光投射方法及光投射装置与流程

本发明涉及光学技术领域，尤其涉及通过对投射图案进行分析以保障安全的技术领域。

背景技术：

目前人脸识别技术大多基于二维图像，存在活体检测步骤繁琐，安全性不高的问题。iphonex的发布，将3d人脸识别技术带入了消费电子市场，解决了活体检测步骤复杂、安全性不高的问题。iphonex的3d人脸识别技术采用红外激光为光源，通过衍射光学元件doe调制成随机点阵，投射在人脸上，点阵在人脸上形成每张人脸的独特特征，再结合二维人脸图像，抽取人脸特征，完成人脸识别。经过doe调制后的激光，功率分布分散，单位面积功率较低，在人眼安全可接受阈值之内。但如果doe发生异常(破裂或脱落)，未经调制的激光功率分布集中，如果照射人眼会对人眼造成伤害，因此需要一套保障人眼安全的措施。iphonex的doe具有ito(铟锡氧化物半导体)，通过监测ito的电容情况，判断doe是否异常，如果发生异常，则关闭激光器，以保护人眼不受激光直射的危害。

iphonex人脸识别的工作过程如图1所示，具体描述如下：

1.接近度传感器工作，检测人脸到人脸识别模组距离，当距离在特定范围内(如200mm-700mm)，激活泛光照明器(floodilluminator)，出射均匀红外光，将人面部照亮，红外相机拍摄人脸图像；

2.关闭泛光照明器，激活点阵投射器(dotprojector)，红外点阵投射到人面部，红外相机拍摄人脸点阵图像；

3.将人脸图像与人脸点阵图像发送到应用程序处理单元，完成人脸识别。

该结构中，需要ito检测模块，使人脸识别模组结构复杂、尺寸增大、成本增加，同时光能利用率降低。

iphonex的点阵投射器的结构，其中在激光光源的光路下游设置有准直透镜，用于对激光进行准直。在准直透镜的光路下游设置有衍射光学元件以及ito。通过监测ito的电容情况，判断衍射光学元件是否异常，如果发生异常，则关闭激光器，以保护人眼不受激光直射的危害

背景技术部分的内容仅仅是发明人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。

技术实现要素：

针对现有技术中的一个或多个缺陷，本发明提供一种保障安全的光投射方法和设备。本发明的实施例可以将针对发散光源设计的doe应用在人脸识别上，提出一种新的人眼安全保障方法，该方法可以去掉ito，简化结构、缩小尺寸、降低成本，同时提高光能利用率。

有鉴于此，本发明提出一种保障安全的光投射方法，包括：以安全功率开启光源；通过衍射光学元件，将所述光源发出的光进行调制，在目标表面上投射出图案；采集所述图案；判断所述图案是否正常，如果正常，以额定功率开启所述光源。

根据本发明的一个方面，所述的光投射方法还包括：如果所述图案异常，则关闭所述光源，其中所述光源优选为激光光源，所述额定功率优选高于所述安全功率。

根据本发明的一个方面，所述的光投射方法还包括：基于所述光源或所述衍射光学元件与所述目标表面的距离所述计算所述安全功率。

根据本发明的一个方面，所述的光投射方法还包括：如果所述图案异常，判断故障在于所述光源和/或所述衍射光学元件。

根据本发明的一个方面，其中所述光源配置成发射非平面波的发散光，所述衍射光学元件优选为针对入射光场波前相位分布进行光学调制的衍射光学元件。

根据本发明的一个方面，其中在所述光源和所述衍射光学元件之间未通过准直透镜进行准直处理，和/或光通过所述衍射光学元件调制后，未通过ito过滤。

本发明还提供一种光投射装置，包括：光源；衍射光学元件，所述衍射光学元件配置成可将所述光源发出的光进行调制，在目标表面上投射出图案；图像采集装置，所述图像采集装置配置成可采集所述图案；处理装置，所述处理装置与所述图像采集装置耦合，并判断所述图案是否正常，如果正常，以额定功率开启所述光源。

