CN108681726A - 3d芯片模组、身份识别装置及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本申请适用于光电技术领域，提供了一种3D芯片模组，其包括光源控制器、深度测量单元、图像获取单元及3D图像生成器。该光源控制器用于控制一光源模组发射时间结构光至一目标物。该深度测量单元用于获取被该目标物所反射的时间结构光，以得到该目标物的深度信息。该图像获取单元用于获取该目标物的二维图像。该3D图像生成器用于根据该目标物的二维图像及深度信息，生成该目标物的3D图像。该深度测量单元和该图像获取单元共用外接的晶体振荡器。本申请还提供一种身份识别装置及电子设备。

Description

3D芯片模组、身份识别装置及电子设备
技术领域
本申请属于光电技术领域，尤其涉及一种3D(3Dimension，三维)芯片模组、身份识别装置及电子设备。
背景技术
现在的3D芯片模组一般包括两个独立工作的模组，其中一个模组采用飞行时间(Fly of Flight，TOF)技术获取目标物的深度信息，另外一个模组用于获取目标物的二维图像。通常TOF模组不带外接晶振，所以精度以及稳定不高。
发明内容
本申请所要解决的技术问题在于提供一种3D芯片模组、身份识别装置及电子设备，旨在有效提高3D图像的生成速度。
本申请是这样实现的，一种3D芯片模组，其包括光源控制器、深度测量单元、图像获取单元及3D图像生成器。该光源控制器用于控制一光源模组发射时间结构光至一目标物。该深度测量单元用于获取被该目标物所反射的时间结构光，以得到该目标物的深度信息。该图像获取单元用于获取该目标物的二维图像。该3D图像生成器用于根据该目标物的二维图像及深度信息，生成该目标物的3D图像。该深度测量单元和该图像获取单元共用外接的晶体振荡器。
在某些实施方式中，该3D芯片模组进一步包括时钟发生器。该深度测量单元和该图像获取单元分别通过一所述时钟发生器与该晶体振荡器连接。
在某些实施方式中，该时钟发生器包括锁相环和分频器。
在某些实施方式中，该3D芯片模组包括三个所述时钟发生器。该3D芯片模组还包括一个处理器及一个数据接口。该三个时钟发生器分别连接该晶体振荡器。该处理器通过该数据接口与一所述时钟发生器连接。该深度测量单元和该图像获取单元分别与另外两个所述时钟发生器分别连接。
在某些实施方式中，该3D芯片模组还包括图像增强单元。该图像增强单元与该图像获取单元及该3D图像生成器电连接，用于提高该二维图像的清晰度。
在某些实施方式中，该深度测量单元采用飞行时间测距技术原理感测该目标物的深度信息。该深度测量单元根据该时间结构光由该光源模组发射出到被该目标物反射后被该距离传感器所捕获的时间差或相位差，以得到该目标物的深度信息。
在某些实施方式中，该深度测量单元包括距离感测控制器、距离传感器及距离计算器。该距离感测控制器与该光源控制器电连接，用于获取该时间结构光的发射时间。该距离传感器用于获取被该目标物所反射的光线，并得到该时间结构光的接收时间。该距离计算器用于根据该时间结构光的发射时间及接收时间，计算出该目标物的深度信息。
在某些实施方式中，该深度测量单元以及与该深度测量单元相配合的时钟发生器的锁相环被集成在一个芯片上。该光源控制器、该图像获取单元、该3D图像生成器、与该深度测量单元相配合的时钟发生器的时钟分频器、以及另外两个时钟发生器被集成在另外一个芯片上；且该两个芯片相互电连接，以进行信号传递。
在某些实施方式中，该图像获取单元包括RGB图像传感器或/和红外图像传感器，该RGB图像传感器或/和红外图像传感器用于感测该目标物的二维图像。
在某些实施方式中，该光源控制器用于控制该光源模组分时发射红外时间结构光和红外泛光。当该光源模组发射该红外时间结构光时，该深度测量单元用于获取被该目标物所反射的红外时间结构光，以得到该目标物的深度信息。当该光源模组发射该红外泛光时，该红外图像传感器用于获取被该目标物反射的红外泛光，以得到该目标物的二维图像。
