CN110836644A

CN110836644A - 三维感测装置及三维感测方法

Info

Publication number: CN110836644A
Application number: CN201810941982.2A
Authority: CN
Inventors: 周宏隆; 林捷昇; 张文彦
Original assignee: Altek Semiconductor Corp
Current assignee: Altek Semiconductor Corp
Priority date: 2018-08-17
Filing date: 2018-08-17
Publication date: 2020-02-25

Abstract

本发明提供一种三维感测装置及三维感测方法，三维感测装置包括投光装置、至少二图像获取装置以及处理器。投光装置用以投射照明光束至目标物件。至少二图像获取装置用以获取目标物件的获取图像。处理器电性连接于投光装置及至少二图像获取装置，用以提供控制信号至投光装置以调整照明光束的强度。处理器依据第一处理信号调整获取图像的对比度为对比强化图像，且依据第二处理信号提取对比强化图像的特征区域为特征提取图像。处理器依据第三处理信号将特征提取图像的强度归一化为优化图像，且依据感测信号将优化图像形成为深度图像。

Description

三维感测装置及三维感测方法

技术领域

本发明涉及一种电子装置及感测方法，尤其涉及一种三维感测装置及三维感测方法。

背景技术

在一般的三维感测技术中，立体视觉(passive stereo)是最常被使用的方法，通过特征比对与三角定位，即可估算出深度信息。然而此方法的准确度依赖于待测物体的纹理是否丰富。一般而言，在低纹理、重复纹理的场景中，较不易获得有效深度信息。

为了解决上述的问题，可在三维感测技术中运用结构光投射来辅助感测效果。以结构光为基础的三维感测装置是由一个摄像装置及一个投影装置所组成，投影装置投射出事先设计好的图样(pattern)，再由摄像装置取得图像并进行深度估测。一般而言，为了提高感测的精准度，投影装置通常使用激光光源(Laser diode)、准直镜组(collimatinglens)以及绕射光学元件(Diffractive Optical Element，DOE)经过精密的光学设计所组成。然而，为了保持光束平行射出，以及有良好的光学投射效果，会提高结构复杂度，使量产的难度提升许多。

除此之外，上述使用激光光源及复杂的光学***，还会进一步产生热效应的问题。因此，为了减少热效应的影响，另外提出了一种主动式立体视觉技术(active stereo)。然而，此种技术仍然具有成本过高且结构过于复杂而难以量产的问题。因此，如何设计出一种低成本、高精准度，且可高量产的三维感测装置及其方法是本领域的重要课题。

发明内容

本发明提供一种三维感测装置及三维感测方法，具有较低的成本及良好的三维感测品质。

本发明的一实施例提出一种三维感测装置适于感测目标物件的深度图像。三维感测装置包括投光装置、至少二图像获取装置以及处理器。投光装置用以投射照明光束至目标物件。至少二图像获取装置用以获取目标物件的获取图像。处理器电性连接于投光装置及至少二图像获取装置，用以提供控制信号至投光装置以调整照明光束的强度。处理器依据第一处理信号调整获取图像的对比度为对比强化图像。处理器依据第二处理信号提取对比强化图像的特征区域为特征提取图像。处理器依据第三处理信号将特征提取图像的强度归一化为优化图像。处理器依据感测信号将优化图像形成为深度图像。

在本发明的一实施例中，上述的投光装置包括发光元件以及投射元件。发光元件用以发出照明光束。投射元件配置于照明光束的传递路径上，用以使照明光束通过并发散照明光束。

在本发明的一实施例中，上述的发光元件为发光二极管。

本发明的另一实施例提出一种三维感测装置适于感测目标物件的深度图像。三维感测装置包括投光装置、至少二图像获取装置以及处理器。投光装置用以投射照明光束至目标物件。至少二图像获取装置用以获取目标物件的获取图像。处理器电性连接于投光装置及至少二图像获取装置，用以提供控制信号至投光装置以调整照明光束的强度。处理器依据处理信号调整获取图像为优化图像，且依据感测信号将优化图像形成为深度图像。

在本发明的一实施例中，上述的发光元件为发光二极管。

在本发明的一实施例中，上述的处理器用以提供控制信号至投光装置以调整照明光束的强度。

在本发明的一实施例中，上述的处理信号包括第一处理信号、第二处理信号以及第三处理信号，且处理器经配置以执行：依据第一处理信号调整获取图像的对比度为对比强化图像；依据第二处理信号提取对比强化图像的特征区域为特征提取图像；以及依据第三处理信号将特征提取图像的强度归一化为优化图像。

