CN112462388A - 三维成像装置、方法及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种三维成像装置、方法及电子设备。该装置包括：发射模块和接收模块；发射模块用于发射带有TOF信息的结构光，带有TOF信息的结构光兼具有TOF光信息和结构光信息；接收模块用于接收经目标物反射的带有TOF信息的结构光。根据本申请实施例提供的技术方案，该三维成像装置提高了目标物深度探测的精度。

Description

三维成像装置、方法及电子设备
技术领域
本申请一般涉及光学技术领域，具体涉及一种三维成像装置、方法及电子设备。
背景技术
三维成像技术可用于目标物的深度探测，常见的用于深度探测的三维成像技术有飞行时间(Time ofFlight，TOF)成像技术和结构光成像技术。
其中，飞行时间成像技术通过连续发射光脉冲到目标物体上，然后用传感器接收从物体返回的光，通过解算光脉冲的往返时间来得到目标物的深度信息；结构光成像技术通过光学投射器将结构光透射于目标物体上，目标物体表面可以将结构光调制为三维形状，摄像机获取包含有三维结构光的目标物体表面图像，采用一定的解算技术确定物体的深度信息。
但是，尽管结构光成像技术具有更高的探测精度，但是探测距离较短；而TOF成像技术虽然具有更远的探测距离，但探测精度较差。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种探测精度高探测距离远的三维成像装置。
第一方面，本申请提供了一种三维成像装置，该装置包括：发射模块和接收模块；
发射模块用于发射带有TOF信息的结构光，带有TOF信息的结构光兼具有TOF光信息和结构光信息；
接收模块用于接收经目标物反射的带有TOF信息的结构光。
可选地，三维成像装置还包括控制模块，控制模块与发射模块连接，用于产生脉冲驱动电压，以使发射模块的光源产生带有TOF信息的结构光。
可选地，发射模块包括激光器和衍射光学元件，衍射光学元件设置在激光器发光的一侧。
可选地，激光器是垂直腔面发射激光器。
可选地，发射模块还包括准直镜，准直镜设置在垂直腔面发射激光器和衍射光学元件之间。
可选地，接收模块包括第一TOF图像传感器。
可选地，接收模块还包括第二TOF图像传感器。
第二方面，本申请提供了一种三维成像方法，该方法包括：
发射带有TOF信息的结构光，带有TOF信息的结构光兼具有TOF光信息和结构光信息；
接收经目标物反射的带有TOF信息的结构光；
根据带有TOF信息的结构光成像。
可选地，发射带有TOF信息的结构光包括：
生成脉冲驱动电压；
将脉冲驱动电压加载到发射模块，以使发射模块发射带有TOF信息的结构光。
第三方面，本申请提供了一种电子设备，该电子设备包括如第一方面所述的任意一种三维成像装置。
本申请实施例提供的电子设备包括有上述三维成像装置，其中发射模块110发射带有TOF信息的结构光，带有TOF信息的结构光兼具TOF光和结构光的信息，经目标物反射后由接收模块120接收，这样即可以根据TOF光信息计算目标物的深度，也可以根据结构光的信息计算目标物的深度，一个三维成像系统同时使用两种原理计算目标物的深度，并将计算的两个深度求平均值，提高了目标物深度计算的精度。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显。
图1为本申请实施例提供的一种三维成像装置示意图；
图2为本申请实施例提供的又一种三维成像装置示意图；
图3为本申请实施例提供的一种发射模块示意图；
图4为本申请实施例提供的一种TOF图像传感器接收头结构示意图；
图5为本申请实施例提供的一种三维成像方法流程图；
图6为本申请实施例提供的一种根据带有TOF信息的结构光进行三维成像的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
图1是根据本申请实施例示出的一种三维成像装置示意图。如图1所示，该装置包括：发射模块110和接收模块120。
发射模块110用于发射带有TOF信息的结构光；
接收模块120用于接收经目标物反射的带有TOF信息的结构光。
其中，带有TOF信息的结构光兼具有TOF光信息和结构光信息，也即，其即是TOF光，也是结构光。
可选地，参见图3，发射模块110包括激光器111和衍射光学元件113，衍射光学元件113设置在激光器111发光的一侧。
其中，激光器111即为上述光源，其上加载脉冲电压，以发射出的TOF光。
其中，衍射光学元件113用于扩大激光器111发出光的视角，以投射出大视场的散斑图案160。
激光器111发射出TOF光，并将其投射到衍射光学元件113后，即可得到带有TOF信息的结构光。
