三維圖像獲取裝置及計算該裝置中的深度信息的方法制造方法及圖紙

提供一種三維(3D)圖像獲取裝置和在該3D圖像獲取裝置中計算深度信息的方法，所述3D圖像獲取裝置包括:光調制器，用于調制通過依次投射N(N是3或更大的自然數)個光束從對象反射的光；圖像拾取裝置，用于通過拍攝由光學調制器調制的光來生成N個子圖像；以及信號處理器，用于通過使用所述N個圖像來計算關于到對象的距離的深度信息。

【技術實現步驟摘要】
三維圖像獲取裝置及計算該裝置中的深度信息的方法相關申請的交叉引用本申請請求2011年10月25日提交的韓國專利申請第10-2011-0109431號的權益，其內容通過引用全文合并與此。
本公開涉及三維(3D)圖像獲取裝置以及在該3D圖像獲取裝置中計算深度信息的方法。
技術介紹
最近，根據用于顯示具有深度感的圖像的3D顯示設備的發展和需求的增加，已經強調了三維(3D)內容的重要性。因此，正在進行諸如用戶自己創建3D內容的3D照相機之類的3D圖像獲取裝置的研究。這種3D照相機被期望在一次拍攝中獲得除現有的2D彩色圖像信息之外的深度信息。可以使用利用兩個照相機的立體視覺法或者利用結構化的光和照相機的三角測量法來獲得關于對象的表面與3D照相機之間的距離的深度信息。然而，因為這些方法中的深度信息的精確度隨著到對象的距離增加而快速地降低，并且這些方法取決于對象的表面狀態，所以難以獲得精確的深度信息。為了改善此問題，已經引入飛行時間(TOF)。TOF方法是一種測量在照明光投射到對象之后直到從對象反射的光由光接收單元接收到的光飛行時間的方法。依據TOF方法，通過使用包括發光二極管(LED)或激光二極管(LD)的照明光學系統將預定的波長的光(例如，850納米的近紅外(NIR)光)照射到對象，由光接收單元接收從對象反射的具有相同的波長的光，然后執行一系列用于計算深度信息的處理過程。依據一系列處理過程引入不同的TOF技術。在上面描述的TOF方法中，通過假定沒有噪聲的理想環境來計算深度信息。然而，當使用3D照相機時，諸如室內環境中的照明和戶外環境中的太陽光之類的環境光總是存在于周圍中。環境光入射到3D照相機，成為計算深度信息的過程中的噪聲。因此，在計算深度信息過程中必須除去成為噪聲的環境光。
技術實現思路
提供一種通過除去環境光來計算深度信息的方法以及用于該方法的3D圖像獲取裝置。附加方面將在下面的描述中被部分地闡明，以及從該描述中將部分地明顯，或者可以通過給出的實施例而學習到。依據本專利技術的方面，一種三維(3D)圖像獲取裝置包括：光調制器，用于調制通過依次投射N(N是3或更大的自然數)個光束從對象反射的光;圖像拾取裝置，用于通過拍攝由光調制器調制的光來生成N個子圖像；以及信號處理器，用于通過使用該N個子圖像來計算關于到對象的距離的深度信息。所述N個光束可以間斷地投射。所述N個投射光束可以彼此不同并且由一個或多個光源發射。所述一個或多個光源可以以預定時間間隔依次投N個光束。光調制器的操作時間可以與N個光束的每一個的投射時間同步。所述光調制器的操作時間可以比N個光束的每一個的投射時間更短。所述圖像拾取裝置的曝光時間可以與光調制器的操作時間同步。所述圖像拾取裝置可以在光投射時間期間曝光以拍攝已調制光，并且所述圖像拾取裝置可以在光投射時間的至少一部分剩余時間期間形式N個子圖像。在光投射時間期間所述圖像拾取裝置的全部像素可以曝光給已調制光。所述N個光束可以是具有相同的周期且從由不同的強度和不同的相位構成的組中選擇出的至少一個的周期波。所述光調制器可以利用相同的調制信號調制反射的光。所述N個光束可以是相同的周期波。