[發明專利]一種激光散斑投射ToF深度感知方法及裝置

在審

• 申請號: 202110498821.2
• 申請日: 2021-05-07
• 公開（公告）號: CN113311451A
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發明（設計）人: 葛晨陽;周艷輝
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01S17/894
• 分類號: G01S17/894;G01S7/484
• 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

1.一種激光散斑投射ToF深度感知裝置，包括：激光散斑編碼投射器、ToF接收攝像頭、混合深度解碼模塊；其中，

所述激光散斑編碼投射器由VCSEL編碼光源、準直鏡和衍射光學元件DOE組成；

所述ToF接收攝像頭，與所述激光散斑編碼投射器處于同一基線上；

所述混合深度解碼模塊，對所述ToF接收攝像頭輸出的相移散斑圖像的原始RAW數據，先利用ToF相移法進行深度解碼，再利用結構光激光三角測距方法進行深度解碼，再通過深度信息融合，得到不同距離高精度的深度信息。

2.根據權利要求1所述的裝置，優選的，所述激光散斑編碼投射器作為主動投射光源，通過時-空編碼方式進行投射。

3.根據權利要求2所述的裝置，所述時-空編碼，在時間軸上采用相移法，投射多幀帶有相位信息的散斑編碼圖案；在空間軸上，VCSEL光源采用結構光編碼方式發出基礎編碼圖案，經準直鏡準直后，再經衍射光學元件DOE按m*n，方式復制排列，投射出一定數量隨機分布的激光散斑點組成的散斑編碼圖案，其中，m、n為整數。

4.根據權利要求1所述的裝置，所述ToF接收攝像頭用于生成所述激光散斑編碼投射器所需的相移法調制驅動信號、同步接收所述激光散斑編碼投射器投射后從被測目標物體或空間反射回來的相移散斑圖像。

5.根據權利要求4所述的裝置，所述相移散斑圖像在時間軸上屬于ToF相移法調制的相移圖像，在空間軸上每幅相移圖像都是由隨機散斑點構成的散斑圖像。

6.根據權利要求1所述的裝置，所述ToF接收攝像頭通過調制發射多種頻率的光波實現混頻測量。

7.一種利用權利要求1所述的裝置實現的激光散斑投射ToF深度感知方法，包括如下步驟：

S100：所述激光散斑編碼投射器作為主動投射光源，通過時-空編碼方式投射出帶有相位調制信息的散斑編碼圖案；

S200：所述ToF接收攝像頭，同步接收所述激光散斑編碼投射器投射后從被測目標物體或空間反射回來的相移散斑圖像；根據ToF相移法相位調制的不同，相應地采集多幅不同相位的相移散斑圖像；

S300：所述混合深度解碼模塊采集所述ToF接收攝像頭輸出的多幅相移散斑圖像的RAW數據進行混合深度解碼。

8.根據權利要求7所述的方法，步驟S300進一步包括：

S301：先對相移散斑圖像進行預處理，提取出相移散斑圖像中的散斑點，結合ToF相移法得到所述散斑點對應的相位差，并根據ToF相移法深度計算公式得到對應的深度信息；

S302：利用結構光編解碼方法，對輸入相移散斑圖像與已知距離的參考相移散斑圖像進行塊匹配計算得到散斑點對應的視差，并根據激光三角測距深度計算公式得到其深度信息；

S303：對ToF相移法得到深度信息和結構光編解碼方法得到深度信息進行融合，散斑點對應的深度值屬于中遠距離則采用ToF相移法得到的深度信息，散斑點對應的深度值屬于近距離則采用結構光編解碼方法得到的深度信息，從而得到不同距離高精度的深度信息。

9.根據權利要求8所述的方法，所述ToF相移法深度計算公式為：其中，d₂為散斑照射下所測目標深度信息，c為光速，f_m為激光調制頻率，為散斑點所在像素對應的發射光與接收光的相位差。

10.根據權利要求8所述的方法，所述激光三角測距深度計算公式為：其中，d′為輸入相移散斑圖像的圖像塊中心點的深度信息，d為相移散斑圖像的已知距離，Δx為ToF接收攝像頭采集的相移散斑圖像經圖像預處理后與已知距離的參考相移散斑圖像進行塊匹配視差計算得到最優匹配塊對應的視差，S為ToF接收攝像頭與激光散斑編碼投射器的基線距離，f為ToF接收攝像頭焦距，μ為圖像傳感器點距。