CN110888141A - 深度测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种深度测量装置及方法，包括：发射模组，用于向目标物体发射结构光光束或泛光光束；采集模组，用于接收所述目标物体反射回来的结构光光束或泛光光束并形成电信号；控制与处理器，分别与所述发射模组和所述采集模组连接，用于执行以下步骤：获取所述目标物体的第一距离值；基于所述第一距离值与预先设置的阈值比较，并根据比较结果控制所述发射模组向所述目标物体发射结构光光束或泛光光束；控制所述采集模组接收所述目标物体反射回来的结构光光束或泛光光束并形成电信号，并基于该电信号计算所述目标物体的第二距离值。利用结构光测距技术和ToF测距技术的最佳特性，根据测量目标物体的距离选择测量模式，提高距离测量精度。
Description
技术领域
本发明涉及深度测量技术领域，尤其涉及一种深度测量装置及方法。
背景技术
ToF的全称是Time-of-Flight，即飞行时间，ToF测距技术是一种通过测量光脉冲在发射/接收装置和目标物体间的往返飞行时间来实现精确测距的技术。在ToF技术中直接对光飞行时间进行测量的技术被称为d-ToF(direct-ToF)；对发射光信号进行周期性调制，通过对反射光信号相对于发射光信号的相位延迟进行测量，再由相位延迟对飞行时间进行计算的测量技术被成为i-ToF(Indirect-ToF)技术。
结构光测距技术则向空间物体发射结构光光束，采集被物体调制及反射后的结构光光束所形成的结构光图案，利用三角法进行深度计算以获取物体的深度值。
结构光测量系统通常在目标物体处于近距离时能够比ToF测量系统提供更精确的深度测量。但ToF测量系统在目标物体处于远距离时能够比结构光测量系统提供更精确的测量。
现有技术中缺乏一种根据测量目标物体的距离选择测量模式的装置及方法。
发明内容
本发明为了解决现有的问题，提供一种深度测量装置及方法。
为了解决上述问题，本发明采用的技术方案如下所述：
一种深度测量装置，包括：发射模组，用于向目标物体发射结构光光束或泛光光束；采集模组，用于接收所述目标物体反射回来的结构光光束或泛光光束并形成电信号；控制与处理器，分别与所述发射模组和所述采集模组连接，用于执行以下步骤：获取所述目标物体的第一距离值；基于所述第一距离值与预先设置的阈值比较，并根据比较结果控制所述发射模组向所述目标物体发射结构光光束或泛光光束；控制所述采集模组接收所述目标物体反射回来的结构光光束或泛光光束并形成电信号，并基于所述电信号计算所述目标物体的第二距离值。
在本发明的一种实施例中，还包括距离传感器，所述控制与处理器控制距离传感器工作获取所述目标物体的第一距离值；所述距离传感器获取所述目标物体的第一距离值并传输给所述控制与处理器；所述控制与处理器通过发射模组和采集模组获取所述目标物体的第一距离值；所述发射模组向所述目标物体发射结构光光束或泛光光束，所述采集模组接收所述目标物体反射回来的结构光光束或泛光光束并形成电信号，所述控制与处理器基于所述电信号计算所述目标物体的第一距离值；所述预先设置的阈值是所述控制与处理器计算所述发射模组发射结构光光束与所述发射模组发射泛光光束时测得确定位置的标定板的精度相等的距离值。
在本发明的另一种实施例中，所述发射模组、所述采集模组和所述控制与处理器组成结构光测量装置，用于对第一距离值小于所述阈值的目标物体进行测量，获取所述目标物体的第二深度值；或，所述发射模组、所述采集模组和所述控制与处理器组成ToF深度测量装置，用于对所述第一距离值大于所述阈值的目标物体进行测量，获取所述目标物体的第二深度值。
在本发明的再一种实施例中，所述发射模组包含光源、准直镜、图案化光学元件及可调光调制器；所述光源用于发射光束；所述准直镜用于将所述光束准直成平行光，发射给所述图案化光学元件；所述图案化光学元件用于接收所述光束后向所述可调光调制器发射光束；所述可调光调制器用于接收所述光束后向目标物体发射结构光光束或泛光光束。所述可调光调制器是液晶，在泛光模式和结构光模式下开关切换。
