CN110133853A - 可调散斑图案的调节方法及其投射方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一可调散斑图案的调节方法及其投射方法。该可调散斑图案的调节方法包括以下步骤：移动一微透镜阵列模块中至少一子微透镜模块，以调整该至少一子微透镜模块在该微透镜阵列模块的一光心平面内的位置，从而获得不同的可调散斑图案，进而对整个空间进行多套散斑图案的标定和测量。

Description

可调散斑图案的调节方法及其投射方法

技术领域

本发明涉及一3D成像技术领域，更具体地涉及一可调散斑图案的调节方法及其投射方法。

背景技术

光学一直是科技创新的重头戏，虽然传统的摄像头经历了2D时代像素和个数的倍增，但是该传统摄像头的光学相机一直停留在像素、感光等二维层面。随着3D成像技术的快速发展，使得3D成像技术能在二维的基础上，实现像素景深的叠加，进而获取2D平面成像技术所丢失的物理世界中的第三维信息(尺寸和距离等几何数据)，以生成一深度图像，用于识别视野内空间每个点位的三维坐标信息，从而得到空间的3D数据并能够复原完整的三维世界并实现各种智能的三维定位。换句话说，深度图像作为一种全新的图像模式开始进入人们的视野。不同于传统的彩色图像，深度图像的像素值能表示场景中物体到相机的距离，因而能反映场景的三维结构信息，从而使得深度图像在人脸识别、虹膜识别、手势控制、机器视觉、三维美颜、三维建模、三维场景还原、环境学习和/或动作追踪等领域有着更为广泛的应用前景。

近年来，随着结构光技术取得的巨大进步和飞速发展，结构光设备的应用也正在日益普及。特别是散斑结构光设备，当该散斑结构光设备的散斑结构光投射器所发射的结构光投射到物体表面时，可以在该物体表面上观察到无规则的明暗斑点(即散斑图案)，这种散斑图案具有高度的随机性，而且会随着距离的不同而变换图案，也就是说，空间中任意两处的散斑图案都是不同的。因此，只要在空间中打上这样的结构光，整个空间就都被做了标记，把一物体放进这个空间，只要看看物体表面的散斑图案，就可以知道这个物体表面上各点在什么位置了。当然，在使用该散斑结构光设备之前，需要把参考平面的散斑图案记录下来，所以在使用前要先做一次设备标定，以获得该参考平面的散斑图案，并将该散斑图案作为该设备的标定图案，以基于该标定图案分析或计算出整个空间内的所有散斑图案的形状和位置，从而通过对比该被测物体表面所形成的散斑图案，以获得该被测物体的三维信息(即深度信息)，进而获得该被测物体的深度图像。

然而，现有的散斑结构光设备的散斑结构光投射器通常仅能投射出固定的散斑图案，即该散斑结构光投射器所投射出的散斑图案单一且不能改变，使得该现有散斑结构光设备所获得的深度信息不够全面或有所偏差，进而影响该现有散斑结构光设备的测量精度，获得的深度图像的质量不佳，因而不能满足市场的需求。

此外，该散斑结构光投射器也极易受到工作距离、环境温度、或/和复杂场景等因素的影响，进而导致该现有的散斑结构光设备的测量精度进一步下降，3D成像的质量不佳。举例地，对于特征复杂且聚集的场景(即被测物体的特征部分比较聚集)，该散斑结构光投射器仍仅能按预设的散斑图案进行投射，可能造成该被测物体的特征部分处散斑图案的密度不足，无法准确测量出该被测物体的具体特征，也就是说，该被测物体的三维信息没有被完全获取，使得该现有的散斑结构光设备无法真实地还原该被测物体的三维图像，或者不能准确地识别该被测物体。

因此，如何增加散斑结构光投射器所投射的散斑图案的复杂度，已经成为当下亟需解决的问题。

发明内容

本发明的一目的在于提供一可调散斑图案的调节方法及其投射方法，其能够获得不同的所述可调散斑图案，以对整个空间进行多套散斑图案的标定和测量。

本发明的另一目的在于提供一可调散斑图案的调节方法及其投射方法，其能够提高所述可调散斑图案的质量。

本发明的另一目的在于提供一可调散斑图案的调节方法及其投射方法，其能够调节一可调散斑结构光投射系统，以使所述可调散斑结构光投射系统投射出不同的所述可调散斑图案。

本发明的另一目的在于提供一可调散斑图案的调节方法及其投射方法，其能够增加所述可调散斑图案的多样化，以提高一可调散斑结构光投射系统的测量精度。

本发明的另一目的在于提供一可调散斑图案的调节方法及其投射方法，其能够有目的地调节所述可调散斑图案在整个空间的分布，以满足不同场景的需要。

本发明的另一目的在于提供一可调散斑图案的调节方法及其投射方法，其能够增加所述可调散斑图案的复杂度。

本发明的另一目的在于提供一可调散斑图案的调节方法及其投射方法，其能够降低外部因素对一可调散斑结构光投射系统造成的影响，以提高所述可调散斑结构光投射系统的测量精度。

本发明的另一目的在于提供一可调散斑图案的调节方法及其投射方法，其能够在保持一可调散斑结构光投射系统的视场角不发生改变的情况下，获得不同的所述可调散斑图案。

本发明的另一目的在于提供一可调散斑图案的调节方法及其投射方法，其能够消除一可调散斑结构光投射系统的一光学衍射元件的零级衍射干扰，以提高所述可调散斑图案的质量。

本发明的另一目的在于提供一可调散斑图案的调节方法及其投射方法，其中为了达到上述目的，在本发明中不需要采用昂贵的材料或复杂的结构。因此，本发明成功和有效地提供一解决方案，不只提供一可调散斑图案的调节方法及其投射方法，同时还增加了所述可调散斑图案的调节方法及其投射方法的实用性和可靠性。

