CN108200315A - 一种深度相机及深度相机系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种深度相机及深度相机系统，涉及拍摄设备技术领域。通过对发射模块中的发光组件进行配置，可以使发射模块发出的光线具备第一光谱特性，同时，在接收模块的入光侧设置与第一光谱特性相匹配的滤光片，可以将射向接收模块的光线中至少除去第一光谱特性的光线滤除，只使得具备第一光谱特性的光线可以通过滤光片进入到接收模块中。从而使得深度相机的接收模块仅可以接收到发射模块发出的光线。在多台深度相机同时工作时，使不同深度相机接收到的光线不会相互干扰，使多台深度相机可以同时工作。

Description

一种深度相机及深度相机系统

技术领域

本发明涉及拍摄设备技术领域，具体而言，涉及一种深度相机及深度相机系统。

背景技术

随着光学测量的发展，基于TOF(Time of Flight，时间飞行)技术的深度相机逐渐成熟，已经在三维测量、手势控制、机器人导航、安防和监控等领域开始应用。TOF技术的基本原理是主动光源发射的调制光经空间目标反射后被传感器接收，通过计算光线发射和反射之间的时间差，最终获取TOF深度相机与空间目标的距离。同时，TOF深度相机还能获取空间目标的灰度信息，从而可以将物体的三维信息记录下来。与其他光学三维测量技术相比，TOF深度相机具有计算量小、实时性强、精度适中等优点。

TOF深度相机获取的二维信息与普通RGB相机相同，目标距离一定时，视场与目标图像面积成反比，单台TOF深度相机难于兼顾视场和目标图像大小。此外，有些应用场合，涉及到多台深度相机的协同工作，例如智能叉车运输系统，有相机用于对叉车提供周围环境信息，将叉车导航至托盘，有相机用于在叉车抓取托盘时对托盘进行精确定位。由于每台相机均需要发出调制光，多台相机同时工作时容易产生相互干扰，从而影响对各自目标距离的测量。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种深度相机及深度相机系统，可以解决上述问题。

本发明提供的技术方案如下：

一种深度相机，所述深度相机包括：发射模块和接收模块，其中：

所述发射模块包括至少一个发光组件，用于发射具有第一光谱特性的光线；

所述接收模块用于接收光线，所述接收模块的入光侧设置有至少一个滤光片，所述滤光片用于将射入所述接收模块的光线中至少除所述第一光谱特性以外的光线滤除。

进一步地，所述发光组件为可发射所述第一光谱特性的光源，以使所述发射模块发射的光线具备所述第一光谱特性。

进一步地，所述深度相机还包括：

波长控制模块，该波长控制模块用于对所述发光组件自身的波长进行调谐，以使所述发射模块发射的光线具备所述第一光谱特性。

进一步地，所述波长控制模块通过控制所述发光组件发射的光线的中心波长和线宽，以使所述发光组件发射的光线具备所述第一光谱特性；

所述滤光片的透过率曲线的中心波长与所述发光组件发射的光线的中心波长相匹配，所述滤光片的透过率曲线的带宽与所述发光组件发射的光线的线宽相匹配，以使射入所述接收模块的光线中至少除所述第一光谱特性以外的光线被所述滤光片滤除。

进一步地，所述滤光片的透过率曲线的中心波长与所述发光组件发射的光线的中心波长相同或所述滤光片的透过率曲线的中心波长与所述发光组件发射的光线的中心波长之间的差异在预设范围内，所述滤光片的透过率曲线的带宽大于或等于所述发光组件发射的光线的线宽。

进一步地，所述发光组件为多个，多个所述发光组件各自发射的光线均在所述滤光片的通光范围内。

本发明还提供了一种深度相机系统，包括多台深度相机，每个所述深度相机包括发射模块和接收模块，其中：

所述发射模块包括至少一个发光组件，用于发射具有第一光谱特性的光线；

所述接收模块用于接收光线，所述接收模块的入光侧设置有至少一个滤光片，所述滤光片用于将射入所述接收模块的光线中至少除所述第一光谱特性以外的光线滤除；

其中，不同深度相机发射模块发出的光线的光谱特性不同。

进一步地，所述发光组件为可发射所述第一光谱特性的光源，以使所述发射模块发射的光线具备所述第一光谱特性；所述深度相机系统中的多台深度相机可同时工作，每个所述深度相机中发光组件的光谱特性根据所述深度相机系统中深度相机的数量确定，以使不同深度相机的发光组件具有相应光谱特性的光源。

