CN215217577U

CN215217577U - 一种3d结构光测量装置

Info

Publication number: CN215217577U
Application number: CN202121529555.7U
Authority: CN
Inventors: 金玮; 余建男; 张阳; 王百顺
Original assignee: Shenzhen Bosheng Photoelectric Technology Co ltd
Current assignee: Shenzhen Bosheng Photoelectric Technology Co ltd
Priority date: 2021-07-06
Filing date: 2021-07-06
Publication date: 2021-12-17
Anticipated expiration: 2031-07-06

Abstract

本申请公开了一种3D结构光测量装置，其包括：发射模块，用于向目标物发射光斑；第一接收模块，用于接收根据所述目标物反射的光斑以形成第一散斑图，所述第一散斑图包括若干个呈阵列布置的第一光斑；第二接收模块，用于接收根据所述目标物反射的光斑以形成第二散斑图，所述第二散斑图包括若干个呈阵列布置的第二光斑；固定板，所述发射模块、所述第一接收模块及所述第二接收模块均设置于所述固定板的同一表面，所述发射模块位于所述第一接收模块和所述第二接收模块之间。本申请将第一光斑与第二光斑合成获得第三光斑，依据第三光斑获取目标物的空间位置信息，避免自然光对空间位置信息的干扰。

Description

一种3D结构光测量装置

技术领域

本实用新型一般涉及3D结构光技术领域，具体涉及一种3D结构光测量装置。

背景技术

随着科学技术的发展，传统2D测量方法难以满足空间位置信息和高测量精度的要求。加上现代社会人工智能行业的不断兴起，对测量技术更是提出了实时性、远程性等要求，传统2D测量的缺陷越来越凸显。而3D测量技术，尤其是3D结构光技术，以其精度高、成本低、功耗低等优点而被广泛应用。

在相关技术中，采用3D结构光技术的装置，在自然强光环境下，其发射器发出的光斑很容易被掩盖，导致其接收器采集到的光斑亮度和清晰度均受到削弱，进而导致其运算单元计算出的空间位置信息精度下降。

实用新型内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种3D结构光测量装置。

本申请提供一种3D结构光测量装置，其包括：

发射模块，用于向目标物发射光斑；

第一接收模块，用于接收根据所述目标物反射的光斑以形成第一散斑图，所述第一散斑图包括若干个呈阵列布置的第一光斑；

第二接收模块，用于接收根据所述目标物反射的光斑以形成第二散斑图，所述第二散斑图包括若干个呈阵列布置的第二光斑；

固定板，所述发射模块、所述第一接收模块及所述第二接收模块均设置于所述固定板的同一表面，所述发射模块位于所述第一接收模块和所述第二接收模块之间。

作为可选的方案，还包括运算模块，与所述第一接收模块和所述第二接收模块电性连接，所述运算模块用于根据清晰度参数和亮度参数，对所述第一散斑图中预设位置的第一光斑与所述第二散斑图中预设位置的第二光斑合成处理，得到第三散斑图中预设位置的第三光斑，且所述运算模块利用所述第三光斑获取目标物位置信息。

作为可选的方案，所述第一光斑与所述第二光斑的阵列类型、形状、数量、尺寸及布置方式均相同。

作为可选的方案，所述第一接收模块和所述第二接收模块关于所述发射模块对称设置。

作为可选的方案，所述第一接收模块、所述第二接收模块至所述发射模块的距离介于4mm～164mm。

本申请以清晰度参数和亮度参数作为合成处理规则，将第一光斑与第二光斑合成获得第三光斑，依据第三光斑获取目标物的空间位置信息，避免自然光对空间位置信息的干扰，有利于获取精确的空间位置信息。

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为本实用新型实施例提供的一种3D结构光测量方法的流程图；

图2为本实用新型实施例提供的一种3D结构光测量装置的结构示意图；

图3是实用新型实施例提供的第一散斑图；

图4为实用新型实施例提供的第二散斑图；

图5为实用新型实施例提供的第三散斑图的合成示意图。

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实用新型，而非对该实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与实用新型相关的部分。

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。

本实用新型使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本实用新型。在本实用新型和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

3D结构光技术是一种主动光学测距方案，主要由发射模块10、接收模块和运算模块组成。其原理是发射模块10向目标物30射出光斑，在目标物30上形成光斑点；接收模块对目标物30上光斑点进行采集，最后运算模块根据光斑点的形变计算出目标物30的空间位置信息。

在相关技术中，上述3D结构光测量方法受自然光影响，发射器发出的光斑很容易被掩盖，导致接收器采集到的光斑亮度和清晰度均受到削弱，进而导致运算模块计算的目标物30空间位置信息精度下降。

