CN112118371A - Tof光学感应装置、移动终端及图像生成方法 - Google Patents

Tof光学感应装置、移动终端及图像生成方法 Download PDF

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CN112118371A CN201910538176.5A CN201910538176A CN112118371A CN 112118371 A CN112118371 A CN 112118371A CN 201910538176 A CN201910538176 A CN 201910538176A CN 112118371 A CN112118371 A CN 112118371A
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Abstract

本发明涉及图像采集技术领域，具体而言，涉及一种TOF光学感应装置、移动终端及图像生成方法；其中TOF光学感应装置包括红外发射器和复合光线接收器，所述复合光线接收器包括位于光轴线上的镜头组、光加工组件及感光组件，所述光加工组件通过滤光器将从所述镜头组射向感光组件的光源分时切换过滤为至少两个光波，或，所述光加工组件通过分光器将从所述镜头组射向感光组件的光源实时分为至少两个光波，所述光加工组件将所述至少两个光波引导至所述感光组件，通过本发明装置可减少用于获取不同光波的摄像头数量，优化移动终端内部结构布局，减小移动终端的屏幕及壳体开孔数量，使得移动终端外观更简洁。

Description

TOF光学感应装置、移动终端及图像生成方法
技术领域
本发明涉及图像采集技术领域，具体而言，涉及一种TOF光学感应装置、移动终端及图像生成方法。
背景技术
现有的基于光飞行时间成像的摄像装置本身功能单一，摄像装置需要通过配置不同的光传感器接收光波，并基于光波信息生成图像信息。具有摄像功能的移动终端，其壳体设置摄像装置，并在壳体上对应不同的光传感器开设孔洞，影响了壳体的美观性，同时过多的光传感器造成移动终端内部可用空间小。
发明内容
本发明的目的在于提供一种TOF光学感应装置、移动终端及图像生成方法，其能够减少用于获取不同光波的传感器数量。
本发明的实施例是这样实现的：
一种TOF光学感应装置，包括红外发射器和复合光线接收器，所述复合光线接收器用于接收目标物自然环境下反射的可见光信息及目标物反射的所述红外发射器发出的红外光信息；
所述复合光线接收器包括位于光轴线上的镜头组、光加工组件及感光组件，所述光加工组件设置于所述镜头组和所述感光组件之间；
所述光加工组件通过滤光器将从所述镜头组射向感光组件的光源分时切换过滤为至少两个光波，或，所述光加工组件通过分光器将从所述镜头组射向感光组件的光源实时分为至少两个光波，所述光加工组件将所述至少两个光波引导至所述感光组件。
进一步的，在本发明的一种实施例中，上述滤光器或分光器将从所述镜头组射向感光组件的光源分为可见光和红外光。
进一步的，在本发明的一种实施例中，上述感光组件包括可见光感光件和红外光感光件；
所述可见光感光件对应所述可见光的光轴线，所述红外光感光件对应所述红外光的光轴线。
进一步的，在本发明的一种实施例中，上述滤光器包括驱动器及分别与所述驱动器连接的第一滤波片和第二滤波片，所述第一滤波片为红外截止滤波片，所述第二滤波片为窄带通近红外滤光片；
所述驱动器用于带动所述所述第一滤波片和所述第二滤波片交替移动至所述光轴线上，以对从所述镜头组射向感光组件的光源进行过滤。
进一步的，在本发明的一种实施例中，上述分光器包括可分出两种以上光波的分色片，且所述分色片与所述光轴线的夹角为45°。
进一步的，在本发明的一种实施例中，上述红外发射器包括垂直腔面红外激光发射机构及散射片，所述散射片用于使所述垂直腔面红外激光发射机构发出的红外光均匀射出。
进一步的，在本发明的一种实施例中，上述光学感应装置还包括镜罩，所述镜罩用于罩住所述红外发射器及复合光线接收器。
一种移动终端，包括处理器、存储器及权利要求1－7任一所述的光学感应装置；
所述处理器电性连接所述感光组件，且所述处理器接收所述感光组件发送的光波信号，并基于所述光波信号生成图像信息；
所述存储器电性连接所述处理器，并接收及存储从所述处理器输出的图像信息。
一种图像生成方法，包括：
朝向目标物发射红外光；
获取所述目标物反射的红外光及可见光；
将经镜头组射向感光组件的光源分成至少两个光波，并引导至少两个所述光波射向所述感光组件；