进一步地，所述深度相机还包括：

波长控制模块，该波长控制模块用于对所述发光组件自身的波长进行调谐，以使所述发光组件发射的光线具备所述第一光谱特性；

所述深度相机系统中的多台深度相机可同时工作，每个所述深度相机中发光组件的光谱特性根据所述深度相机系统中深度相机的数量确定，以使不同所述深度相机的波长控制模块对各自的发光组件发出光线的波长进行调谐。

进一步地，所述波长控制模块通过控制所述发光组件发射的光线的中心波长和线宽，以使所述发光组件发射的光线具备所述第一光谱特性；

所述滤光片的透过率曲线的中心波长与所述发光组件发射的光线的中心波长相匹配，所述滤光片的透过率曲线的线宽与所述发光组件发射的光线的线宽相匹配，以使射入所述接收模块的光线中至少除所述第一光谱特性以外的光线被所述滤光片滤除。

本申请实施例中的深度相机，通过对发射模块中的发光组件进行配置，可以使发射模块发出的光线具备第一光谱特性，同时，在接收模块的入光侧设置与第一光谱特性相匹配的滤光片，可以将射向接收模块的光线中至少除去第一光谱特性的光线滤除，只使得具备第一光谱特性的光线可以通过滤光片进入到接收模块中。从而使得深度相机的接收模块仅可以接收到发射模块发出的光线。在多台深度相机同时工作时，使不同深度相机接收到的光线不会相互干扰，使多台深度相机可以同时工作。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的一种深度相机的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的一种深度相机系统的示意图。

图3为本发明实施例提供的深度相机系统中多个深度相机发出光线的中心波长和线宽的示意图。

图4为本发明实施例提供的深度相机系统中多个深度相机滤光片透过率曲线的中心波长和带宽的结构示意图。

图5为本发明实施例提供的一种深度相机的结构示意图。

图6为本发明实施例提供的另一种深度相机的结构示意图。

图标：10-深度相机；101-发射模块；102-接收模块；111-发光组件；121-滤光片；103-波长控制模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

TOF深度相机对发射光的调制方式有脉冲调制和连续波调制两种，而多台TOF深度相机能否同时工作与相机光源的调制方式密切相关。对于脉冲调制方式，即光源不间断发出调制的脉冲光，该脉冲光经物体反射回到传感器时在传感器对应像素点上产生电荷积分，通过电荷量大小直接计算出调制光的飞行时间。

这种调制方式下，可以通过设置多个通道，每个通道采用不同形式的调制脉冲，已经可以实现四台相机同时工作，但需对每台相机进行不同设置，同时，这种方式也带来了背景光的提升，导致信噪比下降；或者可以通过精确时钟协议(precision time protocol)对多台TOF深度相机发出的脉冲时序进行控制，从而实现多台相机工作相互不受干扰，但这需要较高的控制精度，并且同时工作的相机数量也有限。对于连续波调制方式，即光源发出经过正弦调制的光，经物体反射后被传感器接收，在不同控制信号下产生对应的电荷积分，通过计算相位差间接获得调制光的飞行时间。这种调制方式下多台相机同时工作还没有很好的解决方法。

本申请实施例提供了一种深度相机10，如图1所示，所述深度相机10包括：发射模块101和接收模块102。

所述发射模块101包括至少一个发光组件111，所述至少一个发光组件111用于发射具有第一光谱特性的光线。发光组件111可以是半导体发光二极管、半导体激光器等光源，本申请实施例并不限制发光组件111的具体类型，可以根据需要的光谱特性确定发光组件111的具体类型。本申请中深度相机10配置的发光组件111可以是一个或多个，一个或多个发光组件111发射的光线可以使得发射模块101发出的光线具备第一光谱特性。具体的，可以预先确定发射模块101需要发射的光线的中心波长、线宽等参数，根据这些光谱特性，对发光组件111的具体类型进行选择，从而使发射模块101发出的光线具备有第一光谱特性。

所述接收模块102用于接收光线，所述接收模块102的入光侧设置有至少一个滤光片121，所述滤光片121用于将射入所述接收模块102的光线中至少除所述第一光谱特性以外的光线滤除。接收模块102可以包括TOF传感器等组件，可以根据接收到的光线进行深度信息的计算，本申请实施例中，在接收模块102的入光侧设置有滤光片121，滤光片121的数量可以为一个或多个，一个或多个滤光片121可以对进入到接收模块102的光线进行选择性的滤除。在本申请实施例中，滤光片121可以将光线中至少除第一光谱特性以外的光线滤除，从而使得光谱特性为第一光谱特性的光线可以穿过滤光片121进入到接收模块102内部。