本发明还提供一种深度测量方法，包括如下步骤：获取目标物体的第一距离值；所述第一距离值与预先设置的阈值比较，并根据比较结果控制发射模组与采集模组工作；计算所述目标物体的第二深度值。
在本发明的一种实施例中，获取目标物体的第一距离值包括：控制距离传感器工作，通过所述距离传感器获取所述目标物体的所述第一距离值；或，控制所述发射模组向所述目标物体发射结构光光束或泛光光束，控制所述采集模组接收所述目标物体反射回来的结构光光束或泛光光束并形成电信号，基于所述电信号计算所述目标物体的所述第一距离值。所述预先设置的阈值是所述控制与处理器计算所述发射模组发射结构光光束与所述发射模组发射泛光光束时测得确定位置的标定板的精度相等的距离值。
本发明的有益效果为：提供一种深度测量装置及方法，通过先获取目标物体的第一距离值，然后通过第一距离值与预先设置的阈值比较，根据比较结果控制发射模组发射结构光光束或泛光光束，从而利用结构光测距技术和ToF测距技术的最佳特性，根据测量目标物体的距离选择测量模式，提高距离测量精度。
附图说明
图1是本发明实施例中深度测量装置的结构示意图。
图2是本发明实施例中发射模组的结构示意图。
图3是本发明实施例中一种深度测量方法的示意图。
其中，10-深度测量装置，11-发射模组，12-采集模组，13-控制与处理器，14-距离传感器，20-目标物体,101-光源，102-准直镜，103-图案化光学元件，104-可调光调制器。
具体实施方式
为了使本发明实施例所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接既可以是用于固定作用也可以是用于电路连通作用。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“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为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，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，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
图1为本发明一实施例中深度测量装置10的结构示意图。深度测量装置10包括发射模组11、采集模组12以及控制与处理器13。发射模组11向目标物体20发射结构光光束或泛光光束；采集模组12接收目标物体20反射回来的结构光光束或泛光光束并形成电信号；控制与处理器13分别与发射模组11和采集模组12连接，以控制光束的发射与采集；控制与处理器13获取目标物体20的第一距离值，基于第一距离值与预先设置的阈值比较，并根据比较结果控制发射模组11向目标物体20发射结构光光束或泛光光束，同时接收来自采集模组12所采集到的电信号，并对该电信号进行计算，以获取目标物体20的第二深度值。
在一个实施例中，深度测量装置10还包括距离传感器14，控制与处理器13控制距离传感器14工作，距离传感器14获取目标物体20的第一距离值，并传输给控制与处理器13。
在一个实施例中，发射模组11向目标物体20发射结构光光束或泛光光束，采集模组12接收目标物体20反射回来的结构光光束或泛光光束并形成电信号，控制与处理器13基于该电信号进行计算以获取目标物体20的第一距离值。
控制与处理器13基于获取的第一距离值与预先设置的阈值比较，并根据比较结果控制发射模组11发射结构光光束或泛光光束。可以理解的是，目标物体20的第一距离值小于阈值，控制与处理器控制发射模组11向目标物体20发射结构光光束，同时控制采集模组12接收经目标物体20反射回来的结构光光束形成电信号，并对该电信号进行处理，计算出反映反射光束强度的强度信息以形成结构光图案，再基于结构光图案利用结构光三角法进行深度值计算以获取目标物体20的第二深度值；目标物体20的第一距离值大于阈值，控制与处理器13控制发射模组11向目标物体20发射泛光光束，同时接收采集模组12采集到的电信号进行处理以计算出相位差，并基于该相位差计算反射光束由发射模组11发射到采集模组12接收所用的飞行时间，进一步基于该飞行时间计算出目标物体20的第二深度值。
