CN110462438A - 结构光投射装置、结构光投射方法及三维测量系统 - Google Patents

结构光投射装置、结构光投射方法及三维测量系统 Download PDF

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Abstract

一种结构光投射装置、结构光投射方法及三维测量系统，结构光投射装置包括：飞行时间测距模块、驱动器、以及投影仪，所述飞行时间测距模块用于通过统计光信号飞行时间计算目标物体与所述投影仪之间的距离，所述驱动器用于根据所述距离调整驱动信号的强度，所述投影仪用于根据所述驱动信号的强度调整射向所述目标物体的结构光的强度，以通过图像传感器生成所述目标物体的结构化图像，实现了物距测量精度更高，进一步可实现高精度控制驱动器的驱动强度，有效地控制了结构光的投射。

Description

结构光投射装置、结构光投射方法及三维测量系统
技术领域
本申请实施例涉及数据处理技术领域，尤其涉及一种结构光投射装置、结构光投射方法及三维测量系统。
背景技术
结构光技术的基本原理是，通过投影仪将具有一定结构特征的光信号(结构光)投射到目标物体上，再由图像传感器采集目标物体的图像。这种具备一定结构的光信号，会因目标物体的不同光程，而采集不同的图像相位信息，然后通过运算单元将这种结构的变化换算成深度信息，以此来获得三维结构。简单来说就是，通过光学手段获取被拍摄物体的三维结构，再将获取到的信息进行更深入的应用。
为了尽可能采集到准确的相位信息以换算出能反应目标物体三维结构的深度信息，如何控制结构光的投射成为亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例所解决的技术问题之一在于提供一种结构光投射装置、结构光投射方法及三维测量系统，用以有效控制结构光的投射。
本申请实施例提供了一种结构光投射装置，其包括：飞行时间测距模块、驱动器、以及投影仪，所述飞行时间测距模块用于通过统计光信号飞行时间计算目标物体与所述投影仪之间的距离，所述驱动器用于根据所述距离调整驱动信号的强度，所述投影仪用于根据所述驱动信号的强度调整射向所述目标物体的结构光的强度，以通过图像传感器生成所述目标物体的结构化图像。
可选地，在本申请的任一实施例中，还包括：应用处理器，所述应用处理器用于控制所述驱动器根据所述距离调整所述驱动信号的强度。
可选地，在本申请的任一实施例中，所述飞行时间测距模块进一步用于向所述目标物体发射测距光信号并接收被所述目标物体反射回的所述测距光信号，且根据向所述目标物体发射的测距光信号以及被所述目标物体反射回的所述测距光信号的飞行时间预估所述目标物体与所述投影仪之间的距离。
可选地，在本申请的任一实施例中，所述飞行时间测距模块进一步用于向所述目标物体发射至少两个频率互质的测距光信号，所述飞行时间测距模块进一步用于接收被所述目标物体反射回的至少两个频率互质的所述测距光信号，且根据向所述目标物体发射的每个频率的所述测距光信号以及被所述目标物体反射回的对应的所述测距光信号的飞行时间分别预估所述目标物体与所述投影仪之间的距离，进一步根据预估所述目标物体与所述投影仪之间的至少两个距离，得到最终的预估距离。
可选地，在本申请的任一实施例中，所述飞行时间测距模块进一步用于向所述目标物体发射单一频率的测距光信号，所述飞行时间测距模块进一步用于接收被所述目标物体反射回的单一频率的所述测距光信号，且根据向所述目标物体发射的单一频率的所述测距光信号以及被所述目标物体反射回的所述测距光信号的整数波长和小数波长的飞行时间预估所述目标物体与所述投影仪之间的距离。
可选地，在本申请的任一实施例中，所述飞行时间测距模块进一步用于根据向所述目标物体发射的测距光信号以及被所述目标物体反射回的所述测距光信号的相位差来计算所述飞行时间以预估所述目标物体与所述投影仪之间的距离。
可选地，在本申请的任一实施例中，所述驱动器生成一强度小于预设强度阈值的驱动信号，所述投影仪在所述驱动信号的驱动下向目标物体发射光强小于预设光强阈值的测距光信号。
可选地，在本申请的任一实施例中，射向所述目标物体的结构光的强度与所述距离成正比关系。
可选地，在本申请的任一实施例中，所述飞行时间测距模块进一步用于检测所述目标物体的图像，以对所述目标物体的图像进行光强分析得到所述目标物体的图像深度。
可选地，在本申请的任一实施例中，所述飞行时间测距模块进一步用于对接收到的光信号进行差分处理以从中提取到被所述目标物体反射回的所述测距光信号。
