[发明专利]用于提供三维和距离面间判定的方法和系统

说明书

本申请是国际申请号为PCT/IL2009/000965，申请日为2009年10月11日，发明名称为“用于提供三维和距离面间判定的方法和系统”的PCT申请进入中国国家阶段后申请号为200980142758.6的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及3D（三维）和距离判定，更具体而言，本发明涉及SOP（单光路）三维和距离成像方法、装置及其系统，其消除了立体基线的常规要求，且因此容许在相对小的封装内提供光学元件而不管测量离距如何。

定义、首字母缩写和缩写

本说明书通篇采用下列定义：

轴向变强度：沿着一条或多条轴变化的强度。

立体视觉：是由到双眼视网膜上的两个稍有不同的投影而导致感觉到深度的视觉感知过程。两个视网膜图像的差别通常叫做水平像差、视网膜像差或双眼像差。所述差别起因于眼睛在头部中的不同位置。立体视觉通常称为深度感知（来自意为实体的“立体(stereo)”，和意为视觉或视力的“视觉(opsis)”）。

编码（结构）光：是通过用预定的像素图样投影于场景上的光。当所述图样触及场景内的一个或多个物体时发生变形，继而容许视觉系统通过使用（例如）结构光3D扫描仪而计算所述物体的深度信息和表面信息。

发明背景

大多数商用距离成像系统通常涉及两个主要类：a)三角测量系统；和b)TOF（飞行时间）系统。其它鲜见现有技术系统及其方法包括自阴影重建形状技术（如B.K.P Horn的论文Shape from shading:amethod for obtaining the shape of a smooth opaque object from oneview,Technical Report 79,Project MAC,Massachusetts Institute ofTechnology(MIT),1970年）、自散焦重建形状技术（如A.Pentland等的论文A simple,real-time range camera,Proceedings of IEEEComputer Society Conference on Computer Vision and PatternRecognition (CVPR),1989年）、光度立体技术（如R.J.Woodham的论文Photometric method for determining surface orientation frommultiple images,Optical Engineering,第19卷,No.1,第139-144页,1980年1-2月）、云纹干涉技术（H.Takasaki的Moire topography,Applied Optics,第9卷,第6期,第1467-1472页,1970年）及其它技术。

根据现有技术，上述三角测量类的系统在本质上是根据光的基本品质－光的直线传播。这种几何属性构成了用右眼与用左眼所看到之物之间的差别，这正是人类双眼深度感知（立体视觉）的基础。继而，三角测量类包括两个主要子类：被动式三角测量和主动式三角测量。

受各种生物系统的启示，被动式三角测量方法（也被称为被动式立体方法）可能是用于距离成像的最老式的方法，其中通过从不同角度得到的两个或多个图像之间的匹配对应而提取深度数据。尽管在所属领域中有近乎五十年的研究（如B.Julesz在标题为Towards theautomation of binocular depth perception(AUTOMAP-1)的论文中所讲授，Proceedings of IFIPS Congress,Munich,第439-444页,1962年）,但常规的被动式三角测量方法在再捕捉无特征区域、具重复图样和结构的区域以及表面边界方面明显地无能为力。尽管有这些缺点，但被动式三角测量对于旨在重建高纹理化且相对连续的区域的某些任务来说仍具吸引力，如高空航拍照片中的3D建模（例如，L.H.Quam等的论文Stanford automatic photogrammetry research，TechnicalReport STAN-CS-74-472,Department of Computer Science,StanfordUniversity,1974年12月）。