第一光谱特性的光线是由深度相机10的发射模块101发出的，通过在接收模块102设置滤光片121，同时滤光片121允许第一光谱特性的光线进入到接收模块102，使得射向接收模块102的入光侧光线中的其他光线被滤光片121滤除，除去具备第一光谱特性的光线的其他光线不会对接收模块102造成影响，从而避免其他光线对深度相机10的干扰。例如，深度相机10可以采用窄线宽光源，滤光片121采用与窄线宽光源的光线的光谱特性相匹配的窄带宽滤光片121。

可以理解的是，本申请实施例中的第一光谱特性可以包括中心波长、线宽等参数，通过确定光源发出光线的中心波长的数值、线宽的数值，使发射模块101发出的光线具备独特的第一光谱特性。滤光片121的透过率曲线中的中心波长参数、带宽参数与光源发出光线的中心波长、线宽相匹配。同时光源光谱在该深度相机10配置的传感器的波长响应范围内。在深度相机10采用多个发光组件111作为光源时，不同光源之间中心波长和线宽的差异都可以在该深度相机10接收模块102配置的滤光片121的通光范围之内。

在多个深度相机10组合工作的场合中，不同的深度相机10的发光组件111配置的光源可以不同，或者不同的深度相机10的发光组件111经过波长调谐，使得不同的深度相机10发出的光线具备不同的光谱特性。同时，不同的深度相机10的接收模块102的入光侧，设置有与各自发射模块101发出的光线的光谱特性相匹配的滤光片121。如前所述，滤光片121仅可以使本深度相机10的发射模块101发出的光线通过，不符合本深度相机10发出光线的光谱特性的光线都可以被滤除。这就使得，多个深度相机10可以同时工作，多个深度相机10可以发射各自的光线，并且不同深度相机10发出的光线的光谱特性不同，同时通过配置各自对应的滤光片121，一台深度相机10发出的光线不会进入到另一台深度相机10的接收模块102中，使多台深度相机10同时工作也不会互相干扰。如图2所示，深度相机1中的发射模块101发出的光线，经过目标物体反射后，可以被深度相机1的接收模块102接收到。深度相机2发出的光线，会有一部分射向深度相机1的接收模块102，但由于不同深度相机10发出的光线的光谱特性不同，并且由于深度相机1配置的滤光片121仅能使深度相机1自身发出的光线透过，所以，深度相机2射向深度相机1的光线就会被滤除掉，深度相机2的光线就不会对深度相机1造成影响。

如图3和图4所示，在多个深度相机10同时工作的场合中，用λ_i和Δλ_i表示不同深度相机10发出光线的光谱的中心波长和线宽，不同深度相机10的滤光片121的透过率曲线的中心波长λ_fi和带宽Δλ_fi与各自光源发射的光线的光谱特性相匹配。

在一种具体实施方式中，如图5所示，所述深度相机10直接采用具有预先确定的光学参数的发光组件111，该发光组件111的中心波长和线宽可以预先确定，以使所述发光组件111发射的光线具备所述第一光谱特性。

在多台深度相机10同时工作的场合中，可以预先根据深度相机10的数量确定不同深度相机10发出光线的各自光谱特性。在一个多台深度相机10同时工作的场合中，光源参数和滤光片121透过率曲线共同决定了该场合中可以同时工作的深度相机10的数量。可以理解的是，同一场合中深度相机10的数量越多，多台深度相机10的光源的谱线就越密，光源光线的线宽也就越窄。每台深度相机10光源的光谱不在其他深度相机10接收模块102入光侧配置的滤光片121的通光范围之内。

所述滤光片121的透过率曲线的中心波长与所述发光组件111发射的光线的中心波长相匹配，所述滤光片121的透过率曲线的带宽与所述发光组件111发射的光线的线宽相匹配，以使射入所述接收模块102的光线中至少除所述第一光谱特性以外的光线被所述滤光片121滤除。

优选地，所述滤光片121的透过率曲线的中心波长与所述发光组件111发射的光线的中心波长相同或所述滤光片121的透过率曲线的中心波长与所述发光组件111发射的光线的中心波长之间的差异在预设范围内，使得所述滤光片121的透过率曲线的中心波长与所述发光组件111发射的光线的中心波长相接近，所述滤光片121的透过率曲线的带宽大于或等于所述发光组件111发射的光线的线宽。

