CN102073050B - 基于深度相机的测量三维场景深度的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于深度相机的测量三维场景深度的装置，包括：第一深度相机、第二深度相机、同步控制单元和光路控制单元。同步控制单元控制第一深度相机和第二深度相机同时发射光，并分别接收被测量三维场景反射回来的反射光，分别根据光的发射时间和反射光的接收时间确定两个时间差，利用两个时间差的比值确定被测量的三维场景的深度；光路控制单元将发射光传送至被测量的三维场景并将被测量的三维场景反射的光分成两路分别传送至第一深度相机和第二深度相机，且每个深度相机的发射光的光路与反射光的光路相同。本发明通过根据两个深度相机的发射光和接收光的时间差的比值确定三维场景的深度，抵消单个深度相机的测量误差，提高三维场景深度的测量精度。

Description

基于深度相机的测量三维场景深度的装置

技术领域

本发明涉及计算机视觉技术领域，特别涉及一种基于深度相机的测量三维场景深度的装置。

背景技术

深度相机是一种获取场景深度方向上的信息的装置。现有的深度相机通常采用雷达测量的原理进行三维场景深度的测量，即，深度相机发射主动光波照射三维场景，光波经三维场景反射后回到深度相机，根据光波的发射时间和反射光波的接收时间之间的时间差(也即，相位差)获取三维场景的深度信息。

现有的使用深度相机测量三维场景的深度信息存在的问题是，由于实际仪器的测量精度、相位控制等因素的影响，深度相机测量的三维场景深度信息的精度总是达不到理想的精度效果。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决三维场景深度的测量精度差的技术缺陷。

为达到上述目的，本发明提出一种基于深度相机的测量三维场景深度的装置，包括：两个深度相机，所述两个深度相机包括第一深度相机和第二深度相机，所述第一深度相机和第二深度相机同时发射光，并分别接收所述被测量的三维场景反射回来的反射光，以及分别根据所述光的发射时间和所述反射光的接收时间确定两个时间差，并根据所述两个时间差的比值确定所述被测量的三维场景的深度；同步控制单元，用于控制所述第一深度相机和所述第二深度相机同时发射光；以及光路控制单元，用于将所述发射光传送至所述被测量的三维场景并将所述被测量的三维场景反射的光分成两路分别传送至所述第一深度相机和所述第二深度相机，且每个深度相机的发射光的光路与反射光的光路相同。

在本发明的一个实施例中，所述两个深度相机中的一个发射光，所述同步控制单元控制所述第一深度相机和所述第二深度相机同时开始计时。

在本发明的一个实施例中，所述装置还包括：校正单元，用于根据所述第一深度相机和所述第二深度相机第一次接收到反射光的时间对所述第一深度相机和所述第二深度相机进行同步校正。

在发明的一个实施例中，所述光路控制单元包括：分光镜和反射镜，所述分光镜用于将所述第一深度相机发射的光分成两路，一路至所述被测量的三维场景，另一路至所述反射镜，和/或将所述反射镜反射来的所述第二深度相机发射的光分成两路，一路至所述第一深度相机，另一路至所述被测量的三维场景，和/或将所述被测量三维场景反射的光分成两路，一路至所述第一深度相机，另一路至所述反射镜；以及所述反射镜用于将所述分光镜反射来的光反射至所述第二深度相机，和/或将所述第二深度相机发射的光反射至所述分光镜。

根据本发明的一个实施例，根据所述两个深度相机的时间差的比值，通过以下的公式确定所述被测量的三维场景的深度，

$D=\frac{d}{\frac{{\mathrm{\ΔT}}_2}{{\mathrm{\ΔT}}_1}-1}$

其中，D为所述被测量三维场景的深度，d为所述反射镜与所述分光镜之间的光路距离，ΔT₁为所述第一深度相机的时间差，ΔT₂为所述第二深度相机的时间差。

本发明通过根据两个深度相机的发射光和接收光的时间差的比值确定三维场景的深度，抵消单个深度相机的测量误差，提高三维场景深度的测量精度。

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

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例的基于深度相机的测量三维场景深度的装置的结构示意图；

图2为本发明一个实施例的测量三维场景深度的示意图；以及

图3为图2中的第一深度相机和第二深度相机同时发射光时接收反射光的时序图。

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，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

如图1所示为本发明实施例的基于深度相机的测量三维场景深度的结构示意图，该装置包括：第一深度相机11、第二深度相机12、同步控制单元13和光路控制单元14。

同步控制单元13控制第一深度相机11和第二深度相机12同时发射光至被测量的三维场景，并同时控制第一深度相机11和第二深度相机12同步开始计时，然后，第一深度相机11和第二深度相机12分别接收被测量的三维场景反射回来的反射光，并分别根据光的发射时间和反射光的接收时间确定两个时间差，根据两个时间差的比值确定被测量的三维场景的深度。

