CN114697478A - 深度相机 - Google Patents

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CN114697478A CN202011599674.XA CN202011599674A CN114697478A CN 114697478 A CN114697478 A CN 114697478A CN 202011599674 A CN202011599674 A CN 202011599674A CN 114697478 A CN114697478 A CN 114697478A
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electric signal
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刘东东
李涵
朱力
吕方璐
汪博
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    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
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Abstract

本发明提供一种深度相机，包括：光投射模块，用于向场景中目标物体投射光束；光接收模块，用于通过至少四个接收窗口接收光束经目标物体反射后形成的光信号，以能够根据预设置的等间隔相位差在每一像素点至少采集第一电信号、第二电信号、第三电信号以及第四电信号；控制模块，用于根据第一电信号和第三电信号的数值和与第二电信号和第四电信号的数值和比值确定一比例因子，判断比例因子是否在预设置的阈值区间内，当比例因子在预设置的比例区间内时，则判定该像素点为运动模糊。本发明能够根据比例因子判定该像素点是否存在运动模糊，实现单频帧内与双频帧间运动模糊的快捷检测，便于运动模糊去除，提高了深度图像的显示效果。

Description

深度相机
技术领域
本发明涉及TOF相机，具体地，涉及一种深度相机。
背景技术
近年来，3D视觉广泛应用于机器人、工业生产、智能物流、医疗、自动驾驶和安全支付等行业，其中TOF相机作为一款能够输出深度图的设备，也受到了广泛的研究。TOF相机的原理是通过计算发射的红外光与接收到的红外光之间的相位差来计算所拍摄物体离相机的距离。为了提高精度，现有技术中通常会采用四个不同相位的正弦波来与接收光作相关进行深度值的计算。进一步地，为了提高相机测距的两成，通常会利用两个不同频率的发射红外光来计算两幅深度图，并通过双频融合的方法得到一幅量程更大的深度图。
然而，在实际应用中，通常会因为物体运动或者相机自身的移动，而产生同一频率下四个不同相位的相关图不匹配，以及两个频率之间的深度图不匹配的问题，导致在利用四相位计算深度时和进行双频融合时都会因运动导致深度值出错，产生运动模糊。
对于运动模糊的消除，由于TOF相机与传统RGB相机成像方式的不一致，传统相机用来消除运动模糊的方法不能直接应用在TOF相机上。而目前针对TOF相机的运动模糊检测及去除方法都各有弊端，不能对大多数场景通用，并且目前没有针对双频融合时产生的运动模糊的检测及去除。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种深度相机。
本发明提供的深度相机，包括如下模块：
光投射模块，用于向场景中目标物体投射光束；
光接收模块，用于通过至少四个接收窗口接收所述光束经所述目标物体反射后形成的光信号，以能够根据预设置的等间隔相位差在每一像素点至少采集第一电信号、第二电信号、第三电信号以及第四电信号；
控制模块，用于根据第一电信号和第三电信号的数值和与第二电信号和第四电信号的数值和比值确定一比例因子，判断所述比例因子是否在预设置的阈值区间内，当所述比例因子在预设置的比例区间内时，则判定该像素点为运动模糊。
优选地，所述光投射模块包括光源、光源驱动器以及光调制器；
所述光源驱动器与所述光源连接，用于驱动所述光源发光；
所述光调制器与所述光源连接，用于将所述光源的投射的光调制形成正弦波光束后向目标待测体投射。
优选地，所述光接收模块包括沿光路设置的镜头、滤光片以及图像传感器，所述图像传感器设置有至少四个接收窗口；
所述图像传感器，用于通过至少四个接收窗口接收所述光信号；所述至少四个接收窗口在时序上顺次等间隔排列，进而根据每一所述接收窗口到的光信号分别生成所述第一电信号、所述第二电信号、所述第三电信号以及所述第四电信号。
优选地，确定所述比例因子包括如下步骤：