在另一种具体实施方式中，如图6所示，所述深度相机10还包括波长控制模块103，波长控制模块103可以与发光组件111连接，该波长控制模块103用于对所述发光组件111自身的波长进行调谐，以使所述发光组件111发射的光线具备所述第一光谱特性。波长控制模块103可以根据接收到的控制指令对发光组件111发出的光线进行对应的波长调谐。

可以理解的是，所述波长控制模块103用于控制所述发光组件111发射的光线的中心波长和线宽，以使所述发光组件111发射的光线具备所述第一光谱特性。

波长控制模块103在对所述发光组件111进行波长调谐时，可以采用电流控制技术、温度控制技术等改变发光组件111的光谱特性。

深度相机10在工作过程中，发光组件111发出具备第一光谱特性的光线，这些光线照射到其他物体上，光线经过目标物体的反射后，有一部分光线射向接收模块102，同时射向接收模块102的光线中还会包含有其他深度相机10发出的光线或者包含有背景光。接收模块102入光侧设置的滤光片121的透过率曲线由于是与本深度相机10的发射模块101的光线的光谱特性相匹配的，滤光片121就可以将其他深度相机10发出的光线以及背景光滤除，使具备第一光谱特性的光线通过滤光片121而进入到接收模块102内，被接收模块102内的传感器接收，从而避免其他深度相机10的光线和背景光的干扰。

此外，发光组件111在采用半导体发光二极管、半导体激光器等光源时，这些光源的光谱特性会受温度的影响而发生变化，同一光源在不同的温度条件下发出的光线的中心波长、线宽等参数会发生变化。深度相机10上还可以设置相应的温度控制装置，使光源的工作温度恒定，避免温度影响对光源的光谱特性造成影响。

现有的多台深度相机10同时工作的方案一般都是基于光脉冲调制的发射方式，需要对同时工作的每台相机设置特定的脉冲形式或者特定的工作时序，但这种方案对脉冲控制精度、背景光抑制等提出了更高的要求，同时工作的相机数量也受到限制。与脉冲调制方式相比，连续波调制工作方式相对简单，但这种方式下不能像脉冲调制方式那样通过设置脉冲形式或者控制时序来实现多台同时工作，目前连续波调制的多台相机同时工作存在困难。

本申请实施例中的深度相机10，通过对发射模块101中的发光组件111进行配置，可以使发射模块101发出的光线具备第一光谱特性，同时，在接收模块102的入光侧设置与第一光谱特性相匹配的滤光片121，可以将射向接收模块102的光线中至少除去第一光谱特性的光线滤除，只使得具备第一光谱特性的光线可以通过滤光片121进入到接收模块102中。从而使得深度相机10的接收模块102仅可以接收到发射模块101发出的光线。在多台深度相机10同时工作时，使不同深度相机10接收到的光线不会相互干扰，使多台深度相机10可以同时工作。

采用本申请实施例中的多台深度相机10无需改变各台相机的操作控制，实现方法更简单。

本申请实施例还提供了一种深度相机系统，包括多台深度相机10，每个所述深度相机10包括发射模块101和接收模块102，其中：

所述发射模块101包括至少一个发光组件111，用于发射具有第一光谱特性的光线；

所述接收模块102用于接收光线，所述接收模块102的入光侧设置有至少一个滤光片121，所述滤光片121用于将射入所述接收模块102的光线中至少除所述第一光谱特性以外的光线滤除；

其中，不同深度相机10发射模块101发出的光线的光谱特性不同。

所述发光组件111可以为可发射所述第一光谱特性的光源，以使所述发射模块101发射的光线具备所述第一光谱特性；所述深度相机系统中的多台深度相机10可同时工作，每个所述深度相机10中发光组件111的光谱特性根据所述深度相机系统中深度相机10的数量确定，以使不同深度相机10的发光组件111具有相应光谱特性的光源。

在另一种实施方式中，所述深度相机10还包括波长控制模块103，该波长控制模块103用于对所述发光组件111自身的波长进行调谐，以使所述发光组件111发射的光线具备所述第一光谱特性。

所述深度相机系统中的多台深度相机10可同时工作，每个所述深度相机10中发光组件111的光谱特性根据所述深度相机系统中深度相机10的数量确定，以使不同所述深度相机10的波长控制模块103对各自的发光组件111发出光线的波长进行调谐。

