CN109031264A - 目标物体距离感测系统及方法、图像获取装置与电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于光学成像的目标物体距离感测系统及方法、图像获取装置与电子设备。该系统包括：发光装置，用于发出第一光束以及第二光束；光束形成器，设置在所述发光装置的光照方向，所述第一光束和第二光束穿过所述光束形成器后分别形成第一结构光和第二结构光；光学成像装置，用于当所述第一结构光照射在目标物体上之后，得到第一图像，当所述第二结构光射在所述目标物体上之后，得到第二图像；处理装置，用于根据所述第一图像及第二图像在所述光学成像装置上的位移，计算得到所述目标物体与所述光学成像装置之间的距离。

Description

目标物体距离感测系统及方法、图像获取装置与电子设备

技术领域

本申请涉及电子设备的传感器件领域，特别涉及一种基于光学成像的目标物体距离感测系统及方法、图像获取装置与电子设备。

背景技术

图像目标识别是人工智能领域的一个研究的重要问题，在解决自动化生产和检测，智能图像分析和检索等生产生活问题的核心方法。现阶段，目标识别是识别信息处理的一项关键技术，广泛应用于人脸识别、人机交互、智能人机接口等系统中。图像识别一般都将图案投射到目标对象上，再根据带有图案的目标对象的图像信息进行具体特征的识别。除了上述对图像本身的具体特征进行识别之外，还需要对于目标物体的距离进行识别。

现有对于目标物体的距离进行识别主要是利用结构化光主动感测系统传输及接收的图案来确定，主要由苹果公司的散斑结构光或者双目摄像头算法。其基本问题都需要投射模组和接收模组之间的距离作为标定。该标定关系到最后实现的精度因此需要做大，而在手机产品上空间法非常有限。因此，上述基于光学成像的目标物体距离感测方法及系统的设计复杂，生产成本很高，不利于被手机这类对价格很敏感的消费电子的大规模的使用。

发明内容

本申请所要解决的技术问题在于提供一种基于光学成像的目标物体距离感测系统及方法、图像获取装置及电子设备，旨在能够有效降低设计和计算成本。

具体而言，一方面，本申请提供一种基于光学成像的目标物体距离感测系统，包括：

发光装置，用于发出第一光束以及第二光束，该第二光束相对该第二光束的位置发生改变；

光束形成器，设置在所述发光装置的光照方向，所述第一光束和第二光束穿过所述光束形成器后分别形成第一结构光和第二结构光；

光学成像装置，用于当所述第一结构光照射在目标物体上之后，得到第一图像，当所述第二结构光射在所述目标物体上之后，得到第二图像；

处理装置，用于根据所述第一图像及第二图像在所述光学成像装置上的位移，计算得到所述目标物体与所述光学成像装置之间的距离。

在某些实施方式中，所述发光装置包括第一光源及第二光源；所述第一光源用于发出第一光束，所述第二光源用于发出第二光束；所述第一光源与第二光源之间的距离为预设值；或者

所述发光装置包括一个光源，所述光源的发光角度为第一角度时发出所述第一光束；所述光源的发光角度为第二角度时发出所述第二光束；或者

所述发光装置包括一个光源，所述光源包括多个发光体，所述光源的部分发光体发出所述第一光束；所述部分发光体以外的其它发光体发出所述第二光束。

在某些实施方式中，当所述发光装置包括第一光源及第二光源时，所述光束形成器分别对应设置在所述第一光源及第二光源的光照正前方；所述第一光源、第二光源及光学成像装置面向同一方向。

