TW201421074A - 藉由所關注之物體之可調適照射之深度成像方法及裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種諸如一三維測距相機或一結構化光相機之深度成像器，其經組態以：使用一第一類型之照射來擷取一場景之一第一圖框；界定該第一圖框中與一所關注之物體相關聯之一第一區域；基於該所關注之物體之所預期移動而識別待可調適地照射之一第二區域；使用不同於該第一類型之一第二類型的可能具有輸出光振幅及頻率中之至少一者之變化之照射藉由該第二區域之可調適照射來擷取該場景之一第二圖框；及嘗試在該第二圖框中偵測該所關注之物體。該第一類型之該照射可包括在一經指定視域內之實質上均勻照射，且該第二類型之該照射可包括實質上僅該第二區域之照射。

Description

藉由所關注之物體之可調適照射之深度成像方法及裝置
已知用於即時產生一空間場景之三維(3D)影像之若干不同技術。 舉例而言，可基於由多個相機在不同位置處擷取之多個二維(2D)影像使用三角測量來產生一空間場景之3D影像。然而，此一技術之一顯著缺點在於其通常需要極密集之計算，且因此可消耗一電腦或其他處理器件之一過量之可用計算資源。此外，當使用此一技術時在涉及不充足周圍照明之條件下可難以產生一準確3D影像。
其他已知技術包含使用諸如一三維測距(ToF)相機或一結構化光(SL)相機來直接產生一3D影像。此類型之相機通常係緊緻的、提供快速影像產生且在電磁光譜之近紅外光部分中操作。因此，ToF及SL相機通常用於機器視覺應用中，諸如視訊遊戲系統或實施基於手勢之人機介面之其他類型之影像處理系統中之手勢辨識。ToF及SL相機亦用於各種各樣其他機器視覺應用中，包含(舉例而言)面部偵測及單人或多人追蹤。
一典型習用ToF相機包含一光源，該光源包括(舉例而言)一或多個發光二極體(LED)或雷射二極體。每一此類LED或雷射二極體經控制以產生具有實質上恆定振幅及頻率之連續波(CW)輸出光。該輸出光照射待成像之一場景且由該場景中之物體散射或反射。偵測並利用所得返回光來形成一深度映射或其他類型之3D影像。更特定而言， 此涉及(舉例而言)利用輸出光與返回光之間的相位差來判定距場景中之物體之距離。此外，使用返回光之振幅來判定影像之強度位準。
一典型習用SL相機包含一光源，該光源包括(舉例而言)一雷射及一相關聯機械雷射掃描系統。雖然在SL相機中機械地掃描雷射，但其仍產生具有實質上恆定振幅之輸出光。然而，來自SL相機之輸出光並不如來自一ToF相機之CW輸出光一樣在任何特定頻率下經調變。雷射及機械雷射掃描系統係經組態以將窄條紋之光投射至一場景中之物體之表面上之SL相機之一條紋投影機之部分。此產生在SL相機之一偵測器陣列處顯得歪曲之照射線，此乃因投影機與偵測器陣列具有物體之不同視角。使用一種三角測量方法來判定物體表面形狀之一確切幾何重新構造。
ToF及SL相機兩者通常藉由一矩形視域(FoV)之均勻照射操作。 此外，如上文所指示，由一ToF相機產生之輸出光具有實質上恆定振幅及頻率，且由一SL相機產生之輸出光具有實質上恆定振幅。
在一項實施例中，一種深度成像器經組態以：使用一第一類型之照射來擷取一場景之一第一圖框；界定該第一圖框中與一所關注之物體相關聯之一第一區域；基於該所關注之物體之所預期移動而識別待可調適地照射之一第二區域；使用不同於該第一類型之一第二類型之照射藉由該第二區域之可調適照射來擷取該場景之一第二圖框；及嘗試在該第二圖框中偵測該所關注之物體。
該第一類型之該照射可包括(舉例而言)在一經指定視域內之實質上均勻照射，且該第二類型之該照射可包括實質上僅該第二區域之照射。可使用眾多其他照射類型。
本發明之其他實施例包含(但不限於)方法、系統、積體電路及儲存在執行時致使一處理器件執行一方法之程式碼之電腦可讀媒體。
100‧‧‧影像處理系統/系統
101‧‧‧深度成像器
102-1、102-2、...、102-N‧‧‧處理器件
104‧‧‧網路
105‧‧‧控制電路
106‧‧‧光源
108‧‧‧偵測器陣列
110‧‧‧處理器
112‧‧‧記憶體
