專利名稱：熱調(diào)諧深度相機(jī)光源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及深度相機(jī)技術(shù)，尤其涉及熱調(diào)諧深度相機(jī)光源。
背景技術(shù)：
用于創(chuàng)建物體三維圖像的深度相機(jī)通常包括成像濾器，用于從由深度相機(jī)成像光源投射的成像光濾除環(huán)境光。為了有效操作，應(yīng)該將在成像濾器處接收的大部分成像光傳送到深度相機(jī)成像傳感器，而應(yīng)該濾除大部分背景光。然而，除非成像濾器與成像光波長相匹配，否則很難在不降低成像光透射的情況下濾除背景光。在不降低成像光投射的情況下改進(jìn)背景光過濾的一些方法包括使用可調(diào)諧成像濾器。然而，可調(diào)諧成像濾器可能十分昂貴并且需要復(fù)雜的反饋電路才能操作。一些其它方法包括測(cè)試多個(gè)成像濾器和成像光源以便可以標(biāo)識(shí)和配對(duì)出若干對(duì)。然而，這些方法可能需要昂貴的測(cè)試以及大量庫存的維護(hù)。

發(fā)明內(nèi)容
公開了用于在深度相機(jī)制造過程中執(zhí)行的熱調(diào)諧模式中設(shè)置深度相機(jī)光源工作溫度的各種實(shí)施例。一種方法的一個(gè)實(shí)施例包括在多個(gè)光源溫度下用來自光源的光照射目標(biāo)；對(duì)于每個(gè)光源溫度，感測(cè)在光傳感器處接收的通過位于目標(biāo)和光傳感器之間的濾光器的反射光強(qiáng)；基于所感測(cè)強(qiáng)度與所存儲(chǔ)參考數(shù)據(jù)的比較，近似濾光器截止頻率與光源發(fā)射波長之間的頻率響應(yīng)關(guān)系；生成溫度設(shè)定點(diǎn)使得光源發(fā)射波長與濾光器截止頻率的交疊不超過預(yù)定交疊閾值；以及編程溫度控制器以在深度相機(jī)操作期間將光源控制在溫度設(shè)定點(diǎn)ο提供本發(fā)明內(nèi)容以便以簡化形式介紹將在以下的具體實(shí)施方式
中進(jìn)一步描述的概念精選。本發(fā)明內(nèi)容并不旨在標(biāo)識(shí)出所要求保護(hù)主題的關(guān)鍵特征或必要特征，也不旨在用于限定所要求保護(hù)主題的范圍。此外，所要求保護(hù)的主題不限于解決在本發(fā)明的任一部分中提及的任何或所有缺點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)。


圖1示例性示出根據(jù)本公開實(shí)施例的深度相機(jī)組裝系統(tǒng)的工作環(huán)境。圖2示出了根據(jù)本公開實(shí)施例的熱調(diào)諧深度相機(jī)光源的方法的流程圖。圖3示例性示出根據(jù)本公開實(shí)施例的深度相機(jī)光源的熱調(diào)諧站。圖4根據(jù)本公開實(shí)施例，示例性示出光源發(fā)射波長與光源溫度之間的相互關(guān)系， 還示例性示出光源溫度與濾光器截止頻率之間的相互關(guān)系。圖5示例性示出根據(jù)本公開的深度相機(jī)另一實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式深度相機(jī)可以用于從在各種深度相機(jī)像素處捕捉的距離信息和圖像信息中創(chuàng)建對(duì)象的三維圖像。例如，深度相機(jī)可以用于建立正由該深度相機(jī)成像的人物的三維模型，該模型可以被顯示或者在某些情況下用作游戲系統(tǒng)中游戲軟件的輸入。因此，在該示例中，人物的三維模型可以用于，例如通過在游戲截圖中包括該模型，而在視頻游戲顯示中成像人物的圖形表示，或者可以用于從建模人物接收用戶輸入，使得諸如非玩家角色、制品等游戲軟件的其它交互元素響應(yīng)于建模人物的運(yùn)動(dòng)。