一个示例的示意图。
[0029] 图5示出将离散斑点投影到待测对象后的示意图。
[0030] 图6示出根据本发明的三维图像拍摄设备的另一示例的示意性方框图。
[0031] 图7示出根据本发明的均匀光源的一个示例的示意图。
[0032] 图8示出根据本发明的均匀光源的另一示例的示意图。
[0033] 图9示出了根据本发明的三维测量系统的示意性方框图。
[0034] 图10是根据本发明的拍摄三维图像的方法的流程图。
[0035] 图11示出根据本发明的基于前述的拍摄三维图像的方法拍摄的三维图像来获得 待测对象的深度数据的方法的流程图。
[0036] 图12示出根据本发明的景深信息测量方法的示意图。
[0037] 图13示出根据本发明进行景深测量的方法的流程图。
[0038] 图14示出未利用均匀光源照射后的待测对象图像的示意图。
[0039] 图15示出未利用均匀光源计算得到的待测对象轮廓的示意图。
[0040] 图16示出利用均匀光源和离散斑点照射后的待测对象图像的示意图。
[0041] 图17示出利用均匀光源计算得到的待测对象轮廓的示意图。
[0042] 图18示出根据本发明的基于拍摄三维图像的方法拍摄的三维图像来获得待测对 象的深度数据的设备的示意性方框图。
【具体实施方式】
[0043] 下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施方式。虽然附图中显示了本公开 的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方 式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的 范围完整地传达给本领域的技术人员。
[0044] 本发明的下述实施例基于双成像单元，采用辅助激光对空间中的物体表面投射编 码的离散斑点，并且通过空间上布置为不同位置的两个成像单元对物体表面的反射激光编 码图像进行实时捕获，再通过比较同一时刻在不同位置（即，两个成像单元）捕获的图像中 同一位置编码的视差，能够实时计算得到图像中该位置的空间三维信息。
[0045] 图1示出了根据本发明的三维图像拍摄设备的示意性方框图。
[0046] 如图1所示，该实施例中的三维图像拍摄设备1可以包括投射装置10、第一成像单 元11与第二成像单元12。三维图像可以包括彼此具有视差的第一二维图像和第二二维图 像，第一二维图像与第二二维图像既可以为静态图像，也可以为动态图像。其中，
[0047] 投射装置10,用于向拍摄区域投射离散光束，离散光束被调制以在拍摄区域中形 成多个离散斑点，离散斑点能够被从其周围预定空间范围内的其它离散斑点中识别出。
[0048] 第一成像单元11，用于对拍摄区域进行拍摄以获得第一二维图像。
[0049] 第二成像单元12,与第一成像单元之间具有预定相对位置关系，用于对拍摄区域 进行拍摄以获得第二二维图像。
[0050] 其中，离散斑点可以被编码。第一成像单元11与第二成像单元12可以同步地对 二维图像进行捕获。
[0051] 针对现有技术中当被测对象被置于背景单一的环境或当被测对象被置于背景纹 理自相似的环境时无法准确地测量被测对象的三维信息的问题，本实施例基于两个成像单 元的立体视觉技术，将激光作为辅助手段，在被测对象表面投影可识别的离散斑点，增加被 测对象表面纹理多样性，即使多台设备联合使用，激光投影区有所重叠，设备仍然能够正常 进行第一二维图像和第二二维图像的图像匹配，计算出待测对象表面的三维信息。由于采 用了激光散斑辅助投影测量的方式，因此有助于快速计算得到被测对象表面的深度信息。
[0052] 此外，虽然现有的基于结构光检测的三维测量方法也是利用投射带有编码信息的 二位激光纹理图案来对运动的物体表面进行实时三维检测，即，首先向运动物体表面投射 带有编码信息的二维激光纹理图案，例如，离散化的散斑图，由另一位置相对固定的图像采 集装置对激光纹理进行连续采集，处理单元将采集的激光纹理序列与预先存储在寄存器 (或存储器）内的已知纵深距离的参考面纹理序列进行比较，计算出投射在运动物体表面 的各个激光纹理序列片段的纵深距离，并进一步测量得出待测物表面的三维数据。但是，为 了实现精准的三维测量，由于使用单目识别技术，基于结构光检测的三维测量方法在测量 前需要采集并存储数个精准定位的参考面纹理序列，以完成参数校准。在校准过程中，还要 求参考面与图像采集传感器的感应平面互为平行，且保持精确的距离，这一校准过程对于 设备在制造过程中有较高的生产工艺要求，且过程控制要求严格。此外，激光器与图像采集 装置的相对位置需要通过多次采集参考面进行校准，由于激光器是消耗型器件，所以一旦 激光器发生损坏并更换后，需要重新对激光器和图像采集装置的相对位置进行校准，因此 使得采用基于结构光检测的三维测量方法的设备在使用维护上成本较高。
