CN209057315U - 一种深度相机测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及光学技术领域，提供一种深度相机测试装置，用于对深度相机进行测试，包括温度控制组件、测试组件以及控制器，温度控制组件与测试组件连接，控制器与温度控制组件和测试组件均连接；温度控制组件用于控制测试组件的温度，测试组件用于固定深度相机、并对深度相机的温度进行控制，控制器至少用于对温度控制组件、测试组件以及深度相机进行供电以及控制，并获取深度相机的测试数据；通过半导体致冷单元对深度相机的温度进行精确控制，可以将深度相机的温度精确稳定在目标温度，从而可以获得不同温度条件下深度相机的图案光束数据，为后续进行温度校正提供依据和指导，有助于提高算法补偿的有效性。

Description

一种深度相机测试装置

技术领域

本实用新型涉及光学技术领域，更具体地说，是涉及一种深度相机测试装置。

背景技术

嵌入式深度相机可用于获取图像深度信息，其已被广泛应用于机器人领域以及智能设备技术领域，可实现3D建模、手势交互、人脸识别等诸多功能，其主要组成部件通常包括发射模组以及接收模组，其中发射模组用于向空间中的被测物投射投影图案，接收模组用于采集该投影图案，并通过计算获得被测物的深度信息。

嵌入式深度相机在被安装于智能设备之前需要经过严格的测试，一方面确保性能正常，另一方面可以在测试过程中模拟其在智能设备中运行时所出现的情况。其中温度对深度相机的成像质量影响最为明显，通过搭建合适的测试设备以精确模拟不同温度下嵌入式深度相机的成像质量尤为重要。然而，由于对嵌入式深度相机进行精确控温并测试的要求非常高，因此目前仍缺乏这类装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种深度相机测试装置，以解决现有技术中无法对深度相机进行精确控温的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：提供一种深度相机测试装置，包括：

测试组件，用于固定深度相机，并对所述深度相机的温度进行控制；

温度控制组件，与所述测试组件连接，用于控制所述测试组件的温度；

控制器，与所述测试组件和所述温度控制组件均连接，至少用于对所述测试组件、所述温度控制组件以及所述深度相机进行控制，并获取所述深度相机的测试数据。

在一个实施例中，所述温度控制组件包括温控平台和温控件，所述温控平台与所述控制器连接，所述温控件与所述温控平台连接，所述测试组件与所述温控件连接。

在一个实施例中，所述测试组件包括底座单元、半导体制冷单元以及盖板单元；

所述底座单元与所述温度控制组件连接；

所述半导体制冷单元与所述底座单元连接，且与所述控制器连接，用于与所述深度相机接触并控制所述深度相机的温度；

所述盖板单元设于所述底座单元上，且设有容置部，至少用于容置所述深度相机。

在一个实施例中，所述测试组件还包括导热单元，所述导热单元设于所述半导体制冷单元上，用于与所述深度相机接触。

在一个实施例中，所述底座单元包括第一底座和第二底座，所述第一底座和所述第二底座均与所述温度控制组件连接；

所述半导体制冷单元包括第一半导体致冷器和第二半导体致冷器，所述第一半导体致冷器与所述第一底座连接，所述第二半导体致冷器与所述第二底座连接，且所述第一半导体致冷器和所述第二半导体致冷器均与所述控制器连接；

