CN111443497A - 一种激光投射模组、深度成像装置及转换镜头的选定方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种激光投射模组、深度成像装置及转换镜头的选定方法，激光投射模组包括：VCSEL光源，用于发射光束；准直镜，用于对VCSEL光源发射的光束进行准直；投射屏，位于准直镜对光束准直后出射的光路上，用于根据光束成像，且准直镜与投射屏之间的距离可调节；转换镜头，设置在准直镜与投射屏之间，用于改变经准直镜准直后的光束在准直镜与投射屏之间的传播路径，以减小投射屏与准直镜之间的实际物距，其中，实际物距表示VCSEL光源发射的光束在投射屏上清晰成像时要求投射屏与准直镜之间间隔的距离；图像接收部，用于采集投射屏上的图像，并确定图像是否清晰。这样可以使得激光投射模组的准直镜与投射屏之间以较小的距离实现远距离应用场景的清晰成像。

Description

一种激光投射模组、深度成像装置及转换镜头的选定方法

技术领域

本申请涉及深度成像技术领域，具体而言，涉及一种激光投射模组、深度成像装置及转换镜头的选定方法。

背景技术

近年来，3D(3-dimension)成像在消费电子领域中的应用越来越广，例如近距离(小于等于1米)的人脸支付、人脸解锁场景等；远距离(大于5米)的安防监控、姿态识别场景等。3D成像不仅可以对目标物体进行成像，还能获取目标物体的深度信息。而结构光或者tof(time of flight时间飞行)深度相机是目前应用最广的3D成像设备。

激光投射模组在结构光中已有大量的应用，例如深度相机里面的核心部件就是激光投射模组。激光投射模组用于向目标空间中投射散斑点图案，红外接收相机拍摄目标空间的散斑点图案以实现深度信息的测量。当目标物体与激光投射模组相距远时，光斑直径也因此变大，能量密度低，边缘弥散，造成目标空间的纹理不清晰，对比度不明显，影响深度测量的精度。

在近距离的人脸支付、人脸解锁场景中，激光投射模组距离人的距离通常小于等于1米，在此距离下的光斑直径相对较小，能量密度较高。但在远距离的例如安防监控、姿态识别等场景中，激光投射模组离人的距离通常在5米以上，在如此远的距离下，光斑直径会变得很大，造成能量密度较低，与背景的对比度不明显，严重影响深度识别精度。因此，给激光投射模组在远距离应用场景中的应用带来很多阻碍。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种激光投射模组、深度成像装置及转换镜头的选定方法，以克服激光投射模组在远距离应用场景中的阻碍。

为了实现上述目的，本申请的实施例通过如下方式实现：

第一方面，本申请实施例提供一种激光投射模组，包括：VCSEL光源，用于发射光束；准直镜，用于对所述VCSEL光源发射的光束进行准直；投射屏，位于所述准直镜对所述光束准直后出射的光路上，用于根据所述光束成像，且所述准直镜与所述投射屏之间的距离可调节；转换镜头，设置在所述准直镜与所述投射屏之间，用于改变经所述准直镜准直后的光束在所述准直镜与所述投射屏之间的传播路径，以减小所述投射屏与所述准直镜之间的实际物距，其中，所述实际物距表示所述VCSEL光源发射的光束在所述投射屏上清晰成像时要求所述投射屏与所述准直镜之间间隔的距离；图像接收部，用于采集所述投射屏上的图像，并确定所述图像是否清晰。

通过在准直镜与投射屏之间设置转换镜头，改变经准直镜准直后的光束在准直镜与投射屏之间的传播路径，减小投射屏与准直镜之间的实际物距，从而可以使得准直镜与投射屏之间以较小的距离实现远距离应用场景的清晰成像，提高应用激光投射模组的激光投射模组在远距离应用场景中的成像质量，即减小光斑直径，提高能量密度，使得目标空间的纹理清晰，与背景的对比度明显，从而提升深度测量的精度。并且，采用这种方式，可以在激光投射模组的体量有限的条件下，提升成像质量，控制激光投射模组的成本，以较低成本实现应用激光投射模组的激光投射模组在远距离应用场景的中的应用，扩展此类激光投射模组的应用领域。

