獲得3d信息的裝置、驅動其光源的方法、和獲得3d信息的系統的製作方法

2023-06-15 07:31:56 2

專利名稱：獲得3d信息的裝置、驅動其光源的方法、和獲得3d信息的系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於獲得三維(3D)信息的裝置、用於驅動其光源的方法、和用於 獲得3D信息的系統，更具體地，涉及一種用於使用結構光(structured-light)方法獲得3D 信息的裝置、用於驅動其光源的方法、和用於獲得3D信息的系統。
背景技術：
3D(三維)圖像技術應用於各種領域，諸如信息通信、廣播、醫療護理、教育和訓 練、軍事、遊戲、動畫、虛擬實境、計算機輔助設計(CAD)、工業技術等等。3D圖像技術被認為 是在這些各種領域中共同需要的下一代3D多媒體信息通信的核心技術。一般說來，人感覺到的3D效果是通過由將要觀察的對象的位置的變化引起的晶 狀體的厚度變化度、兩眼和對象之間的角度差、左右眼看見的對象的位置和形狀差、由對象 的運動引起的視差(disparity)、和其它各種心理學和記憶效應等等的合成動作產生的。在上述因素當中，由於人的左右眼之間的大約6cm到大約7cm的水平距離引起的 雙目視差被認為是3D效果的最重要的因素。換句話說，由於雙目視差，人看對象時具有角 度差，並且由於該角度差，進入左眼和右眼的圖像實際上是不同的。當這兩個不同的圖像 被發送到人的大腦時，大腦準確地聯合這兩個不同的圖像的信息以使得人感受到原始的3D 圖像。為了產生這樣的3D圖像，使用如下方法使用幾個照相機的立體視覺方法、在對 象的表面上掃描雷射源的方法、將結構圖像發射(radiate)到對象上並捕獲該對象以獲得 3D信息的結構光方法，等等。具體地，根據結構光方法，需要具有足夠克服周圍環境光的亮 度的光量的結構光以發射到對象上。

發明內容
根據本公開的一方面，一種用於獲得三維(3D)信息的裝置可以包括投射器、拍攝 單元和控制器。該投射器可以被配置為投射光。該拍攝單元可以被配置為捕獲光已被到其 上的對象的圖像。該控制器可以被配置為使得在顯示模式中將具有第一峰值電流的驅動 信號施加於該投射器，以及在3D模式中將具有比第一峰值電流高的第二峰值電流的驅動 信號施加於該投射器。根據本公開的另一方面，一種用於驅動用於獲得3D信息的裝置的光源的方法可 以確定該裝置工作在顯示模式還是3D模式。如果確定該裝置工作在顯示模式，則將具有第 一峰值電流的驅動信號施加到該光源。如果確定該裝置工作在3D模式，則將具有比第一峰值電流高的第二峰值電流的驅動信號施加到該光源。投射基於該驅動信號的光。根據本公開的另一方面，一種用於獲得3D信息的系統可以包括投射裝置和拍攝 單元。該投射裝置可以包括光源並且可以被配置為投射光。該拍攝裝置可以被配置為捕獲 光已被投射到其上的對象的圖像。該投射裝置可以在顯示模式中將具有第一峰值電流的驅 動信號施加於該光源，以及在3D模式中將具有比第一峰值電流高的第二峰值電流的驅動 信號施加於該光源。


通過下面結合附圖對實施例的描述，本發明的實施例的各個特徵、方面和益處將 變得明顯且更易理解，其中圖1是示出了根據本發明的實施例的用於獲得三維(3D)信息的裝置的框圖；圖2A至圖2D是示出了模式光(patterned light)的圖；圖3是示出了由投射器將模式光發射到對象上並由拍攝單元捕獲該對象的過程 的圖；圖4是示出了由拍攝單元捕獲的對象的圖像的圖；圖5是示出了根據本發明的實施例的控制光量的方法的圖；圖6是示出了根據本發明的實施例的獲得3D信息的方法的流程圖；和圖7是示出了根據本發明的實施例的用於獲得3D信息的系統的圖。
