CN108333859A - 结构光投射装置、深度相机以基于深度相机的深度图像成像方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种结构光投射装置，包括光源组件、衍射光学元件、准直透镜系统，所述光源发射的光束经所述准直透镜系统准直后照射到所述衍射光学元件上，所述投射装置还包括：第一驱动件，所述第一驱动件驱动所述光源组件或/和所述衍射光学元件，以使所述光束与所述衍射光学元件相对运动，在所述衍射光学元件上形成可变工作区域；所述可变工作区域对所述光束进行衍射后，投射可变结构光图案。同时，还公开了一种采用该结构光投射装置的深度相机，该深度相机能够提高深度图像的成像质量，增加使用场景。此外，还公开了一种基于深度相机的深度图像成像方法，该方法成像质量高。

Description

结构光投射装置、深度相机以基于深度相机的深度图像成像 方法

技术领域

本发明属于光学成像领域，具体涉及结构光投射装置及深度相机以及基于深度相机的深度图像成像方法。

背景技术

随着科技发展，深度相机技术越来越完善，由于深度相机3D立体感更强，同时具有真实性更强，精度高，安全系数高等优点，因此深度相机正在逐步被应用于各个移动终端上。

结构光投影装置作为深度相机的重要构成部件，其功能的好坏直接影响到整个深度相机的功能，例如结构光投影模组投影效果差，会使得整个深度相机成像质量差。

结构光投影装置的原理是光源发出的光束经准直透镜系统准直后照射到衍射光学元件(Diffractive Optical Elements，DOE)，再经DOE衍射形成结构光图案后投影至空间目标表面。此过程中，DOE起到整束和复制作用，即DOE图案对入射光进行整束，输出结构光图案，使该结构光图案投影到空间目标表面的效果更佳。可以理解的是，不同的空间目标或场景一般需要不同的结构光图案以使投影效果更佳。当然，相同的结构光图案可以运用于不同的空间目标或场景，但需要相应的算法补偿投影误差以使投影效果更佳，否则，投影效果不佳。

现有技术中，DOE上只有部分区域的图案对入射光进行衍射，形成结构光图案，使得DOE图案的利用率低，造成DOE图案的浪费。例如，对于圆形DOE，可能只有中间小部分设置的图案被使用，造成其他区域图案的浪费。

申请公布号为CN107085343A的发明专利申请公开了一种结构光投影装置，该装置包括光源和图案生成器，光源发射的光束经图案生成器形成结构光图案并向外发射，所述结构光图案在至少一个维度上发生变化，使得在所述至少一个维度上当多个所述结构光图案有至少部分重叠时所述结构光图案可以被分辨。该装置仅公开了能够出射在至少一个维度上发生变化的结构光图案，并未公开是以怎样的方式出射变化的结构光图案，导致本领域技术人员不清楚怎样出射不同的结构光图案。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构光投射装置，该装置能够充分利用DOE图案，投射出可变结构光图案，以适配空间场景或目标，进而提高结构光图案的投影效果。

本发明的另一目的是提供了一种采用上述结构光投射装置的深度相机，该深度相机能够提高深度图像的成像质量，增加使用场景。

本发明的再一目的是提供了一种基于深度相机的深度图像成像方法，该方法通过自动反馈调节形成多个变化的结构光图案，并基于该多个结构光图案的结构光图像计算获得空间目标或场景的深度图像，因此，该方法成像质量高。

为实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种结构光投射装置，包括光源组件、衍射光学元件、准直透镜系统，所述光源发射的光束经所述准直透镜系统准直后照射到所述衍射光学元件上，其特征在于，所述投射装置还包括：

第一驱动件，所述第一驱动件驱动所述光源组件或/和所述衍射光学元件，以使所述光束与所述衍射光学元件相对运动，在所述衍射光学元件上形成可变工作区域；

所述可变工作区域对所述光束进行衍射后，投射可变结构光图案。

上述结构光投射装置能够根据空间目标或场景的特点，调节投射出与空间目标或场景适配的结构光图案，以提高结构光的投影效果，能够增大对采集的结构光图案的图像计算获得的深度图像的识别精度。

