[發明專利]深度相機組件、頭戴式顯示器和用于深度感測的方法

有效

• 申請號: 202110618491.6
• 申請日: 2018-08-30
• 公開（公告）號: CN113296265B
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發明（設計）人: 安德魯·馬修·巴爾達居;約瑟夫·達根;奇納·哈澤格;劉非;馬克·蒂莫西·沙利文;西蒙·莫里斯·尚德·魏斯
• 申請（專利權）人: 元平臺技術有限公司
• 主分類號: G02B27/01
• 分類號: G02B27/01;G02B27/42;G06T7/521;H04N23/56;G02B27/00;G02B26/10;G02B26/08;G02B5/18
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 陸建萍;楊明釗

本發明涉及一種深度相機組件、頭戴式顯示器和用于深度感測的方法。用于局部區域的深度感測的深度相機組件，包括結構化光發生器、成像裝置和控制器。結構化光發生器用結構化光照亮局部區域，并且包括照明源、安裝元件和安裝在安裝元件上的衍射光學元件(DOE)。安裝元件可以具有基于來自控制器的發射指令的相對于照明源的多個可調節位置。DOE使用從照明源發射的光生成衍射掃描光束，該衍射掃描光束作為結構化光投射到局部區域中。結構化光的圖案對于安裝元件的每個可調節位置是動態可調節的并且是唯一的。成像裝置捕獲從局部區域中的對象反射的結構化光的圖像。控制器部分基于所捕獲的圖像來確定對象的深度信息。

本申請是申請日為2018年8月30日，申請號為201811003640.2，發明名稱為“深度相機組件、頭戴式顯示器和用于深度感測的方法”的申請的分案申請。

技術領域

本公開總體上涉及深度感測，并且具體地涉及用于實現用于三維深度感測的結構化光圖案的可調節的分辨率的偏移衍射光學元件。

背景技術

為了在使用頭戴式顯示器(HMD)時實現深度感測的強有力的用戶體驗，重要的是創建提供實時可動態調節的照明圖案的掃描裝置。大多數深度感測方法依賴于主動照明和檢測。用于深度感測的常規方法涉及使用結構化光或飛行時間技術的機械掃描或固定衍射光學圖案投影。基于飛行時間的深度感測使用基于機械的反射鏡裝置(掃描儀)以將短脈沖發送到對象空間。基于飛行時間的深度感測進一步使用高速檢測器來對來自對象的后向散射光進行時間門控以創建高分辨率深度圖。然而，基于機械的掃描儀在掃描速度、實時重新配置和機械穩定性方面執行地不適當。基于固定結構光的深度感測使用衍射光學元件以生成投射到對象空間中的靜態(固定)圖案的結構化光。基于固定結構化光的深度感測進一步使用預先存儲的查找表以計算和提取深度圖。然而，基于固定結構化光的深度感測對于需要調節照明圖案的空間分辨率的動態深度感測不夠穩健。

發明內容

深度相機組件(DCA)確定與局部區域中的一個或多個對象相關聯的深度信息。DCA包括結構化光發生器、成像裝置和控制器。結構化光發生器被配置為根據發射指令利用結構化光照亮局部區域。結構化光發生器包括照明源、安裝元件、衍射光學元件(DOE)和投影組件。照明源被配置為部分基于發射指令發射一個或多個光脈沖。安裝元件被配置為具有部分基于發射指令的相對于照明源的多個可調節位置。DOE是安裝在該安裝元件上并且從該一個或多個光脈沖生成衍射掃描光束，這些衍射掃描光束對于該多個可調節位置的該安裝元件的每個位置具有不同的圖案。投射組件被配置為將衍射掃描光束作為結構化光投射到局部區域中。結構化光的圖案可部分基于多個可調節位置中的安裝元件的可調節位置而動態地調節。成像裝置捕獲從局部區域中的一個或多個對象反射的結構化光的至少一部分的一個或多個圖像。控制器生成發射指令并且將發射指令提供給結構化光發生器。控制器進一步部分基于所捕獲的一個或多個圖像來確定一個或多個對象的深度信息。

頭戴式顯示器(HMD)可以進一步集成DCA。HMD進一步包括電子顯示器和光學組件。HMD可以是例如虛擬現實(VR)系統、增強現實(AR)系統、混合現實(MR)系統或其中的一些組合。電子顯示器被配置為發射圖像光。光學組件被配置為將圖像光引導至HMD的對應于用戶的眼睛的位置的眼箱，圖像光包括由DCA確定的局部區域中的一個或多個對象的深度信息。

本申請還包括以下內容：

1)一種深度相機組件，包括：

結構化光發生器，被配置為根據發射指令用結構化光照亮局部區域，所述結構化光發生器包括：

照明源，被配置為部分基于發射指令發射一個或多個光脈沖；

安裝元件，被配置為具有部分基于所述發射指令的相對于所述照明源的多個可調節位置，