具體實施例方式現在參考附圖更詳細地描述本發明的某些實施例。在下面的描述中，相同的附圖標記即使在不同的附圖中也用於相同的元件。儘管 利用詳細的結構和元件來描述實施例以幫助全面理解實施例的各個應用和優點，但是應當 理解，可以在不用那些詳細的特定物的情況下實現實施例。此外，將不會詳細描述公知的功 能或結構以避免用不必要的細節混淆該描述。應當注意，在附圖中，特徵的尺寸不一定是真 正的比例，並且為了使得更好地理解，可能被放大。 具體地，將參考圖1至圖4描述用於獲得三維(3D)信息的裝置的結構和用於獲得 3D信息的方法，並且將參考圖5描述用於控制光量的方法。此外，將參考圖6描述用於獲得 3D信息的操作流，並且將參考圖7描述用於獲得3D信息的系統的結構。1.用於獲f導3D {言肩、的裝I1的結構禾Π用於獲f導3D {言肩、的方法圖1是示出了根據本發明的實施例的用於獲得3D信息的裝置100的框圖。參考 圖1，裝置100可以是行動裝置並且使用結構光方法獲得對象的3D信息。結構光方法是指將編碼的模式光(結構光)連續地發射到對象上並捕獲該模式光 已被發射到其上的對象的圖像，以由所捕獲的圖像獲得對象的3D深度信息的方法。換句話 說，如果使用結構光方法，則需要用於連續地發射模式光的單元和用於捕獲對象的圖像的 單元。根據本實施例的裝置100包括控制器110、驅動器120、投射器130、拍攝單元140 和存儲單元150。控制器110控制裝置100的總體操作。具體地，控制器110基於裝置100的模式來操作裝置100。裝置100的模式分為顯示模式和用於獲得3D信息的3D模式。顯示模式是指其中如果裝置100作為一般設備工作則根據用戶控制的模式產生 光並且發射光的模式。由於根據本實施例的裝置100可以是行動裝置，因此與裝置100不是行動裝置或 是僅僅為了獲得3D信息而生產的行動裝置相比較，裝置100具有更低的光輸出。3D模式是指產生具有不同模式的光並且發射到對象上以獲得3D信息的模式。需 要提供足夠亮以克服周圍環境光的亮度的光以獲得3D信息。例如，如果周圍環境的亮度是 IOOlux,則具有大約201ux或更大的亮度的光量能夠獲得3D信息。但是，如上所述，由於根據本實施例的裝置100可以是行動裝置，因此與裝置100 不是行動裝置或是僅僅為了獲得3D信息而生產的行動裝置相比較，裝置100可能具有更低 的光輸出。為了解決此問題，在裝置100中，在3D模式下光源的佔空比可以比顯示模式下 的佔空比低，以增大光源的瞬時峰值電流以便產生高的光輸出。為了增大光源的瞬時峰值電流，發光二極體(LED)或雷射二極體(LD)可以用作光 源。如果如上所述故意降低光源的佔空比，則所產生的光可能看上去在閃爍。但是，由於3D 模式的目的是獲得對象的3D信息，因此光的閃爍不影響3D模式。如果通過在3D模式下 與顯示模式下相比降低光源的佔空比來在3D模式下與顯示模式相比減少光量，則可以通 過長時間開啟拍攝單元140的快門以增加曝光時間來補償光量的減少，這將在後面進行描 述。控制器110可以將控制信號發送到驅動器120以指示顯示模式或者3D模式。驅動器120可以基於從控制器110接收到的控制信號來驅動投射器130。具體地， 如果接收到與顯示模式對應的控制信號，則驅動器120可以產生用於顯示模式的驅動信號 並將驅動信號發送到投射器130。如果接收到與3D模式對應的控制信號，則驅動器120可 以產生用於3D模式的驅動信號並將驅動信號發送到投射器130。投射器130包括諸如LED、LD等的光源，根據從驅動器120接收到的驅動信號產生 光，並在顯示模式下發射具有任何期望的(或沒有)模式的光，但是在3D模式下將該光已 被調製成的模式光發射到對象上。現在將參考圖2A至圖2D描述發射到對象上的模式光。圖2A至圖2D是示出了模 式光的圖。如圖2A至圖2D所示，模式光可以包括多個模式的光。參考圖2A，模式光可以包括多個不同的模式。具體地，可以形成模式光以使得，在 多個模式光的每一個中交替排列較暗部分和較亮部分，並且在多個模式光的每一個中的較 亮部分和較暗部分的數目和排列彼此不同。參考圖2B，模式光可以具有變化的強度分布。參考圖2C和圖2D，可以按照具有不同類型的顏色信息(RGB信息)的不同模式形 成模式光。再一次參考圖1，投射器130可以以預設時間間隔將參考圖2A至圖2D描述的模式 光依次發射到對象上。當投射器130將模式光依次發射到對象上時，拍攝單元140可以捕獲該對象的圖像以基於控制器110的控制信號產生捕獲的圖像。現在將參考圖3和圖4進行描述。圖3是示出了由投射器130將模式光發射到對象300上並由拍攝單元140捕獲該 對象300的圖像的過程的圖。如圖3所示，投射器130和拍攝單元140隔開預設的距離「d」， 且投射器130在離拍攝單元140距離「d」處將模式光發射到對象300上。拍攝單元140捕 獲模式光已被投射到其上的對象300的圖像，以便用算術計算從拍攝單元140到對象300 的各個部分的距離。