[发明专利]结构光深度相机参数设计方法及系统

说明书

本发明公开了一种结构光深度相机参数设计方法及系统，所述方法包括：根据结构光深度相机的工作范围和视场角确定对焦平面与光轴的夹角；确定所述结构光深度相机的安装位置，以及倾角和透镜焦距之间的关系，所述结构光深度相机中的图像传感器与镜头呈所述倾角进行安装，且安装后的光学参数符合沙姆定律；根据该工作范围确定所述结构光深度相机的景深，从而确定所述结构光深度相机的光圈大小与像素尺寸之间的关系。本发明能够使得结构光深度相机的深度测量精度的非线性特征得到改善，改善了近距离的测量精度过剩、远距离的测量精度太低的问题。

技术领域

本发明涉及相机技术领域，特别是涉及一种结构光深度相机参数设计方法及系统。

背景技术

结构光深度相机通过向目标空间投影结构光图像，并采集由物体反射回的结构光图像进一步计算出深度图像，基于该深度图像可以实现3D建模、人脸识别、手势交互等功能，同时结构光深度相机由于具备分辨率高、精度高、功耗低等优点，因此被广泛应用在手机、电脑、机器人、AR/VR等智能设备上。

现有技术中，散斑结构光深度相机都是采用三角测距原理实现深度测量的，而三角测距原理决定了深度测量精度存在非线性的问题，即物体越近，精度越高；物体越远，精度越低，而通常情况下，拍摄近距离物体时，并不需要这么高的测量精度，而拍摄远距离物体时，由于非线性的问题，测量精度较低，影响拍摄效果。

散斑结构光深度相机的工作原理如图1，投射器投射出具有随机性的散斑图案，可以认为每一束光都携带可以被唯一识别的散斑。相机存储了已知距离上的标定平面的图像，即对于图1中的光束，其在标定图像中的像素位置为a，在工作时，该光束投射到物体上，并在像素位置b成像。三角测距原理描述了像素偏移距离ab和物体到标定平面距离L之间的关系：

其中，d为物体与镜头间的距离，L为标定平面与深度相机的距离，f为深度相机的焦距，r为投射器与图像传感器的距离，x为像素偏移距离，x是通过重建算法计算出来的，它的精度主要是由投射器、光学器件、图像传感器物理特性(比如像素大小,分辨率等等)和算法共同决定的。

将上式变形，可以看出，随着物体与镜头间的距离d的增大，x非线性减小：

请参阅图2，当像素偏移距离x精度为dx时，该精度造成的深度测量精度在距离较近时，深度测量精度d₁较小；在距离较远时，深度测量精度d₂较大，在近处的深度测量精度可以表示为d₁/dx，在远处的深度测量精度可以表示为d₂/dx，而d₁/dx＜d₂/dx，因此在近处可以分辨更小的深度值变化，造成了测量精度对测量距离的非线性问题。

发明内容

为此，本发明的一个目的在于提出一种结构光深度相机参数设计方法，以改善现有技术中深度测量精度存在的非线性的问题。

本发明提供一种结构光深度相机参数设计方法，所述方法包括：

根据结构光深度相机的工作范围和视场角确定对焦平面与光轴的夹角；

确定所述结构光深度相机的安装位置，以及倾角和透镜焦距之间的关系，所述结构光深度相机中的图像传感器与镜头呈所述倾角进行安装，且安装后的光学参数符合沙姆定律；

根据该工作范围确定所述结构光深度相机的景深，从而确定所述结构光深度相机的光圈大小与像素尺寸之间的关系。

根据本发明提供的结构光深度相机参数设计方法，利用scheimflug(简称沙姆)原理，将图像传感器与镜头呈一定的倾角安装，且光学参数符合沙姆定律，可以降低近距离的测量精度，而提高远距离的测量精度，从而使得结构光深度相机的深度测量精度的非线性特征得到改善，改善了近距离的测量精度过剩、远距离的测量精度太低的问题。