结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述VCSEL光源、所述准直镜和所述转换镜头位于同一轴线上。

在该实现方式中，VCSEL光源、准直镜和转换镜头位于同一轴线上，可以保证激光投射模组的测量精度和成像质量。

结合第一方面，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述转换镜头与所述准直镜之间间隔的距离与所述转换镜头的焦距f一致。

在该实现方式中，将转换镜头设置在与准直镜间隔焦距f的距离，可以保证经准直镜准直后的光束(具有一定的角度)经转换镜头转换后输出平行光，从而使得在转换镜头与投射屏之间的光路最短，尽可能减小转换镜头与投射屏之间的距离，从而在激光投射模组体量有限且保证清晰成像和测量精度的条件下，尽可能提升激光投射模组的拍摄距离。

结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述转换镜头的焦距f满足下列关系式：

其中，L表示所述VCSEL光源发射的光束在所述投射屏上清晰成像时所述转换镜头与所述投射屏之间的距离，L′表示未设置所述转换镜头时所述投射屏与所述准直镜之间的实际物距。

在该实现方式中，通过该关系式，有利于为转换镜头的焦距f的确定提供理论指导，从而保证激光投射模组的质量。

结合第一方面，在第一方面的第四种可能的实现方式中，所述准直镜与所述投射屏之间的距离为0.4至0.6米，所述转换镜头的倍率为10至15倍。

在该实现方式中，准直镜与投射屏之间的距离为0.4至0.6米，转换镜头的倍率为10至15倍，可以使得激光投射模组能够很好地应用于姿态识别、安防监控等远距离应用场景中。

结合第一方面，或者结合第一方面的第一种至第四种中任一可能的实现方式，在第一方面的第五种可能的实现方式中，所述激光投射模组还包括：调节机构，用于接收所述图像接收部发送的调节指令，其中，所述调节指令为所述图像接收部基于所述图像是否清晰而生成；以及，根据所述调节指令，调节所述准直镜与所述投射屏之间间隔的距离。

在该实现方式中，通过调节机构对准直镜与投射屏之间间隔的距离的自动调节，可以实现激光投射模组的主动对位，从而能够很好地适应应用场景中拍摄目标位置的不确定性，保证测量精度和成像质量。

第二方面，本申请实施例提供一种转换镜头的选定方法，应用于对第一方面或第一方面的可能的实现方式中任一项所述的激光投射模组中转换镜头的选定，所述方法包括：确定出所述激光投射模组的应用场景距离S₁，其中，所述应用场景距离表示所述激光投射模组与拍摄目标的距离；确定出所述激光投射模组中所述准直镜与所述投射屏之间的最大距离S₂；根据所述应用场景距离S₁和所述最大距离S₂，确定出所述转换镜头的焦距f。

在本申请实施例中，通过激光投射模组的应用场景距离S₁、准直镜与投射屏之间的最大距离S₂，确定转换镜头的焦距f，可以使得确定出的转换镜头应用在激光投射模组中时，激光投射模组在其应用场景中能够尽可能保证测量精度和成像质量，也有利于控制转换镜头的成本。

结合第二方面，在第二方面的第一种可能的实现方式中，所述根据所述应用场景距离S₁和所述最大距离S₂，确定出所述转换镜头的焦距f，包括：确定出预设关系式：2S₁×f_max-f_max ²＝S₁×S₂，其中，f_max表示满足要求的最大焦距；基于所述应用场景距离S₁、所述最大距离S₂和所述预设关系式，确定出所述最大焦距f_max；根据所述最大焦距f_max，确定出所述转换镜头的焦距f。

在该实现方式中，通过预设关系式、应用场景距离S₁、最大距离S₂确定出最大焦距f_max，再基于最大焦距f_max确定出转换镜头的焦距f，可以在选定转换镜头时，可以综合考量成本、应用场景距离的误差范围等因素，从而确定出最合适的该应用场景的转换镜头，保证激光投射模组的质量和精度。而通过该预设关系式，能够准确地确定出转换镜头的最大焦距f_max，从而避免选定的转换镜头能力不足导致的激光投射模组的质量问题。

