[实用新型]多密度图案投影仪

说明书

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技术领域

本发明涉及光学及电子技术领域，尤其涉及一种多密度图案投影仪及其深度相机。

背景技术

3D成像特别是应用于消费领域中的3D成像技术将不断冲击传统的2D成像技术，3D成像技术除了拥有对目标物体进行2D成像能力之外还可以获取目标物体的深度信息，根据深度信息可以进一步实现3D扫描、场景建模、手势交互等功能。深度相机特别是结构光深度相机或TOF(时间飞行)深度相机是目前普遍被用来3D成像的硬件设备。

深度相机中的核心部件是激光投影仪，按照深度相机种类的不同，激光投影仪的结构与功能也有区别，比如专利CN201610977172A中所公开的投影仪用于向空间中投射斑点图案以实现结构光深度测量，这种斑点结构光深度相机也是目前较为成熟且广泛采用的方案。

VCSEL(垂直腔面发射激光器)阵列光源由于体积小、功率大、光束发散角小、运行稳定等诸多优势将成深度相机激光投影仪的光源的首选。对于结构光深度相机的投影仪特别是基于散斑图案的投影仪而言，VCSEL不仅提供了照明，其排列形式也会直接影响到最终投向目标的结构光散斑图案，进一步将会影响到深度相机的测量精度与速度。

已有方案中采用较多的是不规则排列的VCSEL阵列光源，其中排列密度也会影响结构光投影的图案。比如排列稀疏的VCSEL阵列光源相对于排列密集的而言，产生的图案密度也相对较小，得到的深度图像的精度也较低；而利用密集结构光图案获取的深度图像的精度相对比较高，尽管如此，在利用结构光三角法对密集结构光图案进行深度计算时，所需要的计算时间也较长，这样也就降低了深度图像输出的帧率。

随着深度相机应用场景的多样化，目前单一的VCSEL阵列光源并不能满足需求。

发明内容

本发明为了解决现有技术中单一的VCSEL阵列光源并不能满足需求问题，提供一种多密度图案投影仪。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案如下所述：

本发明提供一种多密度图案投影仪，包括光源、透镜以及衍射光学元件，其特征在于，所述光源为VCSEL阵列光源；所述VCSEL阵列光源包括半导体衬底以及排列在所述半导体衬底上的4个独立控制的VCSEL光源子阵列。

在一些实施方案中，所述VCSEL光源子阵列中VCSEL光源的排列包括不规则排列。

在一些实施方案中，所述VCSEL光源子阵列两两之间相互重叠。

在一些实施方案中，所述VCSEL光源子阵列两两之间没有相互重叠。

在一些实施方案中，所述4个VCSEL光源子阵列中VCSEL光源数量依次减少。

在一些实施方案中，所述4个VCSEL光源子阵列中VCSEL光源数量依次减少。在一些实施方案中，所述4个VCSEL光源子阵列中VCSEL光源密度依次减少。在一些实施方案中，所述4个VCSEL光源子阵列的面积依次减少。在一些实施方案中，所述4个VCSEL光源子阵列中VCSEL光源的数量依次为： 50～500、40～400、5～50、4～40。

本发明还提供一种深度相机，包括：如前面任一所述的投影仪，用于向目标空间中投射结构化光束图像；图像采集装置，用于采集目标空间中的所述结构化光束图像；处理器，接收由所述图像采集装置采集的结构化光束图像并根据所述结构化光束图像生成所述目标空间的深度图像。

本发明的有益效果为：提供了一种多密度图案投影仪及其深度相机，通过设置4个含有不同数量的VCSEL子阵列构成的光源，从而可以形成多种密度的结构光图案投影，从而使得基于此的深度相机可以获取不同精度的深度相机以满足不同的应用需求。

附图说明

图1是根据本发明实施例的结构光深度相机系统的示意图。

图2是根据本发明实施例的结构光投影仪的示意图。

图3是根据本发明实施例的VCSEL阵列光源示意图。

具体实施方式

下面结合附图通过具体实施例对本发明进行详细的介绍，以使更好的理解本发明，但下述实施例并不限制本发明范围。另外，需要说明的是，下述实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构思，附图中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，实际实施时各组件的形状、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。