本發(fā)明涉及圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于目標(biāo)深度圖像的投影裝置和投影方法。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)實(shí)觀察中，目標(biāo)的深度是很重要的特征，采集目標(biāo)的深度圖像，將其應(yīng)用到模擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域，成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)。在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域，首先會(huì)采集目標(biāo)的深度圖像，然后根據(jù)深度圖像獲取目標(biāo)的圖像信息，將這些圖像信息投影到目標(biāo)上，以增強(qiáng)目標(biāo)各個(gè)特征的顯示。

然而在上述過(guò)程中，獲取深度圖像的設(shè)備與進(jìn)行圖像信息投影的設(shè)備位置不同，存在視差問(wèn)題，因此由深度圖像所生成的目標(biāo)的圖像信息被投影到目標(biāo)上時(shí)，容易出現(xiàn)投影精度問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種基于目標(biāo)深度圖像的投影裝置和投影方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)的投影裝置中元件間的視差帶來(lái)的投影精度問(wèn)題。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于目標(biāo)深度圖像的投影裝置，其包括深度圖像獲取組件、圖像信息投影組件、光學(xué)元件以及處理器；深度圖像獲取組件用于接收目標(biāo)反射的第一波長(zhǎng)光，以獲取目標(biāo)的深度圖像；處理器用于對(duì)深度圖像進(jìn)行處理，得到待投影的圖像信息；圖像信息投影組件用于向目標(biāo)投射第二波長(zhǎng)光，以將圖像信息投影于目標(biāo)；其中，第一波長(zhǎng)光經(jīng)由光學(xué)元件進(jìn)入深度圖像獲取組件，第二波長(zhǎng)光經(jīng)由光學(xué)元件向目標(biāo)投射；第一波長(zhǎng)光進(jìn)入光學(xué)元件的光路與第二波長(zhǎng)光射出光學(xué)元件的光路相同。

其中，光學(xué)元件為分束鏡，第一波長(zhǎng)光經(jīng)分束鏡透射后進(jìn)入深度圖像獲取組件，第二波長(zhǎng)光經(jīng)分束鏡反射后向目標(biāo)投射；或，第一波長(zhǎng)光經(jīng)分束鏡反射后進(jìn)入深度圖像獲取組件，第二波長(zhǎng)光經(jīng)分束鏡透射后向目標(biāo)投射。

其中，深度圖像獲取組件進(jìn)一步包括：投射單元，用于向目標(biāo)投射第一波長(zhǎng)光；采集單元，用于接收目標(biāo)反射的第一波長(zhǎng)光。

其中，采集單元與圖像信息投影組件相較于分束鏡正交設(shè)置。

其中，處理器用于對(duì)第一波長(zhǎng)光進(jìn)行處理，得到目標(biāo)的深度圖像。

其中，第一波長(zhǎng)光為紅外光，第二波長(zhǎng)光為可見(jiàn)光。

其中，投影裝置進(jìn)一步包括目標(biāo)圖像采集組件，用于接收目標(biāo)反射的第二波長(zhǎng)光，以獲取目標(biāo)的圖像。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明還提供一種基于目標(biāo)深度圖像的投影方法，包括步驟：接收經(jīng)光學(xué)元件處理的目標(biāo)反射的第一波長(zhǎng)光，以獲取目標(biāo)的深度圖像；對(duì)深度圖像進(jìn)行處理，得到待投影的圖像信息；向目標(biāo)投射經(jīng)光學(xué)元件處理的第二波長(zhǎng)光，以將圖像信息投影于目標(biāo)；其中，第一波長(zhǎng)光進(jìn)入光學(xué)元件的光路與第二波長(zhǎng)光射出光學(xué)元件的光路相同。

其中，接收經(jīng)光學(xué)元件處理的目標(biāo)反射的第一波長(zhǎng)光的步驟之前包括：向目標(biāo)投射第一波長(zhǎng)光。

其中，接收經(jīng)光學(xué)元件處理的目標(biāo)反射的第一波長(zhǎng)光的步驟包括：接收經(jīng)光學(xué)元件反射的目標(biāo)反射的第一波長(zhǎng)光；向目標(biāo)投射經(jīng)光學(xué)元件處理的第二波長(zhǎng)光的步驟包括：向目標(biāo)投射經(jīng)光學(xué)元件透射的第二波長(zhǎng)光；或者，接收經(jīng)光學(xué)元件處理的目標(biāo)反射的第一波長(zhǎng)光的步驟包括：接收經(jīng)光學(xué)元件透射的目標(biāo)反射的第一波長(zhǎng)光；向目標(biāo)投射經(jīng)所述光學(xué)元件處理的第二波長(zhǎng)光的步驟包括：向目標(biāo)投射經(jīng)光學(xué)元件反射的第二波長(zhǎng)光。