结合第二方面的第一种可能的实现方式，在第二方面的第二种可能的实现方式中，所述根据所述最大焦距f_max，确定出所述转换镜头的焦距f，包括：确定出预设调节比例a，其中，a取值小于等于1；计算所述最大焦距f_max与所述预设调节比例a的乘积，确定出所述转换镜头的焦距f。

通过计算预设调节比例a与最大焦距f_max的乘积，可以确定出转换镜头的焦距f，这样确定出的焦距f，能够保证激光投射模组在与拍摄目标的距离超过应用场景距离时也能够具有一定的适应性，保证测量精度和成像质量。

第三方面，本申请实施例提供一种深度摄像装置，包括：第一方面或第一方面的可能的实现方式中任一项所述的激光投射模组，用于向目标空间投射散斑图像；接收模组，用于采集目标空间中的所述散斑图像；处理芯片，用于接收由所述接收模组采集的所述散斑图像，并根据所述散斑图像确定出所述目标空间的深度图像。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的3D结构光深度模组的示意图。

图2为本申请实施例提供的一种常用的激光投射模组的示意图。

图3为本申请实施例提供的一种常用的激光投射模组的结构示意图。

图4为本申请实施例提供的VCSEL光源的光束特性图。

图5为本申请实施例提供的一种激光投射模组的结构示意图。

图6为本申请实施例提供的光束在准直器与投射屏之间传播的光学原理图。

图7为本申请实施例提供的一种转换镜头的选定方法的流程图。

图标：100-3D结构光深度模组；101-激光投射模组；102-处理芯片；103-接收模组；104-平面板；200-激光投射模组；201-VSCEL光源；202-准直镜；203-衍射光学元件；301-束腰位置；302-示例位置；400-激光投射模组；401-VCSEL光源；402-准直镜；403-转换镜头；404-投射屏；405-图像接收部；501-第一位置；502-第二位置；503-第三位置；504-第四位置。

具体实施方式

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描述。

为了便于对本方案的理解，此处先对3D结构光深度模组和激光投射模组进行简要的介绍。

请参阅图1，图1为本申请实施例提供的3D结构光深度模组100的示意图。

3D结构光深度模组100可以包括激光投射模组101、处理芯片102和接收模组103，其中，激光投射模组101和接收模组103可以被安装在同一平面板104上，使得两者处于同一基线。激光投射模组101可以向目标空间中投射特定视场角的激光散斑图案，此处投射的激光散斑图案通常为分布均匀的圆形光斑，但不限定于此，也可以为其他形状的光斑，呈差异性分布或随机分布等。接收模组103可以采集空间中的激光散斑图案，发送给处理芯片102处理，从而计算出目标空间的深度图像。

请参阅图2，图2为一种常用的激光投射模组200的示意图。激光投射模组200可以包括VCSEL(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，垂直腔面发射激光器)光源201、准直镜202和衍射光学元件203。其中VCSEL光源201通常为多个子光源构成的二维图案排列的二维光源，相比传统光源，具有体积小，发散角小和能量集中等优点。为了便于阐述，图2中仅在一维层面上示出了3个子光源，不应视为对本申请的限定。准直镜202可以用于接收VCSEL光源201发射的光束，对具有一定发散角的VCSEL光源201发射的光束进行准直。而衍射光学元件203可以接收准直过后的入射光束，通过光衍射方式输出光束，向目标空间中投射激光光束。

