CN217643548U - 一种长基线深度摄像模组及电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种长基线深度摄像模组，其特征在于，包括RGB模组、IR模组和投射模组；所述RGB模组，用于拍摄目标对象的RGB图像；所述IR模组，用于接收目标对象反射的光束从而获取深度数据；所述投射模组，用于根据IR模组信号向目标对象发射出点阵结构光；所述IR模组与所述投射模组在基壳呈对角线布置，以使两者间的基线最大。本实用新型改变基壳形状，通过将投射模组与IR模组的基线移动，不再与基壳的边平行，而是呈现一定的夹角，使得模组的空间利用率更高，器件布置更加紧密，同时抵抗外力的水平增强。

Description

一种长基线深度摄像模组及电子设备

技术领域

本实用新型涉及3D摄像领域，具体地，涉及一种长基线深度摄像模组及电子设备。

背景技术

在3D计算机图形中，DepthMap(深度图)是包含与视点的场景对象的表面的距离有关的信息的图像或图像通道。其中，DepthMap类似于灰度图像，只是它的每个像素值是传感器距离物体的实际距离。通常RGB图像和Depth图像是配准的，因而像素点之间具有一对一的对应关系。

在现有技术中，投射模组，RGB模组以及IR模组都在同一条基线上，模组基本呈现长方形的状态，是为长方形模组方案设计。这种设计方案利于生产制造，但是这种设计方案无法充分利用模组的空间，导致空间利用率不高、集成度不高，从而使得模组尺寸无法更小。

实用新型内容

为此，本实用新型改变基壳形状，通过将投射模组与IR模组的基线移动，不再与基壳的边平行，而是呈现一定的夹角，使得模组的空间利用率更高，器件布置更加紧密，同时抵抗外力的水平增强。本实用新型提供一种长基线深度摄像模组及电子设备。

根据本实用新型提供的一种长基线深度摄像模组，其特征在于，包括RGB模组、 IR模组和投射模组；

所述RGB模组，用于拍摄目标对象的RGB图像；

所述IR模组，用于接收目标对象反射的光束从而获取深度数据；

所述投射模组，用于根据IR模组信号向目标对象发射出点阵结构光；

所述IR模组与所述投射模组在基壳呈对角线布置，以使两者间的基线最大。

可选地，上述的一种长基线深度摄像模组，其特征在于，所述投射模组包括：

光源阵列，包括以二维图案形式排列的多个子光源，用于发射与所述二维图案相对应的阵列光束；

透镜，接收并汇聚所述阵列光束；

衍射光学元件，接收经所述透镜汇聚后出射的所述阵列光束，并投射出结构光斑点图案化光束。

可选地，上述的一种长基线深度摄像模组，其特征在于，所述结构光斑点图案包括至少两个次结构光斑点图案通过交错叠加而成；所述次结构光斑点图案由所述多个子光源中的部分子光源产生的多个子斑点图案平铺排列而成，所述子斑点图案由单个所述子光源经衍射光学元件衍射后形成的不同衍射级数的斑点组成。

可选地，上述的一种长基线深度摄像模组，其特征在于，所述结构光斑点图案由多个与所述二维图案对应的斑点块平铺排列而成，所述斑点块由所述多个子光源经衍射光学元件衍射后形成的相同衍射级数的斑点组成，所述斑点块的边缘为非直线且相互耦合。

可选地，上述的一种长基线深度摄像模组，其特征在于，所述投射模组包括激光器阵列，准直元件，分光器件；

所述激光器阵列，用于发射点阵激光；

所述准直元件，用于将入射的点阵激光进行准直，生成准直光束；

所述分光器件，用于将入射的所述准直光束分成多束激光。

可选地，上述的一种长基线深度摄像模组，其特征在于，所述RGB模组与所述IR 模组相邻布置，用于提高深度图与RGB图像对齐质量。

可选地，上述的一种长基线深度摄像模组，其特征在于，所述RGB模组位于所述投射模组与所述IR模组连线上，用于提高深度图与RGB图像对齐质量。

可选地，上述的一种长基线深度摄像模组，其特征在于，所述投射模组与所述IR模组连线与所述一种长基线深度摄像模组边的较小夹角为15度～45度。

本实用新型还提供一种电子设备，其特征在于，包括上述的任一种长基线深度摄像模组。

可选地，上述的一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括手机、无人机、机器人、汽车、轮船。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：

本实用新型的结构更加紧凑，空间利用率高，更加适应于小空间的应用场景。在同样的横向尺寸下，本实用新型的深度摄像模组基线更长，可以获得更高精度的深度数据，从而得到更加精细的深度图像数据。本实用新型的基壳的长宽比更小，结构更加稳定，从而使得模组更加稳定，不易受外力干扰。由于本实用新型的空间利用率更高，成型后的模组的尺寸更小，有利于应用于更多的场景。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本实用新型实施例中一种长基线深度摄像模组的模块示意图；

