CN218848334U - 基于主动投射点激光的测量装置 - Google Patents

Abstract

公开了一种基于主动投射点激光的测量装置。所述装置包括：光源模块，用于向被测空间投射短波红外点激光；测距模块，与光源模块同轴布置，并用于基于投射点激光的返回光信号确定被测对象的深度信息；SWIR相机模块，与光源模块同轴布置，并用于基于投射点激光的返回光信号拍摄被测对象的短波红外图像；以及光路共享模块，用于使得所述投射点激光的返回光在所述测量装置内部与所述投射点激光至少共享部分光路。由此，本实用新型通过同轴布置的ToF传感器和SWIR相机模块实现对被测对象表面分布信息和被测对象状态信息的同步测量，上述测量装置可以并入灵活转向机构及相机模块，针对被测对象的各个目标区域进行精细化测量，由此实现被测对象的局部或细微状态的判定。

Description

基于主动投射点激光的测量装置

技术领域

本公开涉及一种深度数据测量领域，尤其涉及一种基于主动投射点激光的测量装置。

背景技术

在基于主动投射光对被测对象进行成像的深度测量领域，现已能够基于深度信息求取被测对象的位置、分布甚至表面形态信息，但在很多状态下，仅仅依靠深度信息无法获取所需的全部对象信息，例如被测对象的某些视觉上不可辨或是不易分辨的属性信息。虽然上述属性信息可以通过单独设置的传感器来获取，但上述传感器的信息获取位置与被测对象的表面分布位置难以进行标定，从而为精细化属性测量带来不便。

为此，需要一种针对被测对象的改进的测量方案。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种同时包括深度信息测量功能和属性感知功能的改进的测量装置。该测量装置能够进行精细到投射光点的深度信息和属性信息的同步采集。在进一步结合转向机构或是可见光成像时，能够对被测对象属性进行更为精确且全面的测量。

根据本公开的第一个方面，提供了一种测量装置，包括：光源模块，用于向被测空间投射短波红外点激光；测距模块，与所述光源模块同轴布置，并且用于基于投射点激光的返回光信号确定被测对象的深度信息；SWIR相机模块，与所述光源模块同轴布置，并且用于基于投射点激光的返回光信号拍摄被测对象的短波红外图像；以及光路共享模块，用于使得所述投射点激光的返回光在所述测量装置内部与所述投射点激光至少共享部分光路。

由此，本实用新型的测量方案能够通过同轴布置的dToF传感器和SWIR相机模块实现对被测对象表面分布信息和被测对象状态信息的同步测量，上述测量方案可以与灵活转向方案以及可见光成像方案相结合，针对被测对象的各个目标区域进行精细化测量，由此实现被测对象的精密属性判定。

附图说明

通过结合附图对本公开示例性实施方式进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本实用新型一个实施例的测量装置的组成示意图。

图2示出了根据本实用新型另一个实施例的测量装置的组成示意图。

图3A-B示出了针对相同对象进行可见光成像和短波红外成像的例子。

图4示出了根据本实用新型一个实施例的包括转向模块的测量装置的组成示意图。

图5示出了根据本实用新型另一个实施例的包括转向模块的测量装置的组成示意图。

图6示出了本实用新型测量装置中转向模块的一个例子。

图7示出了根据本实用新型一个实施例的测量设备的外部视图。

图8示出了使用本实用新型的测量装置进行测量的一个例子。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施方式。虽然附图中显示了本公开的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

在基于主动投射光对被测对象进行成像的深度测量领域，现已能够基于深度信息求取被测对象的位置、分布甚至表面形态信息，但在很多状态下，仅仅依靠深度信息无法获取所需的全部对象信息，例如被测对象的某些视觉上不可辨或是不易分辨的属性信息。虽然上述属性信息可以通过单独设置的传感器来获取，但上述传感器的信息获取位置与被测对象的表面分布位置难以进行标定，从而为精细化属性测量带来不便。

有鉴于此，本实用新型提供一种同时包括深度信息测量功能和属性感知功能的改进的测量装置。该测量装置能够进行精细到投射光点的深度信息和属性信息的同步采集。在进一步结合转向机构或是可见光成像时，能够对被测对象属性进行更为精确且全面的测量。