基于此，本申请提出了一种3D结构光测量方法，图1为一种3D结构光测量方法的流程图。

上述的3D结构光测量方法包括以下步骤：

S1，获取第一散斑图A和第二散斑图B；

需要说明的是，第一散斑图A包括若干个呈阵列布置的第一光斑a，第二散斑图B包括若干个呈阵列布置的第二光斑b。第一光斑a和第一光斑a的阵列类型相同，第一光斑a和第一光斑a可以采用矩阵阵列或环形阵列；第二光斑b与第一光斑a的形状相同，第一、二光斑可以为圆形、三角形、椭圆形等；第二光斑b与第一光斑a的数量相同；第二光斑b与第一光斑a的尺寸相同；第二光斑b与第一光斑a的布置方向相同，若采用矩阵阵列，第一矩阵阵列和第二矩阵阵列均包括M行N列，在第一矩阵阵列(第二矩阵阵列)中，任一行中任意相邻两第一光斑a(第二光斑b)之间间距为S1，在任一列中任意相邻两第一光斑a(第二光斑b)之间间距为S2。若采用环形阵列，任意相邻两第一光斑a(第二光斑b)以预设夹角α设置，环状阵列的半径为R。

在具体实施例中，如3图所示，在第一散斑图A中第一光斑a为圆形，直径为d，16个第一光斑a形成第一矩阵阵列，在任一列中任意相邻两个第一光斑a之间间距为S1，在任一行中任意相邻两个第一光斑a之间间距为S2。如4图所示，在第二散斑图B中第二光斑b为圆形，直径为d，16个第二光斑b形成第二矩阵阵列，在任一行中任意相邻两个第二光斑b之间间距为S1，在任一列中任意相邻两个第二光斑b之间间距为S2。

S2，根据清晰度参数和亮度参数，对第一散斑图A中预设位置的第一光斑a与第二散斑图B中预设位置的第二光斑b合成处理，得到第三散斑图C中预设位置的第三光斑c；

在具体实施例中，如图5所示，对第一散斑图A中1a位置的第一光斑a与第二散斑图B中1b位置的第二光斑b合成处理，得到第三散斑图C中1c位置的第三光斑c；对第一散斑图A中2a位置的第一光斑a与第二散斑图B中2b位置的第二光斑b合成处理，得到第三散斑图C中2c位置的第三光斑c；对第一散斑图A中3a位置的第一光斑a与第二散斑图B中3b位置的第二光斑b合成处理，得到第三散斑图C中3c位置的第三光斑c；依次类推，直至对第一散斑图A中16a位置的第一光斑a与第二散斑图B中16b位置的第二光斑b合成处理，得到第三散斑图C中16c位置的第三光斑c，从而得到完整的第三散斑图C。

在第三散斑图C中，第三光斑c为圆形，直径为d，16个第三光斑c形成第三矩阵阵列，在任一列中任意相邻两个第三光斑c之间间距为S1，在任一行中任意相邻两个第三光斑c之间间距为S2。

需要说明的是，第一清晰阈值＞第三清晰阈值＞第四清晰阈值＞第二清晰阈值；第一亮度阈值＞第三亮度阈值＞第四亮度阈值＞第二亮度阈值。

在一些实施中，在第一光斑a清晰度大于第二光斑b清晰度，二者差值大于第一清晰阈值，且第一光斑a亮度大于第二光斑b亮度，二者差值大于第一亮度阈值时，以第一光斑a作为第三光斑c；

在一些实施中，在第一光斑a清晰度大于第二光斑b清晰度，二者差值小于第二清晰阈值，且第一光斑a亮度大于第二光斑b亮度，二者差值小于第二亮度阈值时，将第一光斑a和第二光斑b合并作为第三光斑c；

在一些实施中，在第二光斑b清晰度大于第一光斑a清晰度，二者差值大于第一清晰阈值，且第二光斑b亮度大于第一光斑a亮度，二者差值大于第一亮度阈值时，以第二光斑b作为第三光斑c；

在一些实施中，在第二光斑b清晰度大于第一光斑a清晰度，二者差值小于第二清晰阈值，且第一光斑a亮度大于第二光斑b亮度，二者差值小于第二亮度阈值时，将第一光斑a和第二光斑b合并作为第三光斑c。

在一些实施中，在第一光斑a清晰度和第二光斑b清晰度均大于第三清晰阈值，且第一光斑a亮度和第二光斑b亮度均大于第三亮度阈值时，

第一光斑a清晰度大于第二光斑b清晰度，第一光斑a亮度大于第二光斑b亮度，以第一光斑a作为第三光斑c；或者，

第二光斑b清晰度大于第一光斑a清晰度，第二光斑b亮度大于第一光斑a亮度，以第二光斑b作为第三光斑c。

在一些实施中，在第一光斑a清晰度和第二光斑b清晰度均小于第四清晰阈值，且第一光斑a亮度和第二光斑b亮度均小于第四亮度阈值时，将第一光斑a和第二光斑b合并作为第三光斑c。

S3，利用第三散斑图C中第三光斑c获取目标物30位置信息。

需要说明的是，运算模块根据第三散斑图C中第三光斑c的形变计算出目标物30的空间位置信息。

本申请提供的3D结构光测量方法，以清晰度参数和亮度参数作为合成处理规则，将第一光斑a与第二光斑b合成获得第三光斑c，依据第三光斑c获取目标物30的空间位置信息，避免自然光对空间位置信息的干扰，有利于获取精确的空间位置信息。