图2为本实用新型实施例中投射模组的一种结构示意图；

图3为本实用新型实施例中投射模组的另一种结构示意图；

图4为本实用新型实施例中投射模组的再一种结构示意图；

图5为本实用新型实施例中一种长基线深度摄像模组的一种结构示意图；

图6为本实用新型实施例中一种长基线深度摄像模组的另一种结构示意图；

图7为本实用新型实施例中一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例，例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面以具体地实施例对本实用新型的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

下面以具体地实施例对本实用新型的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本实用新型的实施例进行描述。

图1为本实用新型实施例中一种长基线深度摄像模组的模块示意图。如图1所示，本实用新型提供的一种长基线深度摄像模组，包括RGB模组101、IR模组102和投射模组103。

RGB模组101，用于拍摄目标对象的RGB图像。RGB模组101采用CCD或者CMOS均可采集到RGB图像。采集的原理都是将光子转换为电子，其中光子数目与电子数目成比例。由于RGB图像均采用拜尔滤光片的方式获得，其对不同波长的光子的响应弱于灰度相机，并且在很多应用场景中其表现不足以满足场景需求，需要从深度的维度对其进行增强。

IR模组102，用于获取深度数据。IR采集的是红外波段，不同于RGB模组中采用拜尔滤光片的方式获得颜色，IR模组获得的是在红外波段上面采集到的全色图像。本实施例中的IR模组102既可以基于所述投射点阵结构光的反射获得深度数据，又可以根据泛光的飞行时间获得深度数据。IR模组102采用的结构只要能满足接收本实用新型所需要的数据即可，本实用新型对具体的结构不进行限制。

投射模组103，用于根据IR模组信号向目标对象发射出点阵结构光或泛光。点阵结构光是从摄像头发射出多达数百万条投射光线到目标对象上，形成三维立体图像，能够更精确的识别物体，尤其是在近距离的识别上优势非常明显。而泛光是从摄像头发射出的近红外(～850nm或940nm)的脉冲波，脉冲波遇到物体以后反射回来，被传感器(sensor) 收集到，通过脉冲波之间的频率差或时间差，得到深度数据，这就是TOF(timeofflight) 技术的工作原理。投射模组103既可以发射点阵结构光，又可以发射泛光，从而使得本实施例既可以在近距离采用点阵结构光获得深度数据，又可以是远距离采用泛光获得深度数据，使得模组的应用范围更加广泛。

IR模组102与投射模组103在基壳上呈对角线布置，以使两者间的基线最大。基壳是摄像模组安装的壳体。IR模组102的中心点与投射模组103的中心点的边线称为基线，是获取深度数据的重要参数。基线越长，获取的深度数据越准确。在现有技术中，为保证基线的最大化，通常将IR模组102和投射模组103以平行于某一边的方式分别布置于基壳的两端。但是由于基壳通常为长方形，所以对角线的长度大于任意一边的长度，因此本实施例将IR模组102与投射模组103在基壳上呈对角线布置，可以使得基线在基壳的范围内达到最大。基壳的长宽比为3：1～1：1。

本实用新型的投射模组可以有多种形式。请参见图2，示出了本实用新型实施例中投射模组的一种结构示意图。投射模组103包括底座201、光源202、透视镜203 以及衍射光学元件204。底座201用于固定光源202。底座201的形状通常为正方形、长方形、六边形、圆形等规则的形状。底座201既可以是单独设置的底座，也可以是摄像模组中的基壳，本实施例对此并不限制。光源202既可以是一个大的光源，也可以由多个子光源构成的激光器阵列。为方便展示，图2中示出了3个子光源构成的激光器阵列。光源类型既可以是垂直腔面激光(VCSEL)，也可以是边发射激光。激光发射的方向垂直于底座201。对激光器的布置方向，本实用新型不做限制，只要满足激光发射方向的要求即可。为提高激光器的信息载量，一部分实施例中，激光器阵列呈现一定的特征分布，即光源202的多个子光源呈现非均匀排列。

衍射光学元件204接收来自透镜203的光束后对光束进行衍射，并形成在衍射角度范围内的多个衍射级，所有衍射级形成的图案为该子光源的子斑点图案。衍射光学元件衍射角度与光源阵列尺寸的不同结合形式会使得光源202发射出的多个光束的斑点图案相互交叉，并且使得不同斑点图案中相同级数的斑点聚焦在一起从而形成在目标对象 205上形成斑点块，多个斑点块平铺排列共同组成结构光斑点图案。常用的衍射光学元件与光源阵列尺寸的结合形式有光源相对于衍射光学元件的入射角、光源阵列尺寸、透镜焦距、衍射光学元件衍射角度、相邻衍射级之间的夹角等。可以理解的是，透视镜203 对光束的影响范围对于光路的变化具有直接的影响。