所述导热单元设于所述第一半导体致冷器和所述第二半导体致冷器上。

在一个实施例中，所述第一底座上设有第一容置槽，所述第一半导体致冷器设于所述第一容置槽中；

所述第二底座上设有第二容置槽，所述第二半导体致冷器设于所述第二容置槽中。

在一个实施例中，所述导热单元包括第一导热体和第二导热体，所述第一导热体设于所述第一半导体致冷器上，所述第二导热体设于所述第二半导体致冷器上。

在一个实施例中，所述测试组件还包括温度传感单元；

所述温度传感单元包括第一温度传感器和第二温度传感器，所述第一温度传感器设于所述第一导热体中，所述第二温度传感器设于所述第二导热体中；

所述第一温度传感器和所述第二温度传感器均与所述控制器连接。

在一个实施例中，所述盖板单元包括中间盖板和上盖板；

所述中间盖板设于所述底座单元上，所述容置部设于所述中间盖板中；

所述上盖板连接于所述中间盖板表面，所述上盖板上与所述深度相机相对应位置设有通孔，用于供所述深度相机的光束通过。

在一个实施例中，所述上盖板朝向所述中间盖板的一侧还设有限位块，用于对所述深度相机的位置进行限定。

本实用新型提供的一种深度相机测试装置的有益效果在于：通过提供一种深度相机测试装置对深度相机的温度进行大范围快速的测量和控制，同时通过设置半导体致冷单元对深度相机的温度进行精确控制，可以将深度相机的温度精确稳定在温度调控范围内的任意目标温度，从而可以获得不同温度条件下深度相机的图案光束数据，该数据用于和深度相机在理想状态下(比如常温温度下)的光学参数结合，为后续进行温度校正提供依据和指导，极大提高了算法补偿的有效性，使得经过算法补偿后的图案光束数据更加接近理想状态下的图案光束数据，极大提高了测试精度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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的附图。

图1为本实用新型实施例提供的深度相机测试装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的深度相机测试装置连接深度相机的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的深度相机测试装置的测试组件的结构示意图一；

图4为本实用新型实施例提供的深度相机测试装置的测试组件的爆炸结构示意图一；

图5为本实用新型实施例提供的深度相机测试装置的测试组件的结构示意图二；

图6为本实用新型实施例提供的深度相机测试装置的测试组件的爆炸结构示意图二；

图7为本实用新型实施例提供的深度相机测试装置的测试组件的剖面结构示意图；

图8为本实用新型实施例提供的深度相机测试装置的中间盖板的结构示意图一；

图9为本实用新型实施例提供的深度相机测试装置的中间盖板的结构示意图二；

图10为本实用新型实施例提供的深度相机测试装置的上盖板的结构示意图一；

图11为本实用新型实施例提供的深度相机测试装置的上盖板的结构示意图二；

图12为本实用新型实施例提供的深度相机测试装置中测试组件连接深度相机的结构示意图；

图13为本实用新型实施例提供的深度相机测试装置中测试组件连接深度相机的爆炸结构示意图。

其中，图中各附图标记：

10-深度相机测试装置； 11-温度控制组件；

111-温控平台； 112-温控件；

12-测试组件； 121-底座单元；

1210-容置槽； 1211-第一底座；

1212-第二底座； 122-半导体制冷单元；

1221-第一半导体致冷器； 1222-第二半导体致冷器；

123-导热单元； 1230-导热体通孔；

1231-第一导热体； 1232-第二导热体；

124-盖板单元； 1240-容置部；

1241-中间盖板； 1242-上盖板；

1243-第一通孔； 1244-第二通孔；

1245-上盖板凹槽； 1246-第一限位块；

1247-第二限位块； 13-控制器；

20-深度相机； 21-发射模组；

22-接收模组。

具体实施方式

为了使本实用新型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，对本实用新型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用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接或者间接位于该另一个部件上。当一个部件被称为“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是为了便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1和图2，一种深度相机测试装置10，用于对深度相机20进行测试，包括温度控制组件11、测试组件12以及控制器13，温度控制组件11与测试组件12连接，控制器13与温度控制组件11和测试组件12均连接。其中温度控制组件11用于控制测试组件12的温度，测试组件12用于固定深度相机20、并对深度相机20的温度进行控制，控制器13至少用于对温度控制组件11、测试组件12以及深度相机20进行供电以及控制，并获取深度相机20的测试数据。

