[发明专利]一种结构光投影模组和深度相机

说明书

本发明公开了一种结构光投影模组和深度相机，该结构光投影模组包括：光源，包括布置成二维阵列的多个子光源，用于发射与所述二维阵列一致的二维图案光束；衍射光学元件，接收所述二维图案化光束，并投射出多个彼此不相重叠的二维图案化光束，每个二维图案化光束对应产生一个复制图案，多个不相重叠的所述复制图案组成密度分布均匀的斑点图案。本发明的结构光投影模组能够在满足不相关性的条件下投影出密度分布均匀的组合斑点图案。

技术领域

本发明涉及一种结构光投影模组和深度相机。

背景技术

3D成像技术是新一代人机交互技术的核心，随着移动终端设备对3D成像技术的硬性需求，深度相机将会被广泛应用于移动终端设备中，这也使得深度相机正朝着低功耗、高性能、小体积的方向发展。结构光投影模组是基于结构光技术的深度相机中的核心设备，其主要组成部分为光源以及衍射光学元件(DOE)。衍射光学元件(DOE)具有对光束进行调制的作用，比如将入射的光束进行分束以产生特定结构化图案的出射光束。一种典型的方案是通过激光发射器发射出单光束后经准直透镜以及衍射光学元件从而向外发射出激光斑点图案，该斑点图案被相应的相机采集后用来计算物体的深度图像。

激光斑点图案的强度、分布等因素会影响到深度图像的计算精度。强度越高会提高图案的对比度从而提高计算精度，然而衍射光学元件的零级衍射问题要求强度不能过高以避免发生激光安全问题，专利文献CN2008801199119中提出了利用双片DOE来解决零级衍射问题。激光斑点图案的分布密度以及不相关度也会影响到计算精度，斑点图案的不相关度可以通过对DOE进行设计以投影出不规则斑点图案来提高其不相关度。对于斑点图案的分布密度而言，密度的大小会影响到计算精度以及分辨率，更为重要的是，密度分布是否均匀将直接影响到整个视场中各个点的深度计算是否具有较为统一的精度，对于密度分布不均匀的斑点图案而言，在被空间中三维物体进一步调制后其分布不均匀程度将为加剧，导致最终的深度计算精度下降。

传统的边发射光源尽管能提供足够的光功率，但由于其发散角大、体积大、功耗高等特点，难以被应用到微型结构光投影模组中，而垂直腔面激光发射器(VCSEL)由于其体积小、发散角小、功耗低等特点将成为微型结构光投影模组中光源的主要选择。一般地，采用由多个VCSEL组成的VCSEL阵列芯片作为光源，其通过DOE扩散投影至目标空间以形成结构光图案，比如斑点图案，要求斑点图案具备随机性(不相关性)，同时尽可能的分布均匀，即斑点密度分布均匀以提高深度图像的计算精度。

导致斑点图案密度分布不均的原因有多种，一种是由于DOE自身衍射性质决定，即随着其衍射角度的增大(或者说衍射级的增加)，光斑的分布密度会逐渐降低；另一种是当光源由多个子光源组成时，DOE在将多个子光源进行同步衍射时，各个子光源所形成的子斑点图案共同排列容易导致密度分布不均。

采用VCSEL阵列芯片虽然有诸多好处，但不利之处在于，结构光投影模组投影出的斑点图案可以看成是每个VCSEL所投影的子斑点图案组合而成，组合的形式由VCSEL阵列芯片上各个子光源的排列方式决定，因此将VCSEL阵列芯片的排列以及子斑点图案都设计成随机排列即能保证最终的斑点图案具备不相关性。然而，要想提高计算精度，即保证斑点密度分布均匀这方面而言，VCSEL阵列芯片的排列以及子斑点图案的随机性都会降低最终投影的斑点图案的均匀性。

因此，如何即能保证斑点图案具备高度不相关性，同时保证斑点密度分布尽可能均匀是目前微型结构光投影模组设计所面临的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于针对现有技术的不足，提供一种结构光投影模组和具有该结构光投影模组的深度相机。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种结构光投影模组，包括：

光源，包括布置成二维阵列的多个子光源，用于发射与所述二维阵列一致的二维图案光束；