为了实现上述至少一发明目的或其他目的和优点，本发明提供了一可调散斑图案的调节方法，包括以下步骤：

移动一微透镜阵列模块中至少一子微透镜模块，以调整所述至少一子微透镜模块在所述微透镜阵列模块的一光心平面内的位置，从而获得不同的可调散斑图案。

在本发明的一实施例中，在所述移动一微透镜阵列模块中至少一子微透镜模块，以调整所述至少一子微透镜模块在所述微透镜阵列模块的一光心平面内的位置，从而获得不同的可调散斑图案的步骤中：

在所述微透镜阵列模块的所述光心平面内，平移所述微透镜阵列模块中所述至少一子微透镜模块，以改变与所述至少一子微透镜模块相对应的至少一准直子光束的一出射角，从而获得不同的所述可调散斑图案，其中所述出射角为所述准直子光束与相对应的所述子微透镜模块的光轴之间夹角的大小。

在本发明的一实施例中，在所述移动一微透镜阵列模块中至少一子微透镜模块，以调整所述至少一子微透镜模块在所述微透镜阵列模块的一光心平面内的位置，从而获得不同的可调散斑图案的步骤中：

绕着与所述至少一微透镜模块的光轴相平行且穿过与所述至少一微透镜模块相对应的一子光源模块的中心的z轴，旋转所述微透镜阵列模块中所述至少一子微透镜模块，以改变与所述至少一子微透镜模块相对应的至少一准直子光束的一出射方向，从而获得不同的所述可调散斑图案。

在本发明的一实施例中，在所述移动一微透镜阵列模块中至少一子微透镜模块，以调整所述至少一子微透镜模块在所述微透镜阵列模块的一光心平面内的位置，从而获得不同的可调散斑图案的步骤中：

在所述微透镜阵列模块的一光心平面内，有目的地移动所述微透镜阵列模块中所述至少一子微透镜模块，以有目的地调整所述可调散斑图案在整个空间内的分布。

在本发明的一实施例中，在所述移动一微透镜阵列模块中至少一子微透镜模块，以调整所述至少一子微透镜模块在所述微透镜阵列模块的一光心平面内的位置，从而获得不同的可调散斑图案的步骤中：

在所述微透镜阵列模块的一光心平面内，仅移动所述微透镜阵列模块中靠近一中心部位的所述子微透镜模块，以确保所述微透镜阵列模块中位于一边缘部位的所述子微透镜模块的位置保持不变。

在本发明的一实施例中，所述移动一微透镜阵列模块中至少一子微透镜模块，以调整所述至少一子微透镜模块在所述微透镜阵列模块的一光心平面内的位置，从而获得不同的可调散斑图案的步骤，还包括步骤：

移动所述至少一子微透镜模块，以改变一衍射光学模块的入射角度；和

藉由所述衍射光学模块，衍射一与所述至少一子微透镜模块相对应的准直子光束，以改变每一子散斑图案中一与所述准直子光束相对应的散斑点的位置，从而获得不同的所述可调散斑图案。

在本发明的一实施例中，所述可调散斑图案包括奇数*奇数的所述子散斑图案。

根据本发明的另一方面，本发明进一步提供了一可调散斑图案的投射方法，包括以下步骤：

藉由一光源阵列模块，发射出一具有特定排列分布的光束；

藉由一微透镜阵列模块，准直该光束，以获得一与该光束相对应的准直光束；

藉由一衍射光学模块，衍射所述准直光束，以投射出一可调散斑图案；以及

移动所述微透镜阵列模块中至少一子微透镜模块，以调整所述至少一子微透镜模块在所述微透镜阵列模块的一光心平面内的位置，从而投射出不同的所述可调散斑图案。

在本发明的一实施例中，在所述移动一微透镜阵列模块中至少一子微透镜模块，以调整所述至少一子微透镜模块在所述微透镜阵列模块的一光心平面内的位置，从而获得不同的可调散斑图案的步骤中：

在所述微透镜阵列模块的所述光心平面内，平移所述微透镜阵列模块中所述至少一子微透镜模块，以改变与所述至少一子微透镜模块相对应的至少一准直子光束的一出射角，从而获得不同的所述可调散斑图案，其中所述出射角为所述准直子光束与相对应的所述子微透镜模块的光轴之间的夹角。

在本发明的一实施例中，在所述移动一微透镜阵列模块中至少一子微透镜模块，以调整所述至少一子微透镜模块在所述微透镜阵列模块的一光心平面内的位置，从而获得不同的可调散斑图案的步骤中：

绕着与所述至少一微透镜模块的光轴相平行且穿过与所述至少一微透镜模块相对应的一子光源模块的中心的z轴，旋转所述微透镜阵列模块中所述至少一子微透镜模块，以改变与所述至少一子微透镜模块相对应的至少一准直子光束的一出射方向，从而获得不同的所述可调散斑图案。

在本发明的一实施例中，在所述移动一微透镜阵列模块中至少一子微透镜模块，以调整所述至少一子微透镜模块在所述微透镜阵列模块的一光心平面内的位置，从而获得不同的可调散斑图案的步骤中：

在所述微透镜阵列模块的一光心平面内，有目的地移动所述微透镜阵列模块中所述至少一子微透镜模块，以有目的地调整所述可调散斑图案在整个空间内的分布。

在本发明的一实施例中，在所述移动一微透镜阵列模块中至少一子微透镜模块，以调整所述至少一子微透镜模块在所述微透镜阵列模块的一光心平面内的位置，从而获得不同的可调散斑图案的步骤中：

在所述微透镜阵列模块的一光心平面内，仅移动所述微透镜阵列模块中靠近一中心部位的所述子微透镜模块，以确保所述微透镜阵列模块中位于一边缘部位的所述子微透镜模块的位置保持不变。

在本发明的一实施例中，所述移动一微透镜阵列模块中至少一子微透镜模块，以调整所述至少一子微透镜模块在所述微透镜阵列模块的一光心平面内的位置，从而获得不同的可调散斑图案的步骤，还包括步骤：

移动所述至少一子微透镜模块，以改变所述衍射光学模块的入射角度；和

藉由所述衍射光学模块，衍射一与所述至少一子微透镜模块相对应的准直子光束，以改变每一子散斑图案中一与所述准直子光束相对应的散斑点的位置，从而获得不同的所述可调散斑图案。