步骤M1：计算第一电信号和第三电信号的数值和，即Sum0+Sum180，所述第一电信号Sum0表示相位角为0的电信号，所述第三电信号Sum180表示相位角为180的电信号；
步骤M2：计算第二电信号和第四电信号的数值和，即Sum90+Sum270，所述第二电信号Sum90表示相位角为90电信号，所述第三电信号Sum270表示相位角为270的电信号；
步骤M3：生成比例因子ratio，其中，ratio＝(Sum0+Sum180)/(Sum90+Sum270)。
优选地，确定所述比例因子包括如下步骤：
步骤N1：计算第一电信号A、第一电信号B、第三电信号A以及第三电信号B的数值和，即
Figure BDA0002868543330000021
所述第一电信号
Figure BDA0002868543330000022
表示接收第一光束形成的相位角为0的电信号，所述第三电信号
Figure BDA0002868543330000023
表示接收第一光束形成的相位角为180的电信号，所述第一电信号
Figure BDA0002868543330000024
表示接收第二光束形成的相位角为0的电信号，所述第三电信号
Figure BDA0002868543330000025
表示接收第二光束形成的相位角为180的电信号，75Mhz表示第一光束的频率，100Mhz表示第二光束的频率；
步骤N2：计算第二电信号A、第四电信号A、第二电信号B以及第四电信号B的数值和，即
Figure BDA0002868543330000026
所述第一电信号
Figure BDA0002868543330000027
表示接收第一光束形成的相位角为90的电信号，所述第三电信号
Figure BDA0002868543330000028
表示接收第一光束形成的相位角为270的电信号，所述第一电信号
Figure BDA0002868543330000029
表示接收第二光束形成的相位角为90的电信号，所述第三电信号
Figure BDA0002868543330000031
表示接收第二光束形成的相位角为270的电信号；
步骤N3：生成比例因子ratio，
其中，
Figure BDA0002868543330000032
Figure BDA0002868543330000033
优选地，当对所述运动模糊进行去除时，包括如下步骤：
步骤S1：当一像素点存在运动模糊时，将该像素点的像素值置为第一数值，否则置为第二数值，生成第一二值化图像；
步骤S2：对所述第一二值化图像进行膨胀操作以去除孤立的像素点，生成第二二值化图像；
步骤S3：获取深度图像，所述深度图像与所述第二二值化图像像素级对齐，将第二二值化图像中像素值为第一数值的像素点与深度图像对应位置的深度值置为0，以去除运动模糊。
优选地，每一所述电信号为电信号tapA和电信号tapB的和；
所述电信号tapA通过第一电容采集，所述电信号tapB通过第二电容采集；所述第一电容与所述第二电容的信号接收时间窗口之间的相位差为180°。
优选地，第一电信号A为相位角为0的电信号，第二电信号A为相位角为90的电信号，第三电信号A为相位角为180的电信号以及第四电信号A为相位角为270的电信号。第一电信号B为相位角为0的电信号，第二电信号B为相位角为90的电信号，第三电信号B为相位角为180的电信号以及第四电信号B为相位角为270的电信号。
优选地，第一电信号为相位角为0的电信号，第二电信号为相位角为90的电信号，第三电信号为相位角为180的电信号以及第四电信号为相位角为270的电信号。
优选地，所述电信号tapB是电信号tapA的反相信号，所述电信号tapB和所述电信号tapA为电压信号、电荷量或像素值。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明中光接收模块通过在一像素点等间隔相位差采集的四个电信号，控制模块通过第一电信号和第三电信号的数值和与第二电信号和第四电信号的数值和比值确定一比例因子，根据比例因子判定该像素点是否存在运动模糊，实现单频帧内与双频帧间运动模糊的快捷检测，便于运动模糊去除，提高了深度图像的显示效果；
本发明中每一所述电信号为电信号tapA和电信号tapB的和，电信号tapA和电信号tapB的同一时刻通过两个不同电容采集到的电信号，相比只使用tapA或tapB,，能够提高运动模糊的精度，提升了本发明对于单个电容的时间噪声的鲁棒性，从而减小误判和漏判的可能性，能够保证在更多场景下有效地识别处运动模糊区域。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例中深度相机的模块示意图；
图2为本发明实施例中光投射模块的模块示意图；
图3为本发明实施例中光接收模块的模块示意图；
图4为本发明实施例中计算比例因子的步骤流程图；