114‧‧‧網路介面
120‧‧‧模組/圖框擷取模組
122‧‧‧模組/物體程式庫
124‧‧‧模組/區域界定模組
126‧‧‧模組/物體偵測模組
128‧‧‧模組/移動計算模組
130‧‧‧模組/參數最佳化模組
132‧‧‧振幅及頻率查找表/查找表
134‧‧‧振幅控制模組
136‧‧‧頻率控制模組
200‧‧‧場景
400‧‧‧場景
圖1係包括在一項實施例中組態有用於一所關注物體之可調適照射之功能性之一深度成像器之一影像處理系統之一方塊圖。
圖2圖解說明一所關注之物體在多個圖框中之一種類型之移動。
圖3係圖1系統中用於一所關注之物體之可調適照射之一程序之一第一實施例之一流程圖。
圖4圖解說明一所關注之物體在多個圖框中之另一類型之移動。
圖5係圖1系統中用於一所關注之物體之可調適照射之一程序之一第二實施例之一流程圖。
本文中將連同包含具有用於一所關注之物體之可調適照射之功能性之深度成像器之例示性影像處理系統一起圖解說明本發明之實施例。藉由實例方式，某些實施例包括經組態以提供一所關注之物體之可調適照射之諸如ToF相機及SL相機之深度成像器。再次藉由實例方式，此可調適照射可包含一ToF相機之輸出光振幅及頻率兩者之變化，或一SL相機之輸出光振幅之變化。然而，應理解，本發明之實施例通常更適用於其中期望提供深度映射或其他類型之3D影像中之物體之經改良偵測之任何影像處理系統或相關聯深度成像器。
圖1展示本發明之一實施例中之一影像處理系統100。影像處理系統100包括經由一網路104與複數個處理器件102-1、102-2、...、102-N通信之一深度成像器101。假定本發明實施例中之深度成像器101包括諸如一ToF相機之一3D成像器，但在其他實施例中可使用其他類型之深度成像器，包含SL相機。深度成像器101產生一場景之深度映射或其他深度影像並經由網路104將彼等影像傳遞至處理器件102中之一或多者。因此，處理器件102可包括呈任何組合之電腦、伺服器或儲存器件。一或多個此等器件亦可包含(舉例而言)用以呈現由深 度成像器101產生之影像之顯示螢幕或其他使用者介面。
雖然在本發明實施例中展示為與處理器件102分離，但深度成像器101可與處理器件中之一或多者至少部分地組合。因此，舉例而言，深度成像器101可至少部分地使用處理器件102中之一給定者來實施。藉由實例方式，一電腦可經組態以併入有深度成像器101。
在一給定實施例中，影像處理系統100實施為一視訊遊戲系統或產生影像以便辨識使用者手勢之其他類型之基於手勢之系統。所揭示之成像技術可類似地經調適以供用於需要一基於手勢之人機介面之各種各樣其他系統中，且亦可應用於除手勢辨識以外之眾多應用，諸如涉及面部偵測、人物追蹤或處理來自一深度成像器之深度影像之其他技術之機器視覺系統。
如圖1中所展示之深度成像器101包括耦合至光源106及偵測器陣列108之控制電路105。光源106可包括(舉例而言)可配置成一LED陣列之各別LED。雖然在此實施例中使用多個光源，但其他實施例可包含僅一單個光源。應瞭解，可使用除LED以外之光源。舉例而言，在其他實施例中，可用雷射二極體或其他光源來替換LED之至少一部分。
控制電路105包括用於光源106之驅動器電路。光源中之每一者皆可具有一相關聯驅動器電路，或多個光源可共用一共同驅動器電路。適合用於本發明之實施例中之驅動器電路之實例揭示於2012年10月23日提出申請且標題為「Optical Source Driver Circuit for Depth Imager」之序列號為13/658,153之美國專利申請案中，該美國專利申請案隨本發明共同受讓且以引用方式併入本文中。
控制電路105控制光源106以便產生具有特定特性之輸出光。可在序列號為13/658,153之上文所引用之美國專利申請案中找到可利用包括一ToF相機之一深度成像器中之控制電路105之一給定驅動器電路來提供之輸出光振幅及頻率變化之傾斜式及階梯式實例。輸出光照射 待成像之一場景且使用偵測器陣列108偵測到所得返回光且然後在控制電路105及深度成像器101之其他組件中進一步處理該所得返回光以便形成一深度映射或其他類型之3D影像。