第一深度相机11和第二深度相机12的调制频率可以相同，也可以不同，但是为了避免相互之间的干扰，在本发明的一个实施例中，使得第一深度相机11和第二深度相机12的调制频率相同。

同步控制单元13可以为一个简单的数字控制逻辑单元，通过产生的方波信号控制第一深度相机11和第二深度相机12的同步工作，例如，在方波信号的上升沿触发深度相机11和12开始发射光和计时。

光路控制单元14用于将第一深度相机11和第二深度相机12发射的光传送至被测量的三维场景并将被测量的三维场景反射的光分成两路分别传送至第一深度相机11和第二深度相机12，且每个深度相机的发射光的光路与反射光的光路相同。

为了防止因第一深度相机11和第二深度相机12的不同步而导致的测量误差，在本发明的一个实施例中，同步控制单元13还用于根据第一深度相机11和第二深度相机12第一次接收到反射光的时间对第一深度相机11和第二深度相机12进行同步校正。如果第一深度相机11和第二深度相机12第一次接收到反射光的时间相同，则判断第一深度相机和第二深度相机同步，如果第一深度相机11和第二深度相机12第一次接收到反射光的时间不同，则对第一深度相机11和第二深度相机12进行同步校正。

为了防止发生衍射、散射等效应，在本发明的一个实施例中，该装置还包括光纤，使得光沿着光纤传播。

根据本发明的一个实施例，该装置还可包括信号转换接口，连接在光纤与两个深度相机11和12之间以及两个深度相机11和12与同步控制单元13之间，将光信号转换为电信号。

应理解，可使得第一深度相机11和第二深度相机12中的一个发射光至被测量的三维场景，同步控制单元13控制第一深度相机11和第二深度相机12同时开始计时。通过这样的方法也可以测量三维场景的深度，但是，这种方法中，同步控制单元13无法对第一深度相机11和第二深度相机12进行同步校正，测量出的结果可能会发生误差。

为了更好的了解本发明的测量三维场景深度的装置的方面和优点，下面结合具体的实施例进行说明，该具体的实施例仅用于说明本发明，不用于限制本发明的保护范围。

如图2所示为本发明一个实施例的测量三维场景深度的示意图，该装置包括：第一深度相机11、第二深度相机12、同步控制单元13、反射镜140和分光镜150。

其中，反射镜140和分光镜150的角度配置为：第一深度相机11发射的光在分光镜150上的落点与第二深度相机12发射的光经反射镜140反射后在分光镜150上的落点相同，而且，第二深度相机12发射的光在反射镜140上的落点与被测量的三维场景反射的光经分光镜150反射后在反射镜140上的落点相同。应理解，当反射镜140和分光镜150的反射率发生变化时，反射镜140和分光镜150的角度也应随之发生变化，使其满足上述配置准则。

在本发明的一个实施例中，第一深度相机11和第二深度相机12同时发射光，如图3所示为图2中的第一深度相机11和第二深度相机12同时发射光时接收反射光的时序图，第一深度相机11发射的光经光路h₁到达分光镜150，被分光镜150分成两路，一路经光路h₃到达被测量的三维场景，另一路经光路d到达反射镜140被反射后经光路h₂到达第二深度相机12(第二深度相机12第一次接收到反射光)，经光路h₃到达被测量的三维场景的光被三维场景反射后经光路h₃到达分光镜150，再被分光镜150分成两路，一路沿光路h₁到达第一深度相机11(第一深度相机11第二次接收到反射光)，另一路再经光路d到达反射镜140被反射后经光路h₂到达第二深度相机12(第二深度相机12第二次接收到反射光)；第二深度相机12发射的光经光路h₂到达反射镜140，被反射镜140反射后经光路d到达分光镜150，被分光镜150分成两路，一路经光路h₃到达被测量的三维场景，另一路经光路h₁到达第一深度相机11(第一深度相机11第一次接收到反射光)，经光路h₃到达被测量的三维场景的光被三维场景反射后经光路h₃到达分光镜150，再被分光镜150分成两路，一路沿光路h₁到达第一深度相机11(第一深度相机第三次接收到反射光)，另一路再经光路d到达反射镜140被反射后经光路h₂到达第二深度相机12(第二深度相机12第三次接收到反射光)。

第一深度相机11和第二深度相机12第一次接收到的反射光换转为反馈信号输入到同步控制单元中进行同步校正，第一深度相机11第二次接收到的反射光和第二深度相机第三次接收到的反射光的时间用于测量。

