深度图像采集装置、系统及其方法

1.一种深度图像采集装置，包括：
至少一投光装置，用以投射投影图案到被测物上，其中该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，分别传感投影到该被测物上的该投影图案，以产生第一真实图像与第二真实图像；以及
图像处理单元，耦接至该投光装置以及该第一与该第二图像传感装置， 其中该图像处理单元将该第一真实图像的各像素与该第二真实图像的各像素分别进行匹配比对，以获得一第一匹配图像，
将该第一真实图像的各该像素与该虚拟图像的各像素分别进行匹配比对，以获得一第二匹配图像；
利用该第一与该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该第二匹配图像的像素的其中之一；以及 依据该第一真实图像的各该像素与该验证后的匹配图像的各该像素，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，产生一深度图像。
2.如权利要求1所述的深度图像采集装置，其特征在于，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。
3.如权利要求2所述的深度图像采集装置，其特征在于，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。
4.如权利要求3所述的深度图像采集装置，其特征在于，该透镜组更包含一片或以上的透镜。
5.如权利要求2所述的深度图像采集装置，其特征在于，该投影图案产生元件为衍射光学元件。
6.如权利要求5所述的深度图像采集装置，其特征在于，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。
7.如权利要求2所述的深度图像采集装置，其特征在于，该投影图案产生元件为光罩。
8.如权利要求7所述的深度图像采集装置，其特征在于，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。
9.如权利要求2所述的深度图像采集装置，其特征在于，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。
10.如权利要求1所述的深度图像采集装置，其特征在于，更包括第一与第二光学滤镜，分别配置在该第一与该第二图像传感装置前。
11.如权利要求1所述的深度图像采集装置，其特征在于，该投影图案为预先设计或随机产生。
12.如权利要求1所述的深度图像采集装置，其特征在于，该投影图案为随机分布的散乱光点图案。
13.如权利要求2所述的深度图像采集装置，其特征在于，更包括控制器，耦接到该投光装置、该第一与该第二图像传感装置，以脉波驱动方式来驱动该光源。
14.一种深度图像的采集装置，包括：
第一与第二投光装置，分别用以投射投影图案到被测物上，其中该第一与该第二投光装置做为第一与第二虚拟图像传感装置，以该投影图案的本源图像做为该第一与该第二虚拟图像传感装置所成像的第一与第二虚拟图像；
图像传感装置，传感投影到该被测物上的该投影图案，以产生一真实图像；以及 图像处理单元，耦接至该第一与该第二投光装置以及该图像传感装置， 其中该图像处理单元将该真实图像的各像素与该第一虚拟图像的各像素进行匹配比对，以获得第一匹配图像，
将该真实图像的各该像素与该第二虚拟图像的各像素进行匹配比对，以获得第二匹配图像；
利用该第一与该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该第二匹配图像的像素的其中之 一；以及 依据该真实图像的各该像素与该验证后的匹配图像的各该像素，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，产生一深度图像。
15.如权利要求14所述的深度图像采集装置，其特征在于，该第一与该第二投光装置分别更包括：
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。
16.如权利要求15所述的深度图像采集装置，其特征在于，该第一与该第二投光装置分别更包括：
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。
17.如权利要求16所述的深度图像采集装置，其特征在于，该透镜组包含一片或以上的透镜。
18.如权利要求15所述的深度图像采集装置，其特征在于，该投影图案产生元件为衍射光学元件。
19.如权利要求18所述的深度图像采集装置，其特征在于，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。
20.如权利要求15所述的深度图像采集装置，其特征在于，该投影图案产生元件为光罩。
21.如权利要求20所述的深度图像采集装置，其特征在于，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。
22.如权利要求15所述的深度图像采集装置，其特征在于，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。
23.如权利要求14所述的深度图像采集装置，其特征在于，更包括光学滤镜，配置在该图像传感装置前。
24.如权利要求14所述的深度图像采集装置，其特征在于，该投影图案为预先设计或随机产生。
25.如权利要求14所述的深度图像采集装置，其特征在于，该投影图案为随机分布的散乱光点图案。
26.如权利要求15所述的深度图像采集装置，其特征在于，该第一与该第二投光装置的各该光源以时间分割或频谱分割的方式来控制。