因此，控制電路105之驅動器電路可以相對於習用深度成像器提供深度成像器101之顯著經改良效能之一方式經組態以產生具有經指定類型之振幅及頻率變化之驅動器信號。舉例而言，此一配置可經組態以允許不僅驅動器信號振幅及頻率而且諸如一積分時間窗之其他參數之特別高效之最佳化。
假定本發明實施例中之深度成像器101使用至少一個處理器件來實施且包括耦合至一記憶體112之一處理器110。處理器110執行儲存於記憶體112中之軟體程式碼以便經由控制電路105引導光源106及偵測器陣列108之操作之至少一部分。深度成像器101亦包括經由網路104支援通信之一網路介面114。
處理器110可包括(舉例而言)呈任何組合之一微處理器、一特殊應用積體電路(ASIC)、一場可程式化閘極陣列(FPGA)、一中央處理單元(CPU)、一算術邏輯單元(ALU)、一數位信號處理器(DSP)或其他類似處理器件組件，以及其他類型及配置之影像處理電路。
記憶體112儲存在實施深度成像器101之功能性之部分(諸如待下文闡述之模組120、122、124、126、128及130之部分)時由處理器110執行之軟體程式碼。儲存由一對應處理器執行之軟體程式碼之一給定此類記憶體係在本文中較通常稱作一電腦可讀媒體或其中體現有電腦程式碼之其他類型之電腦程式產品之一實例，且可包括(舉例而言)呈任何組合之電子記憶體，諸如隨機存取記憶體(RAM)或唯讀記憶體(ROM)、磁性記憶體、光學記憶體或其他類型之儲存器件。如上文所指示，處理器可包括一微處理器、ASIC、FPGA、CPU、ALU、DSP或其他影像處理電路之部分或組合。
因此應瞭解，本發明之實施例可以積體電路之形式來實施。在一給定此類積體電路實施方案中，完全相同之晶粒通常以一重複圖案方式形成於一半導體晶圓之一表面上。每一晶粒包含(舉例而言)如本文中所闡述之深度成像器101之控制電路105及可能其他影像處理電路之至少一部分，且可進一步包含其他結構或電路。個別晶粒可係自晶圓分割或切割，然後封裝為一積體電路。熟習此項技術者將知曉如何切割晶圓及封裝晶粒以產生積體電路。如此製造之積體電路被視為本發明之實施例。
網路104可包括諸如網際網路之一廣域網路(WAN)、一區域網路(LAN)、一蜂巢式網路或任何其他類型之網路，以及多個網路之組合。深度成像器101之網路介面114可包括經組態以允許深度成像器101經由網路104與處理器件102中之每一者中之類似網路介面通信之一或多個習用收發器或其他網路介面電路。
本發明實施例中之深度成像器101通常經組態以：使用一第一類型之照射來擷取一場景之一第一圖框；界定該第一圖框中與一所關注之物體相關聯之一第一區域；基於該所關注之物體之所預期移動而識別待可調適地照射之一第二區域；使用不同於該第一類型之一第二類型之照射藉由該第二區域之可調適照射來擷取該場景之一第二圖框；及嘗試在該第二圖框中偵測該所關注之物體。
可針對一或多個額外圖框重複一給定此類程序。舉例而言，若在該第二圖框中偵測到所關注之物體，則可針對一或多個額外圖框中之每一者重複該程序直至不再偵測到所關注之物體。因此，在本發明實施例中，可使用深度成像器101透過多個圖框來追蹤所關注之物體。
由光源106產生上文所闡述之例示性程序中之第一類型之照射及第二類型之照射兩者。第一類型之照射可包括在一經指定視域內之實 質上均勻照射，且第二類型之照射可包括實質上僅第二區域之照射，但在其他實施例中可使用其他照射類型。
第二類型之照射可相對於第一類型之照射展現一不同振幅及一不同頻率中之至少一者。舉例而言，在某些實施例(諸如一或多個ToF相機實施例)中，第一類型之照射包括具有一第一振幅且根據一第一頻率而變化之光源輸出光且第二類型之照射包括具有不同於該第一振幅之一第二振幅且根據不同於該第一頻率之一第二頻率而變化之光源輸出光。
