CN206684300U - 一种360度全景固态深度传感器 - Google Patents
一种360度全景固态深度传感器 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种360度全景固态深度传感器，包括红外全景光源、360度全景红外镜头、面阵图像传感器以及用于对全方位图像进行深度数据处理的微处理器，所述红外全景光源、360度全景红外镜头以及面阵图像传感器位于同一轴线上，且红外全景光源设置在360度全景红外镜头上，面阵图像传感器和微处理器与360度全景红外镜头连接；所述红外全景光源发出的红外光照射到物体上，经反射后被面阵图像传感器接收并转化为电信号，由微处理器通过计算发射光信号和接收光信号之间的相位差或时间差即可得出对应景物的深度。相对于现有的双目深度识别等技术，本专利所提出的全景深度测量技术，计算复杂度更低，计算量更小，能实现快速的实时深度测量。
Description
技术领域
本实用新型属于主动全景深度测量技术领域，其涉及一种360度全景固态深度传感器。
背景技术
为了得到更精准更智能化的体验，众多前沿领域的应用，比如VR、机器人、安防和无人驾驶技术等，越来越依赖深度识别技术；随着深度识别技术的发展，人们开发了三种技术，即基于结构光的深度识别技术、基于双目视觉的深度识别技术和基于飞行时间(ToF)的深度识别技术。中国专利CN201620347087.4和CN201610066762.0提出了基于结构光的激光雷达技术，用于全景深度识别；中国发明专利CN200510045648.1和CN200810062128.5都使用了双目视觉的深度识别技术对全景测量进行了公开。与以上两种深度识别技术相比，基于飞行时间(ToF)的深度识别技术，以体积小、重量轻便、实时快速、深度计算精度不受物体表面颜色和特征影响等优点正逐渐被应用到越来越多的测量场合，已经有中国专利CN201410291965.0和CN201020212856.2公开小角度的基于飞行时间(ToF)的全景深度传感技术，但目前还未见基于飞行时间(ToF)的全景固态深度传感技术的相关报道。
实用新型内容
为解决上述技术问题，本实用新型提出一种360度全景固态深度传感器，其能360度全景检测周围物体的相对位置和深度，不需使用任何机械活动机构或旋转扫描机构，且能实现快读的实时深度测量。
为了达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：一种360度全景固态深度传感器，包括红外全景光源、360度全景红外镜头、面阵图像传感器以及用于对全方位图像进行深度数据处理的微处理器，所述红外全景光源、360度全景红外镜头以及面阵图像传感器位于同一轴线上，且红外全景光源设置在360度全景红外镜头上，面阵图像传感器和微处理器与360度全景红外镜头连接；所述红外全景光源发出的红外光照射到物体上，经反射后被面阵图像传感器接收并转化为电信号，由微处理器通过计算发射光信号和接收光信号之间的相位差或时间差即可得出对应景物的深度。
作为优选，所述红外全景光源包括多组红外发光管以及与多组所述红外发光管相对应设置的光学整形器件。
作为优选，多组所述红外发光管选用同种型号的LED、VCSEL或LD，且多组红外发光管围绕几何中心轴ab以圆周方向均匀排列布置，这样设置的主要作用是将光线整形到360度全景红外镜头的接收区域内，以达到全景照明的最佳效果。
作为优选，所述红外发光管之间的电路接线方式采用串联连接，以保证所有红外发光管的点亮、熄灭时间同步，最终可以得到更加精准的深度数据。
作为优选，所述光学整形器件为环形光学器件、光学透镜或微透镜阵列中的任意一种，其主要作用是匀化红外发光管的光线，同时使全景红外光源的光束发散角与接收镜头的视场角(FOV)相对应，以达到最佳的照明效果。
作为优选，所述360度全景红外镜头包括玻璃窗、非球面反射镜和红外透镜组，所述红外全景光源均匀分布在红外透镜组上。
作为优选，所述面阵图像传感器接收360度全景红外镜头收集的物体反射光信号，其每个像素位置都可以收到对应目标的图像信号和深度信号。
作为优选，本专利中微处理器控制红外全景光源发出经过调制的红外光信号，周围物体反射回来的光信号被面阵图像传感器接收，微处理器通过计算发射光信号和面阵图像传感器各像素接收到的反射光信号之间的时间差或相位差，即可得到周围被测物体的深度信息。
本实用新型的有益效果：本专利能够360度全景检索周围物体的相对位置和深度，且未使用任何机械活动机构或旋转扫描机构，因而可靠性和稳定性更高，同时也降低了生产成本和加工、装配难度。相对于现有的双目深度识别等技术，本实用新型所提出的全景深度测量技术，计算复杂度更低、计算量更小、能实现快速的实时深度量。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型的红外全景光源分布示意图；
图3为图1中I的局部放大图；
其中：1.红外透镜组，2.玻璃窗，3.非球面反射镜，4.红外全景光源，5.微处理器，6.面阵图像传感器，7.红外发光管，8.光学整形器件。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