在本发明的一实施例中，在藉由一衍射光学模块，衍射所述准直光束，以投射出一可调散斑图案的步骤中：所述可调散斑图案包括奇数*奇数的所述子散斑图案。

通过对随后的描述和附图的理解，本发明进一步的目的和优势将得以充分体现。

本发明的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明，附图和权利要求得以充分体现。

附图说明

图1是根据本发明的一较佳实施例的一可调散斑结构光投射系统的框图示意图。

图2是根据本发明的上述较佳实施例的所述可调散斑结构光投射系统的工作流程示意图。

图3是根据本发明的上述较佳实施例的所述可调散斑结构光投射系统的工作原理示意图。

图4是根据本发明的上述较佳实施例的所述可调散斑图案结构光投射系统的一微透镜阵列的放大示意图，示出了平移前后的所述微透镜阵列。

图5示出了与根据本发明的上述较佳实施例的所述微透镜阵列被平移前后相对应的一子散斑图案的示意图。

图6是根据本发明的上述较佳实施例的一可调散斑图案的调节方法的原理示意图。

图7是根据本发明的上述较佳实施例的所述可调散斑图案的一调节方法的流程示意图。

图8是根据本发明的上述较佳实施例的所述可调散斑图案的一投射方法的流程示意图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，权利要求和说明书中术语“一”应理解为“一个或多个”，即在一个实施例，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个。除非在本发明的揭露中明确示意该元件的数量只有一个，否则术语“一”并不能理解为唯一或单一，术语“一”不能理解为对数量的限制。

由于传统的固定散斑结构光投射器仅能够投射出一固定散斑图案(即散斑图案单一且不能改变)，不仅无法投射出不同的散斑图案来应对不同的应用场景，而且也无法增加所述固定散斑图案的复杂度和多样化，从而不能对整个空间进行多套散斑图案的标定和测量，也就是说，固定散斑图案仅能够对整个空间进行单一的标定和测量，以使具有该传统的固定散斑结构光投射器的散斑结构光设备所获得的深度信息不够全面或有所偏差，进而影响该散斑结构光设备的测量精度，获得的深度图像的质量不佳，因此，固定散斑图案无法满足现有市场的高精度要求。为了精准地标定和测量整个空间，需要使用多套散斑图案对整个空间进行多套标定和测量，而本发明则提供了一可调散斑图案的调节方法，用于调节一可调散斑结构光投射系统，以使所述可调散斑结构光投射系统能投射出可调散斑图案，从而获得不同的散斑图案。

参考附图之图1至图8所示，示出了根据本发明的一较佳实施例的一可调散斑结构光投射系统以及一可调散斑图案的调节方法及其投射方法。根据本发明的所述较佳实施例，如图2所示，所述可调散斑结构光投射系统1的工作流程包括以下步骤：

S1：藉由一可调散斑结构光投射系统1的一光源阵列模块10，提供一具有特定排列分布的光束。

具体地，如图1和图3所示，所述可调散斑结构光投射系统1的所述光源阵列模块10包括至少二子光源模块11，其中所述至少二子光源模块11具有一定制图案的位置分布，并且每一所述子光源模块11均能发出光线，以形成一与所述子光源模块11相对应的子光束，其中所述光源阵列模块10中所有的所述子光源模块11所发出的所述子光束共同组成所述光源阵列模块10的所述光束，以使所述光束具有特定的排列分布。换句话说，由于所述子光源模块11的位置分布符合所述定制图案，使得所述光源阵列模块10的所述光束中的所述子光束的位置分布与所述定制图案相对应，因此所述光源阵列模块10所提供的所述光束具有特定的排列分布。本领域技术人员应当理解，所述光源阵列模块10可以但不限于被实施为一垂直腔面发射激光器(简称VCSEL)，用于发射具有所述特定排列分布的光束。当然，所述光源阵列模块10也可以被实施为一具有所述定制图案的阵列发光器。

值得注意的是，所述光源阵列模块10的所述至少二子光源模块11的布置可以但不限于以阵列的形式被定制地布置，以形成与所述阵列相对应的定制图案。所述光源阵列模块10的所述至少二子光源模块11的布置也可以被实施为诸如圆形或多边形等等任意形状的定制图案。

本领域技术人员应当理解，由于所述子光源模块11通常为一点光源，则所述子光源模块11所发出的光线不可避免地会具有一定的发散角，使得所述子光源模块11的所述子光束为一同心光束，也就是说，所述光束中每一所述子光束的光线均具有一定的发散角。而为了消除所述子光束中光线的发散角，需要对所有的所述子光束进行准直。

S2：藉由所述可调散斑结构光投射系统1的一微透镜阵列模块20，准直所述光束，以形成一准直光束。

具体地，如图1、图3和图6所示，所述可调散斑结构光投射系统1的所述微透镜阵列模块20包括至少二子微透镜模块21，其中所述至少二子微透镜模块21与所述至少二子光源模块11之间一一对应，其中每一所述子光源模块11位于相对应的所述子微透镜模块21的一子物方焦平面，并且所述子微透镜模块21处于相应的所述子光源模块11的发光路径上，以通过所述子微透镜模块21对相应的所述子光源模块11所发出的所述子光束进行准直，以形成与所述子光束相应的一准直子光束。

换句话说，每一所述至少二子光源模块11能朝向相应的所述子微透镜模块21发出光线，以使所述子光源模块11的所述子光束能穿过相应的所述子微透镜模块21，由于所述子光源模块11位于相应的所述子微透镜模块21的所述子物方焦平面上，因此，所述子光束的光线穿过所述子微透镜模块21时将被准直，以使所述子光束中的光线相互平行，进而形成所述准直子光束。