下文將連同圖3及圖5之流程圖一起來闡述上文所述程序之更詳細實例。在圖3實施例中，來自光源106之輸出光之振幅及頻率並不變化，而在圖5實施例中，來自光源106之輸出光之振幅及頻率係變化的。因此，圖5實施例在使輸出光之振幅及頻率變化時利用包含在記憶體112中之一振幅及頻率查找表(LUT)132以及在控制電路105中之一振幅控制模組134及一頻率控制模組136之深度成像器101元件。振幅控制模組134及頻率控制模組136可使用類似於序列號為第13/658,153之上文所引用之美國專利申請案中所闡述之彼等技術之技術來組態，且可在控制電路105之一或多個驅動電路中實施。
舉例而言，在一給定實施例中，控制電路105之一驅動器電路可包括振幅控制模組134，以使得提供至光源106中之至少一者之一驅動器信號之振幅在振幅控制模組134之控制下根據一經指定類型之振幅變化(諸如一傾斜式或階梯式振幅變化)而變化。
該傾斜式或階梯式振幅變化可經組態以提供(舉例而言)隨時間增加之一振幅、隨時間減小之一振幅或增加之振幅與減小之振幅之組合。此外，增加之或減小之振幅可遵循一線性函數或一非線性函數，或線性函數與非線性函數之組合。
在具有傾斜式振幅變化之一實施例中，振幅控制模組134可經組 態以准許使用者選擇包含傾斜式振幅變化之一開始振幅、一結束振幅、一偏壓振幅及一持續時間中之一或多者的傾斜式振幅變化之一或多個參數。
類似地，在具有階梯式變化之一實施例中，振幅控制模組134可經組態以准許使用者選擇包含階梯式振幅變化之一開始振幅、一結束振幅、一偏壓振幅、一振幅步長大小、一時間步長大小及一持續時間中之一或多者的階梯式振幅變化之一或多個參數。
在一給定此類實施例中，控制電路105之一驅動器電路可額外地或替代地包括頻率控制模組136，以使得提供至光源106中之至少一者之一驅動器信號之頻率在頻率控制模組136之控制下根據一經指定類型之頻率變化(諸如一傾斜式或階梯式頻率變化)而變化。
該傾斜式或階梯式頻率變化可經組態以提供(舉例而言)隨時間而增加之一頻率、隨時間而減小之一頻率或增加之頻率與減小之頻率之組合。此外，增加之或減小之頻率可遵循一線性函數或一非線性函數，或線性函數與非線性函數之組合。此外，若驅動器電路包含振幅控制模組134及頻率控制模組136兩者，則頻率變化可與先前所闡述之振幅變化同步。
在具有傾斜式頻率變化之一實施例中，一頻率控制模組136可經組態以准許使用者選擇包含傾斜式頻率變化之一開始頻率、一結束頻率及一持續時間中之一或多者的傾斜式頻率變化之一或多個參數。
類似地，在具有階梯式頻率變化之一實施例中，頻率控制模組136可經組態以准許使用者選擇包含階梯式頻率變化之一開始頻率、一結束頻率、一頻率步長大小、一時間步長大小及一持續時間中之一或多者的階梯式頻率變化之一或多個參數。
在其他實施例中可使用各種各樣不同類型及組合之振幅及頻率變化，包含遵循線性函數、指數函數、二次函數或任意函數之變化。
應注意，振幅控制模組134及頻率控制模組136係用於其中輸出光之振幅及頻率可變化之深度成像器101之一實施例(諸如一ToF相機)中。
深度成像器101之其他實施例可包含(舉例而言)其中輸出光頻率通常並不變化之一SL相機。在此等實施例中，LUT 132可包括一僅振幅LUT，且可去除頻率控制模組136，以使得使用振幅控制模組134來使僅輸出光之振幅變化。
在深度成像器101中可使用眾多不同控制模組組態以針對一給定驅動器信號波形建立不同振幅及頻率變化。舉例而言，可使用靜態振幅及頻率控制模組，其中各別振幅及頻率變化並不因使用者選擇連同深度成像器101之操作一起而動態地可變而是藉由設計而替代地固定為特定組態。
因此，舉例而言，可在一設計階段期間預定一特定類型之振幅變化及一特定類型之頻率變化且可在深度成像器中使彼等預定變化固定而非可變。為一深度成像器之一光源驅動器信號提供振幅變化及頻率變化中之至少一者的此類型之靜態電路配置被視為「控制模組」(如彼術語在本文中廣泛地利用)之實例，且該等靜態電路配置相異於通常利用具有實質上恆定振幅及頻率之CW輸出光之諸如ToF相機之習用配置。