本發(fā)明基于目標(biāo)深度圖像的投影裝置包括深度圖像獲取組件、圖像信息投影組件、光學(xué)元件以及處理器；深度圖像獲取組件用于接收目標(biāo)反射的第一波長(zhǎng)光，以獲取目標(biāo)的深度圖像；處理器用于對(duì)深度圖像進(jìn)行處理，得到待投影的圖像信息；圖像信息投影組件用于向目標(biāo)投射第二波長(zhǎng)光，以將圖像信息投影于目標(biāo)；其中，第一波長(zhǎng)光經(jīng)由光學(xué)元件進(jìn)入深度圖像獲取組件，第二波長(zhǎng)光經(jīng)由光學(xué)元件向目標(biāo)投射；第一波長(zhǎng)光進(jìn)入光學(xué)元件的光路與第二波長(zhǎng)光射出光學(xué)元件的光路相同。本發(fā)明中經(jīng)由光學(xué)元件處理，使得深度圖像獲取組件接收的第一波長(zhǎng)光與圖像信息投影組件投射的第二波長(zhǎng)光有相同的光路，因此即使深度圖像獲取組件和圖像信息投影組件位于的不同位置，兩者之間也不會(huì)產(chǎn)生視差，保證了根據(jù)深度圖像得到的圖像信息的投影精度。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明基于目標(biāo)深度圖像的投影裝置第一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明基于目標(biāo)深度圖像的投影裝置第二實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明基于目標(biāo)深度圖像的投影方法一實(shí)施方式的流程示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的投影裝置用作基于目標(biāo)的深度圖像對(duì)目標(biāo)進(jìn)行投影，這里的目標(biāo)表示投影裝置的投影對(duì)象，可以是一個(gè)物體也可以是一個(gè)空間。投影裝置中深度圖像獲取組件所獲取的目標(biāo)深度圖像能夠體現(xiàn)目標(biāo)中各個(gè)像素點(diǎn)的深度信息，即各個(gè)像素點(diǎn)相對(duì)于參考點(diǎn)的遠(yuǎn)近。處理器對(duì)深度信息進(jìn)行分析，可獲得目標(biāo)無(wú)法被人眼直觀看到的特征，即圖像信息。然后圖像信息投影組件將圖像信息投影于目標(biāo)上，使得分析出的特征體現(xiàn)在目標(biāo)上，能夠被人眼直觀看到。

為便于理解，以本發(fā)明投影裝置在沙盤(pán)游戲中的應(yīng)用為例，對(duì)投影裝置的作用進(jìn)行說(shuō)明。在沙盤(pán)中可用沙子創(chuàng)建海洋、高山、峽谷等地貌，本發(fā)明的投影裝置首先獲取沙盤(pán)的深度圖像；設(shè)置一海平面作為基準(zhǔn)后，可根據(jù)深度圖像識(shí)別出高山，海洋等區(qū)域；然后對(duì)沙盤(pán)進(jìn)行投影，使高山區(qū)域呈現(xiàn)褐色，海洋區(qū)域呈現(xiàn)藍(lán)色。以增強(qiáng)沙盤(pán)在現(xiàn)實(shí)中的顯示效果。

為使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所提供的基于目標(biāo)深度圖像的投影裝置及投影方法作進(jìn)一步的描述。

請(qǐng)參閱圖1，圖1是本發(fā)明基于目標(biāo)深度圖像的投影裝置第一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施方式投影裝置100包括深度圖像獲取組件11、圖像信息投影組件12、光學(xué)元件13以及處理器14。

其中，深度圖像獲取組件11用于接收目標(biāo)300反射的第一波長(zhǎng)光λ1，以獲取目標(biāo)300的深度圖像。

本實(shí)施方式中采用結(jié)構(gòu)光三維視覺(jué)技術(shù)來(lái)獲取深度圖像，即首先對(duì)目標(biāo)300投射第一波長(zhǎng)光λ1的結(jié)構(gòu)光，結(jié)構(gòu)光由于目標(biāo)300表面的深度變化而受到調(diào)制；接收目標(biāo)300表面反射的第一波長(zhǎng)光λ1，能夠獲得發(fā)生畸變的結(jié)構(gòu)光圖像，從而獲得目標(biāo)300的深度圖像。這種獲得深度圖像的方式中，第一波長(zhǎng)光λ1一般為紅外光。

深度圖像獲取組件11則用于接收目標(biāo)300反射的第一波長(zhǎng)光λ1，且深度圖像獲取組件11本身可對(duì)接收到的第一波長(zhǎng)光λ1進(jìn)行處理，得到目標(biāo)300的深度圖像。其它實(shí)施方式中，也可在深度圖像獲取組件11接收到第一波長(zhǎng)光λ1后，利用處理器14對(duì)第一波長(zhǎng)光λ1進(jìn)行處理，以得到目標(biāo)300的深度圖像。