圖4是示出了由拍攝單元140捕獲的對象300的圖像的圖。具體地，圖4是示出 了圖2A的模式光已被投射到其上的對象300的捕獲的圖像的圖。如圖4所示，在離拍攝單 元140 —定距離處捕獲由模式光照亮的對象300的圖像，因而顯示在捕獲的圖像上的模式 光具有與由投射器130發射的模式光的原始形式不同的形式。基於此，計算作為對象300 的3D信息的深度信息，即從拍攝單元140到對象300的各個部分的距離。再一次參考圖1，拍攝單元140可以捕獲由一系列模式光照亮的對象的圖像並將 捕獲的圖像發送到控制器110。控制器110可以分析該圖像以從如上所述的圖像中提取對 象300的3D信息。控制器110可以將元數據增加到與施加於該對象的光的模式有關的每 個圖像。存儲單元150可以存儲用於操作裝置100的所有程序和由拍攝單元140捕獲的圖 像，並且可以被實現為硬碟驅動器(HDD)、存儲器等等。2.用於控制光量的方法圖5是示出了根據本發明的實施例用於控制光量的方法的圖。為了方便起見，在 圖5中一起示出了在顯示模式中使用的驅動電流和在3D模式中使用的驅動電流。如上所述，在顯示模式的情況下，驅動電流具有峰值「a」和佔空比b/c。由於在顯 示模式中使用峰值「a」和佔空比「b/c」，因此可以優化峰值「a」和佔空比「b/c」以防止來自 於光源的光看起來像是在閃爍。在3D模式的情況下，驅動電流具有比顯示模式下的驅動電流的峰值「a」高的峰值 "a' 」，和佔空比「b' /c' 」。在3D模式下的驅動電流的佔空比「b' /c' 」可以比顯示模 式下的驅動電流的佔空比「b/c」低。峰值「a' 」可以隨佔空比「b/c」的減小而增大。因而，在顯示模式的情況下，裝置100可以驅動光源以使得光源具有峰值「a」和佔 空比「b/c」。如果顯示模式轉變為3D模式，則裝置100可以將驅動電流的佔空比「b/c」減 小到佔空比「b' /c' 」，並且將峰值「a」增大到峰值「a' 」。此外，如果如上所述光量隨著 佔空比的減小而減小，則裝置100可以長時間開啟拍攝單元140的快門以增加曝光時間，以 便保證光量足夠獲得3D信息。3D模式下的峰值「a' 」可以是顯示模式下的峰值「a」的5倍或更小倍數。如果使 用此方法，則儘管裝置100可以是行動裝置，但是可以提取佔據人的身體的上半部分或更 多的對象的深度。3.用於獲得3D信息的操作流現在將參考圖6描述裝置100的操作流。圖6是示出了根據本發明的實施例的獲 得3D信息的方法的流程圖。裝置100確定工作模式(S610)。如上所述，裝置100可以至少工作在顯示模式和
7用於獲得3D信息的3D模式。如果確定裝置100的模式是3D模式(S610)，則裝置100產生具有比在顯示模式下 低的佔空比和高的峰值的驅動信號(S620)。根據所產生的驅動信號來驅動光源以將模式光 發射到對象上(S630)。裝置100捕獲模式光已被發射到其上的對象的圖像以產生圖像(S640)。裝置100 確定圖像的捕獲是否已經結束(S650)。如果確定圖像的捕獲已經結束(S650-是)，則裝置 100分析所產生的圖像以提取對象的3D信息(S660)。如果確定裝置100的模式是顯示模式(S610)，則裝置100產生具有比在3D模式下 高的佔空比和低的峰值的驅動信號(S670)。根據所產生的驅動信號來驅動光源以發射光 (S680)。任何特定模式的光，或者實際上未被模式化的光，可以由控制器110控制。發射的 光可以被施加於顯示面板。裝置100確定顯示是否已經結束。如果確定顯示已經結束(S690-是)，則裝置100 結束顯示模式。因此，可以提供足夠克服周圍環境光的亮度並且獲得3D信息的光量。4.用於獲得3D信息的系統圖7是示出了根據本發明的實施例的用於獲得3D信息的系統的圖。如上所述，裝 置100可以被實現為合併了投射器130和拍攝單元140的設備。但是，如圖7所示，分離的 設備可以被集成到用於獲得3D信息的系統中。為此，該系統包括投射裝置710、拍攝裝置720和控制裝置730，並且也工作在顯示 模式和3D模式。投射裝置710、拍攝裝置720和控制裝置730的操作和角色可以與圖1的裝置100 的投射器130、拍攝單元140和控制器110相同或者可以由其推出，因而將省略它們的詳細 描述。因此，可以提供足夠克服周圍環境光的亮度並且獲得3D信息的光源。雖然在上面的描述中，參考DSLR照相機描述了實施例，但是可以在具有焦點檢測 器件的任何SLR照相機中實踐所述的實施例的教導。前述實施例和優點僅僅是示範性的，並且不應被理解為限制本發明。本教導可以 容易地應用於其它類型的裝置。此外，實施例的描述預期是說明性的，本領域技術人員將理 解，可以在不脫離本公開的教導的原理和精神的情況下，做出許多改變、替換、修改和變化， 本公開的範圍由所附權利要求書和它們的等價物定義。