应当理解，根据透镜的光学原理可知，当光线穿过所述子微透镜模块21的光心时，所述光线的传播方向不发生任何改变，因此经所述子微透镜模块21准直而形成的所述准直子光束中的所有光线均与所述子微透镜模块21和相应的所述子光源模块11之间的连线相互平行。换句话说，如图6所示，经所述子微透镜模块21准直而形成的所述准直子光束中的所有光线均与穿过所述子微透镜模块21的所述光心的光线相平行，因此，每一所述准直子光束的一出射角θ均为相应的所述子微透镜模块21的所述光心与所述子光源模块11之间的连线与所述子微透镜模块21的光轴i之间的夹角。

优选地，所述微透镜阵列模块20中所有的所述子微透镜模块21均完全相同，以使所有的所述子微透镜模块21的焦距完全相等，其中所有的所述子微透镜模块21的所述光心均位于同一平面上(即所有的所述子微透镜模块21的所述光心均位于所述微透镜阵列模块20的一光心平面202)，因此，所有的所述子微透镜模块21的所述子物方焦平面均相互重合，以形成所述微透镜阵列模块20的一物方焦平面201。换句话说，所述光源阵列模块10中所有的所述子光源模块11均位于同一平面上，即所述光源阵列模块10中所有的所述子光源模块11均位于所述微透镜阵列模块20的所述物方焦平面201。

值得注意的是，以所述光源阵列模块10中任一所述子光源模块11为例，根据光学原理可知，如图6所示，基于所述光源阵列模块10中任一所述子光源模块11建立一空间坐标系O-xyz，其中所述空间坐标系的原点(O)为相应的所述子光源模块11的中心，所述空间坐标系的z轴与相应的所述子微透镜模块21的所述光轴i相互平行，所述空间坐标系的xOy平面(即z＝0平面)为所述微透镜阵列模块20的所述物方焦平面201(即所述子微透镜模块21的所述子物方焦平面)，则所述子微透镜矩阵20中所有的所述子微透镜模块21的所述光心均处于所述空间坐标系的z＝f平面内(式中f为所述子微透镜的物方焦距)。也就是说，所述子微透镜矩阵20的所述光心平面202与所述空间坐标系的所述z＝f平面相互重合，此时，根据光学知识和几何知识可知，所述准直子光束的所述出射角θ可由如下的公式(1)进行求解：

s＝f*tan(θ) (1)

式中：s为所述子微透镜模块21的所述光心与所述空间坐标系的所述z轴之间的距离(即所述子微透镜模块21的所述光轴i与所述z轴之间的距离)；f为所述子微透镜模块21的物方焦距；θ为所述准直子光束的所述出射角。

应当理解，当所述子光源模块11的所述中心处于所述子微透镜模块21的物方焦点时，所述子微透镜模块21的所述光轴i与所述z轴相互重合，因此，所述子微透镜模块21的所述光心与所述空间坐标系的所述z轴之间的距离为零，从而使得所述准直子光束的所述预定出射角θ＝0。

S3：藉由所述可调散斑结构光投射系统1的一衍射光学模块30，衍射所述准直光束，以形成一可调散斑图案40。

具体地，如图3和图6所示，所述衍射光学模块30位于所述光源阵列模块10中所有的所述子光源模块11的发光路径上，并且所述微透镜阵列模块20位于所述光源阵列模块10和所述衍射光学模块30之间，以通过所述衍射光学模块30对所述准直光束进行衍射，以形成具有阵列结构的所述可调散斑图案40。本领域技术人员应当理解，所述衍射光学模块30可以但不限于被实施为一衍射光学元件(简称DOE)，并且所述可调散斑图案40的阵列结构直接取决于所述衍射光学元件的自身结构。

如图3所示，优选地，所述可调散斑图案40包括奇数*奇数的子散斑图案41，也就是说，所述可调散斑图案40包括奇数行所述子散斑图案41和奇数列所述子散斑图案41，用于消除所述衍射光学模块30的零级衍射干扰，以提高所述可调散斑图案40的质量。举例地，所述可调散斑图案40包括3*5的所述子散斑图案41，也就是说，所述可调散斑图案40包括三行所述子散斑图案41和五列所述子散斑图案41。应当理解，所述子散斑图案41之间的位置分布直接取决于所述衍射光学元件，所述子散斑图案41可以但不限于以矩阵的形式进行排布，以形成具有一标准矩阵结构的所述可调散斑图案40。当然，所述子散斑图案41也可以以诸如错位排列的阵列形式进行排布，以形成具有错位阵列结构的所述散斑图案40。

值得注意的是，由于所述准直光束由所有的所述准直子光束共同组成，而所述衍射光学模块30将同时对每一所述准直子光束进行衍射，以形成一与所述可调散斑图案40的阵列结构相对应的散斑点411阵列，也就是说，所述子散斑图案41中的所述散斑点411均与所述光源阵列模块10中的所述子光源模块11一一对应，以使所有的所述子散斑图案41的所述散斑点411的位置分布均相同。换句话说，所述可调散斑图案40中所有的所述子散斑图案41均相同。

值得一提的是，根据光学原理易知，所述衍射光学模块30在衍射所述准直子光束的过程中，当任一所述准直子光束的所述出射角θ或出射方向发生改变时，在每一所述子散斑图案41中，与所述准直子光束相对应的所述散斑点411的位置也将发生变化，从而使得所述子散斑图案41也将有所不同，以获得不同的所述可调散斑图案40。换句话说，当任一所述准直子光束的所述出射角θ或所述出射方向发生改变时，所述衍射光学模块30的入射角度也将发生变化，使得所述准直光束经所述衍射光学模块30衍射后，以形成不同的所述可调散斑图案40。

S4：在所述微透镜阵列模块20的所述光心平面202内，任意移动所述微透镜阵列模块20的所述至少一子微透镜模块21，以形成不同的准直光束。

由于所述光源阵列模块10中所有的所述子光源模块11均位于所述微透镜阵列模块20的所述物方焦平面201内，并且所述微透镜阵列模块20的所述物方焦平面201与所述微透镜阵列模块20的所述光心平面202相互平行，因此，在所述微透镜阵列模块20的所述光心平面202内移动任一所述子微透镜模块21，所述微透镜阵列模块20的所述物方焦平面201的位置不发生任何改变，以确保被移动后的所述子微透镜模块21仍能够准直相应的所述子光源模块11的所述子光束。