作为可实现的方式，在一实施例中，除了包括步骤S1、S2、S3及S4，在步骤S1之前还包括步骤：第一接收模块21根据目标物30反射的光斑形成第一散斑图A；第二接收模块22根据目标物30反射的光斑形成第二散斑图B。

本申请还提供一种3D结构光测量装置，该装置采用上述的3D结构光测量方法以获取目标物30的空间位置信息，图2示出了一种3D结构光测量装置的结构示意图。

该3D结构光测量装置包括：发射模块10、第一接收模块21、第二接收模块22、固定板及运算模块。

发射模块10用于向目标物30发射光斑；第一接收模块21用于接收根据目标物30反射的光斑以形成第一散斑图A，第一散斑图A包括若干个呈阵列布置的第一光斑a；第二接收模块22用于接收根据目标物30反射的光斑以形成第二散斑图B，第二散斑图B包括若干个呈阵列布置的第二光斑b；发射模块10、第一接收模块21及第二接收模块22均设置于固定板的同一表面，发射模块10位于第一接收模块21和第二接收模块22之间；运算模块用于根据清晰度参数和亮度参数，对第一散斑图A中预设位置的第一光斑a与第二散斑图B中预设位置的第二光斑b合成处理，得到第三散斑图C中预设位置的第三光斑c，且运算模块利用第三光斑c获取目标物30位置信息。

上述3D结构光测量装置，以清晰度参数和亮度参数作为合成处理规则，将第一光斑a与第二光斑b合成获得第三光斑c，依据第三光斑c获取目标物30的空间位置信息，避免自然光对空间位置信息的干扰，有利于获取精确的空间位置信息。

作为可实现的方式，第一光斑a和第一光斑a的阵列类型相同，第一光斑a和第一光斑a可以采用矩阵阵列或环形阵列；第二光斑b与第一光斑a的形状相同，第一、二光斑可以为圆形、三角形、椭圆形等；第二光斑b与第一光斑a的数量相同；第二光斑b与第一光斑a的尺寸相同；第二光斑b与第一光斑a的布置方向相同，若采用矩阵阵列，第一矩阵阵列和第二矩阵阵列均包括M行N列，在第一矩阵阵列(第二矩阵阵列)中，任一行中任意相邻两第一光斑a(第二光斑b)之间间距为S1，在任一列中任意相邻两第一光斑a(第二光斑b)之间间距为S2。若采用环形阵列，任意相邻两第一光斑a(第二光斑b)以预设夹角α设置，环状阵列的半径为R。

上述设置方式，有利于第一光斑a与第二光斑b的合成，简单、高效，降低运算难度。

作为可实现的方式，发射模块10与固定板固定连接，第一接收模块21与固定板固定连接，第二接收模块22与固定板固定连接。

可以理解的是，发射模块10可以采用螺栓方式、粘接方式或者焊接方式固定于固定板上。对应地，第一接收模块21、第二接收模块22可以采用螺栓方式、粘接方式或者焊接方式固定于固定板上。

需要说明的是，第一接收模块21的几何中心至发射模块10的几何中心之间的距离为L1，第二接收模块22的几何中心至发射模块10的几何中心之间的距离为L2，L1和L2远远小于发射模块10与目标物30之间的距离，L1的变化对第一光斑a尺寸的影响较小，L2的变化对第二光斑b尺寸的影响较小，故默认为第一光斑a和第二光斑b尺寸为定值。

作为可实现的方式，第一接收模块21和第二接收模块22关于发射模块10对称设置。

可以理解的是，第一接收模块21的几何中心、第二接收模块22的几何中心及发射模块10的几何中心均位于同一水平线上，第一接收模块21的几何中心至发射模块10的几何中心的距离L1与第二接收模块22的几何中心至发射模块10的几何中心的距离L2，L1与L2相等，L1、L2均为4mm～164mm。需要说明的是，在一些实施例中，第一接收模块21和第二接收模块22可以关于发射模块10非对称设置。

对称设置的方式，结构合理，保证第一、二接收模块同时获取目标物30反射的光斑；距离范围介于4mm～164mm，范围广，满足多种情况下的自然光应用场景。

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，本申请中所涉及的实用新型范围，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实用新型构思的情况下，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

1.一种3D结构光测量装置，其特征在于，包括：

发射模块，用于向目标物发射光斑；

2.根据权利要求1所述的3D结构光测量装置，其特征在于，还包括：运算模块，与所述第一接收模块和所述第二接收模块电性连接，运算模块用于根据清晰度参数和亮度参数，对所述第一散斑图中预设位置的第一光斑与所述第二散斑图中预设位置的第二光斑合成处理，得到第三散斑图中预设位置的第三光斑，且所述运算模块利用所述第三光斑获取目标物位置信息。

3.根据权利要求2所述的3D结构光测量装置，其特征在于，所述第一光斑与所述第二光斑的阵列类型、形状、数量、尺寸及布置方式均相同。

4.根据权利要求2所述的3D结构光测量装置，其特征在于，所述第一接收模块和所述第二接收模块关于所述发射模块对称设置。

5.根据权利要求4所述的3D结构光测量装置，其特征在于，所述第一接收模块、所述第二接收模块至所述发射模块的距离介于4mm～164mm。