權利要求
1.一種用於獲得三維(3D)信息的裝置，包括 投射器，被配置為投射光；拍攝單元，被配置為捕獲光已被投射到其上的對象的圖像；和 控制器，被配置為使得，在顯示模式中將具有第一峰值電流的驅動信號施加於該投射 器，以及在3D模式中將具有比第一峰值電流高的第二峰值電流的驅動信號施加於該投射ο
2.如權利要求1所述的裝置，其中，該控制器使得在3D模式中施加於該投射器的驅動 信號的佔空比比在顯示模式中施加於該投射器的驅動信號的佔空比低，以使得該驅動信號 具有比第一峰值電流高的第二峰值電流。
3.如權利要求2所述的裝置，其中，該第二峰值電流是第一峰值電流的5倍或更小倍數。
4.如權利要求1所述的裝置，其中，在3D模式中，該投射器將多個模式光依次投射到該 對象上，該拍攝單元依次捕獲多個模式光已被投射到其上的對象的圖像以產生多個圖像， 並且該控制器分析該多個圖像以獲得該對象的3D深度信息。
5.如權利要求4所述的裝置，其中該控制器控制該存儲單元單獨地存儲該多個圖像的 每一個或者將與該模式光有關的元數據增加到該多個圖像。
6.如權利要求4所述的裝置，其中在該多個模式光的每一個中交替排列較暗部分和較 亮部分來形成該多個模式光，並且在該多個模式光的每一個中的較亮部分和較暗部分的數 目和排列彼此不同；或者以具有連續變化的光強分布的形式形成該多個模式光；或者以具 有不同類型的顏色信息的模式彼此組合的形式形成該多個模式光。
7.如權利要求1所述的裝置，其中，在該顯示模式中，該投射器將光投射到顯示面板 上，並且該控制器在該顯示面板上產生圖像。
8.如權利要求1所述的裝置，其中，該投射器使用發光二極體(LED)或雷射二極體 (LD)作為光源來投射光。
9.如權利要求1所述的裝置，其中，該裝置是移動顯示裝置。
10.一種用於驅動用於獲得3D信息的裝置的光源的方法，包括 確定該裝置工作在顯示模式還是3D模式；如果確定該裝置工作在顯示模式，則將具有第一峰值電流的驅動信號施加到該光源， 並且如果確定該裝置工作在3D模式，則將具有比第一峰值電流高的第二峰值電流的驅動 信號施加到該光源；以及 基於該驅動信號投射光。
11.如權利要求10所述的方法，其中，施加該驅動信號的步驟包括與在顯示模式中施 加的驅動信號的佔空比相比，減小在3D模式中施加的驅動信號的佔空比，以施加具有比第 一峰值電流高的第二峰值電流的驅動信號。
12.如權利要求10所述的方法，其中該第二峰值電流是第一峰值電流的5倍或更小倍數。
13.如權利要求10所述的方法，其中在3D模式中，投射的光包括依次投射的多個模式光，其中該方法還包括依次捕獲多個模式光已被依次投射到其上的對象的圖像以產生多個圖像，並分析該多個圖像以獲得3D深度信息。
14.如權利要求13所述的方法，還包括單獨存儲該多個圖像或將與該多個模式光有 關的元數據增加到該多個圖像。
15.一種用於獲得3D信息的系統，包括 投射裝置，具有被配置為投射光的光源；以及拍攝裝置，被配置為捕獲光已被投射到其上的對象的圖像，其中該投射裝置在顯示模式中將具有第一峰值電流的驅動信號施加於該光源，以及在 3D模式中將具有比第一峰值電流高的第二峰值電流的驅動信號施加於該光源。
全文摘要
提供了一種用於獲得三維(3D)信息的裝置、用於驅動其光源的方法、以及用於獲得3D信息的系統。該裝置包括投射器、拍攝單元和使得驅動信號施加於投射器的控制器。該驅動信號在顯示模式中具有第一峰值電流，並且在3D模式中具有比第一峰值電流高的第二峰值電流。
文檔編號H05B37/02GK102117007SQ20111000142
公開日2011年7月6日 申請日期2011年1月5日 優先權日2010年1月5日
發明者鄭澤成 申請人:三星電子株式會社