[发明专利]记录图像和从图像获得3D信息的方法、相机系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于记录图像的方法和用于从图像获得3D信息的方法。本发明还涉及相机系统。

背景技术

现代成像技术的热点话题之一是3D成像。

获得3D图像的最直截了当的方式是借助于从不同的视点拍摄两个或更多个图像并且根据这两个或更多个图像构造3D图像。这样的技术基本上模仿人类视觉系统。

这样的技术的缺点在于，需要两个相机并且需要知道这两个相机之间的距离、它们的焦距（focal length）和透镜失真，并且将所拍摄的图像组合以产生3D信息。

需要允许使用单个相机或至少单个透镜获得3D信息的成像技术。

仅使用单个相机或用静态图案投影仪辅助的相机的若干种方法是已知的。这些方法可以被分为三组：基于三角测量的、基于散焦的和飞行时间类。

在基于三角测量的方法中，根据投影图案与获取的图案（即投影图案关于图像中物体给出的图像）之间的局部视差来估计深度。这样的图案的失真提供了对距离的估计。缺点在于图案要被投影并且充其量进行提供某种间接估计，该间接估计提供概率性估计，这样的估计也不是真实估计。

在焦深方法中，相机聚焦在一定距离处，并且可通过局部计算由到物体的实际距离与完美聚焦距离间的偏差造成的散焦量来估计深度图。同样是提供概率性估计，并且原则上结果存在二重性（duality），因为没有任何确定的方式来区分深度外（out-of-depth）聚焦是由于物体在聚焦平面之前还是由于物体比聚焦平面更远造成的。

与此形成对照的是，飞行时间方法的确提供了对到相机的距离的现实性估计。在“飞行时间”方法中，用5-50ns光脉冲照射物体。特殊的相机传感器然后测量发射脉冲与反射脉冲之间的延迟，该延迟随着到物体的距离而增长。在Ringbeck等人的文献“A 3-D time of flight camera for object detection”中描述了这样的相机系统的示例 （Optical 3D measurement techniques 09-12.07.2007 ETH, plenary session 1: Range Imaging 1）。然而，该方法需要精密技术并且不适用所有距离，范围典型地为数米至60米，小距离难以测量。

发明内容

因此，需要用于记录图像并获得3D信息的替代方法。

为此，本发明的方法特征在于，拍摄第一和第二图像数据，其中在图像拍摄期间在聚焦范围上进行焦点扫描，由此在焦点扫描期间针对第一和第二图像不同地调制曝光强度。

曝光是每次拍摄捕获的光量。在焦点扫描期间调制曝光强度的结果是，由于最佳聚焦位置对应于空间高频的最大集中度（concentration），因而利用实际的物体-相机距离调制空间高频率。因此，在获取的图像的高频中对深度信息进行水印标记。通过不同地调制，在两个图像中深度信息被不同地水印标记。通过比较高频信息，深度信息是可获得的，并且可以计算3D深度图。

对于这些图像之一，曝光可以是不调制的。于是，调制方面的差异将在于，图像之一具有调制的曝光，而另一个没有。

然而，优选地，两个图像中的曝光以这样的方式被调制:一个图像中的调制相对于另一个图像中的调制是相反的。例如，在一个图像中，调制是从近焦点到远焦点行进的从高到低曝光，而在另一个图像中，情况正相反。

这允许获得精确的3D信息。

在实施例中，用于两个图像的曝光的总和是一个常数。

曝光强度的调制可以以各种不同的方式执行：

可以通过调制光源的强度来调制从场景中捕获的光。

可以通过在透镜前面或在相机的传感器前面的时间调制调光器来调制所捕获的光。

可以同时以及连续地拍摄第一和第二图像。

可以拍摄超过两个图像。这可能在那些其中存在的光相对较少且降噪是重要方面的情形中引起关注。

用于提供图像的方法提供了原始数据，即从其中可以计算3D信息的两个图像。

本发明还体现在一种从通过上述记录图像类方法中的任意一个拍摄的图像获得3D信息的方法，通过比较第一和第二图像中的高频信息以及根据这样的比较计算深度信息。

这两种方法（用于提供图像的方法和用于获得3D图像信息的方法）可以被集成为单个方法，但是用于获得图像信息的方法本身也提供本发明某方面的实施例。

提供从中获得3D图像信息的数据。提供以现有技术未知的方式获得的一组图像。