适配是指结构光图案投影到场景中后，能够几乎覆盖空间目标或场景，且几乎不出现空洞现象。例如，对于空间目标为一张脸，由于人眼处的光能量减弱或者投射不到，可以通过调节DOE对光束的工作区域，使预先在DOE上设计的带有两个圆圈的图案区域对光束进行衍射，投射出的结构光图案会有两个空洞，这两个空洞刚好投射到眼睛处，这样经过计算后能够获得更高质量的深度图像。例如，对于需要识别空间目标的一些非常重要的特征点时，调整DOE上图案密度较大的区域作为工作区域，这样结构光图案投影到空间目标上，通过对采集的结构光图像的计算，能够获得较多的深度信息，以便构造质量更佳的深度图像。

工作区域是被发射光束照射的位置区域，该位置区域的DOE图案会对入射光束进行衍射，出射结构光图案。

优选地，采用图案不一致的衍射光学元件时，以所述光束与所述衍射光学元件相对平移的方式，在所述衍射光学元件上形成可变工作区域。

衍射光学元件的图案不一致包含三种情况，分别为：(1)图案相同，如散斑颗粒、条纹或光栅，但是图案的分布密度不均匀；(2)图案不相同，一个DOE上包含多种图案，如可同时包含散斑颗粒和条纹，但是图案的分布密度均匀；(3)图案不相同，且图案的分布密度也不均匀。

由于衍射光学元件的图案不一致，仅通过平移入射光束，就可以改变入射到衍射光学元件的位置区域，即改变工作区域，该工作区域内的所有DOE图案对入射光束进行衍射，获得结构光图案。

优选地，所述第一驱动件驱动所述光源水平移动，改变所述光束照射到所述衍射光学元件的位置区域，以在所述衍射光学元件上形成可变工作区域。

优选地，所述光源组件包括：

反射元件，所述反射元件用于反射所述光源的发射光束到准直透镜系统上；

所述第一驱动件驱动所述反射元件水平移动，改变反射光束照射到所述衍射光学元件的位置区域，以在所述衍射光学元件上形成可变工作区域。

在光源固定的情况下，还可以采取反射元件改变发射光束的光路，进而调节到达衍射光学元件的位置区域，即改变衍射光学元件的工作区域，以投射不同的结构光图案。

优选地，所述第一驱动件驱动所述衍射光学元件转动，改变所述衍射光学元件的平面与发射光束的倾斜角度，以在所述衍射光学元件上形成可变工作区域。

采用图案一致的衍射光学元件时，第一驱动件驱动衍射光学元件转动，改变衍射光学元件的平面与发射光束的倾斜角度，能够调节对光束起衍射作用的DOE图案的尺寸，即获得可变工作区域，在可变工作区域的衍射下，出设可变结构光图案。

衍射光学元件的图案一致是指图案相同，且图案分布密度均匀。

在上述方案的基础上，所述装置还包括：

第二驱动件，所述第二驱动件驱动所述准直透镜系统竖直移动，改变所述准直透镜系统与所述光源之间的距离，以在所述衍射光学元件上形成可变工作区域。

第一驱动件和第二驱动件的共同作用下，入射光束和准直透镜系统同时移动，以改变衍射光学元件的工作区域，这样能够提高改变结构光图案的速度，提高结构光透射装置的响应速度。