[0053] 而本发明的实施例则将双目识别技术与离散光斑技术相结合，通过捕获离散光 斑，并基于离散光斑和两个成像单元之间的相对位置关系计算景深信息，而无需在单目识 别之前预先采集并存储参考面纹理序列，进而无需校准过程，即，无需校准投射装置与第一 成像单元和第二成像单元之间的相对位置，因此不仅降低了对生产工艺与过程控制的要 求，而且也降低了维护成本。
[0054] 还需要指出的是，在现有技术中，采用基于结构光检测的三维测量方法的多台设 备不能同时使用。因为当两台或多台设备的激光投影有交叠的时候，图像采集装置所捕获 的激光纹理与初始标定的参考面纹理数据不同，会发生图像匹配失败，从而无法正确计算 得到待测对象表面的三维数据。
[0055] 而在本发明中，由于投射离散光斑的目的可以只是为了增加被测对象表面可识别 的特征纹理，并且也无需使用参考面纹理序列数据，因此即使是多台设备同时使用而导致 离散光斑发生交联投影也不影响对被测对象空间三维信息的测量。
[0056] 进一步地，第一成像单元11和第二成像单元12可以为两个阵列式图像传感器， 例如，CCD(Charge_coupled Device，电荷親合元件）或 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体），可以将物像聚焦到第一成像单元11和第二成像 单元12的表面，从而转化为可处理的数字信号。同时第一成像单元11和第二成像单元12 例如可以通过带通滤光片来使得仅允许投射装置10所在工作波长的激光通过，除此之外 的其他波长的光线均被截止，这样能够防止工作激光的照明强度湮没在其他波长的环境光 照中，起到抗干扰作用。
[0057] 另外，第一成像单元11和第二成像单元12之间有相对固定的空间关系，在空间布 置上具有公共视场，即，两者的图像捕获视场有重叠。一般地，第一成像单元11和第二成像 单元12并列布置，从光心出去的轴线（例如，以下图11中所示的％和O 12)相互平行。一 般地，投射装置10可以被布置在第一成像单元11和第二成像单元12的中间，但这并不是 唯一的布置方式，投射装置10与第一成像单元11和第二成像单元12之间的空间关系可以 是任意的，只要满足离散斑点的投影区完全覆盖第一成像单元11和第二成像单元12的公 共视场即可。
[0058] 在一个示例中，投射装置10可以包含激光光源以及用以激光散射编码的光学元 件。
[0059] 图2示出根据本发明的投射装置的一个示例的结构示意图。
[0060] 如图2所示，从激光发生器201发出的激光光束203经过分束器202之后发生分 束，发散成许多子激光束204,并投射到待测对象P的表面。激光发生器201 -般可采用激 光二极管和准直透镜构成，激光波长小于lcm，一般可以为不可见的红外光波长，准直透镜 例如为平凸透镜，在对发散的半导体激光进行聚焦和准直后，可得到激光光束203,光束发 散度小于lmrad。分束器202对激光光束203进行分束，子光束204投影到待测对象P的表 面，所形成的离散斑点具有随机性，即任何一处的离散斑点分布具有随机性和唯一性，从而 在该处形成唯一的空间编码。分束器202的作用是将激光束203进行散射以生成投影离散 斑点，该分束器202可以被设计为诸如毛玻璃等能够将激光散射成随机光斑的光学元件。
[0061] 可选地，投射装置10还可以采用基于DMD(Digital Micromirror Device，数字微 镜器件设备）芯片的投影技术，直接投射符合设计需求的激光离散斑点。选用特定波长的 激光或LED作为光源，经过整形、匀场和消相干后，光束入射到DMD芯片上经过反射和整形 后进行投影，通过预先设定的程序控制DMD以投影出按需设计的离散斑点纹理。其优点是 产生的投影纹理灵活性高、操作控制方便。
[0062] 图3示出子激光束投影到待测对象表面的离散斑点示意图。
[0063] 图4示出待测对象的一个示例的示意图。
[0064] 图5示出将离散斑点投影到待测对象后的示意图。
[0065] 从图3和图5中可以看出，由于离散