如图1所示，公开了一种360度全景固态深度传感器，包括红外全景光源4、360度全景红外镜头、面阵图像传感器6以及用于对全方位图像进行深度数据处理的微处理器5，所述红外全景光源4、360度全景红外镜头以及面阵图像传感器位于同一轴线上，且红外全景光源4设置在360度全景红外镜头上，面阵图像传感器6和微处理器5与360度全景红外镜头连接；所述红外全景光源4发出的红外光照射到物体上，经反射后被面阵图像传感器6接收并转化为电信号，由微处理器5通过计算发射光信号和接收光信号之间的相位差或时间差即可得出对应景物的深度。
如图3所示，所述360度全景红外镜头由红外透镜组1、玻璃窗2和非球面反射镜3组成，所述红外全景光源4均匀分布在红外透镜组1上。
如图2所示，所述红外全景光源4包括多组红外发光管7以及与多组所述红外发光管7相对应设置的光学整形器件8。多组所述红外发光管7选用同种型号的LED、VCSEL或LD，且多组红外发光管7围绕几何中心轴ab以圆周方向均匀排列布置，这样设置的主要作用是将光线整形到360度全景红外镜头的接收区域内，以达到全景照明的最佳效果。
所述红外发光管7之间的电路接线方式采用串联方式，以保证所有红外发光管的点亮、熄灭时间同步，以得到更加精准的深度测量数据。
所述光学整形器件8为环形光学器件、光学透镜或微透镜阵列中的任意一种，其主要作用是匀化红外发光管的光线，同时使全景红外光源的光束发散角与接收镜头的视场角(FOV)相对应，以达到最佳的照明效果。
所述面阵图像传感器6接收360度全景红外镜头收集的物体反射光信号，其每个像素位置都可以收到对应目标的图像信号和深度信号。
本专利中微处理器5控制红外全景光源4发出经过调制的红外光信号，周围物体反射回来的光信号被面阵图像传感器6接收，微处理器5通过计算发射光信号和面阵图像传感器6各像素接收到的反射光信号之间的时间差或相位差，即可得到周围被测物体的深度信息。
其工作过程为：围绕几何中心线ab排列的若干红外发光管7同时发射以一定频率调制的红外光线，通过光学整形器件8将红外发光管7发出的调制光线整形为具有一定发散角的调制光线；调制光线照射到被测物体上被反射回来；从被测物体反射回来的调制光线一部分透过玻璃窗2，照射在非球面反射镜3上；经非球面反射镜3反射的调制光线被透镜组1成像在面阵图像传感器6上；微处理器5分别计算面阵图像传感器6每个像素上接收到的反射光信号与发射光信号的相位差或时间差，计算出被测物体的相对位置和深度，并以点云形式输出深度数据。
本专利中被测物体的相对位置可参照一般鱼眼镜头，根据成像系统的物像关系，通过标定计算和修正；深度的计算方法基于飞行时间法(英文缩写：ToF)，即通过检测红外全景光源发出的调制光信号和图像处理器接收到的反射光信号间的时间差或相位差计算出不同位置上被测物体的深度信息。
本专利记载的内容并不旨在只保护专利主体的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护主题的范围。且所要求保护的应用范围不限于本专利中所公开的几个用途。
Claims (7)
1.一种360度全景固态深度传感器，其特征在于，包括红外全景光源(4)、360度全景红外镜头、面阵图像传感器(6)以及用于对全方位图像进行深度数据处理的微处理器(5)，所述红外全景光源(4)、360度全景红外镜头以及面阵图像传感器(6)位于同一轴线上，且红外全景光源(4)设置在360度全景红外镜头上，面阵图像传感器(6)和微处理器(5)与360度全景红外镜头连接；所述红外全景光源(4)发出的红外光照射到物体上，经反射后被面阵图像传感器(6)接收并转化为电信号，由微处理器(5)通过计算发射光信号和接收光信号之间的相位差或时间差即可得出对应景物的深度。
2.根据权利要求1所述的360度全景固态深度传感器，其特征在于，所述红外全景光源(4)包括多组红外发光管(7)以及与多组所述红外发光管(7)相对应设置的光学整形器件(8)。
3.根据权利要求2所述的360度全景固态深度传感器，其特征在于，多组所述红外发光管(7)选用同种型号的LED、VCSEL或LD，且围绕几何中心轴ab以圆周方向均匀排列布置。
4.根据权利要求3所述的360度全景固态深度传感器，其特征在于，所述红外发光管(7)之间的电路接线方式采用串联方式。
5.根据权利要求2所述的360度全景固态深度传感器，其特征在于，所述光学整形器件(8)为环形光学器件、透镜或微透镜阵列中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的360度全景固态深度传感器，其特征在于，所述360度全景红外镜头由红外透镜组(1)、玻璃窗(2)和非球面反射镜(3)组成，所述红外全景光源(4)均匀分布在红外透镜组(1)上。
7.根据权利要求1所述的360度全景固态深度传感器，其特征在于，所述面阵图像传感器(6)接收360度全景红外镜头收集的物体反射光信号，其每个像素位置都可以收到对应目标的图像信号和深度信号。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109358339A (zh) * | 2018-08-31 | 2019-02-19 | 北京理工大学 | 一种基于固态面阵激光雷达的草地高度测量方法 |
| CN110398747A (zh) * | 2019-07-26 | 2019-11-01 | 海伯森技术（深圳）有限公司 | 全固态激光雷达视场角动态扩展方法、系统及存储介质 |
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