一种结构光投射装置，包括光源、衍射光学元件、准直透镜系统，所述光源发射的光束经所述准直透镜系统准直后照射到所述衍射光学元件上，其特征在于，所述投射装置还包括：

第一驱动件，所述第一驱动件驱动所述准直透镜系统竖直移动，改变所述准直透镜系统与所述光源之间的距离，以在所述衍射光学元件上形成可变工作区域；

所述可变工作区域对所述光束进行衍射后，投射可变结构光图案。

在第一驱动件的驱动下，准直透镜系统能够在支撑架上垂直移动，改变准直透镜系统到光源的距离，进而改变准直透镜系统出射光束的分散程度，导致照射到衍射光学元件上的位置区域发生变化，即改变衍射光学元件的工作区域。当空间较大时，采用该种方式在能够调节结构光图案的前提下，避免光源来回移动，提高光源的使用寿命和发射光束的精准性。

进一步地，所述反射元件包括反射平面镜。

进一步地，所述光源包括激光发射器。

进一步地，所述投射装置还包括：支撑件，以支撑固定所述准直透镜系统和所述衍射光学元件。

一种深度相机，所述深度相机包括：

上述的结构光投射装置，出射可变结构光图案；

采集装置，采集所述结构光图案投影到空间目标或场景反射的结构光光束，形成结构光图像；

图像处理器，基于所述结构光图像计算空间目标或场景的深度图像；

控制器，根据所述深度图像的质量，调节并控制所述结构光投射装置出射可变结构光图案。

本发明的深度相机根据深度图像的质量，反馈控制并调节结构光投射装置投射出与空间目标或场景适配的结构光图案，直到输出满足输出条件的高质量的深度图像，因此，增大了深度相机的使用场景。

优选地，所述深度相机还包括：

RGB模组，用于采集空间目标或场景的二维图像；

所述控制器根据所述二维图像的特征，调节并控制所述结构光投射装置出射可变结构光图案。

通过RGB模组获得二维图像，并提取二维图像的特征点，根据该些特征点确定需要的光斑密度及光斑区域，通过控制器调控结构光投射装置投射出满足需求的结构光图案，以获得质量最佳的深度图像。这样能够避免图像处理器每次都计算深度图像，节省计算开销，在保证深度图像质量的前提下，提高深度相机的响应速度。

进一步地，基于所述结构光图像计算空间目标或场景的深度图像包括：

比较所述结构光图案与所述结构光图像，获得各像素点的差异值，基于所述差异值计算得到空间目标或场景的深度图像。

进一步地，根据所述深度图像的质量，调节并控制所述结构光投射装置出射可变结构光图案包括：

当深度图像的质量不满足输出条件时，调节并控制所述结构光投射装置出射可变结构光图案。

一种基于深度相机的深度图像成像方法，所述深度相机为上述深度相机，所述深度相机包括结构光投射装置、采集装置、图像处理器和控制器，所述方法包括以下步骤：

S01，调节结构光投射装置中的衍射光学元件对光束的工作区域，出射结构光图案至空间目标或场景；

S02，采集装置采集所述结构光图案投影到空间目标或场景反射的结构光光束，形成结构光图像；

S03，图像处理器比较所述结构光图案与所述结构光图像，获得空间目标或场景的深度信息，并保存；

S04，图像处理器融合累积的所有深度信息，计算获得空间目标或场景深度图像。

进一步地，所述深度图像成像方法还包括：

S05，控制器对所述深度图像的质量进行判断，若满足输出条件，输出深度图像；若不满足输出条件，依序循环执行S01～S04，直至所述深度图像满足输出条件后输出。

本发明的深度图像成像方法能够整合每次投影和采集获得的深度信息，计算得到高质量的深度图像。

优选地，所述比较所述结构光图案与所述结构光图像，获得空间目标或场景的深度信息包括：

比较所述结构光图案与所述结构光图像，获得各像素点的差异值，基于所述差异值计算得到空间目标或场景的深度图像。

上述的输出条件可以是人为控制的深度图像质量，也可以是控制器中设置的质量条件。当三维图像不满足质量条件时，控制结构光投射装置出射新结构光图案，直到获得三维图像满足质量条件为止。质量条件可以深度图像清晰，特征点表达清楚。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：