显然，要测量的三维场景的深度为h₁+h₃，

第一深度相机11得出的发射光和反射光的时间差为：

${\mathrm{\ΔT}}_1=\frac{2(h_1+h_3)}{c},$

第二深度相机12得出的发射光和反射光的时间差为：

${\mathrm{\ΔT}}_2=\frac{2(h_2+d+h_3)}{c},$

从而， ${\mathrm{\ΔT}}_2-{\mathrm{\ΔT}}_1=\frac{2d}{c}$

于是， $h_1+h_3=\frac{c}{2}{\mathrm{\ΔT}}_1=\frac{d}{{\mathrm{\ΔT}}_2-{\mathrm{\ΔT}}_1}{\mathrm{\ΔT}}_1=\frac{d}{\frac{{\mathrm{\ΔT}}_2}{{\mathrm{\ΔT}}_1}-1},$

其中，c为光速。

这样，将测量三维场景的深度转换为时间差之间比值的运算，抵消单个深度相机的级数影响，提高测量的精度。

应理解，上述实施例仅为示意性的实施例，并不用于限制本发明。本领域的技术人员还可使用其他光学仪器实现光路控制单元14的功能等，这些均应包含在本发明的包含范围内，

本发明通过根据两个深度相机的发射光和接收光的时间差的比值确定三维场景的深度，抵消单个深度相机的测量误差，提高三维场景深度的测量精度。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (6)

1.一种基于深度相机的测量三维场景深度的装置，其特征在于，包括：

两个深度相机，所述两个深度相机包括第一深度相机和第二深度相机，所述第一深度相机和第二深度相机同时发射光，并分别接收所述被测量的三维场景反射回来的反射光，以及分别根据所述发射光的发射时间和所述反射光的接收时间确定两个时间差，并根据所述两个时间差的比值确定所述被测量的三维场景的深度；

同步控制单元，用于控制所述第一深度相机和所述第二深度相机同时发射光；以及

光路控制单元，用于将所述发射光传送至所述被测量的三维场景并将所述被测量的三维场景反射的光分成两路分别传送至所述第一深度相机和所述第二深度相机，且所述第一深度相机的发射光的光路与反射光的光路相同，所述第二深度相机的发射光的光路与反射光的光路相同，

其中，所述光路控制单元进一步包括：分光镜和反射镜，

所述分光镜，用于将所述第一深度相机发射的光分成两路，一路至所述被测量的三维场景，另一路至所述反射镜，和将所述反射镜反射来的所述第二深度相机发射的光分成两路，一路至所述第一深度相机，另一路至所述被测量的三维场景，和将所述被测量三维场景反射的光分成两路，一路至所述第一深度相机，另一路至所述反射镜；以及

所述反射镜，用于将所述分光镜反射来的光反射至所述第二深度相机，和将所述第二深度相机发射的光反射至所述分光镜，

其中，所述根据所述两个时间差的比值确定所述被测量的三维场景的深度，进一步包括：

根据所述两个深度相机的时间差的比值，通过以下的公式确定所述被测量的三维场景的深度，

$D=\frac{d}{\frac{\mathrm{\Δ}{T}_2}{\mathrm{\Δ}{T}_1}-1}$

其中，D为所述被测量三维场景的深度，d为所述反射镜与所述分光镜之间的光路距离，ΔT₁为所述第一深度相机的时间差，ΔT₂为所述第二深度相机的时间差。

2.根据权利要求1所述的基于深度相机的测量三维场景深度的装置，其特征在于，还包括：

所述第一深度相机和第二深度相机发射光，所述同步控制单元控制所述第一深度相机和所述第二深度相机同时开始计时。

3.根据权利要求1所述的基于深度相机的测量三维场景深度的装置，其特征在于，所述同步控制单元还用于根据所述第一深度相机和所述第二深度相机第一次接收到反射光的时间对所述第一深度相机和所述第二深度相机进行同步校正。

4.根据权利要求1或2所述的基于深度相机的测量三维场景深度的装置，其特征在于，所述两个深度相机的调制频率相同。

5.根据权利要求1或2所述的基于深度相机的测量三维场景深度的装置，其特征在于，还包括：光纤，用于传播所述发射光和所述反射光。

6.根据权利要求5所述的基于深度相机的测量三维场景深度的装置，其特征在于，还包括：信号转换接口，连接在所述光纤与所述第一深度相机之间、所述光纤与所述第二深度相机之间以及所述两个深度相机与所述光路控制单元之间，用于将光信号转换为电信号。

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