在獲得深度圖像后，利用處理器14對(duì)深度圖像進(jìn)行處理，得到待投影的圖像信息。

待投影的圖像信息與深度圖像相關(guān)，比如在前述沙盤(pán)的應(yīng)用中，圖像信息則是對(duì)應(yīng)于不同深度的不同顏色。還比如在目標(biāo)空間的物體提示的應(yīng)用中，目標(biāo)空間中同時(shí)存在桌子椅子等物，通過(guò)對(duì)深度圖像的分析可識(shí)別出桌子椅子及其所在的位置。圖像信息則是對(duì)應(yīng)與目標(biāo)空間中不同物體的文字或圖像說(shuō)明。

在目標(biāo)空間物體提示的應(yīng)用中，處理器14對(duì)深度圖像進(jìn)行處理的具體過(guò)程為：1)對(duì)深度圖像進(jìn)行聚類處理，利用聚類結(jié)果分割出深度圖像中的各個(gè)部分，提取其中閉合的部分，其他部分視為多余信息去除。2)對(duì)提取的閉合部分進(jìn)行特征采集。3)根據(jù)特征輸出到經(jīng)過(guò)學(xué)習(xí)的分類器中進(jìn)行分類，識(shí)別出目標(biāo)空間中各個(gè)物體的位置及種類。4)生成相應(yīng)的圖像信息，圖像信息中對(duì)應(yīng)于不同的物體有不同的文字或圖像說(shuō)明。

獲取圖像信息后，投影裝置100中的圖像信息投影組件12則向目標(biāo)300投射第二波長(zhǎng)光λ2，以將圖像信息投影于目標(biāo)300。

將圖像信息投影于目標(biāo)300是為了使用戶能夠直觀的看到根據(jù)深度圖像分析得到的信息，以增強(qiáng)目標(biāo)300現(xiàn)實(shí)中的顯示內(nèi)容。第二波長(zhǎng)光λ2一般為可見(jiàn)光，與第一波長(zhǎng)光λ1有不同的波長(zhǎng)。

深度圖像獲取組件11從目標(biāo)300出獲取深度圖像，根據(jù)深度圖像生成圖像信息，圖像信息投影組件12向目標(biāo)300投射圖像信息，位于不同位置的深度圖像獲取組件11和圖像信息投影組件12之間存在視差，使得圖像信息被投射時(shí)可能有位置不精確的問(wèn)題。

本實(shí)施方式中采用光學(xué)元件13來(lái)消除視差，具體來(lái)說(shuō)，第一波長(zhǎng)光λ1經(jīng)由光學(xué)元件13進(jìn)入深度圖像獲取組件11，第二波長(zhǎng)光λ2經(jīng)由光學(xué)元件13向目標(biāo)300投射；第一波長(zhǎng)光λ1進(jìn)入光學(xué)元件13的光路16與第二波長(zhǎng)光λ2射出光學(xué)元件13的光路16相同。

目標(biāo)300反射的第一波長(zhǎng)光λ1和向目標(biāo)300投射的第二波長(zhǎng)光λ2的光路16相同，因此不存在視差的問(wèn)題，保證了圖像信息向目標(biāo)300的投影精度。

進(jìn)一步的，還可將深度圖像獲取組件11的第一波長(zhǎng)光λ1采集靶面和圖像信息投影組件12的第二波長(zhǎng)光λ2投射靶面設(shè)置成相同的大小以及分辨率。因此在生成待投影的圖像信息時(shí)，無(wú)需進(jìn)行圖像配準(zhǔn)的工作，可以實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的投影。

請(qǐng)參閱圖2，圖2是本發(fā)明基于目標(biāo)深度圖像的投影裝置第二實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施方式中投影裝置200包括深度圖像獲取組件21、圖像信息投影組件22、光學(xué)元件23以及處理器24。

本實(shí)施方式中深度圖像獲取組件21、圖像信息投影組件22、光學(xué)元件23以及處理器24與上述投影裝置100中相應(yīng)的元件類似，具體不再贅述。

更為具體的，本實(shí)施方式中，深度圖像獲取組件21進(jìn)一步包括投射單元211及采集單元212。投射單元211用于向目標(biāo)投射第一波長(zhǎng)光λ1，經(jīng)目標(biāo)反射后，由采集單元212接收目標(biāo)反射的第一波長(zhǎng)光λ1。

投射單元211具體由激光紅外光源、準(zhǔn)直鏡和衍射光學(xué)元件構(gòu)成，通過(guò)對(duì)衍射光學(xué)元件的特殊配置，可以實(shí)現(xiàn)經(jīng)由投射單元211向目標(biāo)投射具有特殊圖案的結(jié)構(gòu)光，本實(shí)施方式中向目標(biāo)投射的結(jié)構(gòu)光為紅外光散斑顆粒圖案。