可选地，参见图3，发射模块110还包括准直镜112，准直镜112设置在激光器111与衍射光学元件113之间，用于减小激光器发射的光的发散角。
可选地，激光器111是垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface EmittingLaser；VCSEL)，当然也可以是发光二级管(Light-Emitting Diode；LED)等，在此不做限制。
其中，垂直腔面发射激光器具有体积小、功率大，运行稳定等优点，因此不仅可以减少三维成像装置的体积，还可以提高三维成像装置的成像精度。
发射模块110发射带有TOF信息的结构光后，投射到目标物150，并经目标物150反射后，投射到接收模块120，接收模块120接收该反射的带有TOF信息的结构光，并成像。
另外，该三维成像装置可以包括一个发射模块110，也可以包括多个发射模块110，当包括多个时，可以选择根据需要选择其中一个或多个开启。
可选地，接收模块110包括一个或多个TOF图像传感器。比如，接收模块110包括第一TOF图像传感器，还可以包括第二TOF图像传感器，或者更多，在此不做限制。
可选地，结合图2，第二TOF图像传感器可以设置在接收模块120中，也可以单独设置在另一个接收模块130中。
参见图4，TOF图像传感器的接收头包括预设数量个相位探测像素元件，预设数量个相位探测像素元件再周期的排列组成TOF图像传感器的接收头，以获取图像。
示例性地，如图4所示，接收头包括4个相位探测像素元件，分别为相位探测像素121a，相位探测像素121b，相位探测像素121c和相位探测像素121d，此四个相位探测像素为一组，周期的排列6组，得到TOF图像传感器的接收头。
当包括多个TOF图像传感器时，可以使用每个TOF图像传感器获取到的图像计算目标物的深度，再将计算得到的多个目标物的深度求平均值，以提高深度探测的精度。
这里需要说明的是，TOF图像传感器既可以获取到带相位信息的图像，还可以当普通的红外图像传感器使用，以获取到带三角视差信息图像。
发射模块110发射的带有TOF信息的结构光，即包括TOF光，同时也包括结构光。因此当接收模块120接收到该带有TOF信息的结构光后，即可以根据TOF光计算目标物150的深度，也可以根据结构光计算目标物150的深度。进一步地，可以将计算得到的两个深度信息求平均值，以提高深度的精度。
进一步地，三维成像装置还包括控制模块140，控制模块140与发射模块110连接，控制模块140中设置有用于产生脉冲电压的电路，用于产生脉冲电压，并将产生的脉冲电压加载到发射模块110的光源，以驱动光源发出TOF光。
可选地，控制模块140包括控制电路和处理器，以分担发射模块110和接收模块120的部分控制和数据处理操作。
示例性地，电路板140用于控制发射模块110开启，以使其中的光源发光。还用于接收从接收模块120发来的图像，并根据图像计算目标物的深度。
综上所述，本申请实施例提供的三维成像装置，发射模块110发射带有TOF信息的结构光，带有TOF信息的结构光兼具TOF光和结构光的信息，经目标物反射后由接收模块120接收，这样即可以根据TOF光信息计算目标物的深度，也可以根据结构光的信息计算目标物的深度，一个三维成像系统同时使用两种原理计算目标物的深度，并将计算的两个深度求平均值，提高了目标物深度计算的精度。
另外，本申请实施例可以使用一个发射头(结构光发射头)和一个接收头(一个TOF图像传感器)同时获取到带有两种光信息的图像，相较于现有的带有两种光信息的图像，必须使用基于TOF的成像装置和基本结构光的成像装置才能完成，也即将现有的两套成像装置简化为一种成像装置，不仅使用方便，还节省了成本。
另外，由于带有TOF信息的结构光兼具TOF光和结构光的信息因此在使用的时候还可以根据实际情况选择使用结构光信息，还是TOF光信息，比如，当目标物较近的时候可以选择结构光信息计算距离，在距离较远的时候可以使用TOF光信息计算距离，或者按其它特定公式计算距离，提高使用的方便性。
图5是根据本申请实施例示出的一种三维成像方法流程图。如图5所示，该方法包括：
步骤201，发射带有TOF信息的结构光，带有TOF信息的结构光兼具TOF光和结构光的信息；
步骤202，接收经目标物反射的带有TOF信息的结构光；
步骤203，根据带有TOF信息的结构光成像。
进一步地，参见图6，步骤203包括：
步骤2031，从带有TOF信息的结构光中获取TOF光信息，并根据获取的TOF信息解算出第一深度信息；
步骤2032，从带有TOF信息的结构光中获取结构光信息，并根据获取的结构光信息解算出第二深度信息；
步骤2033，结合第一深度信息和第二深度信息确定目标物的深度；
步骤2034，根据确定的目标物的深度输出三维图像。