请参阅图13，深度相机20可以是基于结构光技术、时间飞行技术(ToF)、双目视觉技术等的深度相机，通常均包括发射模组21和接收模组22(对于双目视觉深度相机，可以认为其中一个接收模组是逆向的发射模组)。在本实施例中，深度相机20包括发射模组21和接收模组22，其中发射模组21用于发射光束，该光束照射至物体表面，经物体发射后传播至接收模组22，接收模组22接收光束并成像。温度控制组件11可以调节发射模组21和接收模组22的温度，从而使得发射模组21和接收模组22的温度可以维持在目标温度。目标温度可以是一个定值，也可以是按照要求设定的一系列温度值。

由于深度相机20中发射模组21和接收模组22的性能随着温度的变化而变化，而在实际的使用过程中，深度相机20的发射模组21和接收模组22温度实时变化，从而深度相机20的发射模组21和接收模组22性能也会实时变化，因此发射模组21和接收模组22性能一致性差，导致深度相机20性能不稳定，测量精度低。例如：当深度相机20为结构光深度相机时，发射模组21用于发射经过编码的结构光图案光束，接收模组22用于接收结构光图案光束并成像。随着温度的变化，一方面，发射模组21会受到影响，导致该结构光图案光束会产生图案变化等，此时接收模组22接收该结构光图案光束后成像会产生图像畸变等情况；另一方面，接收模组22也会受到温度的影响，导致采集的图像会发生畸变等，因而无法准确测量物体、无法获得物体的深度信息等，导致测量精度低。然而，目前并不能获得不同温度下发射模组21和接收模组22的光信号相关数据，因此无法对其进行补偿。

为了降低温度变化对发射模组21和接收模组22的影响，提高发射模组21和接收模组22的工作性能，可以对其进行补偿。例如，根据发射模组21和接收模组22温度的不同，通过算法对发射模组21发射的结构光图案光束、接收模组22采集的图像、或者同时对发射模组21发射的结构光图案光束和接收模组22采集的图像进行补偿，从而对深度相机20的测量结果进行补偿，提高深度相机20的测量精度。在进行算法补偿前，需要获得不同温度下发射模组21和接收模组22的光信号相关数据，从而为算法补偿提供依据。

本实施例提供的深度相机测试装置通过对深度相机20的温度进行大范围快速精准的测量和控制，从而可以准确获得不同温度下发射模组21和接收模组22的光信号相关数据。具体方式可以如下：

将深度相机20的发射模组21和接收模组22与测试组件12连接，控制器13设定温度控制组件11的温度为目标温度，并通过测试组件12将发射模组21和接收模组22的温度控制在目标温度工作，从而实现对深度相机20的精确控温。应当理解的是，在整个控制过程中可能还涉及到其他控制电路，例如用于驱动深度相机20工作的控制电路等。目标温度为预先设置的一系列温度(例如温度区间可以是T₁～T₂，相邻两个目标温度的温度差可以为ΔT，此时可以形成一个温度系列：T₁、T₁+ΔT、T₁+2ΔT、······、T₂)，此时控制器13可以获得不同温度条件下发射模组21所发射的结构光图案光束数据或接收模组22所采集的图案光束数据，该数据用于和发射模组21或接收模组22在理想状态下(比如常温温度下)的光学参数结合，建立对发射模组21或接收模组22进行温度矫正的算法，从而可以极大提高算法补偿的有效性，使得经过算法补偿后的结构光图案光束数据更加接近理想状态下的结构光图案光束数据，提高测试精度。

请参阅图1和图2，在一个实施例中，温度控制组件11包括温控平台111和温控件112，温控平台111与控制器13连接，温控件112与温控平台111连接，测试组件12与温控件112连接。温控平台111可选为水冷温控平台，可以大范围调节温控件112的温度，例如-50～300℃，从而逐步对测试组件12进行温度调节。温控件112由导热材质制成，例如可以是铜块或其他类型的金属块等，只要能传递热量即可。应当理解的是，深度相机测试装置10中各个组件之间的连接可以有多种形式，例如可以通过螺栓连接，各个组件的表面之间的接触也可以通过导热硅胶连接，以实现热量传导，此处不做限制。