请参阅图3，图3为本申请实施例提供的一种常用的激光投射模组200的结构示意图。

在实际的激光投射模组200的组装工艺中，VCSEL光源201与准直镜202通常以主动对位(active alignment，简称AA)方式进行组装，此类设备也称为AA设备。VCSEL光源201通常采用真空吸附的方式固定在夹具中，准直镜202则用于对VCSEL光源201发射的光束进行准直，并将准直后的光束投射在投射屏204上成像。通常将准直镜202(图3中准直镜202的上表面)与投射屏204之间的距离称之为对焦距离，用d表示，通常d小于0.6米。而图像处理器205可以用于拍摄投射屏204上的散斑图案。在主动对位过程中，VCSEL光源201与准直镜202的相对位置的调整可以处于一个完全自由的状态。在通过高精度的运动机构(重复运动的精度可达1微米)，不断调整VCSEL光源201和准直镜202之间的相对距离、水平位置以及准直镜202的倾斜角度的同时，而图像处理器205将实时采集投射屏204上的散斑图案并计算光斑质量，根据光斑质量对VCSEL光源201和准直镜202之间的相对距离、准直镜202的水平位置以及准直镜202的倾斜角度的调整，使得投射屏204上的光斑具有最佳的清晰度。

VCSEL光源201作为一种特殊的激光器，满足高斯光束特性。如图4所示，当对焦距离为d时，光斑直径通常在距离d处具有最小值，也就是束腰位置301所示的位置处。而离束腰位置301越远，光斑直径则越大，如示例位置302所示位置的光斑，设示例位置302处的光斑直径为D，则有：

D＝2×x×tan(α)， (1)

其中，x为目标平面与对焦平面(束腰位置301处)之间的相对距离，α表示高斯光束渐近线与中心线之间的夹角，α通常小于等于0.2°。

而市场上现有的AA设备中，受限于设备的尺寸、场地和成本等问题，对焦距离d通常小于0.6米，对于近距离(小于等于1米)的应用场景，例如人脸支付、人脸识别、人脸解锁等，由于对焦距离d与应用场景距离范围(0.2米至1米)差异不大，此距离处的光斑大小、能量密度、与背景的对比度等参数基本上可以满足使用要求。但在远距离(通常在5米以上)的安防监控、姿态识别场景中，由于对焦距离d(小于0.6米)与应用场景距离范围(5米-10米)差距很大，通过式(1)可以得出，在这种距离处的光斑直径将变的非常大。在光斑总能量不变的情况下，当光斑直径大时，光斑能量密度降低，导致与背景的对比度不明显，从而影响深度重建的精度。

因此，现有的激光投射模组200在远距离应用场景中，光斑直径会变得很大，造成光斑能量密度低、与背景的对比度不明显等问题，严重影响深度识别的精度，从而给激光投射模组200在远距离处应用带来很多阻碍。要想提升远距离处的深度测量精度，首要问题就是提高远距离处的光斑能量密度、对比度等。

而解决激光投射模组200在远距离应用场景中，光斑直径大、能量密度低，对比度小的问题，一种可能的解决办法就是在激光投射模组200装配时，将激光投射模组200的对焦平面距离设定在远距离(例如5米处)，在此距离处将光斑直径调整到最小，能量密度最高，从而提升精度。但这种远距离对焦(例如5米)AA设备尺寸会非常大，占空空间大且成本非常高，可行性低。

因此，本申请实施例提供一种激光投射模组、深度成像装置及转换镜头的选定方法，以低成本的方式，有效提升激光投射模组应用于远距离应用场景下的光斑能量密度、对比度，以克服激光投射模组在远距离应用场景中的阻碍。

请参阅图5，图5为本申请实施例提供的一种激光投射模组400的结构示意图。

在本实施例中，激光投射模组400可以包括VCSEL光源401、准直镜402、转换镜头403、投射屏404和图像接收部405。

VCSEL光源401用于发射光束，准直镜402则用于对VCSEL光源401发射的光束进行准直。

投射屏404位于准直镜402对光束准直后出射的光路上，用于根据该光束成像，且准直镜402与投射屏404之间的距离可调节(即主动对位过程中调节准直镜402的位置，改变准直镜402与VCSEL光源401之间的相对高度，从而调节准直镜402与投射屏404之间的距离)。