该三维成像方法可以由上述三维成像装置实现，比如，由发射模块110发射带有TOF信息的结构光，由接收模块120接收带有TOF信息的结构光，由控制模块140控制其它模块执行相应的操作，比如，由控制发射模块110发射带有TOF信息的结构光等，控制模块140还用于信息的计算处理等，比如，步骤2031-2034可以由控制电器执行。其它参见上述装置实施例的描述，在此不做赘述。
可选地，发射带有TOF信息的结构光包括：
生成脉冲驱动电压；
将脉冲驱动电压加载到发射模块，以使发射模块发射带有TOF信息的结构光。
综上所述，本申请实施例提供的三维成像方法，发射模块110发射带有TOF信息的结构光，带有TOF信息的结构光兼具TOF光和结构光的信息，经目标物反射后由接收模块120接收，这样即可以根据TOF光信息计算目标物的深度，也可以根据结构光的信息计算目标物的深度，一个三维成像系统同时使用两种原理计算目标物的深度，并将计算的两个深度求平均值，提高了目标物深度计算的精度。
另外，本申请实施例可以使用一个发射头(结构光发射头)和一个接收头(一个TOF图像传感器)同时获取到带有两种光信息的图像，相较于现有的带有两种光信息的图像，必须使用基于TOF的成像装置和基本结构光的成像装置才能完成，也即将现有的两套成像装置简化为一种成像装置，不仅使用方便，还节省了成本。
本申请实施例示出的一种电子设备，电子设备包括如上述实施例及各附图示出的任意一三维成像装置。
其中，电子设备可能为手持式终端、穿戴式终端，固定终端等。
可选地，该设备包括：
一个或者多个处理器；
存储器，用于存储一条或者多条程序；
当一条或者多条程序被一个或者多个处理器执行时，使得一个或者多个处理器实现如上述方法实施例中任一所述的方法。
可选地，该电子设备包括一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序用于：
计算机程序被处理器执行时，实现如上述方法实施例中任一所述的方法。
综上所述，本申请实施例提供的电子设备，包括上述三维成像装置，其中发射模块110发射带有TOF信息的结构光，带有TOF信息的结构光兼具TOF光和结构光的信息，经目标物反射后由接收模块120接收，这样即可以根据TOF光信息计算目标物的深度，也可以根据结构光的信息计算目标物的深度，一个三维成像系统同时使用两种原理计算目标物的深度，并将计算的两个深度求平均值，提高了目标物深度计算的精度。
另外，本申请实施例可以使用一个发射头(结构光发射头)和一个接收头(一个TOF图像传感器)同时获取到带有两种光信息的图像，相较于现有的带有两种光信息的图像，必须使用基于TOF的成像装置和基本结构光的成像装置才能完成，也即将现有的两套成像装置简化为一种成像装置，不仅使用方便，还节省了成本。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种三维成像装置，其特征在于，所述装置包括：发射模块和接收模块；
所述发射模块用于发射带有TOF信息的结构光，所述带有TOF信息的结构光兼具有TOF光信息和结构光信息；
所述接收模块用于接收经目标物反射的所述带有TOF信息的结构光。
2.根据权利要求1所述的三维成像装置，其特征在于，所述三维成像装置还包括控制模块，所述控制模块与所述发射模块连接，用于产生脉冲驱动电压，以使所述发射模块的光源产生所述带有TOF信息的结构光。
3.根据权利要求2所述的三维成像装置，其特征在于，所述发射模块包括激光器和衍射光学元件，所述衍射光学元件设置在所述激光器发光的一侧。
4.根据权利要求3所述的三维成像装置，其特征在于，所述激光器是垂直腔面发射激光器。
5.根据权利要求3或4所述的三维成像装置，其特征在于，所述发射模块还包括准直镜，所述准直镜设置在所述垂直腔面发射激光器和所述衍射光学元件之间。
6.根据权利要求3或4所述的三维成像装置，其特征在于，所述接收模块包括第一TOF图像传感器。
7.根据权利要求6所述的三维成像装置，其特征在于，所述接收模块还包括第二TOF图像传感器。
8.一种三维成像方法，其特征在于，所述方法包括：
发射带有TOF信息的结构光，所述带有TOF信息的结构光兼具有TOF光信息和结构光信息；
接收经目标物反射的所述带有TOF信息的结构光；
根据所述带有TOF信息的结构光成像。
9.根据权利要求8所述的三维成像方法，其特征在于，所述发射带有TOF信息的结构光包括：
生成脉冲驱动电压；
将所述脉冲驱动电压加载到所述发射模块，以使所述发射模块发射所述带有TOF信息的结构光。
10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求1-7任意一所述的三维成像装置。
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