本申请还提供了一种身份识别装置，其包括识别模组及上述的3D芯片模组。该识别模组用于根据该3D芯片模组所获取的该目标物的3D图像进行身份识别。
在某些实施方式中，该身份识别装置包括脸部识别装置。
本申请还提供了一种电子设备，其包括上述的身份识别装置。所述电子设备用于根据该身份识别装置的识别结果来对应是否执行相应的功能。
在某些实施方式中，所述相应的功能包括解锁、支付、启动预存的应用程序中的任意一种或几种。
本申请与现有技术相比，有益效果在于：该深度测量单元与该图像传感单元封装在同一个模组里，可以共用该图像传感单元外接的晶体振荡器，因此，该深度测量单元的感测精度与稳定性较高。相应地，具有该3D芯片模组的3D成像系统、身份识别装置、以及电子设备的用户体验较好。
附图说明
图1是本申请第一实施例提供的3D芯片模组的结构示意图。
图2是图1的3D芯片模组的深度测量单元的功能模块图。
图3是本申请第二实施例提供的镜头组件的结构示意图。
图4是本申请第三实施例提供的3D成像系统的功能模块图。
图5是本申请第四实施例提供的身份识别装置的功能模块图。
图6是本申请第五实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设定进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设定之间的关系。
进一步地，所描述的特征、结构可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本申请的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员应意识到，没有所述特定细节中的一个或更多，或者采用其它的结构、组元等，也可以实践本申请的技术方案。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构或者操作以避免模糊本申请。
如图1所示，本申请第一实施例所提供的一种3D芯片模组100，用于生成3D图像。该3D芯片模组100包括光源控制器10、深度测量单元20、图像获取单元30、3D图像生成器40及时钟发生器51。
该光源控制器10用于控制一光源模组101主动分时发射时间结构光及泛光至一目标物。该光源模组101例如发射的是红外时间结构光和红外泛光，然而，可变更地，该光源模组101也可发射可见光或紫外光范围内的光线。
进一步地，在某些变更实施方式中，该光源模组101例如也可并不发射泛光，而由RGB图像传感器通过采集环境光来感测目标物的二维图像。
所述时间结构光例如但不局限为呈方波或正弦波等形式的光信号。以方波为例，当该光源模组101发出时间结构光时，则该方波为高电平状态，而当该光源模组101停止发出时间结构光时，则该方波为低电平状态。
该深度测量单元20用于获取被该目标物所反射的时间结构光，以得到该目标物的深度信息。在本实施例中，该深度测量单元20采用飞行时间(Time ofFlight，TOF)测距技术感测该目标物的深度信息，该飞行时间测距技术的原理是：根据该时间结构光由该光源模组101发射出到被该目标物反射后被距离传感器21(见图2)所捕获的时间差或相位差，以得到该目标物的深度信息。
如图2所示，该深度测量单元20还包括距离传感器21、距离感测控制器22及距离计算器23。该距离感测控制器22与该光源控制器10电连接，用于获取该时间结构光的发射时间。该距离传感器22用于获取被该目标物所反射的光线，并得到该时间结构光的接收时间。该距离计算器23用于根据该时间结构光的发射时间及接收时间，计算出该目标物的深度信息。在本实施例中，该距离传感器21为TOF距离传感器。
该图像获取单元30例如包括图像传感器31(见图3)，用于获取被该目标物所反射的泛光，以得到该目标物的二维图像。可替代地，该图像获取单元30例如包括RGB图像传感器，该RGB图像传感器用于获取被该目标物体反射回来的环境光，以得到该目标物的二维图像。