图1示出了根据本实用新型一个实施例的测量装置的组成示意图。

如图1所示，测量装置100可以包括光源模块110、测距模块120和SWIR相机模块130。除此之外，测量装置100还包括用于实现光源模块110、测距模块120、SWIR相机模块130之间光路共享的光路共享模块，该模块在图1的例子中实现为透射反射模块140和光纤引导模块150。

在此，光源模块110用于向被测空间投射短波红外点激光。测距模块120与光源模块110同轴布置，并且用于基于投射点激光的返回光信号确定深度信息。类似地，SWIR相机模块130也与光源模块110同轴布置，并且用于基于投射点激光的返回光信号拍摄被测对象的短波红外图像。

在此，“同轴”布置指的是光源的出射光路与测距模块的返回光路“同轴”，即出射和返回光路至少部分(甚至大部分)重合。用于同轴布置可以使得测距模块120和SWIR相机模块130的视场角可以很小，可以只检测单个点的返回光，因此可以具有极高的敏感性，并且提升测量精度。

在本公开中，测距模块120和SWIR相机模块130与测距模块110的同轴布置，可以通过光路共享模块实现。光路共享模块用于使得所述投射点激光的返回光在所述测量装置内部与所述投射点激光至少共享部分光路。其中，透射反射模块140用于出射光和入射光的同轴布置，光纤引导模块150则用作测距模块120和SWIR相机模块130之间的分光模块。

在图示的例子中，可以通过实现为棱镜140的透射反射装置来实现测量模块(包括测距模块120和SWIR相机模块130)与光源模块110的同轴布置。为了示出方便，图1中用灰色的线指代光线(深灰色的线指代空气中的光线路径，淡灰色的线指代透镜中的光线路径)，并且使用箭头的方向来表示光的出射和返回。

如图所示，棱镜140可用于使得投射的激光透射通过，并将返回光反射至测量模块。在图示的实施例中，使用反射面对面放置的两个棱镜来实现出射时透射，入射时反射的透射反射功能。使用两个棱镜能够降低反射引起的光损。在其他实施例，也可以使用一个棱镜来实现透射和反射功能。

在图1的示例中，经由棱镜140反射回的光(即，返回光)随即可由光纤引导模块150同时引导(即，分光)至测距模块120和SWIR相机模块130两者。在本实用新型的其他实施例中，也可以使用光纤引导模块150之外的其他分光模块来实现返回光对测距模块120和SWIR相机模块130两者的照射。

图2示出了根据本实用新型另一个实施例的测量装置的组成示意图。类似地，图2所示的测量装置200包括光源模块210、测距模块220和SWIR相机模块230。除此之外，图2的光路共享模块包括透射反射模块140和棱镜150。

棱镜250也可以是起到投射反射的作用，将透射反射模块240反射出的返回光透射给测距模块220，同时反射给SWIR相机模块230。通过调换棱镜150的安装方向，或是测距模块220和SWIR相机模块230，棱镜150也可以将透射反射模块140反射出的返回光反射给测距模块220，同时透射给SWIR相机模块230。

在图2的例子中，棱镜250示出为使用反射面对面放置的两个棱镜来实现出射时透射，入射时反射，并且同时降低反射引起的光损。在其他实施例，也可以使用一个棱镜来实现模块250的透射和反射功能。

另外，虽然未在图中示出，分光模块还可以实现为图1所示光纤引导模块150或是图2所示棱镜250之外的其他模块。例如，在一个实施例中，分光模块可以是角度可变反射镜，用于根据需求，将所述透射反射模块反射的返回光反射至所述测距模块或所述SWIR相机模块。例如，角度可变反射镜可以设置在返回光出射透射反射模块的路径上。在需要进行深度数据测量时，反射镜可以直接让返回光通过，并照射测距模块，而在需要进行短波红外成像时，反射镜可以变换角度，对返回光进行反射并使其照射SWIR相机模块。也可以使用能够将所述返回光信号分别提供给所述测距模块和所述SWIR相机模块的其他分光模块，本实用新型对此不做限制。