转换镜头403则设置在准直镜402与投射屏404之间，转换镜头可以用于改变经准直镜402准直后的光束在准直镜402与投射屏404之间的传播路径，以减小投射屏404与准直镜402之间的实际物距，其中，实际物距表示VCSEL光源401发射的光束在投射屏404上清晰成像时要求投射屏404与准直镜402之间间隔的距离。

图像接收部405可以用于采集投射屏404上的图像，并确定图像是否清晰，从而便于调节准直镜402与投射屏404之间间隔的距离。

此处对设置转换镜头403的激光投射模组400的光学原理进行详细介绍。

请继续参阅图5，在激光投射模组应用于场景中时，VCSEL光源401发射的光束经准直镜402准直后，在投射屏404上清晰成像时，投射屏404与准直镜402之间间隔的距离称为实际物距。为了便于理解和阐述，此处针对同一条件下，未设置转换镜头403和设置转换镜头403这两种情况进行阐述。

请参阅图6，假设准直镜402设置在第一位置501处，在激光投射模组400中设置有转换镜头403时，转换镜头403的焦距为f，设置于第二位置502处，为了便于描述，第一位置501与第二位置502之间间隔的距离为焦距f(即准直镜402与转换镜头403间隔的距离与焦距f一致)。

按照光的直线传播原理可知，在未设置转换镜头403时，可调整VCSEL光源401与准直镜402之间的相对位置，让光线的聚焦点处在第四位置504处，设像高为H′，此时像距为L′，那么准直镜402与投射屏404之间的距离(即未设置转换镜头403时的实际物距)为L′+f。

而经准直镜402准直后出射的光束(具有一定的角度)从第一位置501处射向第二位置502处设置的转换镜头403，转换镜头403可以将具有一定角度的光束转变为平行光后向投射屏404投射。结合准直镜402出射的光束中穿过光心的光线与从准直镜402经转换镜头403改变传播路径的光线相交于第三位置503处，此时像高为H，像距为L，那么准直镜402与投射屏404之间的距离(即设置转换镜头403时的实际物距)为L+f。

由此可见，在投射屏404与准直镜402之间设置转换镜头以改变光束在准直镜402与投射屏404之间的传播路径，可以有效减小投射屏与准直镜之间的实际物距，从而可以使得准直镜与投射屏之间以较小的距离实现远距离应用场景的清晰成像，提高应用激光投射模组的激光投射模组在远距离应用场景中的成像质量，即减小光斑直径，提高能量密度，使得目标空间的纹理清晰，与背景的对比度明显，从而提升深度测量的精度。

另外，基于图6示出的光学原理图，可以得知转换镜头的焦距f满足下列关系式：

其中，L表示VCSEL光源401发射的光束在投射屏403上清晰成像时转换镜头403与投射屏404之间的距离(即图6中设置转换镜头403时的像距L)，L′表示激光投射模组400中未设置转换镜头403时投射屏404与准直镜402之间的实际物距(即图6中未设置转换镜头403时的像距L′)，H表示在与准直镜402间隔距离L的投射屏404上的图像的像高(即位于像距L上的像高)，H′表示未设置转换镜头时在与准直镜间隔对焦距离L′的投射屏上的像高(即位于像距L′上的像高)。

由式(2)可知，转换镜头的焦距

需要说明的是，对于减小投射屏404与准直镜402之间的实际物距，换一种描述方式则为：转换镜头403设置在准直镜402和投射屏404之间，转换镜头403可以在不改变准直镜402与投射屏403之间间隔的距离d(d小于0.6米)的情况下，通过改变光束在准直镜402与投射屏404之间的传播路径，增加准直镜402与投射屏404之间的光学距离。即，准直镜402与投射屏404之间间隔的距离(物理上的距离)为d，但准直镜402与投射屏404之间在光学距离(光学上的距离)为md，此处m表示转换镜头的倍率。

例如，假设d＝0.5米，可通过增加倍率为10的转换镜头，将对焦距离d变为0.5×10＝5米，从而实现远距离应用的激光投射模组400的对焦，解决远距离处光斑能量密度和对比度低等问题。