在某些实施方式中，该图像获取单元30通常包括红外图像传感器和RGB图像传感器这两者。在环境光线合适时，例如白天且顺光情况下，采用该RGB图像传感器感测获得该目标物的二维图像；在环境光线不合适时，例如晚上或白天逆光的情况下，采用该红外图像传感器31感测该目标物的二维图像。或者，该RGB图像传感器和该红外图像传感器31同时采集该目标物的二维图像也是可以的。
该3D图像生成器40用于根据该目标物的二维图像及深度信息，生成该目标物的3D图像。
由于现有技术中的深度测量单元并没有通过时钟发生器连接外部的晶体振荡器，导致即使深度测量单元单独工作，其内部的各电子元件没有较高精度的参考基准，从而使得深度测量单元的精度及稳定度都不高。本申请的深度测量单元20通过该时钟发生器51与该晶体振荡器102电连接，能有效提高该深度测量单元20的精度及稳定度，从而提高该3D图像的质量(比如清晰度、色彩饱和度等参数)。
在本实施例中，该3D芯片模组100包括多个时钟发生器51。该深度测量单元20和该图像获取单元30分别通过对应的时钟发生器51与该晶体振荡器102电连接。
通常，该图像获取单元30由于高速工作而例如通过MIPI接口外接晶体振荡器102。在本申请中，通过将深度测量单元20与图像获取单元30等元件封装在一个模组中，使得该深度测量单元20共用该外接的晶体振荡器102。从而，使得该深度测量单元20的感测精度与稳定性得到提高。
该多个时钟发生器51例如均包括锁相环(Phase Locked Loop，PLL)与时钟分频器。
可选地，该3D芯片模组100还包括一个处理器60及一个数据接口70。该光源控制器10及该3D图像生成器40通过该处理器60及该数据接口70与同一个时钟发生器51电连接。该数据接口70包括移动产业处理器接口(Mobile Industry Processor Interface，MIPI)，以实现该3D芯片模组100与外部应用设备进行数据传输以及实现其内部元件之间的数据传输。
可变更地，在其它实施例中，该时钟发生器51例如也可为内置在该3D芯片模组100的处理器60中。
进一步的，为了提高该3D的清晰度，该3D芯片模组100还包括图像增强单元80。该图像增强单元80与该图像获取单元30及该3D图像生成器40电连接，用于提高该二维图像的清晰度。具体的，该图像增强单元80通过对图像中包含的亮度和色彩等信息进行增幅，或者将这些信息变换成其他形式的信息，然后通过各种手段来获得清晰图像。根据需要增强的信息不同，有边缘增强、灰度增强、色彩饱和度增强等方法。
进一步的，根据该3D芯片模组100内的该光源控制器10、该深度测量单元20、该图像获取单元30、该3D图像生成器40、该时钟发生器51、该处理器60、该数据接口70及该图像增强单元80的制作工艺的不同，将该深度测量单元20和与其相配合的时钟发生器51中的锁相环集成在一个芯片上；将该光源控制器10、该图像获取单元30、该3D图像生成器40、与该深度测量单元20相配合的时钟发生器51中的时钟分频器、另外两个时钟发生器51、该处理器60、该数据接口70及该图像增强单元80集成在另外一个芯片上；且该两个芯片相互电连接，以进行信号传递。
进一步的，该3D芯片模组100还包括一个电源模组103，用于给该光源控制器10、该深度测量单元20、该图像获取单元30、该3D图像生成器40及该时钟发生器51提供电能。
为了与电子设备更轻更薄的需求相适配，传感器件小型化已势在必行。目前，3D传感技术已逐渐成为潮流，因此如何将3D传感器件小型化已成为本技术领域亟待解决的技术问题。为此，本申请下面提供下面实施方式的镜头组件200，从而使得3D芯片模组100小型化。
如图3所示，本申请第二实施例提供一种镜头组件200，其设置在上述的3D芯片模组100的进光侧，用于将该目标物所反射的光线传输到该图像获取单元30的该图像传感器31和该深度测量单元20的该距离传感器21。
该镜头组件200包括第一成像镜头210、光路选择元件220、反射镜230及第二成像镜头240。
该第一成像镜头210用于将该目标物所反射的光线进行会聚，使得会聚后的光线能够聚焦在该图像传感器31上进行成像。