详细的，所述波长控制模块103通过控制所述发光组件111发射的光线的中心波长和线宽，以使所述发光组件111发射的光线具备所述第一光谱特性。

所述滤光片121的透过率曲线的中心波长与所述发光组件111发射的光线的中心波长相匹配，所述滤光片121的透过率曲线的线宽与所述发光组件111发射的光线的线宽相匹配，以使射入所述接收模块102的光线中至少除所述第一光谱特性以外的光线被所述滤光片121滤除。具体描述可参见前述表述，这里不再赘述。

本申请实施例中，深度相机系统中的多个深度相机10可以发出光谱特性不同的光线，并且各个深度相机10配置有与各自发出光线相匹配的滤光片121，使得一台深度相机10接收到的光线不会包含其他深度相机10发出的光线，使多个深度相机10可以同时工作，不会相互干扰。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种深度相机，其特征在于，所述深度相机包括：发射模块和接收模块，其中：

所述发射模块包括至少一个发光组件，用于发射具有第一光谱特性的光线；

所述接收模块用于接收光线，所述接收模块的入光侧设置有至少一个滤光片，所述滤光片用于将射入所述接收模块的光线中至少除所述第一光谱特性以外的光线滤除。

2.根据权利要求1所述的深度相机，其特征在于，所述发光组件为可发射所述第一光谱特性的光源，以使所述发射模块发射的光线具备所述第一光谱特性。

3.根据权利要求1所述的深度相机，其特征在于，所述深度相机还包括：

波长控制模块，该波长控制模块用于对所述发光组件自身的波长进行调谐，以使所述发射模块发射的光线具备所述第一光谱特性。

4.根据权利要求3所述的深度相机，其特征在于，所述波长控制模块通过控制所述发光组件发射的光线的中心波长和线宽，以使所述发光组件发射的光线具备所述第一光谱特性；

所述滤光片的透过率曲线的中心波长与所述发光组件发射的光线的中心波长相匹配，所述滤光片的透过率曲线的带宽与所述发光组件发射的光线的线宽相匹配，以使射入所述接收模块的光线中至少除所述第一光谱特性以外的光线被所述滤光片滤除。

5.根据权利要求4所述的深度相机，其特征在于，所述滤光片的透过率曲线的中心波长与所述发光组件发射的光线的中心波长相同或所述滤光片的透过率曲线的中心波长与所述发光组件发射的光线的中心波长之间的差异在预设范围内，所述滤光片的透过率曲线的带宽大于或等于所述发光组件发射的光线的线宽。

6.根据权利要求2所述的深度相机，其特征在于，所述发光组件为多个，多个所述发光组件各自发射的光线均在所述滤光片的通光范围内。

7.一种深度相机系统，其特征在于，包括多台深度相机，每个所述深度相机包括发射模块和接收模块，其中：

所述发射模块包括至少一个发光组件，用于发射具有第一光谱特性的光线；

所述接收模块用于接收光线，所述接收模块的入光侧设置有至少一个滤光片，所述滤光片用于将射入所述接收模块的光线中至少除所述第一光谱特性以外的光线滤除；

其中，不同深度相机发射模块发出的光线的光谱特性不同。

8.根据权利要求7所述的深度相机系统，其特征在于，所述发光组件为可发射所述第一光谱特性的光源，以使所述发射模块发射的光线具备所述第一光谱特性；

所述深度相机系统中的多台深度相机可同时工作，每个所述深度相机中发光组件的光谱特性根据所述深度相机系统中深度相机的数量确定，以使不同深度相机的发光组件具有相应光谱特性的光源。

9.根据权利要求7所述的深度相机系统，其特征在于，所述深度相机还包括：

波长控制模块，该波长控制模块用于对所述发光组件自身的波长进行调谐，以使所述发光组件发射的光线具备所述第一光谱特性；

所述深度相机系统中的多台深度相机可同时工作，每个所述深度相机中发光组件的光谱特性根据所述深度相机系统中深度相机的数量确定，以使不同所述深度相机的波长控制模块对各自的发光组件发出光线的波长进行调谐。

10.根据权利要求9所述的深度相机系统，其特征在于，所述波长控制模块通过控制所述发光组件发射的光线的中心波长和线宽，以使所述发光组件发射的光线具备所述第一光谱特性；

所述滤光片的透过率曲线的中心波长与所述发光组件发射的光线的中心波长相匹配，所述滤光片的透过率曲线的线宽与所述发光组件发射的光线的线宽相匹配，以使射入所述接收模块的光线中至少除所述第一光谱特性以外的光线被所述滤光片滤除。