如图1和图2所示的光源模块可以使用各种合适的点激光生成器件。例如，在某些实施例中，可以使用激光发生器(LD)，在其他实施例中，也可以是垂直腔面发射激光器(VCSEL)。由于激光发生器的收敛性能更好，因此优选使用激光二极管作为激光生成器件。进一步地，为了使得点激光在长距离传播后扩散范围有限，可以在所述激光的出射光路上布置准直装置，并且用于对所述激光进行准直(如下可参见图5所示的LD 510和准直透镜511)。为了使得SWIR相机模块顺利成像，光源模块发出的点激光是短波红外点激光，例如990nm激光。

与点激光投射(例如，点激光脉冲投射)相对应的是，本实用新型的测距模块可以是ToF传感器，并且优选可以是基于返回光的接收时间生成感应信号的直接飞行时间(dToF)传感器。

ToF是Time ofFlight的缩写，直译为飞行时间，该技术通过向目标连续发送光脉冲，然后用传感器接收从物体返回的光，通过探测这些发射和接收光脉冲的飞行(往返)时间或是相位来得到目标物距离。

ToF的照射单元(即，对应于本公开的光源模块)可以是对光进行高频调制之后再进行发射，可以采用LED或激光(包含激光二极管或是VCSEL或是HCSEL)来发射高性能脉冲光，脉冲可达到100MHz左右，主要采用红外光。当前市面上已有的ToF技术大部分是基于连续波(continuous wave)强度调制方法，还有一些是基于光学快门的方法。

基于连续波的调制方法发射一束照明光，利用发射光波信号与反射光波信号的相位变化来进行距离测量。其中，照明模组的波长一般是红外波段，且需要进行高频率调制。ToF感光模组与普通手机摄像模组类似，由芯片，镜头，线路板等部件构成，ToF感光芯片每一个像元对发射光波的往返相机与物体之间的具体相位分别进行记录，通过数据处理单元提取出相位差，由公式计算出深度信息。该传感器结构与普通手机摄像模组所采用的CMOS图像传感器类似，但包含的像素比一般图像传感器像素尺寸要大，一般20um左右。也需要布置红外带通滤光片来保证只有与照明光源波长相同的光才能进入。使用上述调制方法的传感器可以称为iToF(间接飞行时间)传感器。

基于光学快门的方法发射一束脉冲光波，通过光学快门快速精确获取照射到三维物体后反射回来的光波的时间差t，由于光速c已知，只要知道照射光和接收光的时间差，来回的距离可以通过公示d＝t/2·c。此种方法在实际应用中如要达到较高，需要控制光学快门开关的时钟具有较高精度，还要能够产生高精度及高重复性的短脉冲，照射单元和ToF传感芯片都需要高速信号控制，这样才能达到高的深度测量精度。假如照射光与ToF传感器之间的时钟信号发生10ps的偏移，就相当于1.5mm的位移误差。使用上述调制方法的传感器可以称为dToF(直接飞行时间)传感器。

dToF和iToF的原理区别主要在于发射和反射光的区别。dToF的原理比较直接，即直接发射一个光脉冲，之后测量反射光脉冲和发射光脉冲之间的时间间隔，就可以得到光的飞行时间。在iToF中，发射的并非一个光脉冲，而是调制过的光。接收到的反射调制光和发射的调制光之间存在一个相位差，通过检测该相位差就能测量出飞行时间，从而估计出距离。

从原理上来看，iToF存在最大测距距离和测距精度之间的矛盾。虽然dToF不存在这个测距距离和测距精度之间的矛盾，但在具体的实现上，dToF相较于iToF来说难度要大许多。dToF的难点在于要检测的光信号是一个脉冲信号，因此检测器对于光的敏感度比需要非常高。为此，本实用新型使用的dToF可以是硅光电倍增管(SiPM)。

另外，由于其抗干扰能力强，ToF测距模块所需的发射功率比结构光的发射功率要小得多，因此本实用新型中光源模块的发光功率通常不会对人眼造成伤害。进一步地，由于dToF不存在积分电路，因此相比于iToF，对环境光干扰的抵抗力更强。