在一些实施例中，可以通过对结构的设计达到以下效果：所述结构光斑点图案包括至少两个次结构光斑点图案通过交错叠加而成；所述次结构光斑点图案由所述多个子光源中的部分子光源产生的多个子斑点图案平铺排列而成，所述子斑点图案由单个所述子光源经衍射光学元件衍射后形成的不同衍射级数的斑点组成。

在另一些实施例中，可以通过对结构的设计达到以下效果：所述结构光斑点图案由多个与所述二维图案对应的斑点块平铺排列而成，所述斑点块由所述多个子光源经衍射光学元件衍射后形成的相同衍射级数的斑点组成，所述斑点块的边缘为非直线且相互耦合。

为了使得结构光斑点图案中斑点分布的密度相对均匀且满足不相关性，一方面通过对光源202的排列进行设计使得斑点块内部的斑点排列满足不相关性，另一方面通过对衍射光学元件204进行设计以使得各个斑点块以平铺排列的方式以保证所有的斑点块能覆盖整个投影区域。

本实施例通过对光结构的设计，使得投射模组投射出的光斑具有更高的识别度与信息载量，过结构光斑点图案包括至少两个次结构光斑点图案通过交错叠加而成，且次结构光斑点图案由所述多个子光源中的部分子光源产生的多个子斑点图案平铺排列而成，从而在保证结构光图案分布均匀的基础上，提高结构光斑点图案的密度分布，同时还具有非常高的不相关性。

请参见图3，示出了本实用新型实施例中投射模组的另一种结构示意图。投射模组103包括底座301、光源302、透视镜303以及衍射光学元件304。相比于上一实施例中斑点块通过平铺排列(邻接或者以适当的间隙排列)的方式组成结构光斑点图案，本实施例斑点之间通过相互重叠来提高斑点的密度分布。可以理解的是，本实施例的结构与上一实施例的结构类似，可以通过相关技术参数的变化，使得上一实施例的设备实现本实施例中的效果。

本实施例中，透视镜303将不同的光束聚集在衍射光学元件304处，从而使得光束得到增强。在图3中仅示出了衍射光学元件304至目标对象305之间的结构光范围，并未对内部光束进行细分，但可以理解的是，在衍射光学元件304至目标对象305之间的结构光范围依然是可以细分为多个具有不同光照强度的光斑。

在本实施例中，通过一个透视镜303发射出的光束始终呈对称分布，也更加均匀，但是考虑到多个透视镜303发射出的光束叠加时，会导致斑点的图案发生变化。因此本实施例在实施时需要综合考虑多个主透镜303之间的布置情况，从而更好地实现所需要的光斑。一般而言，本实施例更加适合于实现对称式的光斑图案。

本实施例通过将多个光束在衍射光学元件聚集，使得衍射出的光束的分布更加均匀，并使得光束得到一定的增强，从而更加适合于实现对称分布的光斑图案。本实施例的光斑图案会随距离变化而变化，从而可以得到更多的深度数据与位置数据。

请参见图4，示出了本实用新型实施例中投射模组的再一种结构示意图。投射模组103包括激光器阵列401，准直元件402，分光器件403。

激光器阵列401，用于发射点阵激光。激光器阵列401是由多个子光源构成的激光器阵列。光源类型既可以是垂直腔面激光(VCSEL)，也可以是边发射激光。激光器阵列401发射出的激光垂直射向准直元件402。

准直元件402，用于将入射的点阵激光进行准直，生成准直光束。经过准直后的光束更加接近平行，光束在传播过程中光束的直径几乎保持不变，可以更好地进行光束投射和识别携带信息。

分光器件403，用于将入射的所述准直光束分成多束激光。分束后的激光的数量级是分束前的激光的数量级的1-2倍。分光器件在分光的时间，还可以在不同位置将光束分而不同的数量与形状，从而使得光束的图案更加多样，提升光束的信息量。

本实施例将光束进行准直，使得结构光束更加稳定，携带信息更加可靠，提升模组的稳定性。本实施例还可以在分光的同时，对光束进行图案编码，提升图案的识别度，并且通过一个器件实现多个功能，有利于节省空间。

请参见图5，示出了本实用新型实施例中一种长基线深度摄像模组的一种结构示意图。RGB模组101与IR模组102相邻布置，用于提高深度图与RGB图像对齐质量。RGB 模组101与IR模组102的中心点的连线与基壳的一个边平行。投射模组103与IR模组 102对角线布置，可以使得基线的长度最大。所述投射模组与所述IR模组连线与所述一种长基线深度摄像模组边的较小夹角为15度～45度。