27.一种深度图像采集方法，对被测物采集一深度图像，用于具有投光装置、第一与第二图像传感装置的深度图像采集装置，该深度图像采集方法包括：
该投光装置将投影图案投影到该被测物，该第一与该第二图像传感装置传感投影到该被测物上的该投影图案，以产生第一真实图像与第二真实图像，其中该投光装置做为虚拟图像传感装置，将该投影图案的本源图像转换为虚拟图像；
将该第一真实图像的各像素与该第二真实图像的各像素进行匹配比对，以获得一第一匹配图像；
将该第一真实图像的各该像素与该虚拟图像的各像素进行匹配比对，以获得一第二匹配图像；
利用该第一与该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该第二匹配图像的像素的其中之一；以及 依据该第一真实图像的各该像素与该验证后的匹配图像的各该像素，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，产生一深度图像。
28.如权利要求27所述的深度图像采集方法，其特征在于，更包括：
将该第一真实图像与该第二真实图像分别进行反扭曲修正；
将该反扭曲修正的该第一真实图像与该第二真实图像分别进行图像重整；以及 将该图像重整后的该第一真实图像与该第二真实图像进行匹配比对，以获得该第二匹配结果。
29.如权利要求27所述的深度图像采集方法，其特征在于，更包括：
将该第一真实图像进行高通滤波处理，并将该本源图像进行低通滤波，以产生该虚拟图像；
将该高通滤波处理后的该第一真实图像进行反扭曲修正；
将该反扭曲修正后的该第一真实图像以及该虚拟图像分别进行图像重整；以及 将该图像重整后的该第一真实图像与该虚拟图像进行匹配比对，以获得该 第一匹配结果。
30.如权利要求27所述的深度图像采集方法，其特征在于，输出各该匹配图像更包括： 判断该第一与该第二匹配图像的各该像素是否均为适当匹配；
若该第一与该第二匹配图像的各该像素只有其中之一为适当匹配，输出适当匹配的该第一或该第二匹配图像的各该像素的匹配结果，若该第一与该第二匹配图像的各该像素均非适当匹配，输出无适当匹配的匹配结果；
若该第一或该第二匹配图像的各该像素均为适当匹配，则验证该第一与该第二匹配图像的各该像素是否符合一致；
若该第一与该第二匹配图像的各该像素为一致，则输出该第一与该第二匹配图像的各该像素任一个的匹配结果，若不一致，则输出无适当匹配的匹配结果。
31.如权利要求30所述的深度图像采集方法，其特征在于，判断该第一与该第二匹配图像的各该像素是否均为适当匹配是利用该第一与该第二匹配图像的各该像素的匹配成本函数。
32.如权利要求31所述的深度图像采集方法，其特征在于，验证该第一与该第二匹配图像的各该像素是否符合一致是依据相机成像原则。
33.如权利要求30所述的深度图像采集方法，其特征在于，当该第一与该第二匹配图像的像素为一致时更包括：
在该虚拟图像上取得与该第一匹配图像相匹配的第三匹配图像；
判断该第三匹配图像的各像素是否为适当匹配；
当该第三匹配图像的各该像素不是适当匹配，则输出该第一或该第二匹配图像的各该像素任一个的匹配结果；
当该第三匹配图像的各该像素为适当匹配，则在该第二真实图像上取得与该第二匹配图像的各该像素相匹配的第四匹配图像；
判断该第四匹配图像的各像素是否为适当匹配，并且输出该第一或该第二匹配图像的各该像素任一个的匹配结果，其中该第四匹配图像的各该像素为适当匹配时的匹配结果精度大于该第四匹配图像的各该像素不是适当匹配时的匹配结果精度。
34.如权利要求30所述的深度图像采集方法，其特征在于，该像差图像是 利用三角测距法产生。
35.一种深度图像采集方法，对被测物采集一深度图像，用于具有第一与第二投光装置以及图像传感装置的深度图像采集装置，该深度图像采集方法包括： 该第一与该第二投光装置将投影图案投影到该被测物，该图像传感装置传感投影到该被测物上的该投影图案，以产生一真实图像，其中该第一与该第二投光装置做为第一与第二虚拟图像传感装置，将该投影图案的本源图像转换为第一与第二虚拟图像； 将该真实图像的各像素与该第一虚拟图像的各像素进行匹配比对，以获得一第一匹配图像，
将该真实图像的各该像素与该第二虚拟图像的各像素进行匹配比对，以获得一第二匹配图像；
利用该第一与该第二匹配图像的像素进行匹配验证，输出一验证后的匹配图像，其中该验证后的匹配图像的各像素为该第一与该第二匹配图像的各该像素的其中之一；以及 依据该真实图像的各该像素与该验证后的匹配图像的各该像素，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，产生一深度图像。
36.如权利要求35所述的深度图像采集方法，其特征在于，更包括：
将该真实图像进行高通滤波处理，并将该本源图像进行低通滤波，以产生该第一与该第二虚拟图像；
将该高通滤波处理后的该真实图像进行反扭曲修正；
将该反扭曲修正后的该真实图像以及该第一与该第二虚拟图像分别进行图像重整；以及
将该图像重整后的该真实图像与该第一、该第二虚拟图像进行匹配比对，以分别获得该第一匹配图像与该第二匹配图像。
37.如权利要求35所述的深度图像采集方法，其特征在于，输出各该匹配像素更包括： 判断该第一与该第二匹配图像的像素是否均为适当匹配；
若该第一与该第二匹配图像的各该像素只有其中的一者为适当匹配，输出适当匹配的该第一或该第二匹配图像的各该像素的匹配结果，若该第一与该第 二匹配图像的各该像素均非适当匹配，输出无适当匹配的匹配结果；
若该第一或该第二匹配图像的各该像素均为适当匹配，则验证该第一与该第二匹配图像的各该像素是否符合一致；
若该第一与该第二匹配图像的各该像素为一致，则输出该第一与该第二匹配图像的各该像素的任一个的匹配结果，若不一致，则输出无适当匹配的匹配结果。
38.如权利要求37所述的深度图像采集方法，其特征在于，判断该第一与该第二匹配图像的各该像素是否均为适当匹配是利用该第一与该第二匹配图像的各该像素的匹配成本函数。