每个SiPM由大量的(几百到几千个)雪崩二极管(APD)单元组成，每一个单元由一个APD和一个大阻值淬灭电阻串联而成，这些微元并联成一个面阵列。为硅光电倍增管加上反向偏压(一般是几十伏)后，每个微元的APD耗尽层有很高的电场，此时若外界有光子打进来，会和半导体中的电子空穴对发生康普顿散射，打出电子或空穴(这句话不精确，只为方便理解)，高能的电子和空穴随即在电场中加速，打出大量的次级电子和空穴，即雪崩。此时每个微元电路中电流突然变大，在淬灭电阻R上降落的电压也变大，APD中的电场瞬间变小，即APD输出一个瞬时电流脉冲后雪崩停止，不同微元的淬灭电阻阻值相同，由此，SiPM能够极为灵敏地检测微弱的返回光信号，尤其适用于低功率深度测量或是远距离深度测距场景的应用。

短波红外(SWIR)光一般定义为0.9－1.7μm波长范围内的光线，但也可归入0.7－2.5μm波长范围。由于硅传感器的上限约为1.0μm，SWIR成像需要能在SWIR范围内工作的独特组件。在本发明的一个实施例中，SWIR相机模块可以是砷化铟镓(InGaAs)传感器，用于覆盖典型的SWIR频带，但可扩展低至550nm和高至2.5μm。SWIR相机模块需要使用根据SWIR波段设计和镀膜的透镜，SWIR成像透镜可根据SWIR波长专门设计、优化和进行抗反射镀膜(镀减反膜)。

大量使用可见光难以或无法实施的应用可通过SWIR成像完成。当使用SWIR成像时，水蒸气、雾和硅等特定材料均为透明。此外，在可见光环境下近乎相同的颜色使用SWIR可轻松区分。例如，短波红外成像能够轻易捕捉雨雾天气中进港轮船的名称，可以检测出可见光成像中无法分辨的被测对象的信息。图3A-B示出了针对相同对象进行可见光成像和短波红外成像的例子。图3A示出了一罐爽身粉的可见光图像，由于外壳对可见光不透明，因此无法得知内部情况。图3B示出了针对相同爽身粉的短波红外图像。由于短波能够穿透外壳，因此能够发现爽身粉容量只有一半。类似地，SWIR成像可以在各种应用场景中深度成像和可见光成像无法获取的信息。本实用新型通过同轴布置的光源模块和测量模块，以及测量模块中被分光获取返回光的测距模块和SWIR相机模块，能够对投射至被测对象上同一个点的返回光(例如，点激光脉冲的返回光)同时进行深度测距和状态分析。由此，利用本实用新型的测量装置能够精确获取被测对象上特定一点的深度距离和元素组成信息，从而方便对被测对象的位置和状态进行判断。

进一步地，本实用新型可以通过引入转向机制。转向机制可以使得光源模块投射的点激光在一维或二维方向上运动，由此实现对特定面积内被测对象表面各个点的深度测量和短波红外成像。在不同的实现中，转向模块可以直接用于改变光源模块的方向；用于改变光源模块投射的点激光的传播方向；甚至可以直接改变测量装置的方向。

在一个优选实施例中，可以利用转向模块改变光转播方向，由此避免对物理对象的移动，降低功耗并且引入的误差会更小。由此，图4示出了根据本实用新型一个实施例的包括转向模块的测量装置的组成示意图。与图1相类似，测量装置400可以包括光源模块410、测距模块420和SWIR相机模块430，以及用于实现光路共享的透射反射模块440和光纤引导模块450。进一步地，测量装置400还包括转向模块460。

如图所示，转向模块460用于控制所述光源模块投射的点激光在二维方向上运动。在此，控制投射的点激光在“二维方向”上运动指的是：相比于在一个方向上运动以投射能够覆盖线型区域的光的转向模块，本实用新型的转向模块能够在两个维度上提供可运动性，从而使得投射的点激光能够覆盖一定范围内的连续面积。例如，如果该测量头的转向模块无转向的情况下，出射方向为z方向，那么本实用新型的转向模块460能够在三维空间中的另两个方向(例如，与z方向垂直的水平方向，以及垂直的y方向)上提供一定范围内的运动能力。例如，如果测量头水平放置，其出射方向为水平向前的z方向，那么可以设y方向为垂直地面的竖直方向，x方向为水平向右的方向。在其他实施例中，二维方向也可以是其他方向，只要其能够使得光源模块投射的点激光能够通过运动覆盖一定面积的区域(该区域有一定的长宽比，而非仅仅是一个点，或一条线)。