深度相機(jī)通常包括用照射光來照射要被成像的對(duì)象的照射系統(tǒng)，以及用于基于從對(duì)象反射的照射光來生成對(duì)象圖像的成像系統(tǒng)。在一些示例中，照射光可以是結(jié)構(gòu)化光，用于提供由成像系統(tǒng)進(jìn)行分析的干涉圖案以確定三維信息。在一些其它示例中，照射光可以是脈沖光，用于為由成像系統(tǒng)執(zhí)行的飛行時(shí)間測(cè)量提供基礎(chǔ)以確定三維信息。無論采用何種方法來捕捉深度信息，成像系統(tǒng)通常被配置成在光傳感器處感測(cè)所反射的照射光，在一些實(shí)施例中光傳感器是電荷耦合裝置。因?yàn)榄h(huán)境光可能會(huì)干擾由成像系統(tǒng)執(zhí)行的分析，所以在一些實(shí)施例中，可以在成像系統(tǒng)中包括諸如帶通濾波器之類的濾光器，用于在光傳感器之前從所反射的照射光濾除一部分背景光。例如，使用紅外光源的濾光器可以被配置成反射可見光并傳送紅外光。因此，在一些實(shí)施例中，照射光源和濾光器可以被配置成使得照射光的發(fā)射波長與濾光器的通帶交疊。然而，由于光源和濾光器的制造操作的天然變化，一些光源可能具有與一些濾光器的截止波長相交疊的發(fā)射波長。換言之，因?yàn)檎丈涔忸l率落在濾光器通帶之外，濾光器可能無法將反射照射光的一些或全部透射到光傳感器。因此，在一些實(shí)施例中，光源的發(fā)射波長可以被熱調(diào)節(jié)成與濾光器的通帶交疊。雖然以下描述的示例實(shí)施例中的一些參照了游戲控制臺(tái)和游戲系統(tǒng)，但是應(yīng)該明白，這些示例僅僅是為說明目的而提供，所描述的深度相機(jī)可以用于落公開范圍內(nèi)的任何適當(dāng)上下文中和/或工作環(huán)境中。其它非限制性示例工作環(huán)境包括移動(dòng)無線設(shè)備、客戶機(jī)計(jì)算設(shè)備和服務(wù)器計(jì)算設(shè)備。圖1示出用于組裝、配置和封裝深度相機(jī)以便向客戶發(fā)貨的深度相機(jī)組裝系統(tǒng) 100的實(shí)施例。如圖1所示，深度相機(jī)組裝系統(tǒng)100包括用于組裝深度相機(jī)150的深度相機(jī)組裝站102。例如，在深度相機(jī)組裝站102，照射系統(tǒng)和成像系統(tǒng)可以安裝在深度相機(jī)150中。在熱調(diào)諧站104，由熱調(diào)諧站104執(zhí)行的熱調(diào)諧模塊可以在制造過程的熱調(diào)諧模式(以下會(huì)詳細(xì)描述細(xì)節(jié))中熱調(diào)諧深度相機(jī)光源的發(fā)射波長，使其與濾光器通帶的至少一部分重疊。除此之外或者作為替代，在一些實(shí)施例中，可以熱調(diào)諧光源發(fā)射波長，使得光源發(fā)射波長與濾光器截止頻率交疊不超過預(yù)定容許交疊閾值。應(yīng)該明白，由深度相機(jī)150的光源發(fā)射的光波長可以根據(jù)材料和制造條件而稍微變化，尤其是由于對(duì)光源波長頻率容限的緊密控制會(huì)不期望地增加制造成本，因此可以在制造中選擇低容限光源。以本文所述的方式熱調(diào)諧光源發(fā)射波長可以允許在無需首先驗(yàn)證濾光器會(huì)將發(fā)射波長投射到光傳感器的情況下將濾光器和光源組裝到深度相機(jī)中。因此， 這可以允許深度相機(jī)制造商避免使用具有緊密控制的容限的高成本光源，并且避免對(duì)稍微不同的波長執(zhí)行耗時(shí)的光源和濾光器配對(duì)測(cè)試和/或維護(hù)大量光源和濾光器的庫存。在一些實(shí)施例中，可以通過首先近似濾光器的截止頻率與光源的發(fā)射波長之間的頻率響應(yīng)關(guān)系，在熱調(diào)諧站104調(diào)諧光源發(fā)射波長。該近似可以基于在成像系統(tǒng)的光傳感