也就是说，在所述微透镜阵列模块20的所述光心平面202内平移所述子微透镜模块21之后，虽然改变了所述子微透镜模块21与相应的所述子光源模块11之间的相对位置关系，但是所述光源阵列模块10的所述子光源模块11仍位于所述微透镜阵列模块20的所述物方焦平面201内，从而确保在平移所述微透镜阵列模块20的所述子微透镜模块21之后，每一所述子微透镜模块21仍能够准直相应的所述子光源模块11的所述子光束，以形成与所述子光束相对应的所述准直子光束。

应当理解，所述子微透镜模块21应当被稍微移动，以使所述子微透镜模块21被移动之后，所述子微透镜模块21仍然位于相应的所述子光源模块11的发光路径上，以确保所述子光源模块11发出的光线(所述子光束)仍能够穿过所述子微透镜模块21，从而确保所述子光束仍能够通过所述子微透镜模块21进行准直，以形成相应的准直子光束。

然而，在平移所述子微透镜模块21时，所述子微透镜模块21的所述光心与所述空间坐标系的所述z轴之间的距离s发生了变化，则根据所述公式(1)易知，所述经所述子微透镜模块21准直的所述准直子光束的所述出射角θ必然发生改变，以使与所述准直子光束相对应的所述子散斑图案41的所述散斑点411的位置将发生变化，从而获得不同的所述子散斑图案41。

或者，在旋转所述子微透镜模块21(即，在所述z＝f平面内，绕着与所述子微透镜模块21的光轴i相平行的所述z轴，等半径地旋转所述子微透镜模块21，换句话说，绕着与所述至少一微透镜模块21的光轴相平行且穿过与所述至少一微透镜模块21相对应的一子光源模块11的中心的z轴，旋转所述微透镜阵列模块20中所述至少一子微透镜模块21)时，虽然所述子微透镜模块21的所述光心与所述空间坐标系的所述z轴之间的距离s不发生变化(即所述准直子光束的所述出射角θ不发生改变)，但是穿过所述子微透镜模块21的所述光心的光线的传播方向发生变化，因此，所述准直子光束的所述出射方向也将发生改变，使得与所述准直子光束相对应的所述子散斑图案41的所述散斑点411的位置也将发生变化，从而获得不同的散斑图案。

更具体地，如图3所示，当所述子微透镜模块21在所述空间坐标系的所述z＝f平面内被移动时，虽然不会影响所述微透镜阵列模块20的所述物方焦平面201的具体位置(即所述子微透镜模块21与相应的所述子光源模块11之间沿z轴的距离不会改变)，但是会改变所述子微透镜模块21与相应的所述多子光源模块11之间的相对位置关系。

换句话说，当在所述空间坐标系的所述z＝f平面内被移动所述子微透镜模块21时，所述子微透镜模块21的所述光心的坐标将发生改变，也就是说，所述子微透镜模块21的所述光心与相应的所述子光源模块11之间沿所述x轴或/和所述y轴的距离或方向将会改变，以使经所述子微透镜模块21准直后的所述准直子光束的所述出射角θ或者所述出射方向发生改变，从而使得移动所述子微透镜模块21后的所述准直子光束相比于平移所述子微透镜模块21前的所述准直子光束发生变化，进而改变经所述衍射光学模块30衍射而形成的所述子散斑图案41中相应的所述散斑点411的位置，以获得不同的所述子散斑图案41，从而获得不同的所述散斑图案。

本领域技术人员应当理解，由于所述子微透镜模块21通常具有圆形截面(在垂直z轴的平面上)，因此，当所述子微透镜模块21在所述空间坐标系的所述z＝f平面内绕着自身光轴i旋转时，并不会改变经所述子微透镜模块21准直后的所述准直子光束的所述预定出射角θ和所述出射方向。

举例地，如图6所示，当所述微透镜阵列模块20的所述子微透镜模块21被平移之前，假设所述子光源模块11位于相应的所述子微透镜模块21的物方焦点，此时，所述子微透镜模块21的所述光轴i与所述空间坐标系的所述z轴重合，则所述子微透镜模块21的所述光心的坐标为(0,0，f)，也就是说，所述子光源模块11与相应的所述子微透镜模块21的光轴之间的距离s＝0，根据所述公式(1)可求解出：经所述子微透镜模块21准直的所述准直子光束的所述出射角θ＝0。

当所述微透镜阵列模块20的所述子微透镜模块21的所述光心沿y轴被平移至坐标(0，y，f)时，所述子微透镜模块21与所述子光源模块11之间的相对位置关系发生变化，以使经所述子微透镜模块21准直的所述准直子光束的出射角θ发生改变。也就是说，所述子光源模块11与相应的所述子微透镜模块21的光轴之间的距离s＝y，根据所述公式(1)可知：y＝s＝f*tan(θ)，进而求解出经所述子微透镜模块21准直的所述准直子光束的所述出射角θ，此时，所述子微透镜模块21被平移后，相对应的所述准直子光束的所述出射角θ将发生改变。

因此，当所述微透镜阵列模块20中任一所述子微透镜模块21在所述空间坐标系中的所述z＝f平面内移动时，经所述子微透镜模块21准直后的所述准直子光束的所述预定出射角θ或/和所述出射方向将发生改变，从而改变所述衍射光学模块30的入射角度，以形成不同的所述子散斑图案41，从而获得不同的散斑图案。

应当理解，可以同步移动所述微透镜阵列模块20中所有的所述子微透镜模块21，以同步改变所述准直光束中所有的所述准直子光束的所述出射角θ或/和所述出射方向，以改变所述子散斑图案41中每一所述散斑点411的位置，从而获得不同的所述可调散斑图案40。当然，也可以仅移动所述微透镜阵列模块20中部分的所述子微透镜模块21，以改变所述准直光束中部分的所述准直子光束的所述出射角θ或/和所述出射方向，以改变所述子散斑图案41中部分的所述散斑点411的位置，从而获得不同的所述可调散斑图案40。