示例性的，考虑到安防监控、姿态识别等远距离应用场景的应用场景距离通常在5至10米，而目前激光投射模组400中准直镜402与投射屏404之间的距离为0.4至0.6米，因此，转换镜头403的倍率可以选定在10至15倍之间，使得激光投射模组400能够很好地应用于姿态识别、安防监控等远距离应用场景中。

另外，为了保证激光投射模组400测量精度和成像质量，在本实施例中，转换镜头403可以经过校正处理，例如球差校正、像差矫正等处理。

为了保证激光投射模组的测量精度和成像质量，在本实施例中，VCSEL光源401、准直镜402和转换镜头403可以位于同一轴线上，投射屏404的位置和形状可以基于实际需要进行设定，此处不作限定。

在本实施例中，转换镜头403与准直镜402之间间隔的距离可以与转换镜头的焦距f一致。将转换镜头设置在与准直镜间隔焦距f的距离，可以保证经准直镜准直后的光束(具有一定的发散角)经转换镜头转换后输出平行光，从而使得在转换镜头与投射屏之间的光路最短，尽可能减小转换镜头与投射屏之间的距离，从而在激光投射模组体量有限且保证清晰成像和测量精度的条件下，尽可能提升激光投射模组的拍摄距离。

而对于转换镜头403的设置方式，可以根据实际需要选取，例如，将转换镜头403设置在一个夹持件上，夹持件夹持的转换镜头403与准直镜402之间可以保持一个相对固定的距离，从而可以使得激光投射模组400在主动对位过程中，调整准直镜402的位置时，转换镜头403可以随准直镜402的移动而移动，无需对转换镜头403的位置进行额外的调整。当然，夹持件也可以相对独立设置，同样可以进行移动调整，从而激光投射模组400可以在主动对位过程中分别对准直镜402和转换镜头403的位置进行调整，此处不作限定。

在本实施例中，激光投射模组400还可以包括调节机构，用于接收图像接收部405发送的调节指令，并根据调节指令调节准直镜402与投射屏404之间间隔的距离，其中，调节指令为图像接收部405基于图像是否清晰而生成。调节机构的调节原理可以参阅前文对AA设备进行主动对位调节的介绍，此处不再赘述。

通过调节机构对准直镜402与投射屏404之间间隔的距离的自动调节，可以实现激光投射模组400的主动对位，从而能够很好地适应应用场景中拍摄目标位置的不确定性，保证测量精度和成像质量。

为了更好地使激光投射模组应用于合适的应用场景中，本申请实施例还提供一种转换镜头的选定方法，以指导激光投射模组中转换镜头的选定。

请参阅图7，图7为本申请实施例提供的一种转换镜头的选定方法的流程图。在本实施例中，转换镜头的选定方法可以包括步骤S10、步骤S20和步骤S30。

在激光投射模组的转换镜头的选定时，可以执行步骤S10。

步骤S10：确定出激光投射模组的应用场景距离S₁，其中，应用场景距离表示激光投射模组与拍摄目标的距离。

在本实施例中，可以基于激光投射模组的应用场景的类型，确定出激光投射模组的应用场景距离S₁，此处应用场景距离S₁可以为一个确定值，也可以为一个范围，此处不作限定。

以及，可以执行步骤S20。

步骤S20：确定出激光投射模组中准直镜与投射屏之间的最大距离S₂。

在本实施例中，可以基于激光投射模组的类型、参数等确定出该激光投射模组中准直镜与投射屏之间的最大距离S₂。当然，也可以通过获取人为录入的数据确定最大距离S₂，此处不作限定。

需要说明的是，步骤S10和步骤S20之间没有严格的执行顺序，可以先执行步骤S10后执行步骤S20、也可以先执行步骤S20后执行步骤S10，还可以同时执行步骤S10和步骤S20，此处不作限定。

确定出应用场景距离S₁和最大距离S₂后，可以执行步骤S30。

步骤S30：根据应用场景距离S₁和最大距离S₂，确定出转换镜头的焦距f。

请再次参阅图6，在本实施例中，基于应用场景距离S₁、最大距离S₂、像距L、像距L′、像高H、像高H′等参数，以及它们与焦距f的关系，可以确定出满足要求的最大焦距f_max。