如上文所指示，深度成像器101包括用於實施上文所提及之類型之影像處理操作中且用於圖3及圖5程序中的複數個模組120至130。此等模組包含：一圖框擷取模組120，其經組態以在變化之照射條件下擷取一場景之圖框；一物體程式庫122，其儲存預定義物體模板或表徵待於該等圖框中之一或多者中偵測之典型所關注之物體之其他資訊；一區域界定模組124，其經組態以界定該等圖框中之一或多者中與一給定所關注之物體或OoI相關聯之區域；一物體偵測模組126，其 經組態以在一或多個圖框中偵測所關注之物體；及一移動計算模組128，其經組態以基於所關注之物體在圖框間之所預期移動而識別待可調適地照射之區域。此等模組可係至少部分地以儲存於記憶體112中且由處理器110執行之軟體之形式來實施。
在本發明實施例中之深度成像器101中亦包含一參數最佳化模組130，參數最佳化模組130說明性地經組態以針對由深度成像器101執行之一給定成像操作最佳化深度成像器101之積分時間窗而且最佳化由各別振幅控制模組134及頻率控制模組136提供之振幅及頻率變化。舉例而言，參數最佳化模組130可經組態以針對該給定成像操作判定包含積分時間窗、振幅變化及頻率變化之一適當參數集。
此一配置允許深度成像器101經組態以在各種各樣不同操作條件(諸如距場景中之物體之距離、場景中之物體之數目及類型等等)下獲得最佳效能。因此，舉例而言，可以在特定條件下最佳化總體效能之一方式連同驅動器信號振幅及頻率變化之選擇一起來判定本發明實施例中之深度成像器101之積分時間窗長度。
參數最佳化模組130亦可至少部分地以儲存於記憶體112中且由處理器110執行之軟體之形式來實施。應注意，如此上下文中所使用之諸如「最佳」及「最佳化」等術語意欲廣泛地加以解釋，且並不需要任何特定效能量測之最小化或最大化。
如圖1中所展示之影像處理系統100之特定組態僅係例示性的，且在其他實施例中系統100可包含除具體展示之彼等元件以外或替代彼等元件之其他元件，包含通常在此一系統之一習用實施方案中找到之一類型之一或多個元件。舉例而言，處理模組及其他組件之其他配置可用於實施深度成像器101。因此，在其他實施例中，與圖1實施例中之模組120至130中之多者相關聯之功能性可組合至更少數目個模組中。此外，可至少部分地組合諸如控制電路105及處理器110等組件。
現在將參考圖2至圖5更詳細地闡述各項實施例中之深度成像器101之操作。如將闡述，此等實施例涉及在最初使用一整個視域之照射來偵測一第一圖框中之一所關注之物體之後當擷取隨後圖框時可調適地照射與該所關注之物體相關聯之該視域之僅一部分。此等配置可減少與在圖框間追蹤所關注之物體相關聯之計算及儲存要求，藉此降低影像處理系統內之電力消耗。另外，偵測準確度藉由在處理隨後圖框時減小來自視域之其他部分之干擾而得以改良。
在待連同圖2及圖3一起闡述之實施例中，深度成像器輸出光之振幅及頻率並不變化，而在待連同圖4及圖5一起闡述之實施例中，深度成像器輸出光之振幅及頻率係變化的。針對後一實施例假定，深度成像器101包括一ToF相機或其他類型之3D成像器，但可以一直截了當方式調適所揭示之技術以在其中深度成像器包括一SL相機之一實施例中提供振幅變化。
現在參考圖2，深度成像器101經組態以擷取一場景200之圖框，其中呈一人像形式之一所關注之物體在該場景內於圖框間橫向移動而不在所擷取之圖框內顯著更改其大小。在此實例中，所關注之物體展示為具有在表示為圖框#1、圖框#2及圖框#3之三個連續擷取之圖框中之每一者中之一不同位置。
使用由包含步驟300至310的圖3之流程圖圖解說明之程序在此等多個圖框中偵測並追蹤所關注之物體。步驟300及302通常係與藉由均勻照射進行之一初始化相關聯，而步驟304、306、308及310涉及可調適照射之使用。
在步驟300中，藉由均勻照射擷取包含所關注之物體之第一圖框。此均勻照射可包括在一經指定視域內之實質上均勻照射，且係本文中較通常稱作一第一類型之照射之一實例。
在步驟302中，使用物體偵測模組126及預定義物體模板或表徵 如儲存於物體程式庫122中之典型所關注之物體之其他資訊而在第一圖框中偵測所關注之物體。該偵測程序可涉及(舉例而言)比較圖框之各種所識別部分與來自物體程式庫122之預定義物體模板集。
在步驟304中，使用區域界定模組124界定第一圖框中與所關注之物體相關聯之一第一區域。步驟304中所界定之第一區域之一實例可被視為藉由圖2中之多個+標記所識別之區域。