根据本发明的一个方面，所述处理装置配置成如果判断所述图案异常，则关闭所述光源，其中所述光源优选为激光光源，其中所述光投射装置还可包括接近度传感器和/或距离传感器，以测量所述光源或所述衍射光学元件与所述目标表面之间的距离，所述处理装置还配置成基于所述光源或所述衍射光学元件与所述目标表面的距离所述计算所述安全功率，其中所述额定功率优选高于所述安全功率。

根据本发明的一个方面，所述的光投射装置还包括：所述处理装置还配置成如果判断所述图案异常，则判断故障在于所述光源和/或所述衍射光学元件。

根据本发明的一个方面，其中所述光源配置成发射非平面波的发散光，所述衍射光学元件是针对入射光场波前相位分布进行光学调制的衍射光学元件，其中优选地，在所述光源和所述衍射光学元件之间不具有准直透镜，和/或在所述衍射光学元件的表面上或光路下游不设置有ito。

本发明还提供一种电子设备，包括：本体；和如上所述的光投射装置。

根据本发明的一个方面，所述的电子设备还包括接近度传感器和/或距离传感器，所述接近度传感器和/或距离传感器可检测所述光投射装置之间的距离，所述光投射装置的处理装置配置成当检测到所述距离在预定范围内时，进行以下操作：以安全功率开启光源；通过衍射光学元件，将所述光源发出的光进行调制，在目标表面上投射出图案；采集所述图案；判断所述图案是否正常，如果正常，以额定功率开启所述光源，其中所述额定功率优选高于所述安全功率。

根据本发明实施例的光投射方法和光投射设备，在保障用户安全的情况下，能够将光学系统的尺寸做的较小，简化结构，降低成本，同时能够提高光能利用率。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了iphonex的人眼安全保障方法；

图2示出了根据本发明一个实施例的光投射方法；

图3示出了根据本发明一个优选实施例的光投射方法；

图4示出了根据本发明一个实施例的光投射装置；

图5示出了正常工作状态下的光斑图案；

图6a和6b示出了当衍射光学元件发生故障时的光斑图案；和

图7a、7b和7c示出了当光源发生故障时的光斑图案。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"坚直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

图2示出了根据本发明一个实施例的光投射方法100，例如用于保护用户的眼睛，避免强光照射人眼，对人眼造成伤害。本发明的光投射方法100不限于保护人眼安全，也可用于保护其他被照射对象或表面的安全，不构成对本发明保护范围的限制。

如图2所示，在步骤s101，以安全功率开启光源。

根据一个优选实施例，所述光源可以为激光光源。本领域技术人员可以理解，本发明的保护范围不限于此，也可以使用其他类型的光源，例如led光源等。光源例如配置成发射非平面波(例如球面波)的发散光。

在本发明中，安全功率是指对用户或用户眼睛安全的光源功率。安全功率可以根据光源类型、照射距离等参数进行确定。以激光光源为例，根据激光光源的参数可以获得激光光源波长，再根据中华人民共和国国家标准-激光产品的安全第14部分，在一定时间下，计算出照射对象例如人眼所允许的激光辐射功率的阈值r，并在假设衍射光学元件脱落的条件下，即激光光源直接照射到对象(例如人眼)上的条件下，计算出激光光源的安全功率p，以此作为保障人眼安全的基准。根据一个优选实施例，在计算安全功率时参考照射距离。功率与距离有关，例如可以通过接近度传感器和/或距离传感器，检测人脸到光学模组的工作距离。以工作距离200mm为例，发光波长取值λ＝940nm，照射时间设为t＝50ms，计算得mpe＝4.42mw，激光光源距离人眼的距离为200mm，计算得激光光源功率为372mw，即当激光光源发光功率为372mw，人眼与激光光源距离高于200mm，即使衍射光学元件doe脱落，人眼也是安全的，即等于或低于此功率，即为安全功率。