在一个实施例中，控制器13可以是单个器件，也可以由多个器件组成，比如单片机、微处理器、转换电路等组成。例如温控平台111、测试组件12以及深度相机20可以分别由控制器13中不同器件分别控制。

温控平台111可以在较大范围内对深度相机20的温度进行控制，但由于深度相机20的结构复杂，加上热传导损失，本实施例为了能够对深度相机20中的发射模组21和接收模组22进行精确控温(比如精确到0.1度)，对测试组件12的结构进行了更加合理的设计，从而实现对深度相机20的整体控温以及局部控温。

请参阅图3和图4，在一个实施例中，测试组件12包括底座单元121、半导体制冷单元122、导热单元123以及盖板单元124。底座单元121的底部与温度控制组件11中的温控件112连接，其顶部与半导体制冷单元122连接，其优选由导热材料制成，例如可以采用铝制成，用于传导热量以及起到支撑作用。可选地，底座单元121设有容置槽1210，半导体制冷单元122固设于该容置槽1210中。半导体制冷单元122是一种热泵，可应用于空间受到限制的位置，可靠性高，既可以致冷又可以加热，温度调节效果良好，其与导热单元123连接，通过导热单元123来调节深度相机20的温度。导热单元123用于与深度相机20接触，其可以由任何导热材料制成，例如可以为铜块。盖板单元124设于底座单元121上，且设有容置部1240，其可以容置导热单元123以及设于导热单元123上的深度相机20，用于对导热单元123和深度相机20进行固定和限位。

在一个实施例中，为了能够对深度相机20的温度进行更加精确的控制以及实时反馈温度，导热单元123中还设有导热体通孔1230，导热体通孔1230中设置有温度传感单元，温度传感单元与控制器13连接。温度传感单元可以对深度相机20进行探测，并将探测的温度信号发送至控制器13，控制器13则根据探测的温度对温控平台111以及半导体制冷单元122进行控制，从而对深度相机20的温度进行精准调节，使得深度相机20的温度可以稳定在目标温度，此时可以获得目标温度下深度相机20中发射模组21发射的光束数据以及接收模组22采集的图像数据。

请参阅图3和图4，在一个实施例中，测试组件12中的底座单元121为一个整体，半导体制冷单元122为一个整体，导热单元123为一个整体，以及温度传感单元也为一个整体，其用于对深度相机20进行整体控制。

请参阅图5至图7，在一个实施例中，为了能够对深度相机20进行更加精确的控温，需要对发射模组21和接收模组22进行单独精确控温。底座单元121包括第一底座1211和第二底座1212，第一底座1211和第二底座1212的底部均与温度控制组件11的温控件12连接；第一底座1211和第二底座1212中均设有容置槽1210。

半导体制冷单元122包括第一半导体致冷器1221和第二半导体致冷器1222，其中第一半导体致冷器1221容置于第一底座1211的容置槽1210中，第二半导体致冷器1222容置于第二底座1212的容置槽1210中，且第一半导体致冷器1221和第二半导体致冷器1222均与控制器13连接，从而通过控制器13分别对第一半导体致冷器1221和第二半导体致冷器1222进行控制。

导热单元123包括第一导热体1231和第二导热体1232，其中第一导热体1231设于第一半导体致冷器1221上，第二导热体1232设于第二半导体致冷器1222上，且第一导热体1231和第二导热体1232容置于盖板单元124的容置部1240中，从而对其位置进行固定。应当理解的是，第一导热体1231和第二导热体1232还可以其他方式进行固定，并不仅限于上述的形式。请参阅图12和图13，第一导热体1231和第二导热体1232分别用于与发射模组21和接收模组22接触，且第一导热体1231和第二导热体1232中均开设有导热体通孔1230。