在步驟306中，基於所關注之物體在圖框間之所預期移動亦使用區域界定模組124而計算待在下一個圖框中可調適地照射之一第二區域。因此，步驟306中之第二區域之界定考慮到圖框間之物體移動，從而考量諸如(舉例而言)移動之速度、加速度及方向等因素。
在一給定實施例中，更特定而言，此區域界定可涉及基於位置以及沿多個平面內及平面外方向之速度及線性加速度的輪廓運動預測。所得區域界定可不僅由一輪廓而且由一相關聯ε鄰域來表徵。此類型且適合用於本發明之實施例中之運動預測演算法為熟習此項技術者所熟知，且因此在本文中並不進行更詳細闡述。
此外，可針對不同類型之深度成像器使用不同類型之區域界定。舉例而言，區域界定可係基於一ToF相機之像素區塊及基於一SL相機之輪廓及ε鄰域。
在步驟308中，使用可調適照射來擷取下一個圖框。在第一遍通過程序之步驟中，此圖框係第二圖框。在本發明實施例中，可將可調適照射實施為步驟306中所判定之實質上僅第二區域之照射。此係本文中較通常稱作一第二類型之照射之一實例。在本發明實施例中之步驟308中所施加之可調適照射可具有與步驟300中所施加之實質上均勻照射相同之振幅及頻率，但在其施加至僅第二區域而非整個視域之意義上係可調適的。在待連同圖4及圖5一起闡述之實施例中，可調適照射之振幅及頻率中之至少一者相對於實質上均勻照射亦係變化的。
在可調適地照射包括一ToF相機之一深度成像器之一視域之僅一部分時，可關斷包括ToF相機之一LED陣列之一光源中之某些LED。在包括一SL相機之一深度成像器之情形中，可藉由控制機械雷射掃描系統之掃描範圍來調整視域之所照射部分。
在步驟310中，做出關於在第二圖框中偵測所關注之物體之一嘗試是否已成功之一判定。若在第二圖框中偵測到所關注之物體，則針對一或多個額外圖框重複步驟304、306及308，直至不再偵測到所關注之物體為止。因此，圖3程序允許透過多個圖框追蹤所關注之物體。
如上文所述，可調適照射將涉及使用各別振幅控制模組134及頻率控制模組136來使深度成像器101之輸出之振幅及頻率中之至少一者變化亦係可能的。此等變化在諸如圖4中所圖解說明之情境之情境中可係尤其有用的，在該情境中深度成像器101經組態以擷取一場景400之圖框，其中呈一人像形式之一所關注之物體不僅在該場景內於圖框間橫向移動而且在所擷取之圖框內顯著更改其大小。在此實例中，所關注之物體展示為不僅具有在表示為圖框#1、圖框#2及圖框#3之三個連續擷取之圖框中之每一者中之一不同位置，而且在圖框間進一步遠離深度成像器101移動。
使用由包含步驟500至510的圖5之流程圖所圖解說明之程序來在此等多個圖框中偵測並追蹤所關注之物體。步驟500及502通常與使用具有特定振幅及頻率值之一初始照射之一初始化相關聯，而步驟504、506、508及510涉及具有不同於該初始照射之彼等振幅及頻率值之振幅及頻率值之可調適照射之使用。
在步驟500中，用初始照射來擷取包含所關注之物體之第一圖框。此初始照射具有振幅A0及頻率F0且在一經指定視域內經施加，且係本文中較通常稱作一第一類型之照射之另一實例。
在步驟502中，使用物體偵測模組126及預定義物體模板或表徵如儲存於物體程式庫122中的典型所關注之物體之其他資訊來在第一圖框中偵測所關注之物體。偵測程序可涉及(舉例而言)比較圖框之各種所識別之部分與來自物體程式庫122之預定義物體模板集。
在步驟504中，使用區域界定模組124來界定第一圖框中與所關注之物體相關聯之一第一區域。步驟504中所界定之第一區域之一實例可被視為藉由圖4中之多個+標記所識別之區域。
在步驟506中，基於所關注之物體在圖框間之所預期移動亦使用區域界定模組124而計算待在下一個圖框中可調適地照射之一第二區域。如在圖3實施例中，步驟506中第二區域之界定考慮到圖框間之物體移動，從而考量諸如(舉例而言)移動之速度、加速度及方向等因素。然而，步驟506亦為隨後可調適照射設定新振幅值A i 及頻率值F i ，如依據深度成像器101內之記憶體112之振幅及頻率LUT 132而判定，其中i表示一圖框索引。