在步骤s102，通过衍射光学元件，将所述光源发出的光进行调制，在目标表面上投射出图案。

目前常见的衍射光学元件doe是针对准直光设计的(例如iphone的光学模组中包括了准直透镜)。根据本发明的一个优选实施例，本发明的衍射光学元件可以针对非平面波的发散光进行调制,是针对激光照射光源的参数进行设计的衍射光学元件，针对入射光场波前相位分布进行光学调制(例如通过光学傅里叶传播的迭代分析)。其入射光场的波前既可以是平面波，也可以是非平面波(例如球面波)。所述的衍射光学元件为针对激光光源的波前等参数进行光学设计的衍射光学元件，用于实现光学系统所需的光场分布，激光光源的光场经过该衍射光学元件的光学调制，沿着特定的角度区域传播。

在步骤s103，采集所述图案。

例如可以通过相机或摄像头来采集目标表面上(例如人脸上)投射出的图案。

在步骤s104，判断所述图案是否正常，如果正常，以额定功率开启所述光源。

当衍射光学元件正常工作时，在目标表面上投射出的图案应当呈现随机点状分布，如图5所示，分布的较为均匀和密集。而当衍射光学元件发生故障或者脱落时，投射出的图案可能是一大片模糊光斑。图6a示出了当衍射光学元件发生异常例如破裂时的光斑图案，其中可看出，衍射光学元件破裂之后，局部会有噪声存在。图6b示出了当衍射光学元件发生异常例如脱落时的光斑图案，由于没有衍射光学元件的调制，在图案上出现了异常大的光斑。图7a示出了当vcsel存在坏点时的图案，其中可见，在点阵中存在较大的间隙。图7b示出了vcsel坏点较多时的图案。图7c示出了vcsel彻底不亮时的图案，图像全黑。对图案进行采集之后，通过对图像进行处理和分析，可以判断出所投射的图案是否正常。

本领域技术人员能够理解，此处所述的额定功率可以是一个定值，也可以是一个变化值，例如根据所处环境、光强、电池等因素中的一个或多个因素而决定的变化值，只要能使光源正常工作的功率即为额定功率。例如当外部光线较强时，光源的额定功率必须较大，才能够保证在目标表面上投射出的图案清晰可见，并能够被采集并处理；当外部光线较弱时，光源额定功率可以略低，即能够保证投射出的图案清晰可见并满足采集和处理的需求。这些都在本发明的保护范围内。优选的，所述额定功率高于所述安全功率。但本发明不限于此。

图3示出了根据本发明的一个优选实施例的光投射方法200。

光投射方法200中的步骤s201、s202、s203、s204、s205对应于上一实施例的光投射方法中的步骤s101、s102、s103、s104。在此不再赘述。

光投射方法200中，如果在步骤s204判断出图像异常，则关闭光源(步骤s206)。当判断出图像异常时，即表明衍射光学元件和/或光源发生了故障，此时关闭光源，则能够完全避免对用户造成损伤。

根据本发明的一个优选实施例，光投射方法200还包括：如果所述图案异常，在步骤s207，判断故障在于所述光源和/或所述衍射光学元件。如图7a、7b、7c所示，光源发生故障时的图案，以及衍射光学元件发生故障时的图案，分别有各自的特点。可以根据故障图案来进行故障定位，判断故障来源于光源还是衍射光学元件还是二者都存在故障。例如，可以根据各种故障下的光斑图案来建立故障库，在采集到光斑图案之后，通过模式识别方法，将光斑图案与故障库中的各种故障图案进行比对，识别出故障模式，判断出故障所在。

本领域技术人员能够理解，虽然图3中示出了先进行步骤s206、然后进行步骤s207，但本发明的保护范围并不限于步骤s206和步骤s207的先后顺序，可以按照步骤s206、s207的顺序进行，也可以按照步骤s207、s206的步骤执行，二者也可以同时执行。这些都在本发明的权利要求的保护范围内。

根据本发明的一个优选实施例，在光投射方法100和200中，在所述光源和所述衍射光学元件之间未通过准直透镜进行准直处理。由于本发明的衍射光学元件可以针对发散光进行调制,是针对激光照射光源的参数进行设计的衍射光学元件，针对入射光场波前相位分布进行光学调制，例如光学傅里叶传播的迭代分析，其入射光场的波前既可以是平面波，也可以是非平面光(例如球面波)。