可选地，在本申请的任一实施例中，所述驱动器进一步用于综合链路信噪比以及人眼安全光强，并根据所述距离调整驱动信号的强度。
可选地，在本申请的任一实施例中，所述飞行时间测距模块和所述投影仪共用光源，所述光源在测距模式下向目标物体发射测距光信号，所述光源在结构光模式下向目标物体投射形成所述结构化图像的结构光信号。
可选地，在本申请的任一实施例中，所述图像传感器进一步用于在测距模式下感应被目标反射回的测距光信号。
本申请提供一种结构光投射方法，其包括：
通过统计光信号飞行时间计算目标物体与所述投影仪之间的距离，
根据所述距离调整驱动信号的强度；
根据所述驱动信号的强度调整射向所述目标物体的结构光的强度，以通过图像传感器生成所述目标物体的结构化图像。
可选地，在本申请的任一实施例中，通过统计光信号飞行时间计算目标物体与所述投影仪之间的距离，包括：向所述目标物体发射测距光信号；接收被所述目标物体反射回的所述测距光信号，且根据向所述目标物体发射的测距光信号以及被所述目标物体反射回的所述测距光信号的飞行时间预估所述目标物体与所述投影仪之间的距离。
可选地，在本申请的任一实施例中，向所述目标物体发射测距光信号，包括：向所述目标物体发射至少两个频率互质的测距光信号；接收被所述目标物体反射回的至少两个频率互质的所述测距光信号；
对应地，根据向所述目标物体发射的测距光信号以及被所述目标物体反射回的所述测距光信号的飞行时间预估所述目标物体与所述投影仪之间的距离，包括：根据向所述目标物体发射的每个频率的所述测距光信号以及被所述目标物体反射回的对应的所述测距光信号的飞行时间分别预估所述目标物体与所述投影仪之间的距离；根据预估所述目标物体与所述投影仪之间的至少两个距离，得到最终的预估距离。
可选地，在本申请的任一实施例中，向所述目标物体发射测距光信号，包括：向所述目标物体发射单一频率的测距光信号；
对应地，根据向所述目标物体发射的测距光信号以及被所述目标物体反射回的所述测距光信号的飞行时间预估所述目标物体与所述投影仪之间的距离，包括：所接收被所述目标物体反射回的单一频率的所述测距光信号，且根据向所述目标物体发射的单一频率的所述测距光信号以及被所述目标物体反射回的所述测距光信号的整数波长和小数波长的飞行时间预估所述目标物体与所述投影仪之间的距离。
可选地，在本申请的任一实施例中，根据向所述目标物体发射的测距光信号以及被所述目标物体反射回的所述测距光信号的飞行时间预估所述目标物体与所述投影仪之间的距离，包括：根据向所述目标物体发射的测距光信号以及被所述目标物体反射回的所述测距光信号的相位差来计算所述飞行时间以预估所述目标物体与所述投影仪之间的距离。
可选地，在本申请的任一实施例中，还包括：生成一强度小于预设强度阈值的驱动信号，在所述驱动信号的驱动下向目标物体发射光强小于预设光强阈值的测距光信号。
可选地，在本申请的任一实施例中，还包括：在测距模式下向目标物体发射测距光信号，或者，在结构光模式下向目标物体投射形成所述结构化图像的结构光信号。
可选地，在本申请的任一实施例中，所述图像传感器在测距模式下感应被目标反射回的测距光信号。
本申请提供一种三维测量系统，其包括：结构光投射装置、图像传感器，所述结构光投射装置包括：飞行时间测距模块、驱动器、以及投影仪，所述飞行时间测距模块用于通过统计光信号飞行时间计算目标物体与所述投影仪之间的距离，所述驱动器用于根据所述距离调整驱动信号的强度，所述投影仪用于根据所述驱动信号的强度调整射向所述目标物体的结构光的强度；所述图像传感器用于生成所述目标物体的结构化图像。
本申请实施例的方案中，所述飞行时间测距模块通过统计光信号飞行时间计算目标物体与所述投影仪之间的距离，所述驱动器根据所述距离调整驱动信号的强度，所述投影仪根据所述驱动信号的强度调整射向所述目标物体的结构光的强度，以通过图像传感器生成所述目标物体的结构化图像，实现了物距测量精度更高，进一步可实现高精度控制驱动器的驱动强度，有效地控制了结构光的投射。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本申请实施例的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1为本申请实施例一中三维测量系统的结构示意图；
图2为本申请实施例二中结构光投射装置的结构示意图；
图3为本申请实施例三中结构光投射方法的流程示意图；
图4为本申请实施例四中结构光投射方法的流程示意图；
图5为本申请实施例五中飞行时间测距模块中感光芯片的结构示意图；
图6为本实施例六中使能单元的结构示意图。
具体实施方式
实施本发明实施例的任一技术方案必不一定需要同时达到以上的所有优点。
