多个红外光成像装置。

优选地，相邻红外光成像装置的拍摄范围的中心线之间可以成预定夹角。

优选地，上述预定夹角可以在40°至130°之间。

优选地，多个红外光成像装置的拍摄范围的中心线可以在同一个圆锥面上。

优选地，红外光纹理中各个纹理片段的形状不同。或者，红外光纹理中各个纹理片段与邻近的其它纹理片段之间的位置关系不同。

优选地，纹理片段可以是离散光斑。

由此，根据本实用新型的深度数据测量系统能够方便地获得整个待测空间中的待测物体的深度数据。

附图说明

通过结合附图对本公开示例性实施方式进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本实用新型的深度数据测量系统的示意图。

图2示出了一个红外光成像装置的示意图。

附图标记说明

10红外光投射装置

15红外光束

20红外光成像装置

22第一成像单元

24第二成像单元

25中心线

30处理器

40成像装置固定部件

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施方式。虽然附图中显示了本公开的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

图1示出了根据本实用新型的深度数据测量系统的示意图。

如图1所示，该深度数据测量系统包括红外光投射装置10、多个红外光成像装置20和处理器30。

红外光投射装置10向待测空间投射红外光束15。

红外光束15被调制以在待测空间中的待测物体上形成红外光纹理。该红外光纹理则被设计为其中各个纹理片段与其周围预定范围内的其它纹理片段相区别从而能被识别。

例如，红外光纹理中各个纹理片段的形状可以不同，从而可以从周围预定范围内的其它纹理片段中识别出各纹理片段。

或者，红外光纹理中各个纹理片段与邻近的其它纹理片段之间的位置关系不同。

在一个实施例中，纹理片段可以是离散光斑。

图2示出了一个红外光成像装置的示意图。

如图2所示，每个红外光成像装置20可以包括第一成像单元22和第二成像单元24。

第一成像单元22和第二成像单元24之间具有预定相对位置关系。例如，第一成像单元22和第二成像单元24之间的间距为d。

一个红外光成像装置20的两个成像单元从两个不同的视角拍摄待测空间的同一部分，两者之间存在视差。根据该视差，可以计算得到待测空间中的待测物体的深度数据。这里，将第一成像单元22拍摄的图像称为“第一图像”，将第二成像单元24拍摄的图像称为“第二图像”。

图1中示出了4个红外光成像装置20。然而本领域技术人员应该明白，可以根据实际待测空间的需要以及实际摄像头设置来决定摄像头数量。例如，摄像头数量可以为2个、3个、6个、8个等。

图1中示出了4个红外光成像装置20设置在待测空间中间位置的情况。4个红外光成像装置20分别面向四个方向，从而对周围360°(水平投影，下同)的全部待测空间(即，相对于红外光成像装置20环绕一周)进行测量(监控)。

应该明白，例如，在将红外光成像装置20设置在墙上的情况下，可以对180°的全部待测空间(即，相对于红外光成像装置20环绕半周)进行测量(监控)。又例如，在将红外光成像装置20设置在墙角的情况下，可以对90°的全部待测空间(即，相对于红外光成像装置20环绕四分之一周)进行测量(监控)。

另外，红外光成像装置20也可以设置在可移动设备，例如车辆或头盔上。此时，对对周围360°(水平投影，下同)的全部待测空间(即，相对于红外光成像装置20环绕一周)进行测量(监控)是有利的。当然，也可以根据需要只对部分方向范围进行测量(监控)。

深度数据测量系统还可以包括成像装置固定部件40，用于固定多个红外光成像装置20。

每个红外光成像装置20的拍摄范围被设置为待测空间的一部分。多个红外光成像装置20的拍摄范围的组合则基本上覆盖了整个待测空间。

例如，图1中每个红外光成像装置20的拍摄范围在水平面上的投影可以为90°，或者也可以大于90°，例如100°(即略有重叠)。4个红外光成像装置20的拍摄范围的组合则基本上覆盖了整个待测空间。