温度传感单元包括第一温度传感器和第二温度传感器，第一温度传感器和第二温度传感器均与控制器13连接，其中第一温度传感器设于第一导热体1231的导热体通孔1230中，第二温度传感器设于第二导热体1232的导热体通孔1230中，从而实现对发射模组21和接收模组22的单独精确控温。第一温度传感器和第二温度传感器可以是负温度系数(NTC)热敏电阻、正温度系数(PTC)热敏电阻或者其他类型的温度传感器，此处不做限制。温度传感单元与发射模组21和接收模组22可以是直接连接或间接接触，也可以是非接触式连接，只要可以探测到发射模组21和接收模组22的温度即可，此处不做限制。

请参阅图5，在一个实施例中，盖板单元124包括中间盖板1241和上盖板1242。请参阅图8和图9，中间盖板1241设于底座单元121上，容置部1240设于中间盖板1241中；中间盖板1241可选为绝热材料制成，例如塑料，避免第一半导体致冷器1221、第二半导体致冷器1222的上部与下部进行热传导以影响控温效果。

请参阅图10和图11，上盖板1242连接于中间盖板1241表面，上盖板1242上与深度相机20相对应位置设有通孔，用于供深度相机20的光束通过。可选地，通孔包括与发射模组21相对应的第一通孔1243以及与接收模组22对应的第二通孔1244，第一通孔1243可供发射模组21的光束出射，第二通孔1244则可供接收模组22的光束入射。上盖板1242朝向中间盖板1241的表面设有容置深度相机20的上盖板凹槽1245，上盖板凹槽1245中与深度相机20相配合，且容置有与发射模组21配合的第一限位块1246以及与接收模组22配合的第二限位块1247，用于固定深度相机20。应当理解的是，深度相机20的固定形式并不仅限于上述的情形，此处不做限制。上盖板1242可以由任意材料制成，例如铝合金。

本实施例提供的深度相机测试装置10不仅可以对深度相机20的温度进行大范围快速的测量和控制，而且可以对深度相机20中发射模组21和接收模组22的温度进行精确控制，从而可以准确获得不同温度下发射模组21和接收模组22的光信号相关数据。其可能的一种具体方式如下：

将深度相机20的发射模组21和接收模组22容置于中间盖板1241的容置部1240中，使得发射模组21和接收模组22分别与第一导热体1231和第二导热体1232接触，并将上盖板1242与中间盖板1241连接，从而对深度相机20的位置进行固定，实现深度相机20与测试组件12的连接。

确定目标温度，目标温度为预先设置的一系列温度(例如温度区间可以是T₁～T₂，相邻两个目标温度的温度差可以为ΔT，此时可以形成一个温度系列：T₁、T₁+ΔT、T₁+2ΔT、······、T₂)。当发射模组21和接收模组22的温度与目标温度不同时，先进行温度粗调，即控制器13将温控平台111的温度设置为目标温度左右，考虑到热传导过程中的损失以及其他因素影响，深度相机20的实际温度往往不同于温控平台111的温度，所以需要进行温度细调。第一温度传感器和第二温度传感器实时反馈第一导热体1231和第二导热体1232的温度(等效于发射模组21和接收模组22的温度)，控制器13获取温度信号后，分别控制第一半导体致冷器1221和第二半导体致冷器1222进行升温或降温，从而将发射模组21和接收模组22的温度精准控制到目标温度。

此时控制器13可以获得不同温度条件下发射模组21所发射的结构光图案光束数据或接收模组22所采集的图案光束数据，该数据用于和发射模组21或接收模组22在理想状态下(比如常温温度下)的光学参数结合，建立对发射模组21或接收模组22进行温度矫正的算法。