下面结合本发明实施例附图进一步说明本发明实施例具体实现。
图1为本申请实施例一中三维测量系统的结构示意图；如图1所示，其包括：结构光投射装置、图像传感器，所述结构光投射装置包括：飞行时间测距模块、驱动器、以及投影仪，所述飞行时间测距模块用于通过统计光信号飞行时间计算目标物体与所述投影仪之间的距离，所述驱动器用于根据所述距离调整驱动信号的强度，所述投影仪用于根据所述驱动信号的强度调整射向所述目标物体的结构光的强度；所述图像传感器用于生成所述目标物体的结构化图像。
本实施例中，飞行时间测距模块业界又称之为TOF(Time of flight)测距模块，该TOF测距模块包括：信号源、发射器、感光芯片，信号源产生一电信号，发射器(又称之为光源)用于将该电信号转换为光信号，并投射至目标物体，感光芯片(其上设置有图像传感器)用于接收被目标物体反射回的光信号，并根据通过统计光信号离开发射器到被目标物体反射回的飞行时间计算目标物体与所述投影仪之间的距离。
本实施例中，在具体应用时，所述发射器发出的光信号优选经过调制的高频光信号，该高频光信号具体可以为高频红外光，其频率可以达到100MHZ。
进一步地，具体的调制方式可以是基于脉冲的方式，也可以是基于连续波强度调制的方式。
具体地，在一种应用场景中，在基于脉冲的调制方式中，发射器发射一束脉冲光信号，通过脉冲快速精确获取照射到目标物体后反射回来的光信号的时间差t，由于光速c已知，只要知道照射的光信号和接收光信号的时间差，目标物体和投影仪之间的距离可以通过公式d＝t/2·c。对应此种方式，所述TOF测距模块实际上为单点TOF测距模块。
具体地，在另外一种应用场景中，基于连续波强度调制的方式中，发射一束经过高频率调制的光信号，利用发射的光信号与反射回的光信号的相位变化来进行距离测量。在此种调制方式中，常用的光信号为红外光，另外，为了准确地接收到反射回的光信号，配置了一个红外带通滤光片，从而保证只有与发射的光信号具有相同波长相同的光信号可到达感光芯片。对应此种方式所述TOF测距模块实际上为面阵式TOF测距模块。
此处，需要说明的是，在具体实施时，由于可以将TOF测距模块与投影仪集成到一起，从而减小最终产品的体积大小。
图2为本申请实施例二中结构光投射装置的结构示意图；如图2所示，在具体应用场景中应用时，所述结构光投射装置与应用场景中的应用处理器存在技术上的交互或者在结构光投射装置本身包括应用处理器(Application Processor，简称AP)，如图2所示，飞行时间测距模块与应用处理器连接，且驱动器与应用处理器连接，以及投影仪与驱动器连接，所述飞行时间测距模块用于通过统计光信号飞行时间计算目标物体与所述投影仪之间的距离，所述驱动器用于根据所述距离调整驱动信号的强度，所述投影仪用于根据所述驱动信号的强度调整射向所述目标物体的结构光的强度，以通过图像传感器生成所述目标物体的结构化图像。
此处，需要说明的是，应用处理器也可以集成到飞行时间测距模块中，或者，或者，为了实现飞行时间测距模块的上述基础处理，在飞行时间测距模块中已经配置了处理器，则可以直接复用该处理器作为应用处理器。
本实施例中，结构光可以通过如下方式得到。
(1)点结构光
点结构光法是简单的三角法。点结构光法的接收方向是不可变的。当实现光栅式平面扫描时，光源和探测是同步移动的。单束激光打在物体表面，由摄像机摄取其反射光点。每次只能处理一点，测量速度慢。
(2)线结构光
通过投射源投射出平面狭缝光，每次投射一个结构光条纹，每幅图像可得到一个截面的深度，通过改变投射狭缝光的角度，获得更多截面的深度，进而获得物体的深度。
(3)多线结构光
以线结构光为基础，为了提高图像处理效率，在一幅图像内处理多条光条纹。
(4)编码结构光
在多线结构光基础上，为解决多条纹图像中，不同条纹的定位和匹配问题。编码法分为时间编码法、空间编码法、直接编码法、彩色编码法。
具体地，在一种应用场景中，由于各种电子设备上本身配置了具有较强数据处理能力的应用处理器，因此，可以直接复用这些电子设备上的应用处理器即可。通过应用处理器管理结构光投射装置的各个模块资源，从而减轻了基带处理器的负荷。
进一步地，在上述实施例或者其他实施例中，所述飞行时间测距模块和所述投影仪共用光源，所述光源在测距模式下向目标物体发射测距光信号，或者，所述光源在结构光模式下向目标物体投射形成所述结构化图像的结构光信号。
进一步地，在上述实施例或者其他实施例中，所述图像传感器进一步用于在测距模式下感应被目标物体反射回的测距光信号。