所述感光组件接收从所述光源中分出的光波，并进行光电转换生成电信号；
基于所述电信号获取目标物的三维信息并输出三维图像。
进一步的，在本发明的一种实施例中，上述将从镜头组射向感光组件的光源分成至少两个光波，包括：
将从所述镜头组射向所述感光组件的光源分成可见光和红外光。
本发明实施例的有益效果是：
将从镜头组射入的光源分为多个光波，并将多个光波引导至感光组件，减少用于获取不同光波的光传感器的数量，优化移动终端内部结构布局，减小移动终端的屏幕及壳体开孔数量，提高TOF光感应装置的集成化程度，使得移动终端外观更加简洁。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对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发明的某些实施例，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为本发明实施例第一复合光线接收器的结构示意图；
图2为本发明实施例采用第一复合光线接收器的光线感应装置结构示意图；
图3为本发明实施例采用第一复合光线接收器且包含镜罩的光光线感应装置结构示意图；
图4为本发明实施例包含分光器的第二复合光线接收器结构示意图；
图5为本发明实施例采用第二复合光线接收器光线感应装置结构示意图；
图6为本发明实施例采用第二复合光线接收器且包含镜罩的光光线感应装置结构示意图；
图7为本发明实施例移动终端结构示意图；
图8为本发明实施例带有闪光灯的移动终端结构示意图；
图9为本发明实施例带有可变焦摄像头的移动终端的结构示意图；
图10为本发明实施例双摄接收可见光结构示意图；
图11为本发明实施例移动终端内部连接关系示意图；
图12为本发明实施例图像生成方法流程示意图。
图标：10－移动终端；11－第一复合光线接收器；12－红外发射器；12’1－散射片；12’2－垂直腔面红外激光发射机构；14－镜罩；15－外壳；16－处理器；17－存储器；18－闪光灯；19－变焦摄像头；20－第二复合光线接收器；21－可见光接收器；
110－镜头组；111－窄带滤光片；112－镜片；
120－滤光器；121－第一滤波片；122－第二滤波片；123－驱动器；124－切换驱动基板；
130－感光组件；131－复合感光器；132－复合感光基板；
210－分光器；220－可见光感光件；230－红外光感光件；221－可见光感光器；222－可见光感光基板；231－红外光感光器；232－红外光感光基板。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：
参考图1－3所示，本实施例提供一种应用在飞行时间TOF(TimeofFlight)技术的光学感应装置，把第一复合光线接收器11和红外发射器12在物理上集成在一起的一体结构装置，由于通常复合光线接收器具有较大物理空间，红外发射器12具有较小物理空间，红外发射器12可以放置在复合光线接收器的肩部位置，这样整体结构紧凑，可以比两个独立的复合光线接收器和红外发射器12占用更少的物理空间。同时，由于复合光线接收器和红外发射器12均具有独立光学空间，因而能够对两者实现物理分拆。
光学感应装置包括第一复合光线接收器11和红外发射器12。如图1所示，第一复合光线接收器11可以做成单独的摄像头模组形态，包括镜头组110、光加工组件及感光组件130，镜头组110包括若干个镜片112和窄带滤光片111，光加工组件包括滤光器120，感光组件130包括复合感光器131和复合感光基板132，镜头组110的光源射入端设置有外罩，外罩可防止灰尘附着在镜头组110上，避免镜头组110划伤。
本实施例中，滤光器120采用分时切换滤波片的方式对从镜头组110射向感光组件130的光源进行滤光，滤光器120包括驱动器123、第一滤波片121和第二滤波片122，驱动器123分别连接第一滤波片121及第二滤波片122，驱动器123可带动第一滤波片121及第二滤波片122交替移动至光轴线上，以实现对同一光束在同一光路上过滤出不同光波。