在一个实施例中，发射模组11向目标物体20发射结构光光束，采集模组12接收目标物体20反射回来的结构光光束并形成电信号，控制与处理器13基于该电信号进行计算以获取目标物体20的第一距离值，而在一些情况下，目标物体20的真实距离值大于阈值，适用于发射模组11发射泛光光束进行测量。根据测量的第一距离值大于阈值，控制与处理器13控制发射模组11向目标物体20发射泛光光束，采集模组12接收目标物体20反射回来的泛光光束并形成电信号，控制与处理器13基于该电信号进行计算以获取目标物体20的第二深度值。可以理解的是，第一距离值的精度低于第二深度值的精度。
在一个实施例中，控制与处理器13控制距离传感器14工作，距离传感器14获取目标物体20的第一距离值，并传输给控制与处理器13。基于第一距离值与阈值的比较，控制与处理器13根据比较结果，控制发射模组11向目标物体20发射结构光光束或泛光光束，采集模组12接收目标物体20反射回来的结构光光束或泛光光束并形成电信号，控制与处理器13基于该电信号进行计算以获取目标物体20的第二深度值。可以理解的是，第一距离值仅包含单点或少数点的距离值，第二距离值包括较多点的距离值，比如采集模组12整个视场角内采集点的距离值。
可以理解的是，阈值可以通过预先标定获得。比如，深度测量装置10测量范围从最小测量距离到最大测量距离，每隔10cm标定一次，发射模组11分别向标定板发射结构光光束与泛光光束；采集模组12接收标定板反射回来的光束形成电信号；控制与处理器13基于该电信号分别计算以获取发射模组11发射结构光光束与发射模组11发射泛光光束时测得标定板的距离。可以理解的是，在某一个标定板的位置，控制与处理器13计算发射模组11发射结构光光束与发射模组11发射泛光光束时测得标定板的精度相等，这个距离值则为阈值。可以理解的是，阈值也可以通过其它方法获得。
图2为本发明一实施例中发射模组11的结构示意图。发射模组11包括光源101，准直镜102、图案化光学元件103及可调光调制器104。光源101发射光束；准直镜102将光束准直成平行光发射给图案化光学元件103；图案化光学元件103接收光束后向可调光调制器104发射光束；可调光调制器104接收光束后向目标物体20发射结构光光束或泛光光束。光源101可以是发光二极管(LED)、边发射激光器(EEL)、垂直腔面发射激光器(VCSEL)等光源，也可以是多个光源组成的光源阵列，光源101所发射的光束可以是可见光、红外光、紫外光等。可以理解的是，发射模组11在控制和处理器13的控制下可以向目标物体20发射结构光光束或泛光光束。
在一个实施例中，可调光调制器104是液晶，可以在泛光和结构光模式下切换，当需要泛光光束的时候，可以打开可调光调制器104；当需要结构光光束的时候，可以关闭可调光调制器104。
在一个实施例中控制发射模组11发射结构光光束或泛光光束可以是自动控制也可以是手动控制。
图3为本发明一实施例中一种深度测量方法的流程图，包括如下步骤：
S301，获取目标物体的第一距离值；
具体地，控制与处理器13获取目标物体20的第一距离值可以通过发射模组11向目标物体20发射结构光光束或泛光光束，采集模组12接收目标物体20反射回来的结构光光束或泛光光束并形成电信号，控制与处理器13基于该电信号进行计算以获取目标物体20的第一距离值；也可以通过控制距离传感器14工作，距离传感器获取目标物体20的第一距离值，并传输给控制与处理器13。
S302，第一距离值与预先设定的阈值比较，并根据比较结果控制发射模组与接收模组工作；
可以理解的是，阈值可以通过标定获得。目标物体20的第一距离值小于阈值，控制与处理器控制发射模组11发射结构光光束；目标物体20的第一距离值大于阈值，控制与处理器13控制发射模组11发射泛光光束，同时控制采集模组12采集目标物体20反射回来的光束并输出电信号。
S303，计算目标物体的第二深度值；