5器處感測(cè)的光強(qiáng)與所存儲(chǔ)的強(qiáng)度參考數(shù)據(jù)之間的比較。隨后，可以基于該近似生成光源的靜態(tài)工作溫度設(shè)定點(diǎn)。一旦生成靜態(tài)工作溫度設(shè)定點(diǎn)，可以通過設(shè)定點(diǎn)編程光源溫度控制器，使得在深度相機(jī)操作模式期間維持設(shè)定點(diǎn)溫度，如以下參照?qǐng)D3詳細(xì)描述的。在如圖1所示的實(shí)施例中，一旦通過靜態(tài)工作溫度設(shè)定點(diǎn)編程光源溫度控制器， 將深度相機(jī)150傳送到在制造過程的結(jié)束處的深度相機(jī)封裝站106，其中深度相機(jī)150被封裝以便向客戶發(fā)貨。客戶對(duì)深度相機(jī)的首次使用標(biāo)記深度相機(jī)工作模式的開始。在如圖1 所示的示例中，在深度相機(jī)150的制造過程中，只執(zhí)行熱調(diào)諧模式。然而，應(yīng)該明白，在一些實(shí)施例中，熱調(diào)諧模式可以在深度相機(jī)未處于工作模式的任何合適時(shí)間執(zhí)行?？梢詧?zhí)行熱調(diào)諧模式的示例情況包括，但不限于，響應(yīng)于深度相機(jī)初始啟動(dòng)和/或通電、響應(yīng)于從中央服務(wù)器接收的命令(諸如在深度相機(jī)的固件和/或軟件升級(jí)事件期間)、和/或響應(yīng)于由深度相機(jī)接收的執(zhí)行熱調(diào)諧模式的用戶命令的情況。圖3示出熱調(diào)諧站104A的實(shí)施例，包括與深度相機(jī)150A電學(xué)通信的熱調(diào)諧設(shè)備 350。在該實(shí)施例中，深度相機(jī)150A是包括處理器314和存儲(chǔ)器318的計(jì)算設(shè)備組件。深度相機(jī)150A還包括照射系統(tǒng)320和成像系統(tǒng)326。在一些實(shí)施例中，深度相機(jī)150A可以被包括在游戲控制臺(tái)中，該游戲控制臺(tái)可以具有自身的處理器314A、存儲(chǔ)器318A和相關(guān)的海量儲(chǔ)存設(shè)備316A。類似地，熱調(diào)諧設(shè)備350是包括處理器354、海量儲(chǔ)存352和存儲(chǔ)器356的計(jì)算設(shè)備，并且包括存儲(chǔ)其上的程序邏輯以執(zhí)行本文所述的功能。應(yīng)該明白，圖3所示的熱調(diào)諧站104A的實(shí)施例只是描述性的，在本公開的范圍內(nèi)也可以使用其它合適的實(shí)施例(諸如下文所述的圖5所示實(shí)施例)。參照?qǐng)D2詳細(xì)描述以上提到的熱調(diào)諧模式，圖2示出熱調(diào)諧方法200的實(shí)施例的流程圖。熱調(diào)諧方法200可以由任何合適的硬件和/或軟件來執(zhí)行，包括以上所述圖3中示出的以及下文所述圖5中示出的硬件和軟件模塊。方法200包括在202，在深度相機(jī)制造過程中執(zhí)行的深度相機(jī)光源的熱調(diào)諧模式期間，在照射系統(tǒng)中設(shè)置光源調(diào)諧溫度。對(duì)于一些光源，諸如發(fā)光二極管激光器，改變光源溫度可以改變光源的發(fā)射波長。例如，圖4示出光源發(fā)射波長與光源溫度之間的示例相互關(guān)系400。在如圖4所示的示例，將光源溫度設(shè)置為42°C導(dǎo)致828nm的光發(fā)射。升高光源溫度會(huì)導(dǎo)致發(fā)射波長的相應(yīng)增大。