第一滤波片121可滤出0.4－0.8μm的可将光，第二滤波片122可滤出0.8－1.6μm的红外光，当光源穿过镜片112后，窄带滤光片111先对光源进行滤波，滤除0.4－1.6μm以外的光波，然后驱动器123控制第一滤波片121和第二滤波片122交替移动至光轴线上，进行可见光和红外光过滤，可见光和红外光照射至复合感光器131上，复合感光器131完成光电信号转换，并将光电信号传输至复合感光基板132，复合感光基板132将信号传输至处理器16做进一步处理。复合感光基板132采用高透射率的材料作为基底，驱动器123设置有切换驱动基板124，切换驱动基板124电性连接处理器16，切换驱动基板124接收处理器16发来的指令并控制驱动器123工作，以使第一滤波片121和第二滤波片122交替切换进行滤光。
镜片112组中可以根据实际使用设置镜片112数量，驱动器123可以是微型电机。第一滤波片121可以是红外截止滤光片，第二滤波片122可以是窄带通近红外滤光片，当第一复合光线接收器11在红外光状态下工作时，则驱动器123可以不用分时控制第一滤波片121和第二滤波片122，仅控制第二滤波片122在工作状态即可。第一复合光线接收器11可作为红外光和可见光一体接收器，分时接收可见光和红外光，具有红外光传感器和可见光传感器集成后的功能，减少了摄像头需要设置的传感器数量，优化移动终端10内部结构布局，减小移动终端10的屏幕及外壳15开孔数量，减小移动终端10屏幕顶部的“刘海”面积，提升移动终端10的外观简洁性。
参考图2所示，结合图1、图3，红外发射器12包括散射片12’1和垂直腔面红外激光发射机构12’2，垂直腔面红外激光发射机构12’2发出红外光至散射片12’1，散射片12’1可将红外光散射为面光。采用VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)工艺可使红外发射器12相对于第一复合光线接收器11的体积可以做到很小，如图2所示，将红外发射器12放置到复合光线接收器的肩部位置，使得本实施例TOF光学感应装置整体体积规整紧凑，从而有利于被应用于空间紧张的移动终端10中，更加优化移动终端10内部结构布局。
参考图3所示，本实施例中还可以设置一个镜罩14，镜罩14将第一复合光线接收器11和红外发射器12罩住，在应用上，可提高移动终端10的美观性。
当镜头组110朝向物体，即可获取带有物体信息的可见光(物体反射的自然光)和红外光(由红外发射器12发射到物体表面被反射回的红外光)，红外发射器12电性连接处理器16，处理器16通过计算红外线往返时间差，判断物体距离，从而获取物体深度信息D，然后再结合可见光传输的物体二维RGB图像信息合成RGBD信息对物体进行三维建模，实现对物体的三维识别。
实施例2
本实施例提供的一种应用在飞行时间TOF技术的光学感应装置，参考图4－6所示，包括红外发射器12和第二复合光线接收器20。集成方式上，红外发射器12可以放置在第二复合光线接收器20的肩部位置，这样整体结构紧凑，可以比两个独立的第二复合光线接收器20和红外发射器12占用更少的物理空间。同时，由于第二复合光线接收器20和红外发射器12均具有独立光学空间，因而能够某种程度上对两者实现物理分拆。
第二复合光线接收器20可进一步参考图4所示，可做成单独的摄像头模组形态，包括镜头组110、光加工组件及感光组件130，镜头组110包括多个镜片112和窄带滤光片111，光加工组件包括分光器210，分光器210包括可以至少分出两种光波的分色片，且分色片与光轴线的夹角为45°，感光组件130包括可见光感光件220和红外光感光件230，可见光感光件220包括可见光感光器221和可见光感光基板222，红外光感光件230包括红外光感光器231和红外光感光基板232。
本实施例中，分光器210采用采用分色片，可分离出可见光和红外光，可将光的波长为0.4－0.8μm，红外光的波长为0.8－1.6μm。光源通过镜片112进入后，窄带滤光片111先对光源进行滤波，滤除0.4－1.6μm以外的光波。分色片将光波分开路径传输，红外光维持光源射入方向由分色片射向红外光感光器231，可见光与红外光路径不同，可见光射向可见光感光器221。红外光感光器231完成光电转换后，光电信号传输至红外光感光基板232，并经红外光感光基板232传输至处理器16。可见光感光器221完成光电转换后，光电信号传输至可见光感光基板222，并经可见光感光基板222传输至处理器16。
分色片可以选取Ta2O5/SiO2制备分色片膜层，实现分光反射。分色片可相对于光源的光轴线倾斜设置，分色片与光源光轴线的夹角可以为45°，可见光的光轴线垂直光源的光轴线射向可见光感光器221。