所述光調制器可以利用不同的調制信號調制反射的光。所述N個光束當中在相鄰的時間投射的任何兩個光束之間的相位差可以是通過用N等分360°獲得的值。所述反射的光可以包括通過從對象反射所述N個光束獲得的N個反射光束。由所述圖像拾取裝置生成的所述N個子圖像可以依次一對一匹配所述N個反射光束。如果所述N個子圖像不一對一匹配所述N個反射光束，則所述信號處理器可以以行為基礎轉換所述N個子圖像并且將所述N個基于行的子圖像與所述N個反射光束一對一匹配。所述信號處理器可以通過對乘以第一加權因子的所述N個子圖像取平均來生成第一平均圖像，對乘以第二加權因子的所述N個子圖像取平均來生成第二平均圖像，并且從第一平均圖像和第二平均圖像計算深度信息?？梢詮牡谝黄骄鶊D像對第二平均圖像的比率的反正切值計算所述深度信息。依據本專利技術的另一方面，一種計算深度信息的方法包括：調制通過依次投射N(N是3或更大的自然數)個光束從對象反射的光；通過拍攝由光調制器調制的光生成N個子圖像；以及通過使用所述N個子圖像計算關于到對象的距離的深度信息。所述N個光束可以間斷地投射。所述N個投射光束可以彼此不同并且由一個或多個光源發射。可以以預定時間間隔依次投射所述N個光束。用于調制光的光調制器的操作時間可以與N個光束的每一個的投射時間同步。所述光調制器的操作時間可以比N個光束的每一個的投射時間更短。用于拍攝光的圖像拾取裝置的曝光時間可以與光調制器的操作時間同步。在光投射時間期間所述圖像拾取裝置的全部像素可以都曝光給已調制光。所述N個光束可以是具有相同周期并且從由不同的強度和不同的相位構成的組中選擇的至少一個的周期波，并且可以利用相同的調制信號調制所述反射的光。所述N個光束可以是相同的周期波，并且可以利用不同的調制信號調制所述反射的光。所述N個光束當中在相鄰的時間投射的任何兩個光束之間的相位差可以是通過用N等分360°獲得的值。所生成的N個子圖像可以依次一對一匹配所述N個反射光束。所述方法還可以包括，如果所述N個子圖像不一對一匹配所述N個反射光束，則以行為基礎轉換所述N個子圖像并且將所述N個基于行的子圖像依次一對一匹配所述N個反射光束?？梢酝ㄟ^對乘以第一加權因子的所述N個子圖像取平均來生成第一平均圖像，可以對乘以第二加權因子的所述N個子圖像取平均來生成第二平均圖像，并且可以從第一平均圖像和第二平均圖像計算深度信息。可以從第一平均圖像對第二平均圖像的比率的反正切值計算所述深度信息。依據本專利技術的另一方面，一種三維（3D）圖像獲取裝置包括光調制器，其調制從被間斷地投射N個光束的對象反射的光；控制器，其控制光調制器以使光調制器與N個光束的每一個光束的投射時間同步。3D圖像獲取裝置還包括光源，其生成被依次投射的N個光束。N是大于或等于3的自然數。3D圖像獲取裝置還包括圖像傳感器，其通過拍攝由光調制器調制的光來生成N個子圖像，其中，圖像傳感器的曝光時間與光調制器的操作時間同步。3D圖像獲取裝置還包括信號處理器，其通過使用N個子圖像來計算關于到對象的距離的深度信息。附圖說明通過下面結合附圖對該實施例的描述，這些和/或其它方面將變得明顯且更易理解，其中：圖1是根據本專利技術的實施例的三維(3D)圖像獲取裝置的示意圖；圖2(A)到圖2(D)示出根據本專利技術的實施例的、通過調制N個不同的反射光束生成N個不同的子圖像的過程；圖3(A)到圖3(D)示出根據本專利技術的實施例的、利用一個投射光束和N個不同的光學調制信號生成N個不同的子圖像的過程；圖4A和圖4B分別是根據本專利技術的實施例的、當投射光的占空比是100%時以及在投射光的占空比是20%的情況下、當3D圖像被拍攝時的時間