39.如权利要求38所述的深度图像采集方法，其特征在于，验证该第一与该第二匹配图像的各该像素是否符合一致是依据相机成像原则。
40.如权利要求35所述的深度图像采集方法，其特征在于，该像差图像是利用三角测距法产生。
41.一种深度图像采集装置，包括：
投光装置，用以投射投影图案到被测物上，其中该投光装置做一虚拟图像传感装置，以该投影图案的本源图像做为虚拟图像；
图像传感装置，传感投影到该被测物上的该投影图案，以产生真实图像；以及 图像处理单元，耦接至该投光装置以及该图像传感装置，
其中该图像处理单元将该真实图像的各像素与该虚拟图像的各像素进行匹配比对，以获得一匹配图像；以及
依据该真实图像的各该像素与该匹配图像的各像素，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，产生一深度图像。
42.如权利要求41所述的深度图像采集装置，其特征在于，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。
43.如权利要求42所述的深度图像采集装置，其特征在于，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。
44.如权利要求43所述的深度图像采集装置，其特征在于，该透镜组包含一片或以上的透镜。
45.如权利要求42所述的深度图像采集装置，其特征在于，该投影图案产生元件为衍射光学元件。
46.如权利要求45所述的深度图像采集装置，其特征在于，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。
47.如权利要求42所述的深度图像采集装置，其特征在于，该投影图案产生元件为光罩。
48.如权利要求47所述的深度图像采集装置，其特征在于，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。
49.如权利要求42所述的深度图像采集装置，其特征在于，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。
50.如权利要求41所述的深度图像采集装置，其特征在于，更包括光学滤镜，配置在该图像传感装置前。
51.如权利要求41所述的深度图像采集装置，其特征在于，该投影图案为预先设计或随机产生。
52.如权利要求41所述的深度图像采集装置，其特征在于，该投影图案为随机分布的散乱光点图案。
53.如权利要求42所述的深度图像采集装置，其特征在于，更包括控制器，耦接到该投光装置与该图像传感装置，以脉波驱动方式来驱动该光源。
54.一种深度图像采集装置，包括：
至少一投光装置，用以投射投影图案到被测物上；
第一与第二图像传感装置，分别传感投影到该被测物上的该投影图案，以产生第一真实图像与第二真实图像；以及
图像处理单元，耦接至该投光装置以及该第一与该第二图像传感装置， 其中该图像处理单元将该第一真实图像的各像素与该第二真实图像的各像素分别进行匹配比对，以获得一匹配图像；以及
依据该第一真实图像的各该像素与该匹配图像的各像素，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，产生一深度图像。
55.如权利要求54所述的深度图像采集装置，其特征在于，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。
56.如权利要求55所述的深度图像采集装置，其特征在于，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。
57.如权利要求56所述的深度图像采集装置，其特征在于，该透镜组包含一片或以上的透镜。
58.如权利要求55所述的深度图像采集装置，其特征在于，该投影图案产生元件为衍射光学元件。
59.如权利要求58所述的深度图像采集装置，其特征在于，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。
60.如权利要求55所述的深度图像采集装置，其特征在于，该投影图案产生元件为光罩。
61.如权利要求60所述的深度图像采集装置，其特征在于，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。
62.如权利要求55所述的深度图像采集装置，其特征在于，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。
63.如权利要求54所述的深度图像采集装置，其特征在于，更包括光学滤镜，配置在该图像传感装置前。
64.如权利要求54所述的深度图像采集装，其特征在于，该投影图案为预先设计或随机产生。
65.如权利要求54所述的深度图像采集装置，其特征在于，该投影图案为随机分布的散乱光点图案。
66.如权利要求55所述的深度图像采集装置，其特征在于，更包括控制器，耦接到该投光装置以及该第一与该第二图像传感装置，以脉波驱动方式来驱动 该光源。
67.一种深度图像采集系统，用以取得被测物的深度图像，该深度图像采集系统包括多数个深度图像采集装置，其中各所述深度图像采集装置如权利要求1至第26以及第41至
66的任一所述的深度图像采集装置。
68.如权利要求67所述的一种深度图像采集系统，其特征在于，各所述深度图像采集装置分别以不同波长光源来进行取像。
69.如权利要求67所述的一种深度图像采集系统，其特征在于，各所述深度图像采集装置是以时间分割来进行取像。

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