[實用新型]基于時間飛行的3D成像裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202020294116.1
• 申請日: 2020-03-11
• 公開（公告）號: CN212135134U
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳馳;李安;魯亞東;黃若普
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳市安思疆科技有限公司
• 主分類號: G03B35/00
• 分類號: G03B35/00;G02B27/42;G03B15/02
• 代理公司: 杭州天勤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 米志鵬

本實用新型公開一種基于時間飛行的3D成像裝置，包括：散斑投射模塊，包括光源，所述光源用于發(fā)出多束光束并在目標(biāo)面形成間隔分布的散斑；陣列接收模塊，包括與所述散斑數(shù)量相應(yīng)的像素單元，所述像素單元用于接收目標(biāo)面的散斑反射光束并記錄光接收時刻；控制處理模塊，記錄所述散斑投射模塊發(fā)出光束的光發(fā)射時刻，并控制散斑投射模塊發(fā)出的散斑對目標(biāo)面進(jìn)行掃描，根據(jù)每次掃描對應(yīng)的光發(fā)射時刻和光接收時刻，得到反射散斑的位置點距離信息，生成距離深度圖。本實用新型通過投射光路的掃描，進(jìn)而大大提高成像分辨率，具有超遠(yuǎn)成像距離、抗強干擾、超分辨成像、精度高、低功耗的特點。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及光電成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于時間飛行的3D成像裝置。

背景技術(shù)

3D成像裝置在市場上已經(jīng)開始應(yīng)用于一些電子消費產(chǎn)品，如體感游戲的動作識別、新一代iphone的結(jié)構(gòu)光3D人臉識別。3D成像裝置可以大大地豐富用戶的體驗，提升產(chǎn)品競爭力，尤其是3D人臉識別，相對于2D的人臉識別，由于增加了一維的信息，在體驗和安全性等方面是后者無法比擬的。相對于傳統(tǒng)的生物識別，如指紋識別，3D人臉識別的可靠性和安全性要高出一個臺階。

不同于傳統(tǒng)的2D成像裝置，如攝像機，只能獲取物體的平面2D信息，3D成像裝置還可以獲取物體的深度信息，構(gòu)建一個立體的3D模型，因此3D成像裝置被廣泛應(yīng)用于工業(yè)測量、零件建模、醫(yī)療診斷、安防監(jiān)控、機器視覺、生物識別、增強現(xiàn)實AR和虛擬現(xiàn)實VR等領(lǐng)域，具有極大的應(yīng)用價值。

3D成像技術(shù)分為主動式和被動式兩類，主動式以結(jié)構(gòu)光和時間飛行技術(shù)為主流，被動式以雙目視覺為主流。由于被動式的雙目視覺技術(shù)受到外部環(huán)境和拍攝對象表面紋理屬性等客觀因素影響，且在特征點自動匹配算法上較為復(fù)雜，當(dāng)前在3D成像消費電子領(lǐng)域并未普及，市場上以結(jié)構(gòu)光與時間飛行技術(shù)(TOF)的被動式應(yīng)用為主。結(jié)構(gòu)光技術(shù)方案的特點是含有散斑投射器與IR成像模塊，在近距離1m以內(nèi)的精度達(dá)到亞毫米，滿足金融支付行業(yè)最高的3D人臉識別精度要求，缺點是遠(yuǎn)距離成像精度會急劇下降，而且也會消耗一定的用于深度算法的計算資源導(dǎo)致其應(yīng)用場景范圍大大受限。時間飛行技術(shù)，也即縮寫為TOF的技術(shù)方案，其特點是含有照明發(fā)射模塊與TOF sensor接收模塊，成像距離遠(yuǎn)，應(yīng)用場景多，例如智能手機的后置建模與3D感知、AR/VR設(shè)備對外環(huán)境的3D感測、汽車的激光3D測距系統(tǒng)等，TOF技術(shù)的不足是整個成像范圍內(nèi)的精度沒有結(jié)構(gòu)光技術(shù)那樣高，但其應(yīng)用的場景本身對精度并沒有那么高，因而具有更廣泛的應(yīng)用前景。

TOF的全稱是Time-Of-Flight，即飛行時間，是通過測量發(fā)射光從發(fā)射時刻到被物體反射至接收端的時間間隔，根據(jù)光速不變原理，可以實現(xiàn)距離測定。目前市場常用的是I-TOF技術(shù)，即Indirect Time-Of-Flight，I-TOF通過激光發(fā)射裝置發(fā)射一束時間上周期性調(diào)制激光到物體表面上，返回光則在時序上產(chǎn)生一個相對于入射光的時間延遲，具體表現(xiàn)為相位延遲，相位延遲的大小與光的飛行時間具有對應(yīng)的計算關(guān)系，I-TOF即通過測量相位延遲來“間接”得到光的飛行時間，進(jìn)而實現(xiàn)距離測量。如公開號為CN209894976U的專利申請文件提供的一種時間飛行深度相機，該技術(shù)方案由于是通過測量相位來間接得到光飛行時間，而相位的測量實際是依靠接收光的能量強弱來進(jìn)一步間接實現(xiàn)，導(dǎo)致相位測量不準(zhǔn)，且易受環(huán)境光干擾，一旦距離繼續(xù)上升，例如10m以上，反射接收的光會急劇衰減，甚至被環(huán)境光淹沒，測量精度會急劇下降。同時I-TOF技術(shù)本質(zhì)上是利用光能量平均積分法來得到圖像傳感器(sensor)上每一顆像素的距離值，因此不可避免的會產(chǎn)生多路徑干擾問題，導(dǎo)致前方有多個物體時，得到的距離深度圖會在物體之間產(chǎn)生“飛像素”，物體的輪廓之間模糊在一起，無法分辨，效果較差。

實用新型內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本實用新型提供一種基于時間飛行的3D成像裝置，直接實現(xiàn)光發(fā)射與光接收兩個時刻的時間記錄，該裝置具有超遠(yuǎn)成像距離、抗強干擾、超分辨成像、精度高、低功耗的特點。

為實現(xiàn)上述的實用新型目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案：