当然，在他应用场景中，可以为所述飞行时间测距模块和所述投影仪单独配置光源。为测距和形成结构化图像配置单独的图像传感器，比如分别称之测距图像传感器、结构化图像传感器。
图3为本申请实施例三中结构光投射方法的流程示意图；如图3所示，其包括如下步骤：
S301、应用处理器控制驱动器生成驱动光源的驱动信号以向所述目标物体发射至少两个频率互质的测距光信号；
本实施例中，如前所述，飞行时间测距模块中的发射器开始向目标物体发射测距光信号时，则使能感光芯片开始工作，即使得发射器发射光线同步于所述感光芯片开始工作。
S302、所述飞行时间测距模块的图像传感器接收被所述目标物体反射回的至少两个频率互质的所述测距光信号；
本实施例中，如前所述，测距光信号可以是经过高频调制的红外信号。所谓频率互质又可称之为测距光信号的频率不同。此处，考虑到基于相位差测距时，由于测距光信号是周期性信号，因此的导致会存在距离混叠的现象出现，为此，通过发射两个频率互质的测距光信号，即频率不同的光信号。进一步由于频率不同，波长不同，从而得到一个波长距离情形的距离，业界又称之模糊距离(Unambiguous Range)也会存在差异。
S303、所述飞行时间测距模块上的处理器根据向所述目标物体发射的每个频率的所述测距光信号以及被所述目标物体反射回的对应的所述测距光信号的飞行时间分别预估所述目标物体与所述投影仪之间的距离，进一步根据预估的所述目标物体与所述投影仪之间的至少两个距离，得到最终的预估距离。
优选地，在具体实施时，比如用频率分别为fA、fB的光信号分别照射目标物体的话，模糊距离分别为
为了后续计算模糊距离的个数或者又称之为次数，将转化为互为质数的整数之比假设频率为fA的光信号进行测试时得到的模糊距离的个数记为nA，nA的范围为0～(MA-1)，假设频率为fB的光信号进行测试时得到的模糊距离的个数为nB，nB的范围为0～(MB-1)。假设频率为fA的光信号进行测试时得到的相位差记为假设频率为fB的光信号进行测试时得到的相位差记为对应地，将相位差对应的距离上分别有
由此，理论上，投影仪与目标物体之间的距离d＝dμA(nA+PA)＝dμB(nB+PB)，在该公式中未知数实际上为nA、nB，只要求出nA、nB，使得dμA(nA+PA)-dμB(nB+PB)之间差值的绝对值最小，甚至为0，即可最终得到投影仪与目标物体之间的预估距离。
S304、所述应用处理器根据所述最终的预估距离控制驱动器根据所述距离调整所述驱动信号的强度；
本实施例中，通过上述飞行时间测距模块估计距离，由于是直接基于光信号的飞行时间，因此，受到周围环境的干扰较小，因此，测量出来的距离更加准确，从而在控制驱动器根据所述距离调整所述驱动信号的强度时，准确度更高。具体地，如果预估距离较远，则调大驱动信号的强度，以使得投影仪发射出去的结构光的光强较强，否则，使得投影仪发射出去的结构光的光强较弱。
S305、所述投影仪用于根据所述驱动信号的强度调整射向所述目标物体的结构光的强度，以通过图像传感器生成所述目标物体的结构化图像。
本实施例中，由于目标物体表面具有特定的形状，当通过结构光将编码图像照射到目标物体表面会发生畸变，由此，通过比对编码图像和结构光图像，从而可确定出结构图像上的深度信息。
图4为本申请实施例四中结构光投射方法的流程示意图；如图4所示，其包括如下步骤：
S401、应用处理器控制所述飞行时间测距模块的光源向所述目标物体发射单一频率的测距光信号；
本实施例中，与上述实施例不同的是，只向所述目标物体发射单一频率的测距光信号，可以有效降低测距的数据量以及提高效率。此处，与上述实施例相同的是，在飞行时间测距模块开始发射测距光信号时，同步使能所述飞行时间测距模块接收被所述目标物体反射回的单一频率的测距光信号，使能所述飞行时间测距模块接收被所述目标物体反射回的单一频率的测距光信号实际上意味着使得所述飞行时间测距模块处于可接收反射回的单一频率的测距光信号的状态，一旦有测距光信号被目标物体返射回，即可被感应到。
考虑到目标物体所在的视场内通常会有用户，因此，为了避免光线过强，给用户的眼睛带来不适，因此，优选选择向目标物体发射光强较弱的测试光线，同时，测试光线的强弱还综合考虑到链路的信噪比，即要保证链路的信噪比不能过小，也要保证可准确地实现距离的预估。
S402、所述飞行时间测距模块接收被所述目标物体反射回的单一频率的所述测距光信号；
S403、根据向所述目标物体发射的单一频率的所述测距光信号以及被所述目标物体反射回的所述测距光信号的整数波长和小数波长的飞行时间预估所述目标物体与所述投影仪之间的距离；