在本发明的所述较佳实施例中，如图4和图5所示，优选地，在移动所述微透镜阵列模块20的所述子微透镜模块21时，所述微透镜阵列模块20中处于所述光心平面202的一边缘区域2021内所述子微透镜模块21的位置保持不变，仅移动所述微透镜阵列模块20中处于所述光心平面202的一中心区域2022处所述子微透镜模块21(即剩余的所述子微透镜模块21)，以在获得不同的所述可调散斑图案40的同时，而不改变所述子散斑图案41中处于边缘部位的所述散斑点411的位置，以确保所述可调散斑结构光投射系统1的视场角保持不变。

换句话说，在移动所述微透镜阵列模块20的所述子微透镜模块21时，仅移动所述微透镜阵列模块20中处于中间的所述子微透镜模块21，以使所述可调散斑图案40中处于中间的所述子散斑图案41发生变化(包括图案位置或散斑特征)，而所述可调散斑图案40中任一所述子散斑图案41中的边缘均不发生任何变化，以确保所述可调散斑图案40的边缘部分不发生变化，从而在不改变所述可调散斑结构光投射系统1的所述视场角的同时，获得不同的所述可调散斑图案40。

优选地，以所述微透镜阵列模块20的中心为圆心，以所述微透镜阵列模块20的对角线的四分之一长度为半径在所述微透镜阵列模块20上画一圆形的分界线，则在该分界线的内侧为所述光心平面202的所述中心区域2022，在该分界线的外侧为所述光心平面202的所述边缘区域2021。应当理解，该分界线的半径也可以为诸如所述微透镜阵列模块20的对角线的八分之一长度或十六分之一长度等等长度，并确保所述分界线的外侧仍存在所述子微透镜模块21。值得注意的是，所述分界线不局限于被实施为一圆形，还可以被实施为诸如矩形、椭圆形等等各种形状。

值得一提的是，如图1和图5所示，所述微透镜阵列模块20还包括至少一移动模块22，其中所述移动模块22与所述子微透镜模块21连接，以通过所述移动模块22来控制以移动所述子微透镜模块21，以便改变所述子微透镜模块21的所述光心的位置，使得经所述子微透镜模块21准直后的所述准直子光束的所述预定出射角θ或/和所述出射方向将发生改变，从而获得不同的所述可调散斑图案40。

在本发明的所述较佳实施例中，所述移动模块22可以但不限于被实施为一微机电系统(简称MEMS)，其中所述微机电系统与所述子微透镜模块21连接，其中所述微机电系统能够在一驱动电路信号的控制下被驱动，以移动所述子微透镜模块21，从而能够便捷地且精准地调整所述子微透镜模块21的位置，以获得满足需要的所述可调散斑图案40。

在本发明的一些其他实施例中，所述移动模块22还可以被实施为诸如微电机、微马达、微电路、气动设备或磁动设备等等之类的作动设备，以同样实现移动所述微透镜阵列模块20中的所述子微透镜模块21的目的，进而改变所述子微透镜模块21的所述光心的位置，从而获得不同的所述可调散斑图案40。本领域技术人员应当理解，在移动所述微透镜阵列模块20中所有的所述子微透镜模块21时，可以通过步动马达来控制以移动整个所述微透镜阵列模块20，以同步移动所有的所述子微透镜模块21，从而获得不同的所述可调散斑图案40。

S5：藉由所述可调散斑结构光投射系统1的所述衍射光学模块30，衍射所述另一准直光束，以获得另一与所述另一准直光束相对应的可调散斑图案40’。

根据光学原理可知，如图3至图5所示，当所述准直子光束的所述出射角θ或/和所述出射角度发生改变时，所述衍射光学模块30的入射角度将随之发生变化，因此，所述准直子光束经所述衍射光学模块30衍射而产生的子散斑图案41’中的所述散斑点411’也将发生变化。换句话说，相比于所述步骤S2中所形成的所述准直光束，一旦所述另一准直光束中任一所述准直子光束的所述出射角θ或/和所述出射角发生改变，则所述另一准直光束与所述准直光束有所不同，因此，经所述衍射光学模块30衍射而形成的所述另一可调散斑图案40’也将与所述步骤S3中所形成的所述可调散斑图案40不同。

值得注意的是，通过移动所述微透镜阵列模块20中任一所述子微透镜模块21，均能够改变所述可调散斑结构光投射系统1所投射的所述散斑图案，以调整所述另一可调散斑图案40’中散斑点的分布和密度，从而能够增加所述可调散斑结构光投射系统1所投射的所述散斑图案的复杂度和多样化，进而能对整个空间进行多套散斑图案的标定和测量。

S6：多次重复所述步骤S4和S5，以获得不同的所述散斑图案。

由于再次移动所述微透镜阵列模块20中任一所述子微透镜模块21之后，经所述任一微透镜21所准直的所述准直子光束的所述出射角θ又将发生变化，从而使得所述准直光束发生改变，进而获得另一不同的散斑图案，因此经过多次移动之后，就能够获得多套互不相同的所述散斑图案，以便对整个空间进行多套散斑图案的标定和测量，进而降低外部因素对所述可调散斑结构光投射系统1造成的影响，以提高所述可调散斑结构光投射系统1的测量精度。应当理解，在获得多套互不相同的所述散斑图案之后，可以对所述可调散斑结构光投射系统1进行多次标定和测量，以便提高所述可调散斑结构光投射系统1的标定精度和测量精度。换句话说，由于多套所述散斑图案互不相同，因此，相当于将多套是散斑图案重叠在一起以形成更加复杂的散斑图案(即散斑图案中散斑的数量成倍增加)，从而能够大幅提高所述可调散斑结构光投射系统1的标定精度和测量精度。

根据本发明的所述较佳实施例，所述步骤(S4)还包括步骤：有目的地平移所述微透镜阵列模块20的所述子微透镜模块21，以有目的地调节所述可调散斑图案40在整个空间的分布。

