[发明专利]散斑结构光投影模组及3D深度相机

说明书

本发明涉及3D形貌测量领域。本发明实施例提供一种散斑结构光投影模组及3D深度相机，其中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。由此，采用了通过激光干涉曝光加工而成的全息光学元件，无鬼线干扰问题并减少了杂散背景光；另外，相比于刻蚀工艺制作，激光干涉制作能够更加高效且成本更低。

技术领域

本发明涉及3D形貌测量领域，具体地涉及一种散斑结构光投影模组及3D深度相机。

背景技术

3D形貌测量技术可采集场景中物体的深度坐标信息，为后端开发提供额外的数据处理自由度。随着移动终端器件与智能交互设备的普及，3D测量技术越来越成为新一代人机交互的核心技术，在工业检测、安防零售、体感游戏、移动支付和生物医学等方面都有着广泛的应用前景。

当前3D形貌测量技术主要分为飞行时间法(Time ofFlight,TOF)、双目视差法(BinocularParallax,BP)与结构光法(Structure Light，SL)三种。TOF方案通过测量激光发射与反射接收的时间延迟获得物体的深度信息，存在功耗大、深度图像分辨率低等缺陷。BP方案将物体深度信息转化为相机拍摄时的视差量，由三角测量原理推导出深度值，其算法处理复杂且测量精度较低。SL方案是在空间中投射编码处理后的光斑图案，根据光斑图案的变化求解出物体的深度信息，其中散斑结构光即是采用编码后的伪随机斑点光线簇作为光学探针，并将其投射至空间物体，与前两种测量方法相比，散斑结构光技术功耗低、精度适中且获得的深度图像分辨率较高，是当前广泛使用的3D数据采集方案，如IntelRealSense SR300深度相机、Apple IPhone X等。

目前的散斑结构中所选用的都是衍射光学元件(Diffractive Optical Element，DOE)，DOE为具有一定周期的衍射光栅，其功能是复制扩展光斑阵列从而形成覆盖场景物体的散斑点阵照明。然而，本申请的发明人在实践本申请的过程中发现：目前的DOE设计都是基于刻蚀工艺的，容易存在鬼线干扰与衍射光斑杂散背景光较多的问题，影响深度质量且制作加工效率低。这些鬼线干扰和背景杂散光给散斑图案的分析处理造成了额外的技术难题，影响了深度相机的探测分辨率、有效范围与测量精度，严重时甚至导致探测失效，无法获取深度数据。

综上可知，在散斑结构光3D形貌测量中，如何设计出不存在鬼线干扰、杂散背景光少且加工制作效率高的结构光投影模组与深度相机成为当前亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种散斑结构光投影模组及3D深度相机，用以解决现有技术中的散斑结构光投影模组中因基于刻蚀工艺的DOE设计所导致的鬼线干扰、杂散背景光少且工制作效率低的技术问题。

为了实现上述目的，本发明实施例一方面提供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。

本发明实施例另一方面提供一种3D深度相机，该3D深度相机包括：上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。