提升視場角或者點密度的3D結構光投射器及相機系統技術方案

本實用新型專利技術公開了一種提升視場角或者點密度的3D結構光投射器及相機系統，包括發光光源VCSEL、準直鏡、光學衍射原件DOE、偏移機構、安裝板、連接器、PCB板；所述發光光源VCSEL設置在安裝板，用于產生發光光源；所述準直鏡設置在發光光源VCSEL的光束傳遞方向上，用于將發光光源VCSEL產生的光源以平行光束方式傳播；所述光學衍射原件DOE設置在準直鏡的前方，用于將平行光束衍射投射光斑點；所述偏移機構設置在光學衍射原件DOE的前方，用于通過對光斑點偏移增大光束的角度增大或者增加光斑點的密度；所述安裝板一側與連接器連接，用于承載發光光源VCSEL；所述連接器另一側與PCB板電連接，用于提供電源；所述PCB板，用于通過電壓或電流控制發光光源VCSEL發出的光能夠進行偏移。移。移。

【技術實現步驟摘要】
提升視場角或者點密度的3D結構光投射器及相機系統


[0001]本技術屬于相機成像
，具體涉及一種提升視場角或者點密度的3D結構光投射器及相機系統。

技術介紹

[0002]3D結構光系統的原理是其散斑圖案在不同距離上是整體移動的，散斑的大小和分布模式不會隨距離變化而變化，根據上面的原理可以得知在不同距離下得到的圖像與參考圖像都是行方向的平移關系(如圖1所示)，散斑結構光算法的本質就是計算物體散斑圖和參考散斑圖的行方向平移關系，從而得到視差，最終計算出每個點的深度值，如圖2所示。
[0003]而在工業、機器人等領域會提出大視場角的需求，針對于此需求，雖然3D結構光使用的光學衍射元件(DOE)是可以設計成大視場角的，但是實際生產制作的光學元件在整機中的表現效果比較差，深度圖的周邊會有黑洞的情況產生，如圖3所示。
[0004]光學衍射原件(DOE)的原理是通過中心零級向外進行衍射的，衍射勢必會出現畸變，如圖4所示，左側是設計的理想的7*5的光學衍射原件(DOE)，但是經光學設計及生產加工后的實物如右側，在輸出的圖像周邊會出現很大的畸變，并且視場角越大，周邊的畸變表現就會越大，周邊級次圖像的成像點與中心零級的成像點有很大的差別，點由正常的圓形變成橢圓形，并且點與點之間的間距也變大(如圖5所示)，此時的點極會出現更大的相似性，導致算法匹配時出現一定的錯亂，就會造成圖3中的周邊黑洞。
[0005]另外，目前的3D結構光系統進行深度計算時是通過實際拍攝的光斑點圖和參考圖的光斑點圖進行比對，確認相同位置點的偏移量，使用三角函數計算得出，但是由于光斑點之間是存在一定的間距，兩點之間的間距位置的深度是通過相鄰點計算得到的深度值進行擬合得出，由于點與點之間深度圖是通過擬合得出，并非通過真實的點偏移計算得出，會造成拍攝的物體此部分的細節和實際出現一定的偏差。從上述中可以得出，如果點的數量越多，計算擬合出的位置部分會越少，這樣拍攝的物體的細節越清晰。
[0006]然而，由于使用的激光光源VCSEL是對于發光點進行陣列(按照一定的規律或者無規律)生產制作的，但是由于激光光源正常工作時是一發熱體，為了保證良好的散熱，輸出符合規格的管功率，因此設計及生產制作VCSEL上的點時，會預留出一定的間距，如圖6所示，激光光源VCSEL通過光源衍射元件輸出的光斑點圖，如圖7所示，示例中為3*3衍射圖。