图5为本发明变形例中计算比例因子的步骤流程图；以及
图6为本发明实施例中去除运动模糊的步骤流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例，例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
本发明提供的深度相机，旨在解决现有技术中存在的问题。
下面以具体地实施例对本发明的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本发明的实施例进行描述。
图1为本发明实施例中深度相机的模块示意图，如图1所示，本发明提供的深度相机，包括如下模块：
光投射模块，用于向场景中目标物体投射光束；
光接收模块，用于通过至少四个接收窗口接收所述光束经所述目标物体反射后形成的光信号，以能够根据预设置的等间隔相位差在每一像素点至少采集第一电信号、第二电信号、第三电信号以及第四电信号；
控制模块，用于根据第一电信号和第三电信号的数值和与第二电信号和第四电信号的数值和比值确定一比例因子，判断所述比例因子是否在预设置的阈值区间内，当所述比例因子在预设置的比例区间内时，则判定该像素点为运动模糊。
在本发明实施例中，本发明中深度相机为应用于2tap，4相位的TOF相机。每一所述电信号为电信号tapA和电信号tapB的和；
所述电信号tapA通过第一电容采集，所述电信号tapB通过第二电容采集；所述第一电容与所述第二电容的信号接收时间窗口之间的相位差为180°。
在本发明实施例中，所述电信号tapB是电信号tapA的反相信号，所述电信号tapB和所述电信号tapA可以为电压信号，也可以为电荷量或像素值。本发明中每一所述电信号为电信号tapA和电信号tapB的和，电信号tapA和电信号tapB的同一时刻通过两个不同电容采集到的电信号，相比只使用tapA或tapB,，能够提高运动模糊的精度，提升了本发明对于单个电容的时间噪声的鲁棒性，从而减小误判和漏判的可能性，能够保证在更多场景下有效地识别处运动模糊区域。
在本发明实施例中，所述阈值区间可以设置为[0，0.98)U(1.02，+∞]。
图2为本发明实施例中光投射模块的模块示意图，如图2所示，所述光投射模块包括光源、光源驱动器以及光调制器；
所述光源驱动器与所述光源连接，用于驱动所述光源发光；
所述光调制器与所述光源连接，用于将所述光源的投射的光调制形成正弦波光束后向目标待测体投射。
图3为本发明实施例中光接收模块的模块示意图，如图3所示，所述光接收模块包括沿光路设置的镜头、滤光片以及图像传感器，所述图像传感器设置有至少四个接收窗口；
所述图像传感器，用于通过至少四个接收窗口接收所述光信号；所述至少四个接收窗口在时序上顺次等间隔排列，进而根据每一所述接收窗口到的光信号分别生成所述第一电信号、所述第二电信号、所述第三电信号以及所述第四电信号。
在本发明实施例中，当使用本发明提供的深度相机时，通过光投射器模块向目标物投射光束，所述光束为调制形成的正弦波光束；所述光接收模块接收经所述目标物反射后的光束，根据所述成像阵列中每一探测器根据接收到的光信号生成电信号，以等间隔相位90°采集第一电信号、第二电信号、第三电信号以及第四电信号。
所述图像传感器，用于通过至少四个接收窗口接收至少所述光信号；所述至少四个接收窗口在时序上顺次排列，进而根据每一所述接收窗口到的光信号生成每一所述电信号。
在本发明实施例中，第一电信号为相位角为0的电信号，第二电信号为相位角为90的电信号，第三电信号为相位角为180的电信号以及第四电信号为相位角为270的电信号。
在本发明变形例中，当使用本发明提供的深度相机时，通过光投射器模块向目标物投射第一频率的第一光束和第二频率的第二光束，所述第一光束、所述第二光束为调制形成的正弦波光束；通过所述光接收模块接收经所述目标物反射后的第一光束、第二光束，根据所述成像阵列中每一探测器根据接收到的光信号生成电信号，对于接收第一光束形成的电信号以等间隔相位90°采集第一电信号A、第二电信号A、第三电信号A以及第四电信号A，对于接收第二光束形成的电信号以等间隔相位90°采集第一电信号B、第二电信号B、第三电信号B以及第四电信号B。
在本发明实施例中，第一电信号A为相位角为0的电信号，第二电信号A为相位角为90的电信号，第三电信号A为相位角为180的电信号以及第四电信号A为相位角为270的电信号。第一电信号B为相位角为0的电信号，第二电信号B为相位角为90的电信号，第三电信号B为相位角为180的电信号以及第四电信号B为相位角为270的电信号。
图4为本发明实施例中计算比例因子的步骤流程图，如图4所示，确定所述比例因子包括如下步骤：
步骤M1：计算第一电信号和第三电信号的数值和，即Sum0+Sum180，所述第一电信号Sum0表示相位角为0的电信号，所述第三电信号Sum180表示相位角为180的电信号；