由此，通过点激光的同轴感测并结合能够在一定范围内进行投射的转向机构，使得本实用新型的测量装置能够对指定区域进行高精度的深度测量，例如，特定区域内的“局部”测量。

另外，虽然图1、2和4(以及后续的图5)中没有示出，但应该理解的是，本实用新型的测量装置还应该包括用于固定各个模块，例如光源模块、测距模块、SWIR相机模块、光路共享模块和/或转向模块的底座。上述底座可以装配在壳体内，或是实现为壳体，从而使得本实用新型的测量装置能够被看作是一个独立的装置。进一步地，测量装置还可以包括计算模块，用于对点激光运动范围进行成像，例如，用于计算每个投射点对应的深度信息，还可以进一步将目标区域内一个个的深度数据点按照其空间方位拼接成一幅深度图。

上述测量装置可以如下所述与RGB相机和更强运算能力的计算模块装配在一起，成为一个独立的测量设备，例如能够进行全景RGB拍摄，并针对感兴趣区域(ROI)进行高精度深度数据和元素组成数据测量。

图5示出了本实用新型测量装置中光源模块和测距模块同轴布置的一个例子。由于主要用于示出同轴布置，因此该图中仅示出一个维度的转向机构(可以就实现为一维转向，也可以是二维转向模块的一部分)，用于进行二维转向中的一个维度转向的反射镜562和电机561(隐藏在外壳内，并且具有与图4所示例子不同的结构)。另外，虽然图中为了清楚表明出射光和入射光，而将其分成了两个平行路径，但应该理解的是，在实际场景中，出射光和入射光就应该如图1的灰色线所示，是共用大部分光路的。

在图5中，实现为LD的光源模块510发射的点激光在经由准直透镜511准直后，透视离开叠放的两个棱镜540并由转向模块进行转向后投射至被测空间。点激光在投射至被测空间内的物体时，被物体反射，并沿着原来的光路返回测量头，并由棱镜540折射进入测量模块。

返回光在折射进入dToF520和多通道SWIR相机模块530之前，还可以经由汇聚透镜汇聚，并使用光纤引导装置550分光，以使得dToF 520和多通道SWIR相机模块530能够更好地检测到返回光信号。dToF 520可以根据LD510发射单脉冲的时刻和自己接收到返回光信号的时刻之间的时间差，直接根据d＝c*t/2来确定被测空间中反射点的距离。

如前所述，转向模块460能够控制所述光源模块投射的点激光在二维方向上运动，并且在不同实施例中，转向模块可以用于改变光源模块的方向；用于改变光源模块投射的点激光的传播方向；和/或用于改变测量装置的方向。

例如，在某些实施例中，可以直接将光源模块(连同测量模块和光路共享模块)布置在转向模块上，该转向模块自身的转动，能够带动光源模块的转动。在某些实施例中，光源模块(连同测量模块和光路共享模块)可以是固定的，转向模块可以包括布置在光路上的反射镜，由此通过改变光路(而非改变光源的物理位置)来实现点激光在二维方向上的运动。在另外一些实施例中，上述转向机构还可以结合布置。例如，可由一部分转向模块实现光源模块的运动，例如，一个维度上的运动，再由另一部分转向模块实现光路的改变，例如，一个维度上的运动。

为了能够在二维方向上投射点激光，转向模块需要具有在x方向和y方向上可调的运动范围，并且能够受控地在x方向和y方向的规定范围内进行运动。在此，x方向和y方向可以指代与出射方向(z方向)垂直的平面上的两个维度(即，与z方向垂直的平面中的两个相互垂直的方向)。

在某些实施例中，可以由单个转向器件(例如，万向头)来实现二维方向上的转动，即，该转向器件本身能够实现两个维度上的转动。在另一些实施例中，则可由两个转向器件(一个转向器件负责一个维度上的转向)来实现二维方向上的转动。

为了实现针对目标区域的精细控制，本实用新型优选使用两个转向器件并且优选通过改变光路(而非直接改变光源模块的物理位置)来实现二维方向上的点激光投射，从而以更小的功率和更高的精度来实现指定区域内的点激光投射。

由此，在并入转向功能之后，测距模块获取的目标区域的深度信息可以用于求取被测对象的形态，SWIR相机模块获取的目标区域的短波红外图像则可用于判断被测对象的状态信息。