具体地，有目的地平移所述微透镜阵列模块20的所述子微透镜模块21，以便根据需要来调整所述子散斑图案41中所述散斑点411的位置，从而使得所述可调散斑图案40中所述散斑点41的分布密度根据被测目标的需要而进行改变，以提高所述可调散斑结构光投射系统1的测量精度。换句话说，有目的地平移所述微透镜阵列模块20的所述子微透镜模块21，以有目的地调节所述散斑图案在整个空间的分布，以满足不同场景的需要。

举例地，比如在人脸识别的应用中，由于人脸(即所述被测目标)的识别特征并不是均匀分布，大部分识别特征都集中在眼睛、鼻子和嘴部，而脸庞或额头则含有相对较少的识别特征，因此需要在识别特征集中的部位投射出较为密集的所述散斑，而识别特征较少的部位只需投射出较为稀疏的所述散斑，以便提高所述可调散斑结构光投射系统1的测量精度。因此，在本发明中，只需要有目的地平移所述子微透镜模块21，以使所述子散斑图案41中的所述散斑点411移向所述被测目标中识别特征较为集中的部位，以增加在所述识别特征较为集中的部位处投射的所述散斑点411的密度，进而提高所述可调散斑图案40的质量，以提高所述可调散斑结构光投射系统1的测量精度。

值得注意的是，由于所述子散斑图案41中所述散斑点411的移动距离与相应的所述子微透镜模块21的移动距离成正比，并且所述子散斑图案41中所述散斑点411的移动方向与相应的所述子微透镜模块21的移动方向相同，因此，很容易根据所述被测目标中所述识别特征的分布来判断所述子微透镜模块21移动距离和移动方向，以使相应的所述子散斑图案41中所述散斑点411移动至所述被测目标中所述识别特征较密集的部位。

在本发明的所述较佳实施例中，根据本发明的另一方面，本发明进一步提供了一可调散斑图案的调节方法。如图7所示，所述可调散斑图案的所述调节方法包括以下步骤：

在所述微透镜阵列模块20的一光心平面202内，移动一可调散斑结构光投射系统1的一微透镜阵列模块20中至少一子微透镜模块21，以调整所述至少一子微透镜模块21在光心平面202内的位置，从而获得不同的可调散斑图案40。

优选地，在所述调节方法中，平移所述微透镜阵列模块20中所述至少一子微透镜模块21，以改变与所述至少一子微透镜模块21相对应的至少一准直子光束的一出射角，从而获得不同的可调散斑图案40。

更优选地，在所述调节方法中：在所述微透镜阵列模块20的一光心平面202内，仅平移所述微透镜阵列模块20中处于所述光心平面202的一中心区域2022内的所述子微透镜模块21，以确保所述微透镜阵列模块20中处于所述光心平面202的一边缘区域2021内的所述子微透镜模块21的位置保持不变。

在本发明的一些其他实施例中，在所述调节方法中：在所述微透镜阵列模块20的一光心平面202内，有目的地移动所述至少一子微透镜模块21，以有目的地调整所述可调散斑图案40在整个空间内的分布。

值得注意的是，所述调节方法进一步包括以下步骤：

在所述微透镜阵列模块20的一光心平面202内，移动所述至少一子微透镜模块21，以改变所述可调散斑结构光投射系统1的一衍射光学模块30的入射角度；和

藉由所述衍射光学模块30，衍射所述至少一准直子光束，以形成另一子散斑图案41，从而获得不同的所述可调散斑图案40。

在本发明的一些其他实施例中，所述调节方法包括以下步骤：

在所述微透镜阵列模块20的一光心平面202内，旋转所述至少一子微透镜模块21，以改变与所述至少一子微透镜模块21相对应的至少一准直子光束的一出射方向，以获得不同的可调散斑图案40。

值得注意的是，相比于根据本发明的所述较佳实施例中所述散斑图案的调节方法，根据本发明的所述其他实施例的所述散斑图案的调节方法的区别在于：当改变所述至少一准直光束的所述出射方向时，所述至少一准直光束的所述出射角θ不发生改变，此时所述至少一准直子光束照射在所述可调散斑结构光投射系统1的所述衍射光学模块30的入射角度仍然会发生改变，从而造成所获得的所述可调散斑图案40也将不同。

根据本发明的另一方面，本发明进一步提供了一可调散斑图案的投射方法，如图8所示，所述可调散斑图案的所述投射方法包括以下步骤：

藉由一光源阵列模块10，发射出一具有特定排列分布的光束；

藉由一微透镜阵列模块20，准直该光束，以获得一与该光束相对应的准直光束；

藉由所述衍射光学元件30，衍射该准直光束，以形成不同的可调散斑图案；以及

在所述微透镜阵列模块20的一光心平面202内，移动所述微透镜阵列模块20中至少一子微透镜模块21，以调整所述至少一子微透镜模块21在该光心平面202内的位置，从而获得不同的可调散斑图案40。

综上所述，在本发明中不需要采用昂贵的材料或复杂的结构。因此，本发明成功和有效地提供一解决方案，不只提供一散斑图案的调节方法，同时还增加了所述散斑图案的调节方法的实用性和可靠性。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (14)

1.一可调散斑图案的调节方法，其特征在于，包括以下步骤：

移动一微透镜阵列模块中至少一子微透镜模块，以调整所述至少一子微透镜模块在所述微透镜阵列模块的一光心平面内的位置，从而获得不同的可调散斑图案。

2.如权利要求1所述的散斑图案的调节方法，其中，在所述移动一微透镜阵列模块中至少一子微透镜模块，以调整所述至少一子微透镜模块在所述微透镜阵列模块的一光心平面内的位置，从而获得不同的可调散斑图案的步骤中：

在所述微透镜阵列模块的所述光心平面内，平移所述微透镜阵列模块中所述至少一子微透镜模块，以改变与所述至少一子微透镜模块相对应的至少一准直子光束的一出射角，从而获得不同的所述可调散斑图案，其中所述出射角为所述准直子光束与相对应的所述子微透镜模块的光轴之间夹角的大小。