基于步骤S302，控制与处理器13控制发射模组11向目标物体20发射结构光光束或泛光光束，同时采集模组12接收目标物体20反射回来的结构光光束或泛光光束并形成电信号，控制与处理器13基于该电信号进行计算以获取目标物体20的第一距离值。
上述深度测量的方法原理与上述深度测量装置原理相同，在此不再赘述。
可以理解的是，本发明中保护的是深度测量装置的硬件组成不作限制，任何在本发明的思路下将发射模组、采集模组和控制与处理器组合在一起的方式并且实现本发明的效果的硬件或组合方式都应该视为本发明的保护范围。同样，本发明的方法是保护一种深度测量方法的思路用于提高距离测量精度，是作为一个整体存在。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种深度测量装置，其特征在于，包括：
发射模组，用于向目标物体发射结构光光束或泛光光束；
采集模组，用于接收所述目标物体反射回来的结构光光束或泛光光束并形成电信号；
控制与处理器，分别与所述发射模组和所述采集模组连接，用于执行以下步骤：
获取所述目标物体的第一距离值；
基于所述第一距离值与预先设置的阈值比较，并根据比较结果控制所述发射模组向所述目标物体发射结构光光束或泛光光束；
控制所述采集模组接收所述目标物体反射回来的结构光光束或泛光光束并形成电信号，并基于所述电信号计算所述目标物体的第二深度值。
2.如权利要求1所述的深度测量装置，其特征在于，还包括距离传感器，所述控制与处理器控制距离传感器工作获取所述目标物体的第一距离值；所述距离传感器获取所述目标物体的第一距离值并传输给所述控制与处理器。
3.如权利要求1所述的深度测量装置，其特征在于，所述控制与处理器通过发射模组和采集模组获取所述目标物体的第一距离值；所述发射模组向所述目标物体发射结构光光束或泛光光束，所述采集模组接收所述目标物体反射回来的结构光光束或泛光光束并形成电信号，所述控制与处理器基于所述电信号计算所述目标物体的第一距离值。
4.如权利要求1所述的深度测量装置，其特征在于，所述预先设置的阈值是所述控制与处理器计算所述发射模组发射结构光光束与所述发射模组发射泛光光束时测得确定位置的标定板的精度相等的距离值。
5.如权利要求1所述的深度测量装置，其特征在于，所述发射模组、所述采集模组和所述控制与处理器组成结构光测量装置，用于对第一距离值小于所述阈值的目标物体进行测量，获取所述目标物体的第二深度值；
或，所述发射模组、所述采集模组和所述控制与处理器组成ToF深度测量装置，用于对所述第一距离值大于所述阈值的目标物体进行测量，获取所述目标物体的第二深度值。
6.如权利要求1所述的深度测量装置，其特征在于，所述发射模组包含光源、准直镜、图案化光学元件及可调光调制器；
所述光源用于发射光束；
所述准直镜用于将所述光束准直成平行光，发射给所述图案化光学元件；
所述图案化光学元件用于接收所述光束后向所述可调光调制器发射光束；
所述可调光调制器用于接收所述光束后向目标物体发射结构光光束或泛光光束。
7.如权利要求6所述的深度测量装置，其特征在于，所述可调光调制器是液晶，在泛光模式和结构光模式下开关切换。
8.一种深度测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取目标物体的第一距离值；
所述第一距离值与预先设置的阈值比较，并根据比较结果控制发射模组与采集模组工作；
计算所述目标物体的第二深度值。
9.如权利要求8所述的深度测量方法，其特征在于，获取目标物体的第一距离值包括：
控制距离传感器工作，通过所述距离传感器获取所述目标物体的所述第一距离值；
或，控制所述发射模组向所述目标物体发射结构光光束或泛光光束，控制所述采集模组接收所述目标物体反射回来的结构光光束或泛光光束并形成电信号，基于所述电信号计算所述目标物体的所述第一距离值。
10.如权利要求8或9任一所述的深度测量方法，其特征在于，所述预先设置的阈值是所述控制与处理器计算所述发射模组发射结构光光束与所述发射模组发射泛光光束时测得确定位置的标定板的精度相等的距离值。
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