作為參考，光源溫度的30°C理論調(diào)節(jié)會(huì)造成標(biāo)準(zhǔn)邊緣發(fā)射法布里-珀羅激光器的IOnm波長位移，但是在制造設(shè)置中的調(diào)諧期間，這一顯著調(diào)節(jié)并不典型。以下可以采用設(shè)置光源調(diào)諧溫度的合適方法。在圖3所示的實(shí)施例中，發(fā)射系統(tǒng) 320包括與光源322熱通信的光源溫度控制器324。在一些實(shí)施例中，光源溫度控制器3 可以包括用于響應(yīng)于所編程的溫度設(shè)定點(diǎn)加熱和/或冷卻光源322的熱電設(shè)備，但是應(yīng)該明白，可以在光源溫度控制器324中包括用于改變光源溫度的其它設(shè)備(例如風(fēng)扇和/或熱交換器)。此外，應(yīng)該明白，在一些實(shí)施例中，光源溫度控制器3M可以包括存儲(chǔ)在控制器存儲(chǔ)器中用于控制光源322的溫度的合適程序。繼續(xù)圖2，在204，方法200包括用來自在光源調(diào)諧溫度下的深度相機(jī)光源的照射光來照射反射性目標(biāo)。可以采用任何合適的光源來生成照射光。光源的非限制性示例可以包括被配置成在一個(gè)或多個(gè)發(fā)射波長處發(fā)射紅外光的一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管激光器。在如圖3所示的實(shí)施例中，光源322包括在深度相機(jī)150A的照射系統(tǒng)320中。然而，應(yīng)該明白，在一些實(shí)施例中，光源可以是獨(dú)立光源，或者可以包括在深度相機(jī)外圍設(shè)備中。應(yīng)該明白，在本公開的范圍內(nèi)，可以采用任何合適的反射性目標(biāo)。在圖3所示的示例中，反射性目標(biāo)304被示為由光源322照射。在某些實(shí)施例中，反射性目標(biāo)可以包括白色的反射性場(chǎng)，但是應(yīng)該明白，在一些實(shí)施例中可以包括和/或替換成其它顏色。此外，在一些實(shí)施例中，反射性目標(biāo)可以包括各種圖案、紋理和/或形狀。反射性目標(biāo)可以位于距深度相機(jī)任何合適的距離處。在一些非限制性示例中，反射性目標(biāo)可以位于距深度相機(jī)約1.2 米處。在一些實(shí)施例中，包括在照射系統(tǒng)320中的光學(xué)器件可以包括用于調(diào)諧所投射的照射光的一個(gè)或多個(gè)衍射光柵。這些衍射光柵可能會(huì)在反射照射光中引入光學(xué)偽像，當(dāng)被光傳感器檢測(cè)時(shí)，光學(xué)偽像可能表現(xiàn)為陰影和/或熱點(diǎn)。因?yàn)闊狳c(diǎn)可能使一些光傳感器飽和并導(dǎo)致所感測(cè)強(qiáng)度數(shù)據(jù)的丟失和/或失真，在一些實(shí)施例中，反射照射光可以在被光傳感器接收之前穿過位于反射性目標(biāo)與濾光器之間的光學(xué)擴(kuò)散器。這可以平滑離散光學(xué)偽像，并避免在光傳感器處的飽和。例如，在圖3所示的實(shí)施例中，反射照射光被示為在成像系統(tǒng)3 接收之前穿過光學(xué)擴(kuò)散器304。繼續(xù)圖2，在一些實(shí)施例中，方法200包括在206，在每個(gè)光源調(diào)諧溫度下調(diào)節(jié)光源電流，使光源在各個(gè)光源調(diào)諧溫度下產(chǎn)生均勻功率。使用該方法，可以基于在光傳感器處的光強(qiáng)測(cè)量確定相對(duì)光源功率(與參考光源功率相比)。然后，相對(duì)光源功率可以為近似濾光器的截止頻率與光源的發(fā)射波長之間的頻率響應(yīng)關(guān)系以及為基于此設(shè)置靜態(tài)工作溫度設(shè)定點(diǎn)形成基礎(chǔ)。雖然圖2參考用于維持均勻光源功率的電流調(diào)節(jié)，但是應(yīng)該明白，在本公開的范圍內(nèi)，可以采用任何合適的方法來維持光源功率的均勻。