本实施例中，第二复合光线接收器可作为红外光和可见光一体接收器，可同时接收可见光和红外光，具有红外光传感器和可见光传感器的集成功能，减少了摄像头需要设置的传感器数量，优化移动终端10内部结构布局，减小移动终端10的屏幕及外壳15开孔数量，减小移动终端10屏幕顶部的“刘海”面积，提升移动终端10的外观简洁性。
参考图5所示，红外发射器12包括散射片12’1和垂直腔面红外激光发射机构12’2，垂直腔面红外激光发射机构12’2将红外光发射至散射片12’1，散射片12’1将红外光散射为面光。采用VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)工艺可使红外发射器12相对于第一复合光线接收器11的体积可以做到很小。将把红外发射器12放置到第二复合光线接收器的肩部位置，使得本实施例TOF光学感应装置整体体积规整紧凑，从而有利于被应用到空间紧张的移动终端10中，更加优化移动终端10内部结构布局。
镜头组110朝向物体，获取带有物体信息的可见光(物体反射的自然光)和红外光(红外发射器12发射到物体表面被反射的红外光)，处理器16电性连接红外发射器12，处理器16通过通过计算红外线往返时间差，判断物体距离，从而获取物体深度信息D，然后再结合可见光传输的物体二维RGB图像信息合成RGBD信息对物体进行三维建模，实现对物体的三维识别。
参考图6所示，本实施例中可设置一个光罩，将红外发射器12和第二复合光线接收器罩住，从外观角度，如同仅有一个摄像头的效果，可以进一步提升移动终端10外观的简洁性、美观性。
实施例3
在实施例1换和实施例2的基础上，本实施例提供一种移动终端10，移动终端10包括外壳15、处理器16、存储器17，移动终端10可采用实施例1中的第一复合光线接收器11或实施例2中的第二复合光线接收器20，本实施例以采用第一复合光线接收器11进行阐述说明，处理器16电性连接红外发射器12、存储器17及第一复合光线接收器11。
参考图7所示，外壳15的正面或背面开设有一个孔，孔内设置有红外发射器12和第一复合光线接收器11或第二复合光线接收器20，在孔内红外发射器12与第一复合光线接收器11或第二复合光线接收器20集成设置。
以第一复合光线接收器11为例进行说明：红外发射器12位于第一复合光线接收器11的肩部位置，镜罩14罩住第一复合光线接收器11和红外发射器12，从移动终端10的外观角度，如同仅有一个摄像头的效果。红外发射器12可朝向物体发射红外光，第一复合光线接收器接收物体反射的红外光和可见光，红外光为物体反射红外发射器12发出的红外光，可见光为物体反射的自然光。
参考图8所示，外壳15正面或背面开设有三个孔，外壳15内对应三个孔分别设置红外发射器12、第一复合光线接收器以及闪光灯18，在夜间或光线较暗的状态下，闪光灯18作为可见光的补充光源。
参考图9所示，外壳15的正面或背面开设有四个孔，外壳15对应四个孔设置红外发射器12、第一复合光线接收器11、闪光灯18及变焦摄像头19，变焦摄像头19可以为光学变焦摄像头19，可提高图像清晰度。
参考图10，移动终端10包括外壳15、处理器16、存储器17、可见光接收器21和第一复合光线接收器11。处理器16电性连接第一复合光线接收器11、可见光接收器21及存储器17，可见光接收器21包括接收并感应可见光的感光器，用以完成光电转换。可见光接收器21和第一复合光线接收器11形成双摄结构。在可见光状态下工作时，可见光接收器21和第一复合光线接收器同时接收可见光，提高图像效果。
从三摄、四摄及物摄以上的多摄像头应用上，结合黑白广角、彩色广角及彩色长焦，或，彩色超广角、彩色广角及彩色长焦，或，彩色广角、彩色长焦及彩色光学变焦，通过本方案中第一复合光线接收器可实现三维识别、红外测距及三维建模功能。
本实施例中第一复合光线接收器红外光和可见光一体接收装置，具有红外线传感器和可见光传感器集成后的功能，可通过分时滤光的方式接收可见光和红外光，减少了摄像头需要设置的传感器数量，优化移动终端10内部结构布局，减小移动终端10的屏幕及外壳15开孔数量，减小移动终端10屏幕顶部的“刘海”面积，提升移动终端10的外观简洁性。单独进入第一复合光线接收器11的红外光或可见光同样可采用上述光电转换路径。本实施例中第一复合光线接收器11可替换为第二复合光线接收器20，当采用第二复合光线接收器20时，通过分光器210也可以分出其它光波，如1.54μm的激光波，在实际使用中，用于读取激光笔的位移实现激光飞鼠等功能。散射片12’1可将垂直腔面红外激光发射机构12’2发射的红外光均匀调制成面光。
实施例4