采集單元212則接收目標(biāo)反射的第一波長(zhǎng)光λ1，對(duì)應(yīng)于投射單元211向目標(biāo)投射的紅外光散斑顆粒圖案，本實(shí)施方式中采集單元212采集散斑顆粒圖像，并將散斑顆粒圖像傳送至處理器24。

處理器24對(duì)第一波長(zhǎng)光λ1進(jìn)行處理，即對(duì)散斑顆粒圖像進(jìn)行處理，與預(yù)先保存的參考圖像進(jìn)行散斑顆粒偏離計(jì)算，再由偏離值計(jì)算出散斑顆粒圖像各像素對(duì)應(yīng)的深度值，從而得到目標(biāo)的深度圖像。再進(jìn)一步對(duì)深度圖像進(jìn)行處理，得到待投影的圖像信息。

由圖像信息投影組件22將圖像信息投影于目標(biāo)，投影于目標(biāo)的圖像信息可由人眼直觀看到，圖像信息投影組件22所投射的為第二波長(zhǎng)光λ2，即可見(jiàn)光。且圖像信息投影組件22由光源及彩色液晶組成，所投射的圖像信息為RGB圖像。

而本實(shí)施方式中的光學(xué)元件23為分束鏡23，第一波長(zhǎng)光λ1進(jìn)入分束鏡23的光路26與第二波長(zhǎng)光λ2射出光學(xué)元件13的光路26相同。

具體來(lái)說(shuō)，第一波長(zhǎng)光λ1和第二波長(zhǎng)光λ2經(jīng)過(guò)分束鏡23有兩種情況，如圖2(a)中，第一波長(zhǎng)光λ1經(jīng)分束鏡23反射后進(jìn)入深度圖像獲取組件21的采集單元212，第二波長(zhǎng)光λ2經(jīng)分束鏡23透射后向目標(biāo)投射。而在圖2(b)中，第一波長(zhǎng)光λ1經(jīng)分束鏡23透射后進(jìn)入采集單元212，第二波長(zhǎng)光λ2經(jīng)分束鏡23反射后向目標(biāo)投射。

且本實(shí)施方式中采集單元212與圖像信息投影組件22相較于分束鏡23正交設(shè)置，相應(yīng)分束鏡23可為方體。

在圖2(b)中，投影裝置200進(jìn)一步包括目標(biāo)圖像采集組件25，用于接收目標(biāo)反射的第二波長(zhǎng)光，以獲取目標(biāo)的圖像。即在圖像信息投影組件22將圖像信息投影至目標(biāo)后，目標(biāo)圖像采集組件25用于采集目標(biāo)的最終效果圖。比如在上述沙盤(pán)應(yīng)用中，可以采集到最終的沙盤(pán)效果圖。

本實(shí)施方式解決了采集單元212與圖像信息投影組件22之間的視差問(wèn)題，使得圖像信息的投影更準(zhǔn)確。

請(qǐng)參閱圖3，圖3是本發(fā)明基于目標(biāo)深度圖像的投影方法一實(shí)施方式的流程示意圖。本實(shí)施方式基于目標(biāo)深度圖像的投影方法包括以下步驟。

S101：接收經(jīng)光學(xué)元件處理的目標(biāo)反射的第一波長(zhǎng)光，以獲取目標(biāo)的深度圖像。

在本步驟之前需先向目標(biāo)投射第一波長(zhǎng)光，然后再接收目標(biāo)方式的第一波長(zhǎng)光，且該第一波長(zhǎng)光經(jīng)由光學(xué)元件處理。

S102：對(duì)深度圖像進(jìn)行處理，得到待投影的圖像信息。

S103：向目標(biāo)投射經(jīng)光學(xué)元件處理的第二波長(zhǎng)光，以將圖像信息投影于目標(biāo)。

對(duì)于上述步驟S101和步驟S103，第一波長(zhǎng)光進(jìn)入光學(xué)元件的光路與第二波長(zhǎng)光射出光學(xué)元件的光路相同。

若光學(xué)元件為分束鏡，第一波長(zhǎng)光經(jīng)由光學(xué)元件反射，第二波長(zhǎng)光經(jīng)由光學(xué)元件透射；或第一波長(zhǎng)光經(jīng)由光學(xué)元件透射，第二波長(zhǎng)光經(jīng)由光學(xué)元件反射。

本實(shí)施方式投影方法中的步驟與上述投影裝置中各個(gè)元件的工作過(guò)程類似，具體不再贅述。該投影方法也能夠解決視差問(wèn)題，保證圖像信息投影的精確度。

以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施方式，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說(shuō)明書(shū)及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。