本发明的另一实施例提出一种三维感测装置适于感测目标物件的深度图像。三维感测装置包括投光装置以及至少二图像获取装置。投光装置用以投射照明光束至目标物件。投光装置包括发光元件以及投射元件。发光元件用以发出照明光束。投射元件配置于照明光束的传递路径上，用以使照明光束通过并发散照明光束。至少二图像获取装置用以获取目标物件的获取图像以形成深度图像。

在本发明的一实施例中，上述的发光元件为发光二极管。

在本发明的一实施例中，上述的三维感测装置还包括处理器，电性连接于投光装置及至少二图像获取装置。

在本发明的一实施例中，上述的处理器依据处理信号调整获取图像为优化图像，且依据感测信号将优化图像形成为深度图像。

本发明的另一实施例提出一种三维感测方法，用以感测目标物件，包括：提供三维感测装置，包括投光装置、至少二图像获取装置以及电性连接投光装置与至少二图像获取装置的处理器；提供照明光束至目标物件；获取目标物件的图像表现为获取图像；依据处理信号调整获取图像为优化图像；以及依据感测信号将优化图像形成为深度图像。

在本发明的一实施例中，上述的投光装置包括发光元件以及投射元件，其中发光元件用以发出照明光束，且投射元件配置于照明光束的传递路径上以使照明光束通过并发散。

在本发明的一实施例中，上述的发光元件为发光二极管。

在本发明的一实施例中，上述的处理信号包括第一处理信号、第二处理信号以及第三处理信号，且依据处理信号调整获取图像为优化图像的方法包括：依据第一处理信号调整获取图像的对比度为对比强化图像；依据第二处理信号提取对比强化图像的特征区域为特征提取图像；以及依据第三处理信号将特征提取图像的强度归一化为优化图像。

基于上述，在本发明的三维感测方装置及三维感测方法中，三维感测方装置包括简易的投光装置，并通过投光装置的照射及至少二图像获取装置而获得获取图像，使处理器可依据处理信号对获取图像进行图像处理程序而获得优化图像，进而进行感测以形成为具有三维信息的深度图像。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1为本发明一实施例的三维感测装置的示意图；

图2为本发明另一实施例的三维感测装置的示意图；

图3为图1的投光装置的示意图；

图4为本发明一实施例的三维感测方法步骤流程图；

图5为本发明另一实施例的三维感测方法步骤流程图。

附图标号说明：

100、100A：三维感测装置

110：投光装置

112：发光元件

114：投射元件

120：图像获取装置

130：处理器

LB：照明光束

S400、S410、S420、S430、S432、S434、S436、S440：步骤

具体实施方式

图1为本发明一实施例的三维感测装置的示意图。在本实施例中，三维感测装置100适于感测目标物件(未示出)的深度图像。三维感测装置100包括投光装置110、至少二图像获取装置120以及处理器130。在本实施例中，三维感测装置100利用投光装置110投射照明光束(见如图3的照明光束LB)至目标物件，再利用图像获取装置120获取目标物件的图像表现为获取图像。最后，利用处理器130进行图像处理为可进行三维感测的优化图像，进而获得深度图像以完成三维感测。

在本实施例中，图像获取装置120的数量例如是两个，但本发明并不限于此。此外，在本实施例中，图像获取装置120例如可以是单色光(mono)图像获取装置、彩色(color)图像获取装置、单色光-红外光(mono-IR)图像获取装置、红绿蓝-红外光(RGB-IR)图像获取装置、红外光(IR)图像获取装置或上述的任意组合，本发明亦不限于此。换句话说，在本实施例中，至少二图像获取装置120可配置不同的类型，以进行不同的摄像或感测而达到不同的效用及作用，但本发明并不限于此。

图2为本发明另一实施例的三维感测装置的示意图。请参考图2，本实施例的三维感测装置100A类似于图1的三维感测装置100。为两者不同之处在于，本实施例的图像获取装置120的数量为三个，且这三个图像获取装置120可依种类不同而有不同功能。在一些实施例中，图像获取装置120的数量可依需求改变配置为三个以上，但本发明并不限于此。

图3为图1的投光装置的示意图。请参考图1及图3，在本实施例中，投光装置110包括发光元件112以及投射元件114。发光元件112用以发出照明光束LB。在本实施例中，发光元件112例如使用发光二极管(LED)或其他简易型发光元件。投射元件114配置于照明光束LB的传递路径上，用以使照明光束LB通过并发散照明光束LB。投射元件114例如使用绕射光学元件(Diffractive Optical Element，DOE)等可产生图案光或结构光的光学元件，以使照明光束LB通过以产生图案光或结构光并发散传递。换句话说，本实施例是利用发光元件112所发出的光传递经过投射元件114而自然发散成可用来三维感测的照明光束LB。