结构光投射装置充分利用DOE图案，提高DOE利用率，且能够根据空间目标或场景的特点投射与空间目标或场景适配的结构光图案，使得结构光图案的投影效果更佳；

深度相机由于内设有上述结构光投射装置，使得该相机的成像质量更高，同时增加该深度相机的应用场景，增大摄影空间范围；

在深度图像成像方法中，由于控制结构光投射装置投射不同的结构光图案，基于该结构光图案采集的图像信息获得多组深度信息，然后基于多组深度信息构造满足输出要求的深度图像，使得该方法的成像质量高。

附图说明

图1是实施例1提供的结构光投射装置的结构示意图；

图2是实施例2提供的结构光投射装置的结构示意图；

图3是实施例3提供的结构光投射装置的结构示意图；

图4是实施例4提供的结构光投射装置的结构示意图；

图5是实施例5提供的结构光投射装置的结构示意图；

图6是实施例6提供的结构光投射装置的结构示意图；

图7是实施例7提供的结构光投射装置的结构示意图；

图8是实施例8提供的深度相机的结构示意图；

图9是实施例9提供的深度相机的结构示意图；

图10是实施例10提供的基于深度相机的深度图像成像方法流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，而非以任何方式限制本发明的保护范围。在说明书的全文中，相同的附图标号指代相同的元件。表述“和/或”包括相关联的所有列相目中的一个或多个的任何和全部组合。

应注意，在本说明书中，第一、第二等的表述仅用于将一个特征与另一特征分开来，而不表示对特征的任何限定。因此，在不背离本申请的教导的情况下，下文中讨论的第一驱动件也可被称为第二驱动件。

在附图中，为了便于说明，已稍微夸大了物体的厚度、尺寸和形状。附图仅为示例而非严格按比例绘制。

还应理解的是，用语“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”，当在本说明书中使用时表示存在所陈述的特征、步骤、整体、操作、元件和/或部件，但不排除存在或附加有一个或多个其它特征、步骤、整体、操作、元件、部件和/或它们的组合。此外，当诸如“……中的至少一个”的表述出现在所列特征的列表之后时，修饰整个所列特征，而不是修饰列表中的单独部件。

如在本文中使用的用语“基本上”、“大约”以及类似的用于用作表示近似的用语，而不用作表示程度的用语，并且旨在说明将由本领域普通技术人员认识到的、测量值或计算值中的固有偏差。

除非另有限定，否则本文中使用的所有用语(包括技术用语和科学用语)均具有与本申请所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。还应理解的是，用语(例如在常用词典中定义的用语)应被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义一致的含义，并且将不被以理想化或过度正式意义解释，除非本文中明确如此限定。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

实施例1

图1是实施例1提供的结构光投射装置的结构示意图。如图1所示，本实施例提供的结构光投射装置包括衍射光学元件(DOE)101、支撑件102、光源103、第一驱动件104、准直透镜系统105、线路板106、金线107。

支撑件102安装于线路板106上，例如采用点胶工艺使得所述支撑件102粘结于线路板106，可以理解的是安装工艺除了点胶还可以为其他工艺。为了避让金线107，在支撑件102与光源103之间存有一定的间隔。光源103直接安装到线路板106上。支撑件102上设有限位台，用于固定支撑DOE 101和准直透镜系统105。第一驱动件104被设置于支撑架102上，且靠近线路板的位置。

第一驱动件104驱动光源103在线路板106上水平移动，改变光源的发射光束经准直透镜系统105准直后照射到DOE 101上的位置区域，以在DOE 101上形成可变工作区域。由于，本实施例采用的DOE 101的图案不一致，当改变光束照射位置时，即改变了对入射光束起衍射作用的图案，在该不同DOE图案的衍射下，出射不同的结构光图案。

本实施例仅通过移动光源，改变了DOE 101的工作区域，极大地提高了DOE 101上的图案利用率，同时，出射的可调结构光图案能够与投射与空间目标或场景的特点适配，为后面采集结构光图案的图像奠定基础，能够提高采集图像的识别精度。