表1提供用于在光源調(diào)諧溫度的示例范圍上維護(hù)約ISOmW的均勻功率的光源示例電流調(diào)節(jié)參數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種用于深度相機(jī)(150)的光源(322)的熱調(diào)諧系統(tǒng)(104)，所述深度相機(jī)包括用于生成照射光的所述光源以及用于從所反射的照射光生成光強(qiáng)數(shù)據(jù)的光傳感器(330)，所述熱調(diào)諧系統(tǒng)包括反射性目標(biāo)(302)；以及熱調(diào)諧站(350)，包括: 存儲(chǔ)器(356)， 處理器(354)，以及熱調(diào)諧模塊(358)，所述熱調(diào)諧模塊由所述調(diào)整站的處理器使用所述存儲(chǔ)器的部分來執(zhí)行，并且包括在制造過程中執(zhí)行的光源熱調(diào)諧模式中進(jìn)行以下操作的指令 在多個(gè)光源調(diào)諧溫度下用來自所述光源的照射光照射反射性目標(biāo)， 對(duì)于每個(gè)光源調(diào)諧溫度，感測(cè)在所述光傳感器處接收的、通過位于所述反射性目標(biāo)與所述光傳感器之間的濾光器(3 )的所反射的照射光的強(qiáng)度；基于所感測(cè)強(qiáng)度與所存儲(chǔ)強(qiáng)度參考數(shù)據(jù)(360)的比較，近似所述濾光器的截止頻率與所述光源的發(fā)射波長之間的頻率響應(yīng)關(guān)系；為所述光源生成靜態(tài)工作溫度設(shè)定點(diǎn)，使得所述光源的發(fā)射波長與所述濾光器的截止頻率交疊不超過預(yù)定容許交疊閾值；以及編程光源溫度控制器(3M)以在深度相機(jī)操作期間將光源工作溫度控制在所述靜態(tài)工作溫度。
2.如權(quán)利要求1所述的熱調(diào)諧系統(tǒng)，其特征在于，還包括位于所述反射性目標(biāo)與所述濾光器之間的光學(xué)擴(kuò)散器。
3.如權(quán)利要求1所述的熱調(diào)諧系統(tǒng)，其特征在于，還包括在每一個(gè)所述光源調(diào)諧溫度下調(diào)節(jié)光源電流，使得在所述熱調(diào)諧模式期間所述光源對(duì)每一個(gè)所述光源調(diào)諧溫度產(chǎn)生均勻 功率的指令。
4.如權(quán)利要求3所述的熱調(diào)諧系統(tǒng)，其特征在于，所述強(qiáng)度是在所述光傳感器處從平均光生成率產(chǎn)生的。
5.如權(quán)利要求4所述的熱調(diào)諧系統(tǒng)，其特征在于，所述平均光生成率是多個(gè)光強(qiáng)信號(hào)的幾何平均，每個(gè)光強(qiáng)信號(hào)在不同光傳感器像素處生成。
6.如權(quán)利要求1所述的熱調(diào)諧系統(tǒng)，其特征在于，所存儲(chǔ)強(qiáng)度參考數(shù)據(jù)包括查找表，所述查找表包含多個(gè)靜態(tài)工作溫度設(shè)定點(diǎn)的判定。
7.如權(quán)利要求1所述的熱調(diào)諧系統(tǒng)，其特征在于，所述預(yù)定容許交疊閾值被選擇成使得在深度相機(jī)操作期間所述照射光的最大功率的至少90%由所述濾光器透射到所述光傳感器。
8.如權(quán)利要求1所述的熱調(diào)諧系統(tǒng)，其特征在于，所述預(yù)定容許交疊閾值被選擇成使得所述濾光器的截止頻率與所述光源的發(fā)射波長沒有交疊。