详细而言，本实施例相较于传统的作法并不使用激光光源以及复杂的光学***。本实施例仅使用了简易的发光元件112以发出照明光束LB并通过单一个投射元件114以产生图案光或结构光投射至目标物件，再通过数量为两个或以上的图像获取装置120从不同角度获取画面而进行后续的图像处理程序以完成三维感测。如此一来，可通过简单的投影架构达到相同于或优于传统架构的感测效果，进而简化投光装置110架构及节省成本，并且可易于量产。

请再参考图1及图3，处理器130电性连接于投光装置110及至少二图像获取装置120，用以提供控制信号至投光装置110以调整照明光束LB的强度，并控制至少二图像获取装置120对目标物件进行画面获取而获得获取图像。并且，再进一步将所获得的获取图像进行图像处理程序以得到优化图像以进行三维感测。在一些实施例中，三维感测装置100可进一步配置感测元件并电性连接于处理器130，此时，可利用感测元件所感测到的光强度以反馈至处理器130而进一步修正照明光束LB的强度，但本发明并不限于此。

在本实施例的图像处理程序中，处理器130依据处理信号调整获取图像为优化图像，且依据感测信号感测优化图像以形成为深度图像。举例而言，在本实施例中，处理信号包括第一处理信号、第二处理信号以及第三处理信号，并且处理器130依据第一处理信号调整获取图像的对比度为对比强化图像。如此一来，对比强化图像相较于获取图像具有较佳的对比度，可进一步获得更佳的感测效果。

除此之外，处理器130可依据第二处理信号提取对比强化图像的特征区域为特征提取图像。如此一来，可进一步针对深度变化较小的的区域作进一步的图像优化，使后续的三维感测有更佳的感测效果。更进一步地，处理器130可依据第三处理信号将特征提取图像的强度归一化为优化图像。如此一来，可进一步减少图像的失真以提高后续的三维感测精准度。

在本实施例的图像处理程序完成之后，处理器130可依据感测信号将优化图像形成为深度图像。详细而言，三维感测装置100可通过处理器130对上述所获得的优化图像进行三维感测，进而获得具有三维信息的深度图像，已完成三维感测。在一些实施例中，上述的处理信号可仅包含第一处理信号、第二处理信号、第三处理信号或任意处理信号的组合进行图像处理程序。换句话说，使用者可依照需求而调整处理信号的组合以使处理器130进行图像处理程序。如此一来，可增加三维感测装置100的三维感测自由度并适应各种不同类型的目标物件，但本发明并不限于此。

图4为本发明一实施例的三维感测方法步骤流程图。本实施例的三维感测方法至少可适用于图1的三维感测装置100或图2的三维感测装置100A，以下将以应用于图1的三维感测装置100为例，但本发明并不限于此。请同时参考图1、图3及图4，在本实施例的三维感测方法中，首先，进行步骤S400，提供三维感测装置100，包括投光装置110、至少二图像获取装置120以及电性连接投光装置110与至少二图像获取装置120的处理器130。接着，进行步骤S410，提供照明光束LB至目标物件。详细而言，在此步骤中，利用投光装置110产生照明光束LB并投射至目标物件，以产生可由至少二图像获取装置120获取的图像表现。

接着，进行步骤S420，获取目标物件的图像表现为获取图像。详细而言，在此步骤中，利用至少二图像获取装置120对目标物件进行画面获取并整合为获取图像，以进行后续的图像处理。接着，进行步骤S430，依据处理信号调整获取图像为优化图像。详细而言，在此步骤中，利用处理器130对获取图像进行图像处理程序，以得到可进行三维感测的优化图像。最后，进行步骤S440，依据感测信号将优化图像形成为深度图像，以完成三维感测。

图5为本发明另一实施例的三维感测方法步骤流程图。本实施例的三维感测方法至少可适用于图1的三维感测装置100或图2的三维感测装置100A，以下将以应用于图1的三维感测装置100为例，但本发明并不限于此。请同时参考图1、图3及图5，本实施例的三维感测方法类似于图4的三维感测方法，其两者不同之处在于，本实施例的处理信号包括第一处理信号、第二处理信号以及第三处理信号，且依据处理信号调整获取图像为优化图像的方法包括：进行步骤S432，依据第一处理信号调整获取图像的对比度为对比强化图像；进行步骤S434，依据第二处理信号提取对比强化图像的特征区域为特征提取图像；以及进行步骤S436，依据第三处理信号将特征提取图像的强度归一化为优化图像。其中得到对比强化图像、特征提取图像以及优化图像的详细步骤及方法可由上述的说明记载中获得足够的启示，故不加以赘述。