应当理解的是，本实施例描述的所有安装方式均是示例性的，并不局限于此。只要满足通过调节出射不同结构光图案的安装方式均可以。

实施例2

图2是实施例2提供的结构光投射装置的结构示意图。如图2所示，本实施例提供的结构光投射装置在实施例1提供的装置上增加了反射元件108。光源103被固定安装于靠近支撑件102的线路板106上，且发射与线路板106平行的光束。反射元件108被驱动安装于线路板106上，能够反射光源103的发射光束到准直透镜系统105上。

本实施例中，第一驱动件104驱动反射元件108在线路板106上水平移动，改变反射光束照射到DOE 101的位置区域，以改变DOE 101的工作区域。由于，本实施例采用的DOE101的图案不一致，当改变光束照射位置时，即改变了对入射光束起衍射作用的图案，在该不同DOE图案的衍射下，出射不同的结构光图案。

在固定光源103的情况下，本实施例采用第一驱动件104驱动反射元件108水平移动，以改变DOE 101的工作区域，获得可变的结构光图案。本实施例提供的装置能够在保证获得可变结构光图案的前提下，避免光源103的来回移动，提高光源103的使用寿命和发射光束的精准性。

实施例3

图3是实施例3提供的结构光投射装置的结构示意图。如图3所示，本实施例提供的结构光投射装置在实施例1提供的装置基本相同，只是第一驱动件104设置于支撑件102上，且靠近准直透镜系统105的位置。第一驱动件104驱动准直透镜系统105竖直移动，改变光束照射到DOE 101的位置区域，以改变DOE 101的工作区域。

在第一驱动件104的驱动下，准直透镜系统105能够在支撑件102上竖直移动，改变准直透镜系统105到光源103的距离，进而改变准直透镜系统105出射光束的分散程度，导致照射到DOE 101的位置区域发生变化，即改变衍射光学元件的工作区域。当空间较大时，采用该种方式在能够调节结构光图案的前提下，避免光源103来回移动，提高光源的使用寿命和发射光束的精准性。

实施例4

图4是实施例4提供的结构光投射装置的结构示意图。如图4所示，本实施例提供的结构光投射装置包括DOE101、支撑件102、光源103、两个第一驱动件104、准直透镜系统105、线路板106金线107。

支撑件102采用点胶工艺以粘结的方式安装于线路板106上。为了避让金线107，在支撑件102与光源103之间存有一定的间隔。光源103直接安装到线路板106上。支撑件102的顶端固定支撑DOE 101和驱动DOE 101转动的第一驱动件104，准直透镜系统105设于光源发射光束的光路上。

两个第一驱动件104共同驱动DOE 101转动，改变DOE 101的平面与发射光束的倾斜角度，以在DOE 101上形成可变工作区域。由于本实施例采用图案一致的DOE 101时，第一驱动件104驱动动DOE 101转动，改变动DOE 101的平面与发射光束的倾斜角度，能够调节对光束起衍射作用的DOE图案的尺寸，例如，DOE图案为狭缝时，通过改变发射光束与DOE 101的倾斜角度，即改变了狭缝的宽度，因此，能够获得可变工作区域，在可变工作区域的衍射下，出设可变结构光图案。

本实施例提供的装置能够在保证获得可变结构光图案的前提下，避免光源103的来回移动，提高光源103的使用寿命和发射光束的精准性。

实施例5

图5是实施例5提供的结构光投射装置的结构示意图。如图5所示，本实施例提供的结构光投射装置在实施例1提供的装置上增加了第二驱动件109。第二驱动件109被安装在支撑件102上，且靠近准直透镜系统105。第二驱动件109驱动准直透镜系统105竖直移动，改变准直透镜系统105与光源103之间的距离，以改变DOE 101的工作区域。

第一驱动件104和第二驱动件109的共同作用下，光源103和准直透镜系统105同时移动，以改变DOE 101的工作区域，这样能够提高改变结构光图案的速度，提高结构光透射装置的响应速度。