圖；圖5是根據本專利技術的實施例的、當通過將光源、光調制器、以及圖像拾取裝置彼此同步來拍攝圖像時的時間圖；圖6是當在光調制器的單個操作時間期間圖像拾取裝置的全部像素并不都被曝光時、當圖像被拍攝時的時間圖；圖7是用于描述根據本專利技術的實施例的、從N個不同的圖像計算深度信息的過程的示意圖；圖8是根據本專利技術的實施例的、示出加權因子Ak和Bk的表格；以及圖9是本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種三維（3D）圖像獲取裝置，包括：光調制器，用于調制從被依次投射N個光束的對象反射的光，其中N是3或更大的自然數；圖像拾取裝置，用于通過拍攝由所述光調制器調制的光來生成N個子圖像；以及信號處理器，用于通過使用所述N個子圖像來計算關于到所述對象的距離的深度信息。

【技術特征摘要】
2011.10.25 KR 10-2011-01094311.一種三維(3D)圖像獲取裝置，包括：光調制器，用于調制從被依次投射N個光束的對象反射的光，其中N是3或更大的自然數；圖像拾取裝置，用于通過拍攝由所述光調制器調制的光來生成N個子圖像；以及信號處理器，用于通過使用所述N個子圖像來計算關于到所述對象的距離的深度信息，其中所述圖像拾取裝置在所述N個光束中的每個光束的光投射時間期間曝光以拍攝已調制光并在所述N個光束中的每個光束的光投射時間的剩余時間的至少一部分期間形成所述N個子圖像。2.如權利要求1所述的3D圖像獲取裝置，其中所述N個光束被間斷地投射。3.如權利要求1所述的3D圖像獲取裝置，其中所述N個投射光束彼此不同并由一個或多個光源發出。4.如權利要求3所述的3D圖像獲取裝置，其中所述一個或多個光源以預定時間間隔依次投射所述N個光束。5.如權利要求1所述的3D圖像獲取裝置，其中所述光調制器的操作時間與所述N個光束的每一個的投射時間同步。6.如權利要求5所述的3D圖像獲取裝置，其中所述光調制器的操作時間比所述N個光束的每一個的投射時間更短。7.如權利要求5所述的3D圖像獲取裝置，其中所述圖像拾取裝置的曝光時間與所述光調制器的操作時間同步。8.如權利要求1所述的3D圖像獲取裝置，其中在光投射時間期間所述圖像拾取裝置的全部像素都曝光給已調制光。9.如權利要求1所述的3D圖像獲取裝置，其中所述N個光束是具有相同周期且從由不同強度和不同相位構成的組中選擇的至少一個的周期波。10.如權利要求9所述的3D圖像獲取裝置，其中所述光調制器利用相同調制信號調制反射的光。11.如權利要求1所述的3D圖像獲取裝置，其中所述N個光束是相同的周期波。12.如權利要求1所述的3D圖像獲取裝置，其中所述光調制器利用不同的調制信號調制反射的光。13.如權利要求1所述的3D圖像獲取裝置，其中所述N個光束當中在相鄰的時間投射的任何兩個光束之間的相位差是通過用N等分360°獲得的值。14.如權利要求1所述的3D圖像獲取裝置，其中所述反射的光包括通過從所述對象反射所述N個光束獲得的N個反射光束。15.如權利要求1所述的3D圖像獲取裝置，其中由所述圖像拾取裝置生成的所述N個子圖像依次一對一匹配N個反射光束。16.如權利要求1所述的3D圖像獲取裝置，其中，如果所述N個子圖像不一對一匹配N個反射光束，則所述信號處理器以行為基礎轉換所述N個子圖像并且將N個基于行的子圖像依次一對一匹配所述N個反射光束。17.如權利要求1所述的3D圖像獲取裝置，其中所述信號處理器通過對乘以第一加...

【專利技術屬性】
技術研發人員：樸勇和，柳長雨，尹熙善，
申請(專利權)人：三星電子株式會社，
類型：發明
國別省市：