步骤M2：计算第二电信号和第四电信号的数值和，即Sum90+Sum270，所述第二电信号Sum90表示相位角为90电信号，所述第三电信号Sum270表示相位角为270的电信号；
步骤M3：生成比例因子ratio，其中，ratio＝(Sum0+Sum180)/(Sum90+Sum270)。
图5为本发明变形例中计算比例因子的步骤流程图，如图5所示，确定所述比例因子包括如下步骤：
步骤N1：计算第一电信号A、第一电信号B、第三电信号A以及第三电信号B的数值和，即
Figure BDA0002868543330000071
所述第一电信号
Figure BDA0002868543330000072
表示接收第一光束形成的相位角为0的电信号，所述第三电信号
Figure BDA0002868543330000073
表示接收第一光束形成的相位角为180的电信号，所述第一电信号
Figure BDA0002868543330000074
表示接收第二光束形成的相位角为0的电信号，所述第三电信号
Figure BDA0002868543330000075
表示接收第二光束形成的相位角为180的电信号，75Mhz表示第一光束的频率，100Mhz表示第二光束的频率；
步骤N2：计算第二电信号A、第四电信号A、第二电信号B以及第四电信号B的数值和，即
Figure BDA0002868543330000076
所述第一电信号
Figure BDA0002868543330000077
表示接收第一光束形成的相位角为90的电信号，所述第三电信号
Figure BDA0002868543330000078
表示接收第一光束形成的相位角为270的电信号，所述第一电信号
Figure BDA0002868543330000079
表示接收第二光束形成的相位角为90的电信号，所述第三电信号
Figure BDA00028685433300000710
表示接收第二光束形成的相位角为270的电信号；
步骤N3：生成比例因子ratio，
其中，
Figure BDA00028685433300000711
Figure BDA00028685433300000712
在本发明实施例中，还可以根据|1-ratio|>ε1进行运动模糊的判断，ε1的数值可以设置为0.02。
图6为本发明实施例中去除运动模糊的步骤流程图，如图6所示，本发明提供的深度相机，当对所述运动模糊进行去除时，包括如下步骤：
步骤S1：当一像素点存在运动模糊时，将该像素点的像素值置为第一数值，否则置为第二数值，生成第一二值化图像；
步骤S2：对所述第一二值化图像进行膨胀操作以去除孤立的像素点，生成第二二值化图像；
步骤S3：获取深度图像，所述深度图像与所述第二二值化图像像素级对齐，将第二二值化图像中像素值为第一数值的像素点与深度图像对应位置的深度值置为0，以去除运动模糊。
在本发明实施例中，所述第一数值可以设置为255；所述第二数值可以设置为0；所述深度图像为所述TOF相机在采集第一电信号、第二电信号、第三电信号以及第四电信号时同时生成的红外图像生成。所述膨胀操作具体为使得各个像素点放大，以使相邻的像素点相连通。
本发明实施例中，本发明中光接收模块通过在一像素点等间隔相位差采集的四个电信号，控制模块通过第一电信号和第三电信号的数值和与第二电信号和第四电信号的数值和比值确定一比例因子，根据比例因子判定该像素点是否存在运动模糊，实现单频帧内与双频帧间运动模糊的快捷检测，便于运动模糊去除，提高了深度图像的显示效果；本发明中每一所述电信号为电信号tapA和电信号tapB的和，电信号tapA和电信号tapB的同一时刻通过两个不同电容采集到的电信号，相比只使用tapA或tapB,，能够提高运动模糊的精度，提升了本发明对于单个电容的时间噪声的鲁棒性，从而减小误判和漏判的可能性，能够保证在更多场景下有效地识别处运动模糊区域。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种深度相机，其特征在于，包括如下模块：
光投射模块，用于向场景中目标物体投射光束；
光接收模块，用于通过至少四个接收窗口接收所述光束经所述目标物体反射后形成的光信号，以能够根据预设置的等间隔相位差在每一像素点至少采集第一电信号、第二电信号、第三电信号以及第四电信号；
控制模块，用于根据第一电信号和第三电信号的数值和与第二电信号和第四电信号的数值和比值确定一比例因子，判断所述比例因子是否在预设置的阈值区间内，当所述比例因子在预设置的比例区间内时，则判定该像素点为运动模糊。
2.根据权利要求1所述的深度相机，其特征在于，所述光投射模块包括光源、光源驱动器以及光调制器；
所述光源驱动器与所述光源连接，用于驱动所述光源发光；