实施例6

图6是实施例6提供的结构光投射装置的结构示意图。如图6所示，本实施例提供的结构光投射装置在实施例2提供的装置上增加了第二驱动件109。第二驱动件109被安装在支撑件102上，且靠近准直透镜系统105。第二驱动件109驱动准直透镜系统105竖直移动，改变准直透镜系统105与光源103之间的距离，以改变DOE 101的工作区域。

第一驱动件104和第二驱动件109的共同作用下，反射元件108和准直透镜系统105同时移动，以改变DOE 101的工作区域，这样能够提高改变结构光图案的速度，提高结构光透射装置的响应速度。

实施例7

图7是实施例7提供的结构光投射装置的结构示意图。如图7所示，本实施例提供的结构光投射装置在实施例4提供的装置上增加了第二驱动件109。第二驱动件109被安装在支撑件102上，且靠近准直透镜系统105。第二驱动件109驱动准直透镜系统105竖直移动，改变准直透镜系统105与光源103之间的距离，以改变DOE 101的工作区域。

第一驱动件104和第二驱动件109的共同作用下，DOE 101转动，准直透镜系统105移动，以改变DOE 101的工作区域，这样能够提高改变结构光图案的速度，提高结构光透射装置的响应速度。

应当理解的是，实施例1～7描述的所有安装方式均是示例性的，并不局限于此。只要满足通过调节出射不同结构光图案的安装方式均可以。

应当理解的是，实施例1～7描述的第一驱动件104、第二驱动件109的个数至少为一个，且不局限于实施例1～7所描述的设置位置。

上述的实施例1～3,5,6提供的结构光投影装置均采用的图案不一致的DOE，其中，不一致包括以下三种情况：(1)图案相同，如散斑颗粒、条纹或光栅，但是图案的分布密度不均匀；(2)图案不相同，一个DOE上包含多种图案，如可同时包含散斑颗粒和条纹，但是图案的分布密度均匀；(3)图案不相同，且图案的分布密度也不均匀。分布密度均匀是指图案以均匀密度排布在DOE上。分布密度不均匀是指图案分布相对均匀但具有很高的局部不相关性。这里的局部不相关性指的是图案中各个子区域都具有较高的唯一性。

上述实施例4和7提供的结构光投影装置均采用的图案一致的DOE，此处的图案一致是指图案相同，且图案分布密度均匀。

上述实施例1～7提供的结构光投影装置中，光源101可以为激光发射器，并安装于线路板106。

上述实施例2,6提供的结构光投影装置中，反射元件可以为反射平面镜，该反射平面镜的反射面以一定的倾角倾斜设置在线路板106上，反射光源101发射的光束。

上述实施例1～7提供的结构光投影装置中，第一驱动件104、第二驱动件109可以为压电马达、音圈马达、微电机。

在实际应用中，上述实施例1～7提供的结构光投射装置均可以没有支撑架102，DOE 101和准直透镜系统105以及第一驱动件104和第二驱动件109均可以设置在镜筒上。

实施例8

图8是实施例8提供的深度相机的结构示意图。如图8所示，本实施例提供的深度相机包括结构光投射装置801、采集装置802、线路板805、图像处理器803、控制器804。图像处理器803、控制器804均设于线路板805上，结构光投射装置801、采集装置802与线路板805通讯连接。

首先，结构光投射装置801出射结构光图案到空间目标或场景上；然后，采集装置802采集结构光图案投影到空间目标或场景后形成的结构光图像；接下来，图像处理器803比较结构光图案与结构光图像，获得各像素点的差异值，基于差异值计算得到空间目标或场景的深度图像；最后，控制器804根据所述深度图像的质量，调节并控制所述结构光投射装置出射可变结构光图案。

本实施例提供的深度相机根据深度图像的质量，反馈控制并调节结构光投射装置投射出与空间目标或场景适配的结构光图案，直到输出满足输出条件的高质量的深度图像，因此，增大了深度相机的使用场景。