图6示出了本实用新型测量装置中转向模块的一个例子。图6可以看作是图4所示转向模块460的一个放大视图。

如图所示，此时所述转向模块660包括：第一转向子模块(位于图左侧)，用于控制所述光源模块投射的点激光在一个维度上(例如，x方向，或y方向)运动；以及第二转向子模块(位于图右侧)，用于控制经所述第一转向子模块转向的点激光在另一个维度上(例如相应地y方向，或x方向)运动。

在具体实现中，第一和第二转向子模块可以是各自沿其轴向转动的振镜或转镜，例如微机电系统(MEMS)振镜，并且这两个振镜的轴向彼此垂直。无论是振镜或是转镜，第一和第二转向子模块都各自包括反射镜(662和664)以及电机(661和663)。在振镜的情况下，电机可以围绕转轴向正反两个方向转动，在转镜的情况下，电机通常只能围绕转轴沿一个方向转动，因此在最大摆动范围较小时(例如，±5°)，电机旋转一周360°，只有其中10°是有效范围。因此，在本公开中，优选使用振镜。

为此，如图6所示，光源发出的激光可由沿着反射镜662反射至反射器664，并在反射镜664的反射下离开测量头，投射入被测空间。反射镜662和反射镜664在摆动角为零的时候(即，转向模块不叠加任何转动的时候)，例如可以使得投射光沿z轴出射。在实际工作中，反射镜662可以沿着轴A在一个预定角度内进行“左右摆动”，反射镜664则可沿着轴B在一个预定角度内进行“上下摆动”。由于轴A和轴B相互垂直放置，并且反射镜662和反射镜664各自沿其轴摆动的范围通常较小(例如，轴A和轴B都可以具有±5°的最大摆动范围)，因此最终出射离开测量头的光仍然可以看作是沿着z轴方向传播的光，只是其能够以出射以z轴为中心，在一定视场角(FoV)内变换的光。

在实际应用中，轴A和轴B可以具有一个固定的最大摆动范围，例如±5°，并且可以根据具体场景调整当前投射中需要覆盖的视场角，例如可以调整轴A在2.5°～3.5°，轴B在-1°～-0.5°的范围内运动时，激光发生器投射点激光，以进行被测空间中对应视场角范围内的深度数据测量。

当测量装置本身的处理能力有限时(例如，最大处理能力为1秒15帧，每帧5000个像素)，可以通过缩减视场角范围，实现对有限目标范围内的高精度深度数据测量。

当扫描投射的范围对应于例如x方向2.5°～3.5°，y方向-1°～-0.5°的范围时，为了实现对目标区域的精细成像。可以首先固定x方向，例如2.5°，并使得轴B在-1°～-0.5°的范围内转动，同时投射例如50个脉冲(对应于50个成像点)。随后，以预定的步进(例如，0.01°)调整x方向，在每个步进的x方向上，使得轴B在-1°～-0.5°的范围内转动，同时完成100个脉冲的投射。由此，完成目标区域内5000个点的深度数据测量。

进一步地，本实用新型的测量头能够与可见光传感器相结合。为此，测量装置还可以包括相机模块，用于使用可见光传感器或其所述被测对象的可见光二维图像。

图7示出了根据本实用新型一个实施例的测量设备的外部视图。应该理解的是，在如上图1、图2、图4和图5中，由于采取了同轴布置，因此光源模块、测距模块和SWIR相机模块都共用一个出光口。为此，包括如是所述测量装置的设备700就包括上部由光源模块、测距模块和SWIR相机模块共用的开口(图示为710&720&730)。除此之外，设备700还可以包括可见光传感器770对应的下部开口。可见光传感器770可以是RGB相机，或是其他二维相机(优选为彩色相机，以包含更多的图像信息)。包括深度距离测量和短波红外成像的测量装置可以与相机模块770安装在同一个设备壳体内。需要对设备700中的测量装置和相机模块进行高精度定标，以使得RGB相机770拍摄的二维图像能够与测量装置720&730的拍摄范围(转向模块的两个轴向角的转动范围)相对应。在其他实施例中，相机模块770和本实用新型的测量装置可以是分立的设备，并且由定标形成一个测量系统。在实现为同一个设备时，由于相对位置和角度已知，因此设备700可被自由放置或移动，而无需进行重新标定。

