[发明专利]一种融合的深度测量装置及测量方法

说明书

本发明公开了一种融合的深度测量装置，包括发射模块，用于向目标物体发射振幅时序被调制的斑点图案光束；接收模块，接收目标物体反射的斑点图案光束并形成电信号；控制和处理电路，接收所述电信号并计算得到TOF深度图和结构光图案，将所述TOF深度图中的深度值作为可靠点，赋值到所述结构光深度图中对应像素位置，并利用所述可靠点校正所述结构光深度图，最终得到目标物体的深度图像。本发明基于TOF深度值具有较高的测量精度，以TOF深度值为依据校正结构光深度图因匹配计算所引起的误差，获得高精度的深度图，结合结构光测量的高分辨的优点，实现了一种高精度、高分辨率、低功耗、小型化的深度测量装置。

技术领域

本发明涉及光学测量技术领域，尤其涉及一种融合的深度测量装置及测量方法。

背景技术

深度测量装置可以用来获取物体的深度图像，进一步可以进行3D建模、骨架提取、人脸识别等，在3D测量以及人机交互等领域有着非常广泛的应用。目前的深度测量技术主要有TOF测距技术、结构光测距技术等。

TOF的全称是Time-of-Flight，即飞行时间，TOF测距技术是一种通过测量光脉冲在发射/接收装置和目标物体间的往返飞行时间来实现精确测距的技术，分为直接测距技术和间接测距技术。其中，间接测距技术测量反射光信号相对于发射光信号的相位延迟，再由相位延迟对飞行时间进行计算，按照调制解调类型方式的不同可以分为连续波(Continuous Wave，CW)调制解调方法和脉冲调制(Pulse Modulated，PM)调制解调方法。TOF测距技术无需复杂的图像处理计算，且探测距离较远并能保持较高的精度。

而结构光测距技术则是向空间物体发射结构光光束，然后采集被物体调制及反射后的结构光光束所形成的结构光图案，最后利用三角法进行深度计算以获取物体的深度数据。常用的结构光图案有不规则斑点图案、条纹图案、相移图案等。

结构光技术在近距离测量时具有非常高的精度，在低光环境中表现良好，但是在强光环境中易受影响，相对而言TOF技术在强光环境中的抗干扰效果要优于结构光技术。

故，若能提供一种解决方案，将结构光技术与TOF技术融合，充分发挥两者优势进行深度测量，则将大大提高测量的优势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种融合的深度测量装置及测量方法，以解决上述背景技术问题中的至少一种。

为达到上述目的，本发明实施例的技术方案是这样实现的：

一种融合的深度测量装置，包括发射模块、接收模块、以及分别与发射模块和接收模块连接的控制和处理电路；其中，发射模块，包括有光源阵列以及光学元件，所述光源阵列用于发射时序上振幅被调制的光束，所述光学元件接收所述光束后向目标物体发射斑点图案光束；接收模块，包括有TOF图像传感器，所述TOF图像传感器包括像素阵列，所述像素阵列接收由目标物体反射的斑点图案光束并形成电信号；控制和处理电路，接收所述电信号并计算得到相位差，利用所述相位差计算目标物体的TOF深度图；和，接收所述电信号并计算得到结构光图案，利用所述结构光图案计算所述目标物体的结构光深度图；以及，将所述TOF深度图中的深度值作为可靠点，赋值到所述结构光深度图中对应像素位置，并利用所述可靠点校正所述结构光深度图，最终得到目标物体的深度图像。

在一些实施例中，所述TOF图像传感器包括至少一个像素；其中，每个像素包括有两个及以上的抽头。

在一些实施例中，所述控制和处理电路提供所述TOF图像传感器各个像素中各个抽头的解调信号，抽头在解调信号的控制下采集由包含所述目标物体反射回的反射光束所产生的电信号。

在一些实施例中，所述控制和处理电路包括有相位计算模块和强度计算模块，所述TOF图像传感器产生的电信号同时传输到所述相位计算模块和所述强度计算模块，通过处理计算得到该像素对应的相位信息和强度信息，根据所述相位信息和所述强度信息进一步得到该像素对应的TOF深度图和结构光深度图。