[發明專利]一種微距激光散斑產生裝置及方法

在審

• 申請號: 201810061862.3
• 申請日: 2018-01-22
• 公開（公告）號: CN110068935A
• 公開（公告）日: 2019-07-30
• 發明（設計）人: 葛晨陽;楊超;侯曉琦;王佳寧
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G02B27/42
• 分類號: G02B27/42;G02B27/48
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 覃婧嬋

本公開涉及一種微距激光散斑產生裝置及方法，所述裝置包括激光發射器、準直鏡、光學衍射器件DOE、聚焦鏡；所述激光發射器、準直鏡、光學衍射器件DOE和聚焦鏡四個部件之間的間距可調，且四個部件的傾斜角度可調；其中：準直鏡經激光發射器發出的光線形成平行光線；光學衍射器件DOE將所述平行光線衍射出散斑點，形成散斑圖案；聚焦鏡聚焦將散斑圖案進行縮小。本公開提出的裝置投射的散斑圖案對比度更高，均勻性更好，可以應用到微距范圍，尤其在醫療方面，如口腔掃描，內窺鏡等；工業方面，狹小空間近距離三維成像應用等。

技術領域

本公開涉及人工智能、生物醫療、激光成像技術領域，涉及一種微距激光散斑產生裝置及方法。

背景技術

伴隨著攝像技術的日漸成熟和攝像行業的高速發展，攝像模組的功能也不再僅僅局限于普通拍照，例如攝像模組和結構光投射器配合在一起，在三維重建、人臉識別和安防領域都得到了大規模的應用，但是受限于攝像頭景深，投射器和攝像模組體積等因素，國內外微距(工作距離3-8CM)還處于空白階段，微距激光投射器可以向物體或者場景等投射經過特定編譯的光線，再通過微距攝像模組獲取被物體或者場景等反射的光線，用于近距離物體高精度深度信息的計算，從而實現對近距離物體或場景的三維掃描、3D建模或者三維重建。基于激光散斑結構光編解碼的深度感知方法因為其可靠性高、抗噪能力強、精度高等優點被廣泛研究與應用。現有的激光散斑投射器只能工作在20cm開外，在微距工作時一方面只能獲得極少量的散斑點，另一方面存在所投射的散斑點面積過大，所投射的編碼圖案效果差，無法滿足口腔掃描、內窺鏡等領域的微距三維成像需求。微距散斑投射主要面臨高分辨率、高清晰顯示，有限視場約束、微距范圍景深寬等技術瓶頸和挑戰。

發明內容

鑒于此，本公開提供了一種微距激光散斑產生裝置及方法，包括光源、準直鏡、光學衍射器件DOE(Diffractive Optical Elements)、聚焦鏡，所產生的編碼圖案經聚焦投射，輸出可微距成像的高清晰、高分辨率激光散斑編碼圖案，滿足微距結構光模組三維測量的要求。

一方面，本公開提出了一種微距激光散斑產生裝置，所述裝置包括激光發射器、準直鏡、光學衍射器件DOE、聚焦鏡；

所述激光發射器、準直鏡、光學衍射器件DOE和聚焦鏡四個部件之間的間距可調，且四個部件的傾斜角度可調；其中：

準直鏡經激光發射器發出的光線形成平行光線；

光學衍射器件DOE將所述平行光線衍射出散斑點，形成散斑圖案；

聚焦鏡聚焦將散斑圖案進行縮小；

所述激光發射器發射的光依次經準直鏡、光學衍射器件DOE、聚焦鏡，形成激光散斑投射到目標物體上。

在所述裝置中，其中：所述準直鏡合成到光學衍射器件DOE的背面，使激光發射器發出的光線通過DOE后形成散斑圖案。

在所述裝置中，其中：所述裝置包括反射鏡和攝像頭；

所述反射鏡將散斑圖案反射到目標物體，并將目標物體的反射光反射到攝像頭。

在所述裝置中，其中：所述反射鏡鍍金。

在所述裝置中，其中：所述激光發射器包括LD激光發射器或VCSEL點光源發射器。

另一方面，本公開提供了一種微距激光散斑產生方法，所述方法包括下述步驟：

S100、將激光發射器發射的光線轉變成平行光；

S200、將所述平行光衍射為散斑點，形成散斑圖案；

S300、將所述散斑圖案進行縮小后，投射到目標物體上。

在所述方法中，其中：所述方法包括下述步驟：

S400、并采集目標物體反射的散斑圖案。