技術實現思路

[0007]有鑒于此，本技術的主要目的在于提供一種提升視場角或者點密度的3D結構光投射器及相機系統。
[0008]為達到上述目的，本技術的技術方案是這樣實現的：
[0009]本技術實施例提供一種提升視場角或者點密度的3D結構光投射器，該3D結構光投射器包括發光光源VCSEL、準直鏡、光學衍射原件DOE、偏移機構、安裝板、連接器、PCB板；
[0010]所述發光光源VCSEL設置在安裝板，用于產生發光光源；
[0011]所述準直鏡設置在發光光源VCSEL的光束傳遞方向上，用于將發光光源VCSEL產生的光源以平行光束方式傳播；
[0012]所述光學衍射原件DOE設置在準直鏡的前方，用于將平行光束衍射投射光斑點；
[0013]所述偏移機構設置在光學衍射原件DOE的前方，用于通過對光斑點偏移增大光束的角度增大或者增加光斑點的密度；
[0014]所述安裝板一側與連接器連接，用于承載發光光源VCSEL；
[0015]所述連接器另一側與PCB板電連接，用于提供電源；
[0016]所述PCB板，用于通過電壓或電流控制發光光源VCSEL發出的光能夠進行偏移。
[0017]上述方案中，所述偏移機構采用液晶。
[0018]本技術實施例還提供一種相機系統，該系統包括如上述方案中所述的3D結構光投射器、結構前殼、結構后殼、接收相機；
[0019]所述結構前殼、結構后殼之間配合設置形成容納3D結構光投射器和接收相機的腔體；
[0020]所述3D結構光投射器設置在結構前殼、結構后殼之間的腔體內，用于投射偏移后的光斑點；
[0021]所述接收相機設置在結構前殼、結構后殼之間的腔體內并且與3D結構光投射器的PCB板連接，用于采集3D結構光投射器投射偏移后的光斑點。
[0022]上述方案中，所述結構前殼在3D結構光投射器、接收相機的對應位置設置有匹配的窗口。
[0023]上述方案中，所述偏移機構設置在發光光源VCSEL上或者結構前殼的窗口上。
[0024]與現有技術相比，本技術通過對于添加偏移機構，使投射器發光的光的角度增大或者增加投射出光斑點的密度，可以改善目前3D結構光模塊中遇到的痛點。
附圖說明
[0025]此處所說明的附圖用來公開對本技術的進一步理解，構成本技術的一部分，本技術的示意性實施例及其說明用于解釋本技術，并不構成對本技術的不當限定。在附圖中：
[0026]圖1為不同距離下得到的圖像與參考圖像都是行方向的平移關系圖；
[0027]圖2為散斑圖案中每個點的深度值；
[0028]圖3為散斑圖案的成像圖；
[0029]圖4為光學衍射原件(DOE)通過中心零級向外進行衍射的衍射圖；
[0030]圖5為周邊級次圖像的成像點與中心零級的成像點的示意圖；
[0031]圖6為激光光源VCSEL設計的光斑點示意圖；
[0032]圖7為激光光源VCSEL通過光源衍射元件輸出的光斑點的衍射圖；
[0033]圖8為本技術實施例提供一種提升視場角或者點密度的3D結構光投射器的結構示意圖；
[0034]圖9為本技術實施例提供一種相機系統的結構示意圖；
[0035]圖10為本技術實施例提供一種相機系統中高低電平/高低電流和投射出的光
斑Pattern的對應圖；
[0036]圖11為本技術實施例提供一種相機系統中對于第一幀和第二幀進行合成后輸出結果的示意圖；
[0037]圖12為本技術實施例提供一種相機系統中高低電平/高低電流和投射出的光斑Pattern的對應圖；
[0038]圖13為本技術實施例提供一種相機系統中對于第一幀和第二幀進行合成后輸出結果的示意圖。
具體實施方式
[0039]為了使本技術的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本技術進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本技術，并不用于限定本技術。
[0040]本實施例的附圖中相同或相似的標號對應相同或相似的部件；在本技術的描述中，需要理解的是，術語“上”、“下”、“左”、“右”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本技術和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此附圖中描述位置關系的用語僅用于示例性本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種提升視場角或者點密度的3D結構光投射器，其特征在于，該3D結構光投射器包括發光光源VCSEL、準直鏡、光學衍射原件DOE、偏移機構、安裝板、連接器、PCB板；所述發光光源VCSEL設置在安裝板，用于產生發光光源；所述準直鏡設置在發光光源VCSEL的光束傳遞方向上，用于將發光光源VCSEL產生的光源以平行光束方式傳播；所述光學衍射原件DOE設置在準直鏡的前方，用于將平行光束衍射投射光斑點；所述偏移機構設置在光學衍射原件DOE的前方，用于通過對光斑點偏移增大光束的角度增大或者增加光斑點的密度；所述安裝板一側與連接器連接，用于承載發光光源VCSEL；所述連接器另一側與PCB板電連接，用于提供電源；所述PCB板，用于通過電壓或電流控制發光光源VCSEL發出的光能夠進行偏移。2.根據權利要求1所述的...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王百順，余建男，徐小嵐，
申請(專利權)人：深圳博升光電科技有限公司，
類型：新型
國別省市：