[發(fā)明專利]基于同步ToF離散點(diǎn)云的3D成像裝置及電子設(shè)備

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• 申請日: 2019-08-12
• 公開（公告）號: CN110471081A
• 公開（公告）日: 2019-11-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱力;呂方璐;汪博
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳市光鑒科技有限公司
• 主分類號: G01S17/89
• 分類號: G01S17/89;G01S7/481;G01S7/486;G01S7/491
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本發(fā)明提供了一種基于同步ToF離散點(diǎn)云的3D成像裝置及電子設(shè)備，包括離散光束投射器和光探測器陣列成像器；所述離散光束投射器，用于向目標(biāo)物體投射多束離散準(zhǔn)直光束；所述光探測器陣列成像器，用于接收經(jīng)所述目標(biāo)物體反射的多束所述離散準(zhǔn)直光束并測量出多束所述離散準(zhǔn)直光束的傳播時間，進(jìn)而能夠獲得所述目標(biāo)物體表面的深度數(shù)據(jù)。本發(fā)明通過離散光束投射器向目標(biāo)物體投射多束離散準(zhǔn)直光束，使得光探測器陣列成像器接收經(jīng)目標(biāo)物體反射的準(zhǔn)直光束，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)物體表面的深度數(shù)據(jù)的獲取，提高了光束功率密度，在在信噪比與點(diǎn)云密度之間實(shí)現(xiàn)平衡，從而能夠低成本、低功耗、高精度的進(jìn)行3D成像。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及3D成像領(lǐng)域，具體地，涉及一種基于同步ToF離散點(diǎn)云的3D成像裝置及電子設(shè)備。

背景技術(shù)

ToF(time of flight)技術(shù)是一種從投射器發(fā)射測量光，并使測量光經(jīng)過目標(biāo)物體反射回到接收器，從而能夠根據(jù)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(shù)。常用的ToF技術(shù)包括單點(diǎn)掃描投射方法和面光投射方法。

單點(diǎn)掃描投射的ToF方法采用一個單點(diǎn)投射器，投射出單束的準(zhǔn)直光，該單束的準(zhǔn)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(biāo)位置。光束單束的準(zhǔn)直光經(jīng)過目標(biāo)物反射后，部分光被單點(diǎn)的光探測器接收，從而獲取當(dāng)前投射方向的深度測量數(shù)據(jù)。此種方法能夠?qū)⑺械墓夤β始性谝粋€目標(biāo)點(diǎn)上，從而在單個目標(biāo)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的高信噪比，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高精度的深度測量。整個目標(biāo)物體的掃描依賴于掃描器件，比如機(jī)械馬達(dá)、MEMS、光相控雷達(dá)等。將掃描獲得的深度數(shù)據(jù)點(diǎn)拼接即可獲取3D成像所需的離散點(diǎn)云數(shù)據(jù)。此種方法有利于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的3D成像，但需要使用復(fù)雜的投射掃描系統(tǒng)，成本較高。

面光投射的ToF方法則是投射出一個能量連續(xù)分布的面光束。投射光連續(xù)覆蓋目標(biāo)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(biāo)物體反射的光信號經(jīng)過光學(xué)成像系統(tǒng)在光探測器上成像時，每個探測器像點(diǎn)獲得的深度即為其物象關(guān)系對應(yīng)物體位置的深度信息。這種方法能夠擺脫復(fù)雜的掃描系統(tǒng)。然而，由于面光投射的光功率密度遠(yuǎn)低于單數(shù)的準(zhǔn)直光，信噪比相對于單點(diǎn)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(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種基于同步ToF離散點(diǎn)云的3D成像裝置及電子設(shè)備。本發(fā)明采用離散光束的投射方法，同步獲取具有較高精度的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)低成本、低功耗、高精度的3D成像。

根據(jù)本發(fā)明提供的基于同步ToF離散點(diǎn)云的3D成像裝置，包括離散光束投射器和光探測器陣列成像器；

所述離散光束投射器，用于向目標(biāo)物體投射多束離散準(zhǔn)直光束；

所述光探測器陣列成像器，用于接收經(jīng)所述目標(biāo)物體反射的多束所述離散準(zhǔn)直光束并測量出多束所述離散準(zhǔn)直光束的傳播時間，進(jìn)而能夠獲得所述目標(biāo)物體表面的深度數(shù)據(jù)。

優(yōu)選地，所述離散光束投射器包括設(shè)置在一光路上的邊發(fā)射激光器和光束投射器；

所述邊發(fā)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投射出多束離散準(zhǔn)直光束。

優(yōu)選地，所述離散光束投射器包括設(shè)置在一光路上的激光器陣列、準(zhǔn)直鏡頭和分束器件；

所述激光器陣列，用于向所述準(zhǔn)直鏡頭投射第一數(shù)量級的激光；

所述準(zhǔn)直鏡頭，用于將入射的所述多束激光準(zhǔn)直后出射第一數(shù)量級的準(zhǔn)直光束；

所述分束器件，用于將入射的第一數(shù)量級的準(zhǔn)直光束分束后出射第二數(shù)量級的準(zhǔn)直光束；

所述第二數(shù)量級大于所述第一數(shù)量級。