具体的，关系式包括：

S₁＝f_max+L′， (4)

S₂＝f_max+L， (5)

根据式(3)至式(5)，可以确定出预设关系式：

2S₁×f_max-f_max ²＝S₁×S₂， (6)

其中，f_max表示满足要求的最大焦距。

需要说明的是，基于式(6)确定出的f_max有两个，确定其中较小的一个为f_max的最终取值。

而后，可以根据最大焦距f_max，确定出转换镜头的焦距f。示例性的，可以确定出预设调节比例a，其中，a取值小于等于1；计算最大焦距f_max与预设调节比例a的乘积，确定出转换镜头的焦距f。

需要说明的是，a的取值可以基于应用场景的类型、应用场景的距离、应用场景中拍摄目标可能出现的距离范围等因素进行设定。例如，在激光投射模组应用于安保监控场景中时，a的取值可以在0.8至0.9之间，在应用于姿态识别场景中时，a的取值可以在0.6至0.9之间，此处不作限定。

为了便于对通过最大焦距f_max确定转换镜头的焦距f的方式的理解，此处进行原理说明：由于激光投射模组的应用场景距离S₁可以确定，且激光投射模组中准直镜可调节的距离受限于准直镜与投射屏之间的最大距离S₂，因此，为使投射屏清晰成像，在这样的情况下，会存在一个满足条件的最大焦距f_max。换言之，为使投射屏清晰成像，会存在一个最低放大倍率m(例如S₁＝10米，S₂＝0.5米，那么最小的放大倍率m＝20)，而转换镜头的放大倍率越大，其焦距f越小，那么与放大倍率对应的焦距，即为满足条件的最大焦距f_max。

另外，本实施例中采用设置在准直镜与投射屏之间的转换镜头的光学原理的方式来确定转换镜头的焦距f，但并不限定于此，在其他一些方式中，还可以基于应用场景距离S₁和最大距离S₂，确定出转换镜头的最低放大倍率(在最大距离S₂确定的情况下，为使投射屏在应用场景距离S₁下对拍摄目标清晰成像，要求转换镜头具备的最低放大倍率)，再基于最低放大倍率和转换镜头的放大倍率与焦距之间的对应关系，即可确定出满足条件的最大焦距f_max，而后可以基于最大焦距f_max确定出转换镜头的焦距。因此，此处不应视为对本申请的限定。

通过预设关系式、应用场景距离S₁、最大距离S₂确定出最大焦距f_max，再基于最大焦距f_max确定出转换镜头的焦距f，可以在选定转换镜头时，可以综合考量成本、应用场景距离的误差范围等因素，从而确定出最合适的该应用场景的转换镜头，保证激光投射模组的质量和精度。而通过该预设关系式，能够准确地确定出转换镜头的最大焦距f_max，从而避免选定的转换镜头能力不足导致的激光投射模组的质量问题。而通过计算预设调节比例a与最大焦距f_max的乘积，可以确定出转换镜头的焦距f，这样能够保证激光投射模组在与拍摄目标的距离超过应用场景距离时也能够具有一定的适应性，保证测量精度和成像质量。

基于同一发明构思，本申请实施例中还提供一种深度摄像装置，包括：本申请实施例中的激光投射模组，用于向目标空间投射散斑图像；接收模组，用于采集目标空间中的散斑图像；处理芯片，用于接收由接收模组采集的散斑图像，并根据散斑图像确定出目标空间的深度图像。