基于相机模块拍摄的所述被测对象的二维可见光图像、所述测距模块测得的所述被测对象的深度信息、以及所述SWIR相机模块测得的所述被测对象的二维短波红外图像，确定所述被测对象的状态信息。

具体地，属性信息可以包括被测对象的各种信息，通常是从可见光图像中无法得出的信息，例如，外壳内部的物品状态信息、可见光下不明显但短波红外下明显的表面瑕疵等。

在实际使用中，可见光传感器770可以用于拍摄被测空间的二维图像。上述二维图像可以用于确定针对其中特定目标区域的后续测量，例如深度测量和状态分析。

在一个实施例中，测量装置还可以包括标注模块(未示出)，标准模块可以用于在拍摄的所述二维图像中标出目标区域。在此，目标区域可以指感兴趣区域(ROI)，即在拍摄的二维图像(例如，RGB图像中)所感兴趣的特定区域。

本实用新型如上所述的测量装置则用于根据目标区域在二维图像中的坐标，确定转向模块的运动范围，对所述目标区域进行扫描投射和测量，以获取所述目标区域内的深度信息和短波红外图像。

在不同的实施例中，感兴趣区域(ROI)区域可由机器自动选取，也可由人工选取。

在目标区域被自动识别和选取的实现中，标注模块可以获取目标自动识别模块针对所述二维图像的识别结果，并且基于所述识别结果在所述二维图像中标出所述目标区域。作为替换或者补充，上述目标区域的选取也可以基于短波红外图像。

此时，设备700内可以包括目标检测模块，例如，专门的目标检测芯片，例如基于人工神经网络的目标识别和追踪芯片。上述芯片可以从拍摄的图像中识别出特定目标，并进行加框标注。测量装置随后可以对加框的区域，例如，识别出的特定目标区域，进行深度测量和短波红外成像，以获取关于目标的高精度信息。

设备700也可以从外部获取目标检测结果。此时，设备700可以包括数据收发模块，用于外接目标检测装置。该数据收发模块可以是有线的，例如，直接与目标检测装置相连的数据线，也可以是无线的，例如WiFi模块。外接的目标检测装置可以获取RGB相机770拍摄的彩色图像，在本机上完成目标检测、识别和加框，并将加框数据(或是与加框数据相对应的视场角数据)回传给测量装置。测量装置于是可以针对加框区域进行投射扫描，以进行高精度深度数据测量并获取对应的短波成像状态数据。

在目标区域被人工选取的实现中，标注模块则可获取操作人员的标注以在所述二维图像中标出所述目标区域。此时，设备700本身可以配备二维图像显示和选取装置，例如，触摸屏。RGB相机770拍摄的彩色图像可以在触摸屏上显示，操作人员可以在触摸屏上点选目标区域(例如，拉框选择)。

类似地，设备700也可以从外部获取人工选择结果。此时，设备700可以包括数据收发模块，用于外接二维图像显示和选取装置(例如，台式计算机)。该数据收发模块可以是有线的，例如，直接与台式计算机相连的数据线，也可以是无线的，例如WiFi模块。外接的台式机可以获取RGB相机770拍摄的彩色图像，在本机上完成加框(例如，由操作人员对显示屏上显示的图像进行鼠标框选实现)，并将加框数据(或是与加框数据相对应的视场角数据)回传给本实用新型的测量装置。测量装置于是可以针对加框区域进行投射扫描，以进行高精度深度数据测量并获取对应的光谱分析数据。

图8出了使用本实用新型的测量设备进行测量的例子。此时，本实用新型的测量装置可以是用于检测传送带上谷物情况的测量设备，并且除了同轴布置的深度和SWIR相机模块之外，还配备有相机模块。

测量装置可以被安装在固定位置，以对传送带上传输的货物进行测量。在此，首先可以利用可见光相机对传送带的特定区域进行拍摄。在基于二维图像确定谷物堆的轮廓之后，可以例如自动选取例如谷物堆轮廓中间的一小部分区域作为感兴趣区域(ROI)进行加框。随后，测量装置的光源模块可以基于转动模块的转动针对加框区域进行投射扫描，进行高精度深度数据测量和短波红外成像。具体地，测距模块可以通过ROI区域内的表面形态确定谷物的颗粒形态，结合短波红外成像的结果，确定该谷物的状态或是品类。进一步地，还可以根据测量得到的谷物颗粒大小以及表面元素分析，来对鹰嘴豆的品质(例如，由深度数据反映出的大小，由短波红外成像反映出的瑕疵度等)进行判断。谷物种类和品质都可以看作是对被测对象属性或是状态的判断。

