[发明专利]一种3D结构光深度相机和移动终端

说明书

本发明公开了一种3D结构光深度相机和移动终端，涉及3D深度测量领域。本发明提出的3D结构光深度相机包括：向场景投影编码后的结构光照明的发射模组，以一定的焦距拍摄场景被结构光照明后的斑点图像并传输给数据处理器单元的接收模组，以及对深度相机的各光学模组进行整体协同控制与数据计算的数据处理器单元，该数据处理器单元具体用于计算所述接收模组拍摄的图像数据的深度值，根据深度值的变化控制接收模组调整焦距，循环获取调焦后接收模组拍摄的图像数据并计算深度值，直至得到改善误差后的深度图像。

技术领域

本发明涉及3D深度测量领域，具体涉及一种改进的3D结构光深度相机和移动终端，能够抑制3D结构光的深度测量误差。

背景技术

3D深度测量技术可采集场景目标的深度坐标信息，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深度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。

基于散斑结构光技术的深度相机是当前广泛采用的一种3D深度测量方案。它采用编码后随机、伪随机或规则排布的斑点光线簇投射至具体的空间场景，通过比对特征斑点的变形位移得到场景的深度信息。

当前深度测量技术的应用愈加广泛，对于深度信息获取的精度质量要求也越来越高。基于结构光照明的3D深度相机由于受到技术原理的限制，其深度测量精度随着场景距离的增加而成平方倍率的恶化。这影响了相机测量数据的置信度与有效性，从而严重制约了3D结构光测量技术在各方面应用的性能表现。虽然通过调整结构光发射端与接收端的基线距离能够一定程度上改善测量误差问题，但基线调整的冗余度较小，对误差的改善能力极为有限，且高精度对应宽基线，基线距离较大会破坏深度相机的结构紧凑性，不利于小型化。

因此在3D深度测量领域中，如何设计出具有改善深度测量误差能力且保留结构紧凑性的3D结构光深度相机就成为亟待解决的技术问题之一。

发明内容

针对深度测量误差随距离变化的问题，本发明提出了一种3D结构光深度相机，能够抑制3D结构光的深度测量误差，改善深度相机应用的性能，且结构紧凑。

本发明设计的一种3D结构光深度相机，包括：发射模组、接收模组和数据处理器单元；

所述发射模组向场景投影编码后的结构光照明；

所述接收模组以一定的焦距拍摄场景被结构光照明后的斑点图像并传输给数据处理器单元；

所述数据处理器单元对深度相机的各光学模组进行整体协同控制与数据计算，具体包括：计算所述接收模组拍摄的图像数据的深度值，根据深度值的变化控制接收模组调整焦距，循环获取调焦后接收模组拍摄的图像数据并计算深度值，直至得到改善误差后的深度图像。

上述的3D结构光深度相机还包括用来采集场景彩色图像的RGB成像模组；相应的，所述数据处理器单元将所述改善误差后的深度图与所述RGB成像模组采集的场景彩色图像进行渲染并输出场景的三维图像。

优选的，上述接收模组还包含对应发射模组波长的滤光片与偏振片。上述发射模组由光源、准直透镜和衍射光学元件组成。所述光源采用激光二极管、边发射激光器或者垂直腔面发射激光器。

优选的，上述数据处理器单元中存储有根据接收模组的变焦曲线对深度相机不同探测距离处的误差值进行标定后拟合形成深度测量误差-焦距变化曲线。

所述接收模组具体用于采用短焦广角模式测量初始场景的深度图像，得到全局深度图像；

所述数据处理器单元具体包括：

输入子单元，用于将所述接收模组采集到的全局深度图像输入给子区域确定子单元；

子区域确定子单元，用于从所述全局深度图像中选取一个当前子单元；