[發明專利]飛行時間深度相機

有效

• 申請號: 201380043235.2
• 申請日: 2013-08-14
• 公開（公告）號: CN104603676B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發明（設計）人: J·M·胡德曼
• 申請（專利權）人: 微軟公司
• 主分類號: G02B27/09
• 分類號: G02B27/09;G02B27/48;G01S17/89;G01S7/484;G01S7/48;G01S7/481
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司31100
• 代理人: 羅婷婷

背景

在飛行時間(TOF)深度相機中，將光脈沖從光源投射到圖像環境中的對象，該對象被聚焦在圖像傳感器上。可能難以使圖像環境充滿照明光，因為圖像環境可具有相當大的體積，并可具有不匹配來自光源的光束的形狀(例如，圓形)的截面形狀(例如，矩形)。此外，成像光學器件可具有期望在其中有一致的投射光強的大景深。

一些實現期望照明光形狀的先前方法采用隨機布置的微透鏡。然而，由于這樣的微透鏡的大小是隨機的并且這樣的微透鏡是隨機分布的，因此控制光在圖像環境內的分布(包括光的截面分布以及光在房間內照明的包絡的尺寸)的能力可能受到損害。

概述

公開了涉及對投射在圖像環境中的TOF深度相機照明光進行整形的各個實施例。例如，一個實施例提供TOF深度相機，該TOF深度相機包括被配置成生成相干光的光源。示例TOF深度相機還包括第一光學級，該第一光學級包括周期性布置的透鏡元件陣列，該陣列被定位成接收相干光的至少一部分。該TOF深度相機還包括第二光學級，該第二光學級被定位成接收發散光的至少一部分并被適配成降低該發散光中的一個或多個衍射偽像的強度以形成要投射在照明環境中的照明光。該示例TOF深度相機還包括圖像傳感器，該圖像傳感器被配置成檢測從照明環境反射的返回照明光的至少一部分。

提供本概述是為了以簡化的形式介紹將在以下具體實施方式中進一步描述的概念選擇。本概述并不旨在標識所要求保護主題的關鍵特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保護主題的范圍。此外，所要求保護的主題不限于解決在本公開的任一部分中所提及的任何或所有缺點的實現。

附圖簡述

圖1示意性地示出根據本公開的一實施例的示例使用環境中的示例飛行時間深度相機。

圖2示意性地示出用于示例飛行時間深度相機的示例照明器，根據本公開的一實施例該示例照明器被描繪成改變光包絡的形狀。

圖3示意性地示出根據本公開的一實施例的另一示例照明器。

圖4示意性地示出根據本公開的一實施例的示例照明器的光整形級的示例。

圖5示意性地示出根據本公開的一實施例的光整形級的另一示例。

圖6在某種程度上示意性地示出根據本公開的一實施例的示例光整形級中包括的示例透鏡元件的透視圖。

圖7示出根據本公開的一實施例的照明光的非相干輻射和光軸之間示出示例照明分布的示例關系。

圖8示意性地示出根據本公開的一實施例的另一示例照明器。

圖9示出了解說根據本公開的一實施例的將照明光投射在圖像環境中的示例方法的流程圖。

詳細描述

如上所述，TOF深度相機利用從TOF深度相機投射在圖像環境中的光脈沖(例如，紅外光和/或可見光)。照明光脈沖從圖像環境中的各個對象表面反射出并返回到圖像傳感器。TOF深度相機通過量化依賴于時間的返回光信息來生成距離數據。換言之，由于與從較遠離感光表面的對象特征處被反射出時相比，當光從較接近于感光表面的特征處被反射出時被更快檢測到，因此TOF深度相機可確定關于該對象的特征的距離信息。

可能難以使圖像環境充滿期望強度分布的照明光。例如，可期望與在成像環境的中心處相比，在圖像環境的周邊附近的區域中投射光的強度在某種程度上更大，因為從那些區域反射的光可由于在成像光學器件上的入射角而在圖像傳感器上具有更低的強度。

此外，如上所述，成像環境可具有與光源所發射的光不同的截面形狀。成像環境還可能相對較大，以捕捉潛在的多個用戶的潛在的較大范圍的移動。

與TOF深度相機一起使用的照明源可在圓形模式或呈圓形的發射包絡中發射光。因此，以實現跨整個非圓形的圖像環境的相對均勻的照明強度的方式將呈圓形的發射模式覆蓋在非圓形的圖像環境上可導致該環境的不被用于進行深度分析的各部分的照明。這可浪費光源功率，并且還可涉及對更強大且更昂貴的光源的使用。

一些重新整形照明光的先前方法采用隨機分布的球形微透鏡。通過使微透鏡隨機分布，發射的光的形狀可被調整，同時避免引入可由周期性布置的微透鏡引起的衍射干擾。然而，由于這些微透鏡的大小是隨機的，因此控制光在圖像環境內的分布(包括光的截面分布以及光在房間內照明的包絡的尺寸)的能力可能受到損害。