在某些实施方式中，所述第一光源及第二光源为阵列光源或者背光源。

在某些实施方式中，所述阵列光源为VCSEL光源。

在某些实施方式中，所述光束形成器包括玻璃基板以及设置在玻璃基板上的预设图案，所述预设图案包括网格状、条纹状、点阵状中的任意一种图案。

在某些实施方式中，所述光束形成器利用DOE衍射形成结构光。

第二方面，本申请提供一种图像获取装置，其设置所述的基于光学成像的目标物体距离感测系统。

第三方面，本申请提供一种电子设备，其设置所述的图像获取装置。

第四方面，本申请提供一种基于光学成像的目标物体距离感测方法，包括：

发出第一光束；

所述第一光束穿过光束形成器后照射在目标物体上，之后由光学成像装置得到第一图像；

停止发出第一光束，发出第二光束，该第二光束相对该第一光束的位置发生改变；

所述第二光束穿过所述光束形成器后照射在所述目标物体上，之后由所述光学成像装置得到第二图像；

根据所述第一图像及第二图像在所述光学成像装置上的位移，计算得到所述目标物体与所述光学成像装置之间的距离。

在某些实施方式中，所述发出第一光束的步骤包括：

第一光源发出第一光束；

所述停止发出第一光束，发出第二光束的步骤包括：

所述第一光源停止发出第一光束，第二光源发出第二光束；

其中，所述第一光源与第二光源之间的距离为预设值。

在某些实施方式中，所述发出第一光束的步骤包括：

光源的发光角度为第一角度时发出第一光束；

所述停止发出第一光束，发出第二光束的步骤包括：

所述光源停止发出第一光束，光源的发光角度为第二角度时发出第二光束。

在某些实施方式中，所述发出第一光束的步骤包括：

光源的部分发光体发出所述第一光束；

所述停止发出第一光束，发出第二光束的步骤包括：

所述光源的部分发光体发出所述第一光束；所述光源的部分发光体以外的其它发光体发出所述第二光束。

本申请各实施例通过发光装置发出两组光束，进而通过光束形成器后照射在目标物体上，由此在光学成像装置形成第一图像及第二图像，由于两组光束之间存在一定的位移，所以对应两组光束形成的第一图像及第二图像在光学成像装置上会存在一定的位移距离，通过该位移距离即可计算得到目标物体与光学成像装置之间的距离，实现方式简单，计算和设计成本低。

参照附图来阅读对于示例性实施例的以下描述，本申请的其他特性特征和优点将变得清晰。

附图说明

并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本申请的实施例，并且与描述一起用于解释本申请的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本申请的一些实施例，而不是全部实施例。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，可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请第一实施例提供的一种基于光学成像的目标物体距离感测方系统的结构示意图；

图2为一种基于光学成像的目标物体距离感测系统的工作原理图；

图3为另一种基于光学成像的目标物体距离感测系统的工作原理图；

图4为本申请第二实施例提供的一种基于光学成像的目标物体距离感测方法的流程图；

图5为本申请第三实施例提供的一种图像获取装置的结构示意图；

图6为本申请第四实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

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。

下面结合附图详细说明本申请实施涉及的基于光学成像的目标物体距离感测方法及系统。

参见图1所示，本申请第一实施例提供的一种基于光学成像的目标物体距离感测系统100，包括：发光装置10，用于分时发出第一光束和第二光束，且该第二光束相对该第一光束的位置发生改变；光束形成器13，设置在发光装置10的光照方向，用于对该发光装置10发出的第一光束和第二光束进行调制，分别对应形成第一结构光和第二结构光；光学成像装置15，用于在该第一结构光照射在目标物体14上之后，得到第一图像，并且在该第二结构光照射在目标物体14上之后，得到第二图像；处理装置16，用于根据第一图像及第二图像在光学成像装置15上的位移，计算得到目标物体14与光学成像装置15之间的距离。

其中，该发光装置10例如包括第一光源11和第二光源12。该第一光源11例如产生所述第一光束。该第二光源12用于产生所述第二光束。

具体操作时，如图2所示，第一光源11及第二光源12所在平面与光束形成器13之间的距离为第一距离f2；光学成像装置15的底片与焦平面的距离为第二距离f1，所述第一距离f2不等于第二距离f1。该第一光源11投射的光束经过光束形成器13后投射在目标物体14的标的表面上，再经过光学成像装置15的焦平面之后在光学成像装置15的底片上形成的第一图像。该第二光源12投射的光束经过光束形成器13后投射在目标物体14的标的表面上，再经过光学成像装置15的焦平面之后在光学成像装置15的底片上形成的第二图像。其中P点所在的位置为光束形成器13的设置位置。

在本实施方式中，采用线性投影的方式产生结构光，因此，根据光学原理，存在相似三角形ΔAPB≌ΔDPC和相似三角形ΔEOF≌ΔDOC。按照相似三角形理论可知：

和

上面二等式经转换可以得到：其中AB记为d，EF记为dx,则有：

从而由上述公式可以求得深度信息Z。

需要说明的是，在本实施方式中，第一光源11和第二光源12的放置位置也并不局限放在焦平面上，也可放置在焦平面的上方或下方等合适的位置，相应地，上述公式做相应地改变即可。