综上所述，本申请实施例提供一种激光投射模组、深度成像装置及转换镜头的选定方法，通过在准直镜与投射屏之间设置转换镜头，改变经准直镜准直后的光束在准直镜与投射屏之间的传播路径，减小投射屏与准直镜之间的实际物距，从而可以使得准直镜与投射屏之间以较小的距离实现远距离应用场景的清晰成像，提高应用激光投射模组的激光投射模组在远距离应用场景中的成像质量，即减小光斑直径，提高能量密度，使得目标空间的纹理清晰，与背景的对比度明显，从而提升深度测量的精度。并且，采用这种方式，可以在激光投射模组的体量有限的条件下，提升成像质量，控制激光投射模组的成本，以较低成本实现应用激光投射模组的激光投射模组在远距离应用场景的中的应用，扩展此类激光投射模组的应用领域。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光投射模组，其特征在于，包括：

VCSEL光源，用于发射光束；

准直镜，用于对所述VCSEL光源发射的光束进行准直；

投射屏，位于所述准直镜对所述光束准直后出射的光路上，用于根据所述光束成像，且所述准直镜与所述投射屏之间的距离可调节；

转换镜头，设置在所述准直镜与所述投射屏之间，用于改变经所述准直镜准直后的光束在所述准直镜与所述投射屏之间的传播路径，以减小所述投射屏与所述准直镜之间的实际物距，其中，所述实际物距表示所述VCSEL光源发射的光束在所述投射屏上清晰成像时要求所述投射屏与所述准直镜之间间隔的距离；

图像接收部，用于采集所述投射屏上的图像，并确定所述图像是否清晰。

2.根据权利要求1所述的激光投射模组，其特征在于，所述VCSEL光源、所述准直镜和所述转换镜头位于同一轴线上。

3.根据权利要求1所述的激光投射模组，其特征在于，所述转换镜头与所述准直镜之间间隔的距离与所述转换镜头的焦距f一致。

4.根据权利要求3所述的激光投射模组，其特征在于，所述转换镜头的焦距f满足下列关系式：

其中，L表示所述VCSEL光源发射的光束在所述投射屏上清晰成像时所述转换镜头与所述投射屏之间的距离，L′表示未设置所述转换镜头时所述投射屏与所述准直镜之间的实际物距。

5.根据权利要求1所述的激光投射模组，其特征在于，所述准直镜与所述投射屏之间的距离为0.4至0.6米，所述转换镜头的倍率为10至15倍。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的激光投射模组，其特征在于，所述激光投射模组还包括：

调节机构，用于接收所述图像接收部发送的调节指令，其中，所述调节指令为所述图像接收部基于所述图像是否清晰而生成；以及，根据所述调节指令，调节所述准直镜与所述投射屏之间间隔的距离。

7.一种转换镜头的选定方法，其特征在于，应用于对权利要求1至6中任一项所述的激光投射模组中转换镜头的选定，所述方法包括：

确定出所述激光投射模组的应用场景距离S₁，其中，所述应用场景距离表示所述激光投射模组与拍摄目标的距离；

确定出所述激光投射模组中所述准直镜与所述投射屏之间的最大距离S₂；

根据所述应用场景距离S₁和所述最大距离S₂，确定出所述转换镜头的焦距f。

8.根据权利要求7所述的转换镜头的选定方法，其特征在于，所述根据所述应用场景距离S₁和所述最大距离S₂，确定出所述转换镜头的焦距f，包括：

确定出预设关系式：2S₁×f_max-f_max ²＝S₁×S₂，其中，f_max表示满足要求的最大焦距；

基于所述应用场景距离S₁、所述最大距离S₂和所述预设关系式，确定出所述最大焦距f_max；

根据所述最大焦距f_max，确定出所述转换镜头的焦距f。

9.根据权利要求8所述的转换镜头的选定方法，其特征在于，所述根据所述最大焦距f_max，确定出所述转换镜头的焦距f，包括：

确定出预设调节比例a，其中，a取值小于等于1；

计算所述最大焦距f_max与所述预设调节比例a的乘积，确定出所述转换镜头的焦距f。

10.一种深度摄像装置，其特征在于，包括：

权利要求1至6中任一项所述的激光投射模组，用于向目标空间投射散斑图像；

接收模组，用于采集目标空间中的所述散斑图像；

处理芯片，用于接收由所述接收模组采集的所述散斑图像，并根据所述散斑图像确定出所述目标空间的深度图像。

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