实施例9

图9是实施例9提供的深度相机的结构示意图。如图9所示，本实施例提供的深度相机在实施例8提供的深度相机的基础上，还包括RGB模组806，该RGB模组806采集空间目标或场景的二维图像，控制器804根据所述二维图像的特征，调节并控制结构光投射装置801出射与空间目标或场景适配的结构光图案。这样能够避免图像处理器每次都计算深度图像，节省计算开销，在保证深度图像质量的前提下，提高深度相机的响应速度。

上述实施例8、9提供的深度相机中，控制器804判断当深度图像的质量不满足输出条件时，调节并控制所述结构光投射装置出射与空间目标或场景适配的结构光图案。

上述实施例8、9提供的深度相机中，结构光投射装置801可以为实施例1～7提供的结构光投射装置。

实施例10

图10是实施例10提供的基于深度相机的深度图像成像方法流程示意图。本实施例提供的深度图像成像方法是采用实施例8或实施例9提供的深度相机实现的。如图10所示，该成像方法包括以下步骤：

S1001，调节结构光投射装置中的衍射光学元件对光束的工作区域，出射结构光图案至空间目标或场景；

S1002，采集装置采集所述结构光图案投影到空间目标或场景反射的结构光光束，形成结构光图像；

S1003，图像处理器比较所述结构光图案与所述结构光图像，获得空间目标或场景的深度信息，并保存；

S1004，图像处理器融合累积的所有深度信息，计算获得空间目标或场景深度图像；

S1005，判断深度图像是否满足输出条件，若是，执行S1006；若否，跳转执行S1001；

S1006，输出深度图像。

该成像方法能够整合每次投影和采集获得的深度信息，计算得到高质量的深度图像。

上述的输出条件可以是人为控制的深度图像质量，也可以是控制器中设置的质量条件。当三维图像不满足质量条件时，控制结构光投射装置出射新的结构光图案，直到获得三维图像满足质量条件为止。质量条件可以深度图像清晰，特征点表达清楚。

以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (19)

1.一种结构光投射装置，包括光源组件、衍射光学元件、准直透镜系统，所述光源发射的光束经所述准直透镜系统准直后照射到所述衍射光学元件上，其特征在于，所述投射装置还包括：

第一驱动件，所述第一驱动件驱动所述光源组件或/和所述衍射光学元件，以使所述光束与所述衍射光学元件相对运动，在所述衍射光学元件上形成可变工作区域；

所述可变工作区域对所述光束进行衍射后，投射可变结构光图案。

2.如权利要求1所述的结构光投射装置，其特征在于，所述第一驱动件驱动所述光源水平移动，改变所述光束照射到所述衍射光学元件的位置区域，以在所述衍射光学元件上形成可变工作区域。

3.如权利要求1所述的结构光投射装置，其特征在于，所述光源组件包括：

反射元件，所述反射元件用于反射所述光源的发射光束到准直透镜系统上；

所述第一驱动件驱动所述反射元件水平移动，改变反射光束照射到所述衍射光学元件的位置区域，以在所述衍射光学元件上形成可变工作区域。

4.如权利要求1所述的结构光投射装置，其特征在于，所述第一驱动件驱动所述衍射光学元件转动，改变所述衍射光学元件的平面与发射光束的倾斜角度，以在所述衍射光学元件上形成可变工作区域。