然，可变更地，在其它实施方式中，也可以采用衍射方式复制第一光源11和第二光源12射出的光束而产生结构光，如图3所示。此种方式并不是线性投影。相应地，存在相似三角形 演变成CD＝F(f2,d,Z,θ)的函数，并结合从而得到深度信息Z的计算公式。其中，CD＝F(f2,d,Z,θ)的函数的具体描述与所设计的光束形成器13的编码函数紧密相关。

在上述的各实施方式中，该第一光源11及第二光源12的具体类型不限，可以为阵列光源或者背光源。其中，背光源例如可以为LCD光源。阵列光源例如为VCSEL光源。

本申请基于光学成像的目标物体距离感测系统100的工作原理简述如下：首先启动第一光源11发出第一光束(当然具体操作时也可以先启动第二光源12，在此不应做限定性理解)；第一光束穿过光束形成器13后形成第一结构光，并照射在目标物体14上，之后由光学成像装置15得到第一图像。接下来，关闭第一光源11，并启动第二光源12发出第二光束；第二光束穿过光束形成器13后形成第二结构光，并照射在目标物体14上，之后由光学成像装置15得到第二图像。第二结构光的图案相比第一结构光的图案在目标物体14的标的平面上发生了改变(包括位移和轻微形变)，且在标的平面上的位移会被反应到光学成像装置15的底片上，造成新的采集位移，而这个采集位移与标的物体的距离远近Z有比例关系，因此在由光学成像装置15得到第二图像后；可以根据第一图像及第二图像在光学成像装置15上的位移，计算得到目标物体14与光学成像装置15之间的距离Z。

需要说明的时，上述各实施例是以该发光装置10包括两个光源为例进行说明，本发明关键是通过发光装置10出射两组光束，通过光束形成器13后形成两组结构光，并照射在目标物体14上，由此在光学成像装置15形成第一图像及第二图像。由于两组光束之间存在一定的位移，所以对应两组光束形成的第一图像及第二图像在光学成像装置15上会存在一定的位移距离。通过该位移距离即可计算得到目标物体14与光学成像装置15之间的距离，成本低而且容易实现。

可变更地，在具体操作时，该发光装置10也可以设置一个光源，光源的发光角度为第一角度时发出所述第一组光束；所述光源的发光角度为第二角度时发出所述第二组光束；或者，所述光源包括多个发光体，所述光源的部分发光体发出所述第一组光束；所述部分发光体以外的其它发光体发出所述第二组光束。

也就是说，本发明的发光装置10可以有两个光源或一个光源的不同设置形式，不应做限定性理解。此外，图2所示为光束形成器13包括玻璃基板以及设置在玻璃基板上的预设图案，此种方式为线性投影。该预设图案的形状可以根据实际需要进行更改设置，以完成不同类型图案的投射。该预设图案例如呈网格状、条纹状、点阵状中的任意一种图案。或者，该预设图案的间隔区域例如呈网格状、条纹状、点阵状中的任意一种图案。图3所示为利用DOE衍射形成结构光，基于衍射光学的预设配置，衍射光学模式的光学调制模式，调制的是入射光的入射角，相位，强度等形成新的非线性分布光场，此种方式为非线性投影。当然具体操作时，光束形成器13还可以基于其他光学成像系统生成的结构光。

由于本申请的第一光源11与第二光源12之间有一定的距离，所以拍摄得到的第一图像及第二图像在光学成像装置15上会存在一定的位移距离，通过该位移距离即可计算得到目标物体14与光学成像装置15之间的距离Z，实现方式简单，计算和设计成本低。

上面描述的内容可以单独地或者以各种方式组合起来实施，而这些变型方式都在本申请的保护范围之内。

请参阅图4，图4为本申请第二实施例提供的一种基于光学成像的目标物体距离感测方法300，包括：

步骤S1：启动第一光源发出第一光束；

步骤S2：第一光束穿过光束形成器后照射在目标物体上，之后由光学成像装置得到第一图像；

步骤S3：关闭第一光源，并启动第二光源发出第二光束；

步骤S4：第二光束穿过光束形成器后照射在目标物体上，之后由光学成像装置得到第二图像；

步骤S5：根据第一图像及第二图像在光学成像装置上的位移，计算得到目标物体与光学成像装置之间的距离。

请参阅图5，图5为本申请第三实施例提供的一种图像获取装置400，其设置上述的基于光学成像的目标物体距离感测系统。

请参阅图6，图6为本申请第四实施例提供的一种电子设备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。电子设备500包括图像获取装置400。