在其他实现中，本实用新型的测量装置还可以实现为例如港口扫描等。

上文中已经参考附图详细描述了根据本实用新型的测量装置以及基于该测量装置实现的测量方法。本实用新型的测量方案能够对通过同轴布置的dToF传感器和SWIR相机模块实现对被测对象表面分布信息和状态信息的同步测量，上述测量方案可以与灵活转向方案以及可见光成像方案相结合，针对被测对象的各个目标区域进行精细化测量，由此实现被测对象的精密属性测量。

此外，根据本实用新型的方法还可以实现为一种计算机程序或计算机程序产品，该计算机程序或计算机程序产品包括用于执行本实用新型的上述方法中限定的上述各步骤的计算机程序代码指令。

或者，本实用新型还可以实施为一种非暂时性机器可读存储介质(或计算机可读存储介质、或机器可读存储介质)，其上存储有可执行代码(或计算机程序、或计算机指令代码)，当所述可执行代码(或计算机程序、或计算机指令代码)被电子设备(或计算设备、服务器等)的处理器执行时，使所述处理器执行根据本实用新型的上述方法的各个步骤。

本领域技术人员还将明白的是，结合这里的公开所描述的各种示例性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以被实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。

附图中的流程图和框图显示了根据本实用新型的多个实施例的系统和方法的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标记的功能也可以以不同于附图中所标记的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

以上已经描述了本实用新型的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (12)

1.一种基于主动投射点激光的测量装置，其特征在于，包括：

光源模块，用于向被测空间投射短波红外点激光；

测距模块，与所述光源模块同轴布置，并且用于基于投射点激光的返回光信号确定被测对象的深度信息；

SWIR相机模块，与所述光源模块同轴布置，并且用于基于投射点激光的返回光信号拍摄被测对象的短波红外图像；以及

光路共享模块，用于使得所述投射点激光的返回光在所述测量装置内部与所述投射点激光至少共享部分光路。

2.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述光路共享模块包括：

透射反射模块，用于使得投射的点激光透射通过，并将返回光反射至所述测距模块和所述SWIR相机模块。

3.如权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述光路共享模块包括：

分光模块，用于将所述返回光信号分别提供给所述测距模块和所述SWIR相机模块。

4.如权利要求3所述的测量装置，其特征在于，所述分光模块包括如下之一：

光纤引导模块，用于将所述透射反射模块反射的返回光同时引导至所述测距模块和所述SWIR相机模块；

透镜，用于将所述透射反射模块反射的返回光分光至所述测距模块和所述SWIR相机模块；以及

角度可变反射镜，用于根据需求，将所述透射反射模块反射的返回光反射至所述测距模块或所述SWIR相机模块。

5.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述测距模块包括：

基于返回光的接收时间获取深度信息的直接飞行时间(dToF)传感器。

6.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述SWIR相机模块包括：

砷化铟镓(InGaAs)传感器。

7.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，还包括：

转向模块，用于控制所述光源模块投射的点激光的运动，其中所述转向模块具有在x方向和/或y方向上可调的运动范围，并且能够受控地在x方向和/或y方向的规定范围内进行运动。

8.如权利要求7所述的测量装置，其特征在于，

所述转向模块用于改变光源模块的方向；

所述转向模块用于改变光源模块投射的点激光的传播方向；和/或

所述转向模块用于改变所述测量装置的方向。

9.如权利要求7所述的测量装置，其特征在于，所述转向模块包括：第一转向子模块和第二转向子模块，所述第一转向子模块和所述第二转向子模块是各自沿其轴向转动的振镜或转镜，并且第一转向子模块和所述第二转向子模块的轴向彼此垂直。

10.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，还包括：

相机模块，用于使用可见光传感器或其所述被测对象的可见光图像。

11.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述光源模块包括：

激光发生器，用于生成激光；以及

准直装置，布置在所述激光的出射光路上，并且用于对所述激光进行准直。

12.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置包括由所述光源模块、所述测距模块和所述SWIR相机模块共用的一个开口。

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