参考图12所示，结合图1－10，在实施例1－3的结构和原理的基础上，本实施例提出一种图像生成方法，可基于TOF技术获取三维图像信息，包括：
步骤S01朝向目标物发射红外光；
步骤S02获取目标物反射的红外光及可见光；
步骤S03将经镜头组110射向感光组件130的光源分成至少两个光波，并引导至少两个光波射向感光组件130；
步骤S04感光组件130接收从光源中分出的光波，并进行光电转换生成电信号；
步骤S05基于电信号获取目标物的三维信息并输出三维图像。
具体的，参考图1－6，本实施例以采用第一复合光线接收器11进行阐述说明。移动终端10中处理器16控制第一复合光线接收器11处于打开状态；然后处理器16控制红外发射器12发射红外光，红外光通过散射片12’1以面光的形式照射至物体上，然后物体将红外光反射至第一复合光线接收器11；第一复合光线接收器11通过分时切换滤光器120方式接收带有物体信息的可见光和红外光，处理器16通过计算红外线往返时间差，判断物体距离，从而获取物体深度信息D，然后再结合可见光传输的物体二维RGB图像信息合成RGBD信息对物体进行三维建模，实现对物体的三维识别。
本实施例可以将第一复合光线接收器11替换为第二复合光线接收器20，第二复合光线接收器20通过分光器210将物体反射的光源分为可见光和红外光。
本方案中，复合光线接收器可以为第一复合光线接收器11或第二复合光线接收器20，光加工组件可采用滤光器120或分光器210，第一复合光线接收器11的光加工组件采用滤光器120，第二复合光线接收器20的光加工组件采用分光器210。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种TOF光学感应装置，其特征在于，包括红外发射器和复合光线接收器，所述复合光线接收器用于接收目标物自然环境下反射的可见光信息及目标物反射的所述红外发射器发出的红外光信息；
所述复合光线接收器包括位于光轴线上的镜头组、光加工组件及感光组件，所述光加工组件设置于所述镜头组和所述感光组件之间；
所述光加工组件通过滤光器将从所述镜头组射向感光组件的光源分时切换过滤为至少两个光波，或，所述光加工组件通过分光器将从所述镜头组射向感光组件的光源实时分为至少两个光波，所述光加工组件将所述至少两个光波引导至所述感光组件。
2.根据权利要求1所述的光学感应装置，其特征在于，所述滤光器或分光器将从所述镜头组射向感光组件的光源分为可见光和红外光。
3.根据权利要求1所述的光学感应装置，其特征在于，所述感光组件包括可见光感光件和红外光感光件；
所述可见光感光件对应所述可见光的光轴线，所述红外光感光件对应所述红外光的光轴线。
4.根据权利要求1所述的光学感应装置，其特征在于，所述滤光器包括驱动器及分别与所述驱动器连接的第一滤波片和第二滤波片，所述第一滤波片为红外截止滤波片，所述第二滤波片为窄带通近红外滤光片；
所述驱动器用于带动所述所述第一滤波片和所述第二滤波片交替移动至所述光轴线上，以对从所述镜头组射向感光组件的光源进行过滤。
5.根据权利要求1所述的光学感应装置，其特征在于，所述分光器包括可分出两种以上光波的分色片，且所述分色片与所述光轴线的夹角为45°。
6.根据权利要求1所述的光学感应装置，其特征在于，所述红外发射器包括垂直腔面红外激光发射机构及散射片，所述散射片用于使所述垂直腔面红外激光发射机构发出的红外光均匀射出。
7.根据权利要求1－6任一所述的光学感应装置，其特征在于，还包括镜罩，所述镜罩用于罩住所述红外发射器及复合光线接收器。
8.一种移动终端，其特征在于，包括处理器、存储器及权利要求1－7任一所述的光学感应装置；
所述处理器电性连接所述感光组件，且所述处理器接收所述感光组件发送的光波信号，并基于所述光波信号生成图像信息；
所述存储器电性连接所述处理器，并接收及存储从所述处理器输出的图像信息。
9.一种图像生成方法，其特征在于，包括：
朝向目标物发射红外光；
获取所述目标物反射的红外光及可见光；
将经镜头组射向感光组件的光源分成至少两个光波，并引导至少两个所述光波射向所述感光组件；
所述感光组件接收从所述光源中分出的光波，并进行光电转换生成电信号；
基于所述电信号获取目标物的三维信息并输出三维图像。
10.根据权利要求9所述的图像生成方法，其特征在于，所述将从镜头组射向感光组件的光源分成至少两个光波，包括：
将从所述镜头组射向所述感光组件的光源分成可见光和红外光。
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