[发明专利]深度图像采集装置、系统及其方法

说明书

技术领域

本发明是有关于一种深度图像采集装置、系统及其方法。

背景技术

传统图像传感器发展相当成熟，但仅能取得二维图像信息，因此如何有效、即时且稳定的取得其第三维(即深度)的信息一直是技术发展上的课题。由于深度图像提供更完整的空间图像信息，因此可以用来设计作为3D游戏、互动浏览装置操作介面。其次，在安全图像监控、机器人视觉及医疗图像应用上也有相当的发展潜力。2010年底，微软正式发表新世代体感游戏装置Kinect，采用人体动作为游戏的互动媒介，其中就是以深度传感器为主要核心元件，预料未来一年内，手势与人体互动介面相关技术与应用将掀起一波热潮。

过去被动式图像比对方法，虽然也能够计算深度图像，但因为过于仰赖图像本身的特征信息，因此非常容易受到图像色彩、亮度变化的影响，如果图像特征不明显(例如，同一色系的区块或白色的墙面)，或者环境亮度发生变化(例如，过暗或过亮)，往往造成比对结果不佳，稳定性因此大打折扣。另外一深度传感技术是所谓的TOF(Time of Flight)技术，但目前解析度(160x120～320x240)不足，反应速率受到限制。

有文献公开图像匹配(image matching)的方法。其公开了利用立体视觉(stereo vision)所取得的双图像(dual-image)来直接进行平方差和SSD(sum-of-square-differences)的比对运算，并用GPU加速。此外，另有采用主动式光源，投射色码(color code)制造图像特征，然后以金字塔演算法(pyramid algorithm)进行比对加速运算。

再者，有文献公开了一种采用投射一组多张结构光源(graycode pattern)，并利用两台相机采集一序列立体双图像组(stereo image pairs)来解码其空间位置。

此外，文献提出投射主斑点图纹，再建立多个不同距离下取得的参考图像，将量测图像与参考图案进行图像相关性计算，得出被测物的距离。其采取一投光装置组与一取像装组。

另有文献公开了只建立1张参考图像，将所取得被测物图像与该参考图像进行相关性计算，依对应相关性最高区域的位置偏移量而得到深度值。

一文献公开了一个获取三维场景图像的系统和方法。该系统包括一个投影装置投射区域性独特图案(locally unique pattem)到一个场景，多个传感器由两个或更多的观测点取得场景的图像。进行图像的相应像素匹配计算，建立出深度图。

一文献公开了一产生深度信息的装置，其包括一台投影机及左右两台摄影机。投影机投射出预定的结构光图案至被测物，左右摄影机各取得一结构光图像，经由结构光解码计算决定两图像与投出图案三者对应点而得深度信息。当结构光图案无法应用在图像时由左右图像进行立体匹配(stereo matching)，计算出深度信息。

发明内容

依据一实施范例，提出一种深度图像采集装置，包括至少一投光装置、第一与一第二图像传感装置以及图像处理单元。该投光装置用以投射投影图案到被测物上，其中投光装置做为虚拟图像传感装置，以该投影图案的本源图像做为虚拟图像。第一与第二图像传感装置分别传感投影到被测物上的投影图案，以产生第一真实图像与第二真实图像。该图像处理单元耦接至该投光装置以及该第一与第二图像传感装置。该图像处理单元将该第一真实图像的像素与第二真实图像的像素进行匹配比对，以获得第一匹配图像；将第一真实图像的像素与该虚拟图像的像素进行匹配比对，以获得第二匹配图像。利用该第一与第二匹配图像进行匹配验证，输出一验证后的匹配图像，其中该验证后的匹配图像的像素为该第一与第二匹配图像的像素的其中之一。依据第一真实图像的各像素与该验证后的匹配图像的各像素，产生一像差图像，并且依据该像差图像，计算出对应的深度值，产生深度图像。

该投光装置更包括：光源，用以发出投光光束；以及投影图案产生元件，配置于该光源的光路上，由该光源照射而产生该投影图案。

该投光装置更包括：透镜组，配置于该投影图案产生元件的光路上，将该光源通过该投影图案产生元件产生的该投影图案，投影到该被测物上。

该透镜组更包含一片或以上的透镜。

该投影图案产生元件为衍射光学元件。

该衍射光学元件包括计算机生成的全息图或光栅与相位式衍射元件。

该投影图案产生元件为光罩。

该光罩为铬金属薄膜的石英玻璃片、网点印刷板与金属板的其中之一。

该光源为红外线激光、发光二极管、紫外光与可见光的其中之一。