3.如权利要求1所述的可调散斑图案的调节方法，其中，在所述移动一微透镜阵列模块中至少一子微透镜模块，以调整所述至少一子微透镜模块在所述微透镜阵列模块的一光心平面内的位置，从而获得不同的可调散斑图案的步骤中：

绕着与所述至少一微透镜模块的光轴相平行且穿过与所述至少一微透镜模块相对应的一子光源模块的中心的z轴，旋转所述微透镜阵列模块中所述至少一子微透镜模块，以改变与所述至少一子微透镜模块相对应的至少一准直子光束的一出射方向，从而获得不同的所述可调散斑图案。

4.如权利要求1所述的可调散斑图案的调节方法，其中，在所述移动一微透镜阵列模块中至少一子微透镜模块，以调整所述至少一子微透镜模块在所述微透镜阵列模块的一光心平面内的位置，从而获得不同的可调散斑图案的步骤中：

在所述微透镜阵列模块的一光心平面内，有目的地移动所述微透镜阵列模块中所述至少一子微透镜模块，以有目的地调整所述可调散斑图案在整个空间内的分布。

5.如权利要求1所述的可调散斑图案的调节方法，其中，在所述移动一微透镜阵列模块中至少一子微透镜模块，以调整所述至少一子微透镜模块在所述微透镜阵列模块的一光心平面内的位置，从而获得不同的可调散斑图案的步骤中：

在所述微透镜阵列模块的一光心平面内，仅移动所述微透镜阵列模块中靠近一中心部位的所述子微透镜模块，以确保所述微透镜阵列模块中位于一边缘部位的所述子微透镜模块的位置保持不变。

6.如权利要求1～5中任一权利要求所述的可调散斑图案的调节方法，其中，所述移动一微透镜阵列模块中至少一子微透镜模块，以调整所述至少一子微透镜模块在所述微透镜阵列模块的一光心平面内的位置，从而获得不同的可调散斑图案的步骤，还包括步骤：

移动所述至少一子微透镜模块，以改变一衍射光学模块的入射角度；和

藉由所述衍射光学模块，衍射一与所述至少一子微透镜模块相对应的准直子光束，以改变每一子散斑图案中一与所述准直子光束相对应的散斑点的位置，从而获得不同的所述可调散斑图案。

7.如权利要求6所述的可调散斑图案的调节方法，其中，所述可调散斑图案包括奇数*奇数的所述子散斑图案。

8.一可调散斑图案的投射方法，其特征在于，包括以下步骤：

藉由一光源阵列模块，发射出一具有特定排列分布的光束；

藉由一微透镜阵列模块，准直该光束，以获得一与该光束相对应的准直光束；

藉由一衍射光学模块，衍射所述准直光束，以投射出一可调散斑图案；以及

移动所述微透镜阵列模块中至少一子微透镜模块，以调整所述至少一子微透镜模块在所述微透镜阵列模块的一光心平面内的位置，从而投射出不同的所述可调散斑图案。

9.如权利要求8所述的可调散斑图案的投射方法，其中，在所述移动一微透镜阵列模块中至少一子微透镜模块，以调整所述至少一子微透镜模块在所述微透镜阵列模块的一光心平面内的位置，从而获得不同的可调散斑图案的步骤中：

在所述微透镜阵列模块的所述光心平面内，平移所述微透镜阵列模块中所述至少一子微透镜模块，以改变与所述至少一子微透镜模块相对应的至少一准直子光束的一出射角，从而获得不同的所述可调散斑图案，其中所述出射角为所述准直子光束与相对应的所述子微透镜模块的光轴之间的夹角。

10.如权利要求8所述的可调散斑图案的投射方法，其中，在所述移动一微透镜阵列模块中至少一子微透镜模块，以调整所述至少一子微透镜模块在所述微透镜阵列模块的一光心平面内的位置，从而获得不同的可调散斑图案的步骤中：

绕着与所述至少一微透镜模块的光轴相平行且穿过与所述至少一微透镜模块相对应的一子光源模块的中心的z轴，旋转所述微透镜阵列模块中所述至少一子微透镜模块，以改变与所述至少一子微透镜模块相对应的至少一准直子光束的一出射方向，从而获得不同的所述可调散斑图案。

11.如权利要求8所述的可调散斑图案的投射方法，其中，在所述移动一微透镜阵列模块中至少一子微透镜模块，以调整所述至少一子微透镜模块在所述微透镜阵列模块的一光心平面内的位置，从而获得不同的可调散斑图案的步骤中：

在所述微透镜阵列模块的一光心平面内，有目的地移动所述微透镜阵列模块中所述至少一子微透镜模块，以有目的地调整所述可调散斑图案在整个空间内的分布。

12.如权利要求8所述的可调散斑图案的投射方法，其中，在所述移动一微透镜阵列模块中至少一子微透镜模块，以调整所述至少一子微透镜模块在所述微透镜阵列模块的一光心平面内的位置，从而获得不同的可调散斑图案的步骤中：

在所述微透镜阵列模块的一光心平面内，仅移动所述微透镜阵列模块中靠近一中心部位的所述子微透镜模块，以确保所述微透镜阵列模块中位于一边缘部位的所述子微透镜模块的位置保持不变。

13.如权利要求8～12中任一权利要求所述的可调散斑图案的投射方法，其中，所述移动一微透镜阵列模块中至少一子微透镜模块，以调整所述至少一子微透镜模块在所述微透镜阵列模块的一光心平面内的位置，从而获得不同的可调散斑图案的步骤，还包括步骤：

移动所述至少一子微透镜模块，以改变所述衍射光学模块的入射角度；和

藉由所述衍射光学模块，衍射一与所述至少一子微透镜模块相对应的准直子光束，以改变每一子散斑图案中一与所述准直子光束相对应的散斑点的位置，从而获得不同的所述可调散斑图案。

14.如权利要求13所述的可调散斑图案的投射方法，其中，在藉由一衍射光学模块，衍射所述准直光束，以投射出一可调散斑图案的步骤中：所述可调散斑图案包括奇数*奇数的所述子散斑图案。