5.如权利要求1所述的结构光投射装置，其特征在于，所述装置还包括：

第二驱动件，所述第二驱动件驱动所述准直透镜系统竖直移动，改变所述准直透镜系统与所述光源之间的距离，以在所述衍射光学元件上形成可变工作区域。

6.如权利要求2所述的结构光投射装置，其特征在于，所述装置还包括：

第二驱动件，所述第二驱动件驱动所述准直透镜系统竖直移动，改变所述准直透镜系统与所述光源之间的距离，以在所述衍射光学元件上形成可变工作区域。

7.如权利要求3所述的结构光投射装置，其特征在于，所述装置还包括：

第二驱动件，所述第二驱动件驱动所述准直透镜系统竖直移动，改变所述准直透镜系统与所述光源之间的距离，以在所述衍射光学元件上形成可变工作区域。

8.如权利要求4所述的结构光投射装置，其特征在于，所述装置还包括：

第二驱动件，所述第二驱动件驱动所述准直透镜系统竖直移动，改变所述准直透镜系统与所述光源之间的距离，以在所述衍射光学元件上形成可变工作区域。

9.如权利要求3或7所述的结构光投射装置，其特征在于，所述反射元件包括反射平面镜。

10.一种结构光投射装置，包括光源、衍射光学元件、准直透镜系统，所述光源发射的光束经所述准直透镜系统准直后照射到所述衍射光学元件上，其特征在于，所述投射装置还包括：

第一驱动件，所述第一驱动件驱动所述准直透镜系统竖直移动，改变所述准直透镜系统与所述光源之间的距离，以在所述衍射光学元件上形成可变工作区域；

所述可变工作区域对所述光束进行衍射后，投射可变结构光图案。

11.如权利要求1～10任一项所述的结构光投射装置，其特征在于，所述光源包括激光发射器。

12.如权利要求1～10任一项所述的结构光投射装置，其特征在于，所述投射装置还包括：

支撑件，以支撑固定所述准直透镜系统和所述衍射光学元件。

13.一种深度相机，其特征在于，所述深度相机包括：

如权利要求1～10任一项所述的结构光投射装置，出射可变结构光图案；

采集装置，采集所述结构光图案投影到空间目标或场景反射的结构光光束，形成结构光图像；

图像处理器，基于所述结构光图像计算空间目标或场景的深度图像；

控制器，根据所述深度图像的质量，调节并控制所述结构光投射装置出射可变结构光图案。

14.如权利要求13所述的深度相机，其特征在于，所述深度相机还包括：

RGB模组，用于采集空间目标或场景的二维图像；

所述控制器根据所述二维图像的特征，调节并控制所述结构光投射装置出射可变结构光图案。

15.如权利要求13或14所述的深度相机，其特征在于，基于所述结构光图像计算空间目标或场景的深度图像包括：

比较所述结构光图案与所述结构光图像，获得各像素点的差异值，基于所述差异值计算得到空间目标或场景的深度图像。

16.如权利要求13或14所述的深度相机，其特征在于，根据所述深度图像的质量，调节并控制所述结构光投射装置出射可变结构光图案包括：

当深度图像的质量不满足输出条件时，调节并控制所述结构光投射装置出射可变结构光图案。

17.一种基于深度相机的深度图像成像方法，其特征在于，所述深度相机为权利要求13或14所述的深度相机，所述深度相机包括结构光投射装置、采集装置、图像处理器和控制器，所述方法包括以下步骤：

S01，调节结构光投射装置中的衍射光学元件对光束的工作区域，出射结构光图案至空间目标或场景；

S02，采集装置采集所述结构光图案投影到空间目标或场景反射的结构光光束，形成结构光图像；

S03，图像处理器比较所述结构光图案与所述结构光图像，获得空间目标或场景的深度信息，并保存；

S04，图像处理器融合累积的所有深度信息，计算获得空间目标或场景深度图像。

18.如权利要求17所述的基于深度相机的深度图像成像方法，其特征还在于，所述深度图像成像方法还包括：

S05，对所述深度图像的质量进行判断，若满足输出条件，输出深度图像；若不满足输出条件，依序循环执行S01～S04，直至所述深度图像满足输出条件后输出。

19.如权利要求17所述的基于深度相机的深度图像成像方法，其特征在于，所述比较所述结构光图案与所述结构光图像，获得空间目标或场景的深度信息包括：

比较所述结构光图案与所述结构光图像，获得各像素点的差异值，基于所述差异值计算得到空间目标或场景的深度图像。