本实施例中，所述飞行时间测距模块具体根据向所述目标物体发射的测距光信号以及被所述目标物体反射回的所述测距光信号的相位差来计算所述飞行时间以预估所述目标物体与所述投影仪之间的距离。
在一种具体地的应用场景中，图5为本申请实施例五中飞行时间测距模块中感光芯片的结构示意图；如图5所示，感光芯片包括：信号检测器、整数波长统计器以及飞行时间计数器，在发射器向目标物体发射光信号时使能所述信号检测器检测被所述目标物体反射的光信号，所述整数波长统计器统计开始向目标物体发射所述光信号起、截止所述信号检测器检测到被所述目标物体反射的光信号时所述发射器已发射出的光信号的整数波长的数量，所述飞行时间计数器以及统计开始向目标物体发射所述光信号起、截止所述信号检测器检测到被所述目标物体反射的光信号时所述发射器已发射出的光信号的小数波长的相位，所述距离计算器用于根据所述整数波长的数量和所述小数波长的相位计算所述目标物体和所述测距装置之间的距离。
进一步地，为了使得信号检测器、整数波长统计器、飞行时间计数器以及发射器，所述整数波长统计器配置有使能端，所述使能端用于接收使能信号，在所述发射器开始向目标物体发射所述光信号时，所述使能信号用于使能所述整数波长统计器开始统计所述整数波长的数量，以及在所述信号检测器检测到被所述目标物体反射的光信号，所述使能信号用于控制所述整数波长统计器停止统计所述整数波长的数量。
进一步地，所述整数波长统计器还配置有复位端，用于接收复位信号iRst，所述复位信号用于控制所述整数波长统计器的复位，以统计开始向目标物体发射所述光信号起、截止所述信号检测器检测到被所述目标物体反射的光信号时所述发射器已发射出的光信号的整数波长的数量。
进一步地，感光芯片上还配置有使能单元，所述使能单元根据发射的所述光信号生成使能所述整数波长统计器开始统计处理的使能信号ienable，以及检测到被所述目标物体反射的光信号生成控制所述整数波长统计器停止统计的使能信号ienable。
具体地，所述使能单元为比较器，所述比较器用于根据发射的所述光信号以及设定的参考门限进行比较，根据所述比较的结果生成所述使能信号。
本实施例中，作为所述整数波长统计器通过计数的方式统计开始向目标物体发射所述光信号起，截止所述信号检测器检测到被所述目标物体反射的光信号时，所述发射器已发射出的光信号的整数波长的个数。计数的方式比如是直接波长的整数个数，或者，周期的整数个数。
考虑到一些应用环境中，信号检测器检测的光线可能还包括环境干扰信号，即信号检测器检测到光线除了包括被目标物体反射回的光线，还包括来自应用环境的环境干扰信号，为此，尤其目标物体开始反射回的光信号较弱，如果不消除其中的环境干扰信号，无法产生有效的使能信号，在感光芯片上还配置有干扰消除单元，用于消除环境干扰光信号，以使所述整数波长统计器统计开始向目标物体发射所述光信号起、截止所述信号检测器检测到被所述目标物体反射的光信号时所述发射器已发射出的光信号的整数波长的数量以及小数波长的相位。该干扰消除单元可以集成到使能单元上，或者又称之使能单元不但具有产生使能信号的作用，还具有消除环境干扰光信号的作用。
另外，对于飞行时间统计器来说，在其中通过差分方式消除来自环境干扰光信号。
但是，此处需要说明的是，干扰消除单元并非只能集成到使能单元上，实际上，干扰消除单元也可以是一独立于使能单元的结构。
在上述方法实施例中，光源在测距模式下向目标物体发射测距光信号，或者，光源在结构光模式下向目标物体投射形成所述结构化图像的结构光信号。
在上述实施例中，所述图像传感器在测距模式下感应被目标反射回的测距光信号，或者又称之测距和形成结构化图像共用所述图像传感器。
图6为本实施例六中使能单元的结构示意图；如图6所示，本实施例中，使能单元包括：带通滤波器、乘法器、低通滤波器，所述乘法器设置在所述带通滤波器和低通滤波器之间，从整体上来看，这三个结构件相互配合，主要用于对所述信号检测器检测到的光信号进行滤波以从中消除环境干扰光信号以得到被所述目标物体反射的光信号。其中，所述带通滤波器根据设定的通带对所述信号检测器检测到的光信号进行带通滤波处理；所述低通滤波器对带通滤波后的光信号进行低通滤波处理，以从中消除环境干扰光信号以得到被所述目标物体反射的光信号。
本实施例中，如果包括乘法器，则通过乘法器可以对带通滤波的光信号与设定的参考信号进行乘法处理，进一步地，所述低通滤波器在对带通滤波后的光信号进行低通滤波处理以从中消除环境干扰光信号以得到被所述目标物体反射的光信号时，实际上是通过对乘法处理后的光信号进行低通滤波处理，实现对带通滤波后的光信号进行低通滤波处理，从而从中消除环境干扰光信号以得到被所述目标物体反射的光信号。