在步驟508中，使用具有經更新振幅A i 及頻率F i 之可調適照射來擷取下一個圖框。在第一遍通過程序之步驟中此圖框係第二圖框。在本發明實施例中，可調適照射可實施為步驟506中所判定之實質上僅第二區域之照射。此係本文中較通常稱作一第二類型之照射之另一實例。如上文所指示，在本發明實施例中之步驟508中所施加之可調適照射具有不同於步驟500中所施加之初始照射之振幅及頻率值。在其施加至僅第二區域而非整個視域之意義上其亦係可調適的。
在步驟510中，做出關於在第二圖框中偵測所關注之物體之一嘗試是否已成功之一判定。若在第二圖框中偵測到所關注之物體，則針對一或多個額外圖框重複步驟504、506及508，直至不再偵測到所關注之物體。針對每一此類反覆，可針對可調適照射判定不同振幅及頻率值。因此，圖5程序亦允許透過多個圖框追蹤所關注之物體，但藉 由在所關注之物體在圖框間移動時調整深度成像器輸出光之振幅及頻率中之至少一者來提供經改良效能。
藉由實例方式，在圖5實施例及其中輸出光振幅及頻率中之至少一者可調適地變化之其他實施例中，第一類型之照射包括具有一第一振幅且根據一第一頻率而變化之輸出光，且第二類型之照射包括具有不同於該第一振幅之一第二振幅且根據不同於該第一頻率之一第二頻率而變化之輸出光。
關於振幅變化，若所關注之物體之所預期移動係朝向深度成像器，則第一振幅通常大於第二振幅，且若該所預期移動係遠離深度成像器，則第一振幅通常小於第二振幅。此外，若所預期移動係朝向場景之一中心，則第一振幅通常大於第二振幅，且若所預期移動係遠離場景之一中心，則第一振幅通常小於第二振幅。
關於頻率變化，若所預期移動係朝向深度成像器，則第一頻率通常小於第二頻率，且若所預期移動係遠離深度成像器，則第一頻率通常大於第二頻率。
如先前所提及，經由振幅及頻率LUT 132之適當組態，振幅變化可與頻率變化同步。然而，其他實施例可利用僅頻率變化或僅振幅變化。舉例而言，傾斜式或階梯式頻率與恆定振幅之使用在其中待成像之場景包括位於距深度成像器不同距離處之多個物體之情形中可係有益的。
作為另一實例，傾斜式或階梯式振幅與恆定頻率之使用在其中待成像之場景包括朝向或遠離深度成像器移動或者自場景之一周邊移動至場景之一中心或反之亦然之一單個主要物體之情形中可係有益的。在此等配置中，預期一減小之振幅非常適於其中主要物體正朝向深度成像器移動或自周邊移動至中心之情形，且預期一增加之振幅非常適於其中主要物體正遠離深度成像器移動或自中心移動至周邊之情 形。
圖5之實施例中之振幅及頻率變化可顯著改良諸如一ToF相機之一深度成像器之效能。舉例而言，此等變化可延伸深度成像器101之明確範圍而不會不利地影響量測精確度，此至少部分地歸因於頻率變化准許每一頻率之所偵測之深度資訊之疊加。此外，可支援比原本使用習用CW輸出光配置而係可能的實質上高之一圖框速率，此至少部分地歸因於振幅變化允許動態地調整積分時間窗以最佳化深度成像器之效能，藉此提供一場景中之動態物體之經改良追蹤。該等振幅變化亦導致來自場景中之物體之較佳反射，從而進一步改良深度影像品質。
應瞭解，圖2至圖5中所圖解說明之特定程序僅係藉由實例方式呈現，且本發明之其他實施例可利用其他類型及配置之程序操作以用於使用一ToF相機、SL相機或其他類型之深度成像器來提供可調適照射。舉例而言，圖3及圖5之流程圖中之各種步驟可係至少部分地彼此並列地而非如所展示以串列方式執行。此外，在其他實施例中可使用額外或替代程序步驟。作為一項實例，在圖5實施例中，出於校準或其他目的，可在每一組程序之特定數目個反覆之後施加實質上均勻照射。
應再次強調，如本文中所闡述之本發明之實施例意欲僅係說明性的。舉例而言，本發明之其他實施例可利用不同於本文中所闡述之特定實施例中所利用之彼等類型及配置之影像處理系統、深度成像器、影像處理電路、控制電路、模組、處理器件及處理操作之各種各樣類型及配置之影像處理系統、深度成像器、影像處理電路、控制電路、模組、處理器件及處理操作來實施。另外，本文中在闡述某些實施例之上下文中做出之特定假定未必應用於其他實施例中。熟習此項技術者將容易明瞭以下申請專利範圍之範疇內之此等及眾多其他替代 實施例。