在例如使用3个红外光成像装置20的情况下，每个红外光成像装置20的拍摄范围在水平面上的投影可以为120°，或者也可以大于120°，例如130°。

在例如使用6个红外光成像装置20的情况下，每个红外光成像装置20的拍摄范围在水平面上的投影可以为60°，或者也可以大于60°，例如70°。

在例如使用8个红外光成像装置20的情况下，每个红外光成像装置20的拍摄范围在水平面上的投影可以为45°，或者也可以大于45°，例如50°。

相邻红外光成像装置20的拍摄范围的中心线25之间可以成预定夹角。

根据红外光成像装置20的拍摄范围，上述预定夹角可以在例如40°至130°之间。可以根据该预定夹角以及红外光成像装置20的设置位置来确定所需要的红外光成像装置20的数量。

一般而言，可以将红外光成像装置20放置在待测空间中较高的位置处。因此，成像装置固定部件40可以被设计为，使得多个红外光成像装置20的拍摄范围的中心线25可以在同一个圆锥面上，从而使得每个红外光成像装置20的拍摄方向略向下倾斜。

处理器30连接到红外光成像装置20。图1中示出了一个处理器30连接到4个红外光成像装置20以对4个红外光成像装置20拍摄的图像进行处理。也可以为每个红外光成像装置20分别设置一个处理器30，以专用于处理该红外光成像装置20拍摄的图像。

处理器30可以同样设置在成像装置固定部件40上，也可以设置在其它位置处。

处理器30可以直接接收来自红外光成像装置20的图像并进行处理。处理器30也可以首先将图像数据存储在存储器(图中未示出)中，然后从存储器中读取图像数据以进行处理。

处理器30根据待测物体上的红外光纹理的纹理片段在第一成像单元22拍摄的第一图像中的第一纹理片段图像和第二成像单元24拍摄的第二图像中的第二纹理片段图像之间的位置差异，以及上述预定相对位置关系，确定纹理片段的深度数据。

根据本实用新型，使用多个红外光成像装置20对待测空间中的待测物体进行了拍摄。每个红外光成像装置20中的两个具有预定位置关系的成像单元以不同的视角进行拍摄。处理器30可以从两个成像单元22、24拍摄的图像中识别出红外光纹理中同一个纹理片段对应的两个图像，并根据两个图像的视差来确定该纹理片段的深度数据，相应地获得待测物体相应部分的深度数据。

上文中已经参考附图详细描述了根据本实用新型的深度数据测量系统。

以上已经描述了本实用新型的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (7)

1.一种深度数据测量系统，其特征在于，包括：

红外光投射装置，用于向待测空间投射红外光束，所述红外光束被调制以在所述待测空间中的待测物体上形成红外光纹理，所述红外光纹理被设计为其中各个纹理片段与其周围预定范围内的其它纹理片段相区别从而能被识别；

多个红外光成像装置，每个红外光成像装置的拍摄范围被设置为所述待测空间的一部分，所述多个红外光成像装置的拍摄范围的组合基本上覆盖整个待测空间，每个红外光成像装置包括第一成像单元和第二成像单元，所述第一成像单元和所述第二成像单元之间具有预定相对位置关系；

处理器，用于根据所述待测物体上的红外光纹理的纹理片段在所述第一成像单元拍摄的第一图像中的第一纹理片段图像和所述第二成像单元拍摄的第二图像中的第二纹理片段图像之间的位置差异，以及所述预定相对位置关系，确定所述纹理片段的深度数据。

2.根据权利要求1所述的深度数据测量系统，其特征在于，还包括：

成像装置固定部件，用于固定所述多个红外光成像装置。

3.根据权利要求2所述的深度数据测量系统，其特征在于，

相邻红外光成像装置的拍摄范围的中心线之间成相同的预定夹角。

4.根据权利要求3所述的深度数据测量系统，其特征在于，

所述预定夹角在40°至130°之间。

5.根据权利要求3所述的深度数据测量系统，其特征在于，

所述多个红外光成像装置的拍摄范围的中心线在同一个圆锥面上。

6.根据权利要求1至5中任何一项所述的深度数据测量系统，其特征在于，

所述红外光纹理中各个纹理片段的形状不同；和/或

所述红外光纹理中各个纹理片段与邻近的其它纹理片段之间的位置关系不同。

7.根据权利要求1至5中任何一项所述的深度数据测量系统，其特征在于，

所述纹理片段是离散光斑。