本实施例将IR模组与RGB模组沿基壳边缘布置，并将IR模组与投射模组沿对角线布置，在使得基线最大化的同时，也使得摄像主体位于边缘，从而使得基壳上的元器件更加方便布置，有利于提高基壳上元器件的集成度，有利于模组的小型化、集成化。

请参见图6，示出了本实用新型实施例中一种长基线深度摄像模组的另一种结构示意图。RGB模组101与IR模组102相邻布置，用于提高深度图与RGB图像对齐质量。 RGB模组101、IR模组102和投射模组103的中心点位于同一条直线上。投射模组103 与IR模组102对角线布置，可以使得基线的长度最大。

本实施例将RGB模组与IR模组相邻布置，并与投射模组位于同一直线上，使得拍摄得到的RGB图像和深度数据的视角几乎相同，合同深度图时，对齐效果更好，最大程度地保证拍摄质量。

请参见图7，示出了本实用新型实施例中一种电子设备的结构示意图。电子设备701拍摄端布置有深度摄像模组702。深度摄像模组702为前述实施例中任意一种。

电子设备701的组件可以包括但不限于：至少一个处理单元、至少一个存储单元、连接不同平台组件(包括存储单元和处理单元)的总线、显示单元等。

存储单元存储有程序代码，程序代码可以被处理单元执行。

总线可以为表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储单元总线或者存储单元控制器、外围总线、图形加速端口、处理单元或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。

显示单元可以用于显示前述实施例中的任一个获取的深度图，从而完成深度图的展示。显示单元既可以是集成于电子设备701上，又可以是外接设置，而由电子设备701 提供相应的接口。所述接口可以是HDMI、USB等多种接口类型。

电子设备也可以与一个或多个外部设备(例如键盘、指向设备、蓝牙设备等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该电子设备交互的设备通信，和/或与使得该电子设备能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如路由器、调制解调器等等) 通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口进行。并且，电子设备还可以通过网络适配器与一个或者多个网络(例如局域网(LAN)，广域网(WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。网络适配器可以通过总线与电子设备的其它模块通信。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。

Claims (10)

1.一种长基线深度摄像模组，其特征在于，包括RGB模组、IR模组和投射模组；

所述RGB模组，用于拍摄目标对象的RGB图像；

所述IR模组，用于接收目标对象反射的光束从而获取深度数据；

所述投射模组，用于根据IR模组信号向目标对象发射出点阵结构光；

所述IR模组与所述投射模组在基壳呈对角线布置，以使两者间的基线最大。

2.根据权利要求1所述的一种长基线深度摄像模组，其特征在于，所述投射模组包括：

光源阵列，包括以二维图案形式排列的多个子光源，用于发射与所述二维图案相对应的阵列光束；

透镜，接收并汇聚所述阵列光束；

衍射光学元件，接收经所述透镜汇聚后出射的所述阵列光束，并投射出结构光斑点图案化光束。

3.根据权利要求2所述的一种长基线深度摄像模组，其特征在于，所述结构光斑点图案包括至少两个次结构光斑点图案通过交错叠加而成，所述次结构光斑点图案由所述多个子光源中的部分子光源产生的多个子斑点图案平铺排列而成，所述子斑点图案由单个所述子光源经衍射光学元件衍射后形成的不同衍射级数的斑点组成。

4.根据权利要求2所述的一种长基线深度摄像模组，其特征在于，所述结构光斑点图案由多个与所述二维图案对应的斑点块平铺排列而成，所述斑点块由所述多个子光源经衍射光学元件衍射后形成的相同衍射级数的斑点组成，所述斑点块的边缘为非直线且相互耦合。

5.根据权利要求1所述的一种长基线深度摄像模组，其特征在于，所述投射模组包括激光器阵列，准直元件，分光器件；

所述激光器阵列，用于发射点阵激光；

所述准直元件，用于将入射的点阵激光进行准直，生成准直光束；

所述分光器件，用于将入射的所述准直光束分成多束激光。

6.根据权利要求1所述的一种长基线深度摄像模组，其特征在于，所述RGB模组与所述IR模组相邻布置，用于提高深度图与RGB图像对齐质量。

7.根据权利要求6所述的一种长基线深度摄像模组，其特征在于，所述RGB模组位于所述投射模组与所述IR模组连线上，用于提高深度图与RGB图像对齐质量。

8.根据权利要求7所述的一种长基线深度摄像模组，其特征在于，所述投射模组与所述IR模组连线与所述一种长基线深度摄像模组边的较小夹角为15度～45度。

9.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1—8中任一项所述的一种长基线深度摄像模组。

10.根据权利要求9所述的一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括手机、无人机、机器人、汽车、轮船。

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