在本实施例中，该光路选择元件220固定设置在该第一成像镜头210与该图像传感器31之间。该光路选择元件220是具有半穿半反特性的光学元件。相应地，当经由该第一成像镜头210会聚后的光线的一部分透射出该光路选择元件220，另一部分反射至该反射镜230。
当该图像传感器31为红外图像传感器时，该图像传感器31和该距离传感器21例如分时工作。
当该图像传感器31为RGB图像传感器时，该图像传感器31和该距离传感器21例如分时或同时工作都可。
可变更地，在其它实施例中，该光路选择元件220可活动地设置在该第一成像镜头210与该图像传感器31之间，例如，当该光源模组101发射泛光时，该光路选择元件220被移动或旋转，使得被该第一成像镜头210会聚后的光线能不经过该光路选择元件220直接聚焦在该图像传感器31上进行成像；当该光源模组101发射时间结构光时，该光路选择元件220回到该第一成像镜头210与该图像传感器31之间，用于将被该第一成像镜头210会聚后的该时间结构光反射至该反射镜230。
可变更地，在其它实施例中，该图像传感器31和该距离传感器21也可以调换位置。另外，该距离传感器21例如也可被替换为其它合适类型的传感器。例如，该距离传感器21被替换为接收空间结构光的红外图像传感器。类似地，该图像传感器31也可被替换为其它合适类型的传感器。
所述空间结构光例如为呈散斑式、条纹式、网格式、编码式等图案。该反射镜230用于将该光路选择元件220所反射的时间结构光反射至该第二成像镜头240内。
该第二成像镜头240用于将该反射镜230所反射的光线进行会聚，使得会聚后的红外时间结构光能够聚焦在该距离传感器21上。
该镜头组件200也并不局限设置在上述的3D芯片模组100中，也可设置其它的芯片模组中。通过设置该镜头组件200，从而可以将该图像传感器31和该距离传感器21做在同一个采集面上，进而能够使该3D芯片模组100小型化。
如图4所示，本申请第三实施例提供一种3D成像系统300，其包括上述的3D芯片模组100及上述的镜头组件200。
该镜头组件200设置在该3D芯片模组100的进光侧，用于将该目标物所反射的光线传输到达该图像获取单元30和该深度测量单元20。
该3D芯片模组100根据该图像获取单元30所得到的该目标物的二维图像信息及该深度测量单元20所得到的该目标物的深度信息，生成3D图像。
如图5所示，本申请第四实施例所提供的一种身份识别装置400，其包括识别模组410及上述的3D成像系统300。
该识别模组310用于根据该3D成像系统300所获取的该目标物的3D图像进行身份识别。
该身份识别装置400例如为脸部识别装置。然，该身份识别装置400也可用于识别人体的其它合适部位，甚至用于识别其它的生物体或非生物体。
进一步的，如图5所示，本申请第五实施例提供一种电子设备500，其例如但不局限于为消费性电子产品、家居式电子产品、车载式电子产品、金融终端产品等合适类型的电子产品。其中，消费性电子产品例如但不局限为手机、平板电脑、笔记本电脑、桌面显示器、电脑一体机等。家居式电子产品例如但不局限为智能门锁、电视、冰箱、穿戴式设备等。车载式电子产品例如但不局限为车载导航仪、车载DVD等。金融终端产品例如但不局限为ATM机、自助办理业务的终端等。所述电子设备500包括上述身份识别装置400。所述电子设备500根据所述身份识别装置400的身份识别结果来对应是否执行相应的功能。所述相应的功能例如但不局限于包括解锁、支付、启动预存的应用程序中的任意一种或几种。
在本实施方式中，以电子设备500为手机为例进行说明。所述手机例如为全面屏的手机，所述身份识别装置400例如设置在手机的正面顶端。当然，所述手机也并不限制于全面屏手机。
例如，当用户需要进行开机解锁时，抬起手机或触摸手机的屏幕都可以起到唤醒该身份识别装置400的作用。当该身份识别装置400被唤醒之后，识别该手机前方的用户是合法的用户时，则解锁屏幕。