在本实施方式中，以电子设备500为手机为例进行说明。手机例如为全面屏的手机，图像获取装置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。

与现有技术相比较，由于本申请的基于光学成像的目标物体距离感测系统100的设计简单，成本较低，因此，本申请的图像获取装置400及电子设备500的成本较低。

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。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (13)

1.一种基于光学成像的目标物体距离感测系统，其特征在于，包括：

发光装置，用于分时发出第一光束以及第二光束，且该第二光束相对该第一光束的位置改变；

光束形成器，设置在所述发光装置的光照方向，所述第一光束和第二光束穿过所述光束形成器后分别形成第一结构光和第二结构光；

光学成像装置，用于当所述第一结构光照射在目标物体上之后，得到第一图像，当所述第二结构光射在所述目标物体上之后，得到第二图像；和

处理装置，用于根据所述第一图像及第二图像在所述光学成像装置上的位移，计算得到所述目标物体与所述光学成像装置之间的距离。

2.如权利要求1所述的基于光学成像的目标物体距离感测系统，其特征在于，所述发光装置包括第一光源及第二光源；所述第一光源用于发出第一光束，所述第二光源用于发出第二光束；所述第一光源与第二光源之间的距离为预设值；或者

所述发光装置包括一个光源，所述光源的发光角度为第一角度时发出所述第一光束；所述光源的发光角度为第二角度时发出所述第二光束；或者

所述发光装置包括一个光源，所述光源包括多个发光体，所述光源的部分发光体发出所述第一光束；所述部分发光体以外的其它发光体发出所述第二光束。

3.如权利要求2所述的基于光学成像的目标物体距离感测系统，其特征在于，当所述发光装置包括第一光源及第二光源时，所述光束形成器分别对应设置在所述第一光源及第二光源的光照正前方；所述第一光源、第二光源及光学成像装置面向同一方向。

4.如权利要求3所述的基于光学成像的目标物体距离感测系统，其特征在于，所述第一光源及第二光源为阵列光源或者背光源。

5.如权利要求4所述的基于光学成像的目标物体距离感测系统，其特征在于，所述阵列光源为VCSEL光源。

6.如权利要求1所述的基于光学成像的目标物体距离感测系统，其特征在于，所述光束形成器包括玻璃基板以及设置在玻璃基板上的预设图案，所述预设图案包括网格状、条纹状、点阵状中的任意一种图案。

7.如权利要求1所述的基于光学成像的目标物体距离感测系统，其特征在于，所述光束形成器利用DOE衍射形成结构光。

8.一种图像获取装置，其特征在于，其设置如上述权利要求1-7中任一项所述的基于光学成像的目标物体距离感测系统。

9.一种电子设备，其特征在于，其设置权利要求8所述的图像获取装置。

10.一种基于光学成像的目标物体距离感测方法，其特征在于，包括：

发出第一光束；

所述第一光束穿过光束形成器后照射在目标物体上，之后由光学成像装置得到第一图像；

停止发出第一光束，发出第二光束，该第二光束相对该第一光束的位置发生改变；

所述第二光束穿过所述光束形成器后照射在所述目标物体上，之后由所述光学成像装置得到第二图像；

根据所述第一图像及第二图像在所述光学成像装置上的位移，计算得到所述目标物体与所述光学成像装置之间的距离。

11.如权利要求10所述的基于光学成像的目标物体距离感测方法，其特征在于，所述发出第一光束的步骤包括：

第一光源发出第一光束；

所述停止发出第一光束，发出第二光束的步骤包括：

所述第一光源停止发出第一光束，第二光源发出第二光束；

其中，所述第一光源与第二光源之间的距离为预设值。

12.如权利要求10所述的基于光学成像的目标物体距离感测方法，其特征在于，所述发出第一光束的步骤包括：

光源的发光角度为第一角度时发出第一光束；

所述停止发出第一光束，发出第二光束的步骤包括：

所述光源停止发出第一光束，光源的发光角度为第二角度时发出第二光束。

13.如权利要求10所述的基于光学成像的目标物体距离感测方法，其特征在于，所述发出第一光束的步骤包括：

光源的部分发光体发出所述第一光束；

所述停止发出第一光束，发出第二光束的步骤包括：

所述光源的部分发光体发出所述第一光束；所述光源的部分发光体以外的其它发光体发出所述第二光束。