[发明专利]散斑结构光投影模组及3D深度相机

权利要求书

1.一种散斑结构光投影模组，包括：

阵列光源，用于发射对应第一斑点图案的激光光束；

准直透镜，用于将所述激光光束调制为对应第一斑点图案的准直光束；

全息光学元件，用于调制扩展所述准直光束以形成不相互重叠且斑点密度分布均匀第二斑点图案，并将所述第二斑点图案投射至待测场景物体上，其中所述全息光学元件是通过激光干涉曝光加工制作而成的；其中，

所述全息光学元件制作时的激光干涉光束的波长与所述阵列光源所发出的激光光束的波长相对应。

2.根据权利要求1所述的散斑结构光投影模组，其中，所述全息光学元件通过包括以下步骤的制备方法而被制备：

将两束平行干涉激光光束曝光加工感光材料，其中在激光干涉过程中形成满足如下条件的光栅光场：

I＝|exp(ik₁·r)+exp(ik₂·r）|²

＝2+2cos[(k₁-k₂)r]

其中，I为干涉光场强度，i为虚数单位，k₁和k₂分别为两束平行光束的波矢量，r为光束的极坐标系。

3.根据权利要求2所述的散斑结构光投影模组，其中，所述全息光学元件制备所用的所述感光材料为所述阵列光源所发出的激光光束的波长下敏感的光敏材料。

4.根据权利要求2所述的散斑结构光投影模组，其中，所述制备方法还包括：

获取目标光栅周期，其中所述目标光栅周期能够令对应所述全息光学元件的多个衍射级次的散斑之间避免相互交叠；

基于夹角周期模型和目标光栅周期，确定在所述激光干涉过程中两束干涉光束之间的夹角，其中所述夹角周期模型包括干涉光束的夹角和光栅周期之间的关系。

5.根据权利要求4所述的散斑结构光投影模组，其中，所述夹角周期模型满足以下条件：

其中，Δ为目标全息光栅周期，λ为激光光束的波长，θ为干涉光束的夹角。

6.根据权利要求1所述的散斑结构光投影模组，其中，所述全息光学元件包括透射式和/或反射式的全息光栅。

7.根据权利要求1所述的散斑结构光投影模组，其中，所述准直透镜包括以下中的一者或多者：单透镜、组合透镜、微透镜阵列以及菲涅尔透镜。

8.一种3D深度相机，该3D深度相机包括：

如权利要求1-7中任一项所述的散斑结构光投影模组；以及

红外相机模组，用于采集待测场景物体的场景散斑图像；

数据处理器单元，用于执行以下步骤：

根据所述场景散斑图像与预先标定保存好的参考平面散斑图像进行匹配比较运算，并得出其二者之间对应特征像素点的偏移量；

根据所述偏移量推导出实际场景中该对应特征像素点处的深度值信息；

基于多个特征像素点的深度值信息构建点云数据，并生成待测场景物体的深度图像。

9.根据权利要求8所述的3D深度相机，其中所述3D深度相机还包括：

RGB相机模组，用于采集待测场景物体的场景彩色图像和纹理信息；

其中，所述数据处理器单元还用于利用所述场景彩色图像和所述纹理信息渲染所述深度图像，以输出3D场景图像。