本实施例中，考虑到在计算所述距离时，是基于发射器发出的光线和发射器发出的光线照射到目标物体上而被目标物体反射的光线，因此，实际上，发射器发出的光线，与发射器发出的光线照射到目标物体上而被目标物体反射的光线，这两部光线的频率可视为是相等的，因此，为了便于快速并直接地从信号好检测器中检测到的光线中滤除环境干扰光信号以筛选出发射器发出的光线照射到目标物体上而被目标物体反射的光线，所述设定的参考信号与所述发射器向目标物体发射的光信号同频。
在上述任一实施例中，所述距离计算器包括加法器以及乘法器，所述加法器用于对所述整数波长的数量和所述小数波长的相位进行求和处理，所述乘法器用于对所述光信号的波长与所述求和处理的结果进行乘法运算，以计算所述目标物体和所述测距装置之间的距离。
本实施例中，具体可以通过如下公式计算所述目标物体和所述测距装置之间的距离：
上述公式(1)中，d表示所述目标物体和所述测距装置之间的距离，λ表示测距光信号的波长，Data[N：0]表示整数波长的数量，表示小数波长的相位。
S404、所述应用处理器根据所述目标物体与所述投影仪之间的预估距离控制驱动器根据所述距离调整所述驱动信号的强度；
S405、所述投影仪用于根据所述驱动信号的强度调整射向所述目标物体的结构光的强度，以通过图像传感器生成所述目标物体的结构化图像。
上述实施例中，以通过飞行时间测距模块来单独预估投影仪和目标物体之间的距离，但是，本领域普通技术人员也可以通过飞行时间测距模块与投影仪配合来预估投影仪和目标物体之间的距离，相当于其中的发射器被投影仪代替，而飞行时间测距模块主要负责接收反射回的测试光线，以及基于投影仪发射出的测试光线和反射回的测试光线预估投影仪和目标物体之间的距离。
此处，需要说明的是，上述图像处理装置可以在图像处理芯片上实现，也可以在其他芯片上实现。
上述实施例中，“连接”可以是有线连接，也可以是无线连接。
至此，已经对本主题的特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作可以按照不同的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序，以实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理可以是有利的。
在20世纪90年代，对于一个技术的改进可以很明显地区分是硬件上的改进(例如，对二极管、晶体管、开关等电路结构的改进)还是软件上的改进(对于方法流程的改进)。然而，随着技术的发展，当今的很多方法流程的改进已经可以视为硬件电路结构的直接改进。设计人员几乎都通过将改进的方法流程编程到硬件电路中来得到相应的硬件电路结构。因此，不能说一个方法流程的改进就不能用硬件实体模块来实现。例如，可编程逻辑器件(Programmable Logic Device,PLD)(例如现场可编程门阵列(Field Programmable GateArray，FPGA))就是这样一种集成电路，其逻辑功能由用户对器件编程来确定。由设计人员自行编程来把一个数字系统“集成”在一片PLD上，而不需要请芯片制造厂商来设计和制作专用的集成电路芯片。而且，如今，取代手工地制作集成电路芯片，这种编程也多半改用“逻辑编译器(logic compiler)”软件来实现，它与程序开发撰写时所用的软件编译器相类似，而要编译之前的原始代码也得用特定的编程语言来撰写，此称之为硬件描述语言(Hardware Description Language，HDL)，而HDL也并非仅有一种，而是有许多种，如ABEL(Advanced Boolean Expression Language)、AHDL(Altera Hardware DescriptionLanguage)、Confluence、CUPL(Cornell University Programming Language)、HDCal、JHDL(Java Hardware Description Language)、Lava、Lola、MyHDL、PALASM、RHDL(RubyHardware Description Language)等，目前最普遍使用的是VHDL(Very-High-SpeedIntegrated Circuit Hardware Description Language)与Verilog。本领域技术人员也应该清楚，只需要将方法流程用上述几种硬件描述语言稍作逻辑编程并编程到集成电路中，就可以很容易得到实现该逻辑方法流程的硬件电路。