所述光调制器与所述光源连接，用于将所述光源的投射的光调制形成正弦波光束后向目标待测体投射。
3.根据权利要求1所述的深度相机，其特征在于，所述光接收模块包括沿光路设置的镜头、滤光片以及图像传感器，所述图像传感器设置有至少四个接收窗口；
所述图像传感器，用于通过至少四个接收窗口接收所述光信号；所述至少四个接收窗口在时序上顺次等间隔排列，进而根据每一所述接收窗口到的光信号分别生成所述第一电信号、所述第二电信号、所述第三电信号以及所述第四电信号。
4.根据权利要求1所述的深度相机，其特征在于，确定所述比例因子包括如下步骤：
步骤M1：计算第一电信号和第三电信号的数值和，即Sum0+Sum180，所述第一电信号Sum0表示相位角为0的电信号，所述第三电信号Sum180表示相位角为180的电信号；
步骤M2：计算第二电信号和第四电信号的数值和，即Sum90+Sum270，所述第二电信号Sum90表示相位角为90电信号，所述第三电信号Sum270表示相位角为270的电信号；
步骤M3：生成比例因子ratio，其中，ratio＝(Sum0+Sum180)/(Sum90+Sum270)。
5.根据权利要求3所述的深度相机，其特征在于，确定所述比例因子包括如下步骤：
步骤N1：计算第一电信号A、第一电信号B、第三电信号A以及第三电信号B的数值和，即
Figure FDA0002868543320000021
所述第一电信号
Figure FDA0002868543320000022
表示接收第一光束形成的相位角为0的电信号，所述第三电信号
Figure FDA0002868543320000023
表示接收第一光束形成的相位角为180的电信号，所述第一电信号
Figure FDA0002868543320000024
表示接收第二光束形成的相位角为0的电信号，所述第三电信号
Figure FDA0002868543320000025
表示接收第二光束形成的相位角为180的电信号，75Mhz表示第一光束的频率，100Mhz表示第二光束的频率；
步骤N2：计算第二电信号A、第四电信号A、第二电信号B以及第四电信号B的数值和，即
Figure FDA0002868543320000026
所述第一电信号
Figure FDA0002868543320000027
表示接收第一光束形成的相位角为90的电信号，所述第三电信号
Figure FDA0002868543320000028
表示接收第一光束形成的相位角为270的电信号，所述第一电信号
Figure FDA0002868543320000029
表示接收第二光束形成的相位角为90的电信号，所述第三电信号
Figure FDA00028685433200000210
表示接收第二光束形成的相位角为270的电信号；
步骤N3：生成比例因子ratio，
其中，
Figure FDA00028685433200000211
Figure FDA00028685433200000212
6.根据权利要求1所述的深度相机，其特征在于，当对所述运动模糊进行去除时，包括如下步骤：
步骤S1：当一像素点存在运动模糊时，将该像素点的像素值置为第一数值，否则置为第二数值，生成第一二值化图像；
步骤S2：对所述第一二值化图像进行膨胀操作以去除孤立的像素点，生成第二二值化图像；
步骤S3：获取深度图像，所述深度图像与所述第二二值化图像像素级对齐，将第二二值化图像中像素值为第一数值的像素点与深度图像对应位置的深度值置为0，以去除运动模糊。
7.根据权利要求1、3、4或5所述的深度相机，其特征在于，每一所述电信号为电信号tapA和电信号tapB的和；
所述电信号tapA通过第一电容采集，所述电信号tapB通过第二电容采集；所述第一电容与所述第二电容的信号接收时间窗口之间的相位差为180°。
8.根据权利要求5所述的深度相机，其特征在于，第一电信号A为相位角为0的电信号，第二电信号A为相位角为90的电信号，第三电信号A为相位角为180的电信号以及第四电信号A为相位角为270的电信号；第一电信号B为相位角为0的电信号，第二电信号B为相位角为90的电信号，第三电信号B为相位角为180的电信号以及第四电信号B为相位角为270的电信号。
9.根据权利要求4所述的深度相机，其特征在于，第一电信号为相位角为0的电信号，第二电信号为相位角为90的电信号，第三电信号为相位角为180的电信号以及第四电信号为相位角为270的电信号。
10.根据权利要求1所述的深度相机，其特征在于，所述电信号tapB是电信号tapA的反相信号，所述电信号tapB和所述电信号tapA为电压信号、电荷量或像素值。
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