100‧‧‧影像處理系統/系統
101‧‧‧深度成像器
102-1、102-2、...、102-N‧‧‧處理器件
104‧‧‧網路
105‧‧‧控制電路
106‧‧‧光源
108‧‧‧偵測器陣列
110‧‧‧處理器
112‧‧‧記憶體
114‧‧‧網路介面
120‧‧‧模組/圖框擷取模組
122‧‧‧模組/物體程式庫
124‧‧‧模組/區域界定模組
126‧‧‧模組/物體偵測模組
128‧‧‧模組/移動計算模組
130‧‧‧模組/參數最佳化模組
132‧‧‧振幅及頻率查找表/查找表
134‧‧‧振幅控制模組
136‧‧‧頻率控制模組

Claims (10)

  1. 一種方法，其包括：使用一第一類型之照射來擷取一場景之一第一圖框；界定該第一圖框中與一所關注之物體相關聯之一第一區域；基於該所關注之物體之所預期移動而識別待可調適地照射之一第二區域；使用不同於該第一類型之一第二類型之照射藉由該第二區域之可調適照射來擷取該場景之一第二圖框；及嘗試在該第二圖框中偵測該所關注之物體。
  2. 如請求項1之方法，其中該第一類型之該照射包括在一經指定視域內之實質上均勻照射，其中該第二類型之該照射包括實質上僅該第二區域之照射。
  3. 如請求項1之方法，其中該第一類型之該照射包括具有一第一振幅之光源輸出光且該第二類型之該照射包括具有不同於該第一振幅之一第二振幅之光源輸出光；其中若該所預期移動係朝向該光源，則該第一振幅大於該第二振幅；其中若該所預期移動係遠離該光源，則該第一振幅小於該第二振幅；其中若該所預期移動係朝向該場景之一中心，則該第一振幅大於該第二振幅；且其中若該所預期移動係遠離該場景之一中心，則該第一振幅小於該第二振幅。
  4. 如請求項1之方法，其中該第一類型之該照射包括根據一第一頻率而變化之光源輸出光且該第二類型之該照射包括根據不同於 該第一頻率之一第二頻率而變化之光源輸出光；其中若該所預期移動係朝向該光源，則該第一頻率小於該第二頻率；且其中若該所預期移動係遠離該光源，則該第一頻率大於該第二頻率。
  5. 如請求項1之方法，其中該第一類型之該照射包括具有一第一振幅且根據一第一頻率而變化之光源輸出光，且該第二類型之該照射包括具有不同於該第一振幅之一第二振幅且根據不同於該第一頻率之一第二頻率而變化之光源輸出光。
  6. 如請求項1之方法，其進一步包括判定在該第二圖框中是否偵測到該所關注之物體，其中若在該第二圖框中偵測到該所關注之物體，則針對一或多個額外圖框中之每一者重複該界定、該識別、該擷取及該嘗試直至不再偵測到該所關注之物體為止。
  7. 一種其中體現有電腦程式碼之電腦可讀儲存媒體，其中該電腦程式碼在於一處理器件中執行時致使該處理器件執行請求項1之方法。
  8. 一種裝置，其包括：一深度成像器，其包括至少一個光源；其中該深度成像器經組態以：使用一第一類型之照射來擷取一場景之一第一圖框；界定該第一圖框中與一所關注之物體相關聯之一第一區域；基於該所關注之物體之所預期移動而識別待可調適地照射之一第二區域；使用不同於該第一類型之一第二類型之照射藉由該第二區域之可調適照射來擷取該場景之一第二圖框；及嘗試在該第二圖框中偵測該所關注之物體；其中該第一類型之該照射及該第二類型之該照射由該光源產生。
  9. 一種裝置，其包括：至少一個處理器件，其包括耦合至一記憶體之一處理器且實施：一圖框擷取模組，其經組態以使用一第一類型之照射來擷取一場景之一第一圖框；一區域界定模組，其經組態以界定該第一圖框中與一所關注之物體相關聯之一第一區域；一移動計算模組，其經組態以基於該所關注之物體之所預期移動而識別待可調適地照射之一第二區域；及一物體偵測模組；其中該圖框擷取模組進一步經組態以使用不同於該第一類型之一第二類型之照射藉由該第二區域之可調適照射來擷取該場景之一第二圖框；且其中該物體偵測模組經組態以嘗試在該第二圖框中偵測該所關注之物體。
  10. 一種包括如請求項9之裝置之影像處理系統。
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