应用处理器可以按任何适当的方式实现，例如，应用处理器可以采取例如微处理器或处理器以及存储可由该(微)处理器执行的计算机可读程序代码(例如软件或固件)的计算机可读介质、逻辑门、开关、专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuit，ASIC)、可编程逻辑应用处理器和嵌入微应用处理器的形式，应用处理器的例子包括但不限于以下微应用处理器：ARC 625D、Atmel AT91SAM、Microchip PIC18F26K20以及Silicone Labs C8051F320，存储器应用处理器还可以被实现为存储器的控制逻辑的一部分。本领域技术人员也知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现应用处理器以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得应用处理器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑应用处理器和嵌入微应用处理器等的形式来实现相同功能。因此这种应用处理器可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构。或者甚至，可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (22)

1.一种结构光投射装置，其特征在于，包括：飞行时间测距模块、驱动器、以及投影仪，所述飞行时间测距模块用于通过统计光信号飞行时间计算目标物体与所述投影仪之间的距离，所述驱动器用于根据所述距离调整驱动信号的强度，所述投影仪用于根据所述驱动信号的强度调整射向所述目标物体的结构光的强度，以通过图像传感器生成所述目标物体的结构化图像。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：应用处理器，所述应用处理器用于控制所述驱动器根据所述距离调整所述驱动信号的强度。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述飞行时间测距模块进一步用于向所述目标物体发射测距光信号并接收被所述目标物体反射回的所述测距光信号，且根据向所述目标物体发射的测距光信号以及被所述目标物体反射回的所述测距光信号的飞行时间预估所述目标物体与所述投影仪之间的距离。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述飞行时间测距模块进一步用于向所述目标物体发射至少两个频率互质的测距光信号，所述飞行时间测距模块进一步用于接收被所述目标物体反射回的至少两个频率互质的所述测距光信号，且根据向所述目标物体发射的每个频率的所述测距光信号以及被所述目标物体反射回的对应的所述测距光信号的飞行时间分别预估所述目标物体与所述投影仪之间的距离，进一步根据预估所述目标物体与所述投影仪之间的至少两个距离，得到最终的预估距离。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述飞行时间测距模块进一步用于向所述目标物体发射单一频率的测距光信号，所述飞行时间测距模块进一步用于接收被所述目标物体反射回的单一频率的所述测距光信号，且根据向所述目标物体发射的单一频率的所述测距光信号以及被所述目标物体反射回的所述测距光信号的整数波长和小数波长的飞行时间预估所述目标物体与所述投影仪之间的距离。
6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述飞行时间测距模块进一步用于根据向所述目标物体发射的测距光信号以及被所述目标物体反射回的所述测距光信号的相位差来计算所述飞行时间以预估所述目标物体与所述投影仪之间的距离。
7.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述驱动器生成一强度小于预设强度阈值的驱动信号，所述投影仪在所述驱动信号的驱动下向目标物体发射光强小于预设光强阈值的测距光信号。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，射向所述目标物体的结构光的强度与所述距离成正比关系。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述飞行时间测距模块进一步用于检测所述目标物体的图像，以对所述目标物体的图像进行光强分析得到所述目标物体的图像深度。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述飞行时间测距模块进一步用于对接收到的光信号进行差分处理以从中提取到被所述目标物体反射回的所述测距光信号。