综上所述，在本发明的三维感测方装置及三维感测方法中，三维感测方装置包括简易的投光装置，并通过投光装置的照射及至少二图像获取装置而获得获取图像，使处理器可依据处理信号对获取图像进行图像处理程序而获得优化图像，进而进行感测以形成为具有三维信息的深度图像。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。

Claims

1.一种三维感测装置，适于感测目标物件的深度图像，其特征在于，包括：

投光装置，用以投射照明光束至所述目标物件；

至少二图像获取装置，用以获取所述目标物件的获取图像；以及

处理器，电性连接于所述投光装置及所述至少二图像获取装置，用以提供控制信号至所述投光装置以调整所述照明光束的强度，其中所述处理器依据第一处理信号调整所述获取图像的对比度为对比强化图像，所述处理器依据第二处理信号提取所述对比强化图像的特征区域为特征提取图像，且所述处理器依据第三处理信号将所述特征提取图像的强度归一化为优化图像，所述处理器依据感测信号将所述优化图像形成为所述深度图像。

2.根据权利要求1所述的三维感测装置，其特征在于，所述投光装置包括：

发光元件，用以发出所述照明光束；以及

投射元件，配置于所述照明光束的传递路径上，用以使所述照明光束通过并发散所述照明光束。

3.根据权利要求2所述的三维感测装置，其特征在于，所述发光元件为发光二极管。

4.一种三维感测装置，适于感测目标物件的深度图像，其特征在于，包括：

投光装置，用以投射照明光束至所述目标物件；

处理器，电性连接于所述投光装置及所述至少二图像获取装置，其中所述处理器依据处理信号调整所述获取图像为优化图像，且依据感测信号将所述优化图像形成为所述深度图像。

5.根据权利要求4所述的三维感测装置，其特征在于，所述投光装置包括：

发光元件，用以发出所述照明光束；以及

6.根据权利要求5所述的三维感测装置，其特征在于，所述发光元件为发光二极管。

7.根据权利要求4所述的三维感测装置，其特征在于，所述处理器用以提供控制信号至所述投光装置以调整所述照明光束的强度。

8.根据权利要求4所述的三维感测装置，其特征在于，所述处理信号包括第一处理信号、第二处理信号以及第三处理信号，且所述处理器经配置以执行：

依据所述第一处理信号调整所述获取图像的对比度为对比强化图像；

依据所述第二处理信号提取所述对比强化图像的特征区域为特征提取图像；以及

依据所述第三处理信号将所述特征提取图像的强度归一化为优化图像。

9.一种三维感测装置，适于感测目标物件的深度图像，其特征在于，包括：

投光装置，用以投射照明光束至所述目标物件，所述投光装置包括：

发光元件，用以发出所述照明光束；以及

投射元件，配置于所述照明光束的传递路径上，用以使所述照明光束通过并发散所述照明光束；以及

至少二图像获取装置，用以获取所述目标物件的获取图像以形成所述深度图像。

10.根据权利要求9所述的三维感测装置，其特征在于，所述发光元件为发光二极管。

11.根据权利要求9所述的三维感测装置，其特征在于，还包括：

处理器，电性连接于所述投光装置及所述至少二图像获取装置。

12.根据权利要求11所述的三维感测装置，其特征在于，所述处理器依据处理信号调整所述获取图像为优化图像，且依据感测信号将所述优化图像形成为所述深度图像。

13.根据权利要求11所述的三维感测装置，其特征在于，所述处理信号包括第一处理信号、第二处理信号以及第三处理信号，且所述处理器经配置以执行：

14.一种三维感测方法，用以感测目标物件，其特征在于，包括：

提供三维感测装置，包括投光装置、至少二图像获取装置以及电性连接所述投光装置与所述至少二图像获取装置的处理器；

提供照明光束至所述目标物件；

获取所述目标物件的图像表现为获取图像；

依据处理信号调整所述获取图像为优化图像；以及

依据感测信号将所述优化图像形成为深度图像。

15.根据权利要求14所述的三维感测方法，其特征在于，所述投光装置包括发光元件以及投射元件，其中所述发光元件用以发出所述照明光束，且所述投射元件配置于所述照明光束的传递路径上以使所述照明光束通过并发散。

16.根据权利要求15所述的三维感测方法，其特征在于，所述发光元件为发光二极管。

17.根据权利要求14所述的三维感测方法，其特征在于，所述处理信号包括第一处理信号、第二处理信号以及第三处理信号，且依据所述处理信号调整所述获取图像为所述优化图像的方法包括：

依据所述第三处理信号将所述特征提取图像的强度归一化为所述优化图像。