与现有技术相比较，本申请的3D芯片模组100中的深度测量单元20共用该图像获取单元30的外接晶体振荡器102，因此，该3D芯片模组100的感测精度与稳定性较高。相应地，具有该3D芯片模组100的3D成像系统300、身份识别装置400及电子设备500的用户体验较好。另外，该镜头组件可有助于该3D芯片模组的小型化，从而能够适用于电子设备的轻薄化的用户需求。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种3D芯片模组，其特征在于，其包括光源控制器、深度测量单元、图像获取单元及3D图像生成器；该光源控制器用于控制一光源模组发射时间结构光至一目标物；该深度测量单元用于获取被该目标物所反射的时间结构光，以得到该目标物的深度信息；该图像获取单元用于获取该目标物的二维图像；该3D图像生成器用于根据该目标物的二维图像及深度信息，生成该目标物的3D图像；该深度测量单元和该图像获取单元共用外接的晶体振荡器。
2.如权利要求1所述的3D芯片模组，其特征在于，该3D芯片模组进一步包括时钟发生器，该深度测量单元和该图像获取单元分别通过一所述时钟发生器与该晶体振荡器连接。
3.如权利要求2所述的3D芯片模组，其特征在于，该时钟发生器包括锁相环和分频器。
4.如权利要求3所述的3D芯片模组，其特征在于，该3D芯片模组包括三个所述时钟发生器，该3D芯片模组还包括一个处理器及一个数据接口，该三个时钟发生器分别连接该晶体振荡器，该处理器通过该数据接口与一所述时钟发生器连接，该深度测量单元和该图像获取单元分别与另外两个所述时钟发生器分别连接。
5.如权利要求4所述的3D芯片模组，其特征在于，该3D芯片模组还包括图像增强单元，该图像增强单元与该图像获取单元及该3D图像生成器电连接，用于提高该二维图像的清晰度。
6.如权利要求1所述的3D芯片模组，其特征在于，该深度测量单元采用飞行时间测距技术原理感测该目标物的深度信息，该深度测量单元根据该时间结构光由该光源模组发射出到被该目标物反射后被该距离传感器所捕获的时间差或相位差，以得到该目标物的深度信息。
7.如权利要求6所述的3D芯片模组，其特征在于，该深度测量单元包括距离感测控制器、距离传感器及距离计算器；该距离感测控制器与该光源控制器电连接，用于获取该时间结构光的发射时间；该距离传感器用于获取被该目标物所反射的光线，并得到该时间结构光的接收时间；该距离计算器用于根据该时间结构光的发射时间及接收时间，计算出该目标物的深度信息。
8.如权利要求4所述的3D芯片模组，其特征在于，该深度测量单元以及与该深度测量单元相配合的时钟发生器的锁相环被集成在一个芯片上；该光源控制器、该图像获取单元、该3D图像生成器、与该深度测量单元相配合的时钟发生器的时钟分频器、以及另外两个时钟发生器被集成在另外一个芯片上；且该两个芯片相互电连接，以进行信号传递。
9.如权利要求1-8中任意一项所述的3D芯片模组，其特征在于，该图像获取单元包括RGB图像传感器或/和红外图像传感器，该RGB图像传感器或/和红外图像传感器用于感测该目标物的二维图像。
10.如权利要求9所述的3D芯片模组，其特征在于，该光源控制器用于控制该光源模组分时发射红外时间结构光和红外泛光，当该光源模组发射该红外时间结构光时，该深度测量单元用于获取被该目标物所反射的红外时间结构光，以得到该目标物的深度信息；当该光源模组发射该红外泛光时，该红外图像传感器用于获取被该目标物反射的红外泛光，以得到该目标物的二维图像。
11.一种身份识别装置，其特征在于，其包括识别模组及权利要求1-10中任意一项所述的3D芯片模组，该识别模组用于根据该3D芯片模组所获取的该目标物的3D图像进行身份识别。
12.如权利要求11所述的身份识别装置，其特征在于，该身份识别装置包括脸部识别装置。
13.一种电子设备，包括权利要求11或12所述的身份识别装置，所述电子设备用于根据该身份识别装置的识别结果来对应是否执行相应的功能。
14.如权利要求13所述的电子设备，其特征在于：所述相应的功能包括解锁、支付、启动预存的应用程序中的任意一种或几种。
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