[發明專利]基于異步ToF離散點云的3D成像裝置及電子設備

有效

• 申請號: 201910362489.X
• 申請日: 2019-04-30
• 公開（公告）號: CN110221309B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 發明（設計）人: 呂方璐;程世球
• 申請（專利權）人: 深圳市光鑒科技有限公司
• 主分類號: G01S17/894
• 分類號: G01S17/894;G01S7/481
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種基于異步ToF離散點云的3D成像裝置及電子設備，通過異步離散光束投射器在一預設的時間段內按時間順序順次向目標物體的不同區域投射多束離散準直光束；通過光探測器陣列成像器順次接收經所述目標物體反射的多束所述離散準直光束并測量出多束所述離散準直光束的傳播時間，進而能夠獲得所述目標物體的多個區域的深度數據，根據所述目標物體多個區域的深度數據生成所述目標物體表面的深度數據。本發明能夠實現針對具體3D成像應用場景中最優化的精度和點云密度，并且能夠在每次投射時，保持較低的光功率，能夠滿足功耗和激光人眼安全的限制。

技術領域

本發明涉及3D成像領域，具體地，涉及一種基于異步ToF離散點云的3D成像裝置及電子設備。

背景技術

ToF(time of flight)技術是一種從投射器發射測量光，并使測量光經過目標物體反射回到接收器，從而能夠根據測量光在此傳播路程中的傳播時間來獲取物體到傳感器的空間距離的3D成像技術。常用的ToF技術包括單點掃描投射方法和面光投射方法。

單點掃描投射的ToF方法采用一個單點投射器，投射出單束的準直光，該單束的準直光的投射方向受到掃描器件的控制從而能夠投射到不同的目標位置。光束單束的準直光經過目標物反射后，部分光被單點的光探測器接收，從而獲取當前投射方向的深度測量數據。此種方法能夠將所有的光功率集中在一個目標點上，從而在單個目標點實現的高信噪比，進而實現高精度的深度測量。整個目標物體的掃描依賴于掃描器件，比如機械馬達、MEMS、光相控雷達等。將掃描獲得的深度數據點拼接即可獲取3D成像所需的離散點云數據。此種方法有利于實現遠距離的3D成像，但需要使用復雜的投射掃描系統，成本較高。

面光投射的ToF方法則是投射出一個能量連續分布的面光束。投射光連續覆蓋目標物體表面。光探測器為一個能夠獲取光束傳播時間的光探測器陣列。目標物體反射的光信號經過光學成像系統在光探測器上成像時，每個探測器像點獲得的深度即為其物象關系對應物體位置的深度信息。這種方法能夠擺脫復雜的掃描系統。然而，由于面光投射的光功率密度遠低于單數的準直光，信噪比相對于單點掃描投射的方法大大下降，使得這種方法僅能夠適用于距離減小，精度較低的場景。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種基于異步ToF離散點云的3D成像裝置及電子設備。本發明采用異步離散光束的投射方法，能夠在每次投射時，保持較低的光功率，能夠滿足功耗和激光人眼安全的限制。

本發明提供的基于異步ToF離散點云的3D成像裝置，包括異步離散光束投射器和光探測器陣列成像器；

所述異步離散光束投射器，用于在一預設的時間段內按時間順序順次向目標物體的不同區域投射多束離散準直光束；

所述光探測器陣列成像器，用于順次接收經所述目標物體反射的多束所述離散準直光束并測量出多束所述離散準直光束的傳播時間，進而能夠獲得所述目標物體的多個區域的深度數據，根據所述目標物體多個區域的深度數據生成所述目標物體表面的深度數據。

優選地，所述異步離散光束投射器包括設置在一光路上的邊發射激光器和光束投射器；

所述邊發射激光器，用于向所述光束投射器投射激光；

所述光束投射器，用于將入射的所述激光在一預設的時間段內按時間順序順次向目標物體的不同區域投射多束離散準直光束。

優選地，所述異步離散光束投射器包括設置在一光路上的激光器陣列、準直鏡頭和分束器件；

所述激光器陣列，包括多個呈陣列排列的多個激光器，多個所述激光器分為多個激光器發射組，在一預設的時間段內按時間順序依次通過每個激光器發射組向所述準直鏡頭投射第一數量級的激光；

所述準直鏡頭，用于將入射的所述多束激光準直后出射第一數量級的準直光束；