本实施例提供的深度相机测试装置的有益效果至少在于：通过提供一种深度相机测试装置10对深度相机20的温度进行大范围快速的测量和控制，同时通过设置第一半导体致冷器1221、第二半导体致冷器1222、第一导热体1231和第二导热体1232分别对发射模组21和接收模组22的温度进行单独探测和调控，可以将深度相机20的温度精确稳定在温度调控范围内的任意目标温度，从而可以获得不同温度条件下发射模组21所发射的结构光图案光束数据或接收模组22所采集的图案光束数据，该数据用于和发射模组21或接收模组22在理想状态下(比如常温温度下)的光学参数结合，为后续进行温度校正提供依据和指导，极大提高了算法补偿的有效性，使得经过算法补偿后的结构光图案光束数据更加接近理想状态下的结构光图案光束数据，极大提高了测试精度。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种深度相机测试装置，其特征在于：包括

测试组件，用于固定深度相机，并对所述深度相机的温度进行控制；

温度控制组件，与所述测试组件连接，用于控制所述测试组件的温度；

控制器，与所述测试组件和所述温度控制组件均连接，至少用于对所述测试组件、所述温度控制组件以及所述深度相机进行控制，并获取所述深度相机的测试数据。

2.如权利要求1所述的深度相机测试装置，其特征在于：所述温度控制组件包括温控平台和温控件，所述温控平台与所述控制器连接，所述温控件与所述温控平台连接，所述测试组件与所述温控件连接。

3.如权利要求1所述的深度相机测试装置，其特征在于：所述测试组件包括底座单元、半导体制冷单元以及盖板单元；

所述底座单元与所述温度控制组件连接；

所述半导体制冷单元与所述底座单元连接，且与所述控制器连接，用于与所述深度相机接触并控制所述深度相机的温度；

所述盖板单元设于所述底座单元上，且设有容置部，至少用于容置所述深度相机。

4.如权利要求3所述的深度相机测试装置，其特征在于：所述测试组件还包括导热单元，所述导热单元设于所述半导体制冷单元上，用于与所述深度相机接触。

5.如权利要求4所述的深度相机测试装置，其特征在于：所述底座单元包括第一底座和第二底座，所述第一底座和所述第二底座均与所述温度控制组件连接；

所述半导体制冷单元包括第一半导体致冷器和第二半导体致冷器，所述第一半导体致冷器与所述第一底座连接，所述第二半导体致冷器与所述第二底座连接，且所述第一半导体致冷器和所述第二半导体致冷器均与所述控制器连接；

所述导热单元设于所述第一半导体致冷器和所述第二半导体致冷器上。

6.如权利要求5所述的深度相机测试装置，其特征在于：所述第一底座上设有第一容置槽，所述第一半导体致冷器设于所述第一容置槽中；

所述第二底座上设有第二容置槽，所述第二半导体致冷器设于所述第二容置槽中。

7.如权利要求5所述的深度相机测试装置，其特征在于：所述导热单元包括第一导热体和第二导热体，所述第一导热体设于所述第一半导体致冷器上，所述第二导热体设于所述第二半导体致冷器上。

8.如权利要求7所述的深度相机测试装置，其特征在于：所述测试组件还包括温度传感单元；

所述温度传感单元包括第一温度传感器和第二温度传感器，所述第一温度传感器设于所述第一导热体中，所述第二温度传感器设于所述第二导热体中；

所述第一温度传感器和所述第二温度传感器均与所述控制器连接。

9.如权利要求3～8任一项所述的深度相机测试装置，其特征在于：所述盖板单元包括中间盖板和上盖板；

所述中间盖板设于所述底座单元上，所述容置部设于所述中间盖板中；

所述上盖板连接于所述中间盖板表面，所述上盖板上与所述深度相机相对应位置设有通孔，用于供所述深度相机的光束通过。

10.如权利要求9所述的深度相机测试装置，其特征在于：所述上盖板朝向所述中间盖板的一侧还设有限位块，用于对所述深度相机的位置进行限定。