11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述驱动器进一步用于综合链路信噪比以及人眼安全光强，并根据所述距离调整驱动信号的强度。
12.根据权利要求1-11任一项所述的装置，其特征在于，所述飞行时间测距模块和所述投影仪共用光源，所述光源在测距模式下向目标物体发射测距光信号，所述光源在结构光模式下向目标物体投射形成所述结构化图像的结构光信号。
13.根据权利要求1-11任一项所述的装置，其特征在于，所述图像传感器进一步用于在测距模式下感应被目标反射回的测距光信号。
14.一种结构光投射方法，其特征在于，包括：
通过统计光信号飞行时间计算目标物体与所述投影仪之间的距离，
根据所述距离调整驱动信号的强度；
根据所述驱动信号的强度调整射向所述目标物体的结构光的强度，以通过图像传感器生成所述目标物体的结构化图像。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，通过统计光信号飞行时间计算目标物体与所述投影仪之间的距离，包括：向所述目标物体发射测距光信号；接收被所述目标物体反射回的所述测距光信号，且根据向所述目标物体发射的测距光信号以及被所述目标物体反射回的所述测距光信号的飞行时间预估所述目标物体与所述投影仪之间的距离。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，向所述目标物体发射测距光信号，包括：向所述目标物体发射至少两个频率互质的测距光信号，接收被所述目标物体反射回的至少两个频率互质的所述测距光信号；
对应地，根据向所述目标物体发射的测距光信号以及被所述目标物体反射回的所述测距光信号的飞行时间预估所述目标物体与所述投影仪之间的距离，包括：根据向所述目标物体发射的每个频率的所述测距光信号以及被所述目标物体反射回的对应的所述测距光信号的飞行时间分别预估所述目标物体与所述投影仪之间的距离；根据预估所述目标物体与所述投影仪之间的至少两个距离，得到最终的预估距离。
17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，向所述目标物体发射测距光信号，包括：向所述目标物体发射单一频率的测距光信号；
对应地，根据向所述目标物体发射的测距光信号以及被所述目标物体反射回的所述测距光信号的飞行时间预估所述目标物体与所述投影仪之间的距离，包括：所接收被所述目标物体反射回的单一频率的所述测距光信号，且根据向所述目标物体发射的单一频率的所述测距光信号以及被所述目标物体反射回的所述测距光信号的整数波长和小数波长的飞行时间预估所述目标物体与所述投影仪之间的距离。
18.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，根据向所述目标物体发射的测距光信号以及被所述目标物体反射回的所述测距光信号的飞行时间预估所述目标物体与所述投影仪之间的距离，包括：根据向所述目标物体发射的测距光信号以及被所述目标物体反射回的所述测距光信号的相位差来计算所述飞行时间以预估所述目标物体与所述投影仪之间的距离。
19.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括：生成一强度小于预设强度阈值的驱动信号，在所述驱动信号的驱动下向目标物体发射光强小于预设光强阈值的测距光信号。
20.根据权利要求14-19任一项所述的方法，其特征在于，还包括：在测距模式下向目标物体发射测距光信号，或者，在结构光模式下向目标物体投射形成所述结构化图像的结构光信号。
21.根据权利要求14-19任一项所述的方法，其特征在于，所述图像传感器在测距模式下感应被目标反射回的测距光信号。
22.一种三维测量系统，其特征在于，包括：结构光投射装置、图像传感器，所述结构光投射装置包括：飞行时间测距模块、驱动器、以及投影仪，所述飞行时间测距模块用于通过统计光信号飞行时间计算目标物体与所述投影仪之间的距离，所述驱动器用于根据所述距离调整驱动信号的强度，所述投影仪用于根据所述驱动信号的强度调整射向所述目标物体的结构光的强度；所述图像传感器用于生成所述目标物体的结构化图像。
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