9.一種用于設(shè)置深度相機(jī)(150)的光源工作溫度的熱調(diào)諧方法000)，所述方法包括在所述光源的熱調(diào)諧模式中在多個(gè)光源調(diào)諧溫度下用來自深度相機(jī)光源(322)的照射光照射(204)反射性目標(biāo)； 對(duì)于每個(gè)光源調(diào)諧溫度，感測(cè)(210)在所述深度相機(jī)的光傳感器(330)處接收的、通過位于所述反射性目標(biāo)與所述光傳感器之間的濾光器(3 )的所反射的照射光的強(qiáng)度；基于所感測(cè)強(qiáng)度與所存儲(chǔ)強(qiáng)度參考數(shù)據(jù)(360)的比較，近似(216)所述濾光器的截止頻率與所述光源的發(fā)射波長之間的頻率響應(yīng)關(guān)系；為所述光源生成(218)靜態(tài)工作溫度設(shè)定點(diǎn)，使得所述光源的發(fā)射波長與所述濾光器的截止頻率交疊不超過預(yù)定容許交疊閾值；以及編程(226)光源溫度控制器(324)以在深度相機(jī)操作期間將光源工作溫度控制在所述靜態(tài)工作溫度。
10.如權(quán)利要求9所述的熱調(diào)諧方法，其特征在于，生成所述靜態(tài)工作溫度設(shè)定點(diǎn)包括將所述預(yù)定容許交疊閾值選擇成使得在深度相機(jī)操作期間所述照射光的最大功率的至少 90%由所述濾光器透射到所述光傳感器。
11.如權(quán)利要求9所述的熱調(diào)諧方法，其特征在于，生成所述靜態(tài)工作溫度設(shè)定點(diǎn)包括將所述預(yù)定容許交疊閾值選擇成使得所述濾光器的截止頻率與所述光源的發(fā)射波長沒有交疊。
12.如權(quán)利要求9所述的熱調(diào)諧方法，其特征在于，所存儲(chǔ)強(qiáng)度參考數(shù)據(jù)包括查找表， 所述查找表包含多個(gè)靜態(tài)工作溫度設(shè)定點(diǎn)的判定。
13.如權(quán)利要求9所述的熱調(diào)諧方法，其特征在于，還包括基于所感測(cè)強(qiáng)度與所存儲(chǔ)強(qiáng)度參考數(shù)據(jù)的比較來指示深度相機(jī)出錯(cuò)。
14.如權(quán)利要求9所述的熱調(diào)諧方法，其特征在于，還包括從所述反射性目標(biāo)接收所反射的照射光，所述反射光透過位于所述反射性目標(biāo)與所述濾光器之間的光學(xué)擴(kuò)散器。
15.如權(quán)利要求14所述的熱調(diào)諧方法，其特征在于，還包括在每一個(gè)所述光源調(diào)諧溫度下調(diào)節(jié)光源電流使得在所述熱調(diào)諧模式期間所述光源對(duì)每一個(gè)所述光源調(diào)諧溫度產(chǎn)生均勻功率。
全文摘要
本發(fā)明揭示了熱調(diào)諧深度相機(jī)光源，公開了用于在深度相機(jī)制造過程中執(zhí)行的熱調(diào)諧模式中設(shè)置深度相機(jī)光源工作溫度的各種實(shí)施例。一種方法的一個(gè)實(shí)施例包括在多個(gè)光源溫度下用來自光源的光照射目標(biāo)；對(duì)于每個(gè)光源溫度，感測(cè)在光傳感器處接收的通過位于目標(biāo)和光傳感器之間的濾光器的反射光強(qiáng)；基于所感測(cè)強(qiáng)度與所存儲(chǔ)參考數(shù)據(jù)的比較，估計(jì)濾光器截止頻率與光源發(fā)射波長之間的頻率響應(yīng)關(guān)系；生成溫度設(shè)定點(diǎn)使得光源發(fā)射波長與濾光器截止頻率的交疊不超過預(yù)定交疊閾值；以及編程溫度控制器以在深度相機(jī)操作期間將光源控制在溫度設(shè)定點(diǎn)。
文檔編號(hào)G03B15/05GK102253570SQ20111016219
公開日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月9日
發(fā)明者P·馬薩爾卡, S·麥克爾道尼, Y·方 申請(qǐng)人:微軟公司