根据本发明的一个优选实施例，在光投射方法100和200中，光通过所述衍射光学元件调制后，未通过ito过滤。

下面参考图4描述根据本发明的一种光投射装置300。光投射装置300可用于实施根据本发明的光投射方法100和200。

如图4所示，光投射装置300包括光源301、衍射光学元件302、图像采集装置303、以及处理装置304。

其中，光源301优选为激光光源，当然也可以其他类型的光源，诸如led光源等。所述光源优选配置成发射非平面波的发散光

衍射光学元件302在接收到光源301出射的光之后，可将所述光源发出的光进行调制，在目标表面306上投射出图案。目标表面306例如可以是人脸、或者其他物体表面。

图像采集装置303例如是摄像头或者照相机，可采集所述目标表面306上投射的图案。

处理装置304与图像采集装置303耦合，接收图像采集装置303采集到的图案并进行处理，判断所述图案是否正常。如果图案正常，则以额定功率开启所述光源301。其中所述额定功率优选地高于所述安全功率。其中额定功率和安全功率的定义如上，此处不再赘述。

根据本发明的一个优选实施例，所述处理装置304还配置成如果判断所述图案异常，则关闭所述光源。当衍射光学装置302投射到目标表面306上的图案异常时，表明光源或者衍射光学装置发生了故障，此时为了避免对用户眼睛或其他目标表面造成损伤，最好关闭光源。待识别出故障并进行修复之后，再重新启动系统。

根据本发明的一个优选实施例，所述光投射装置300还可包括接近度传感器(未示出)和/或距离传感器，以测量所述光源或所述衍射光学元件与所述目标表面之间的距离。在测量出光源或衍射光学元件与所述目标表面之间的距离后，处理装置可以基于该距离来计算安全功率。这样计算得出的安全功率更为准确。另外，通过接近度传感器和/或距离传感器，还可以有助于及时启动光源301。例如当感测到目标表面(例如人脸)进入到一定距离范围内时，这种感测事件可触发光源301以安全功率启动，经衍射光学元件调制后，在目标表面306上投射出图案，并由图像采集装置303采集图案，由处理装置304进行处理，判断图案是否异常。

根据本发明的一个优选实施例，处理装置304还配置成如果判断所述图案异常，则判断故障在于所述光源和/或所述衍射光学元件。

根据本发明的一个优选实施例，光源301配置成发射非平面波(例如球面波)的发散光，衍射光学元件302配置成针对入射光场波前相位分布进行光学调制，其中优选地，在所述光源和所述衍射光学元件之间不具有准直透镜，和/或在所述衍射光学元件的表面上或光路下游不设置有ito。

根据本发明的实施例，由于不需要在光源和衍射光学元件之间设置准直透镜，在衍射光学元件的表面上不需要设置ito来做安全防护，因此整体的光学系统的尺寸可以做的非常小。这对于尺寸日益紧凑的电子设备尤其是手机来说是极大的优点。

本发明还涉及一种电子设备，包括：本体及如上所述的光投射装置。电子设备可以是手机、pad、便携式电脑、人脸识别设备、监控设备等各种类型的电子设备。光投射装置可以安装在本体上，也可以与本体在物理上分离。

根据一个优选实施例，本发明的电子设备还包括接近度传感器和/或距离传感器，所述接近度传感器和/或距离传感器可检测所述光投射装置与目标对象表面之间的距离，所述光投射装置的处理装置配置成当检测到所述距离在预定范围内时，进行以下操作：以安全功率开启光源；通过衍射光学元件，将所述光源发出的光进行调制，在目标表面上投射出图案；采集所述图案；判断所述图案是否正常，如果正常，以额定功率开启所述光源。其中所述额定功率优选地高于所述安全功率。

其中所述预定范围例如200-700mm。

以上主要是以人眼为例对本发明的各个实施例进行了说明。本领域技术人员能够理解，本发明的应用不限于此，可用于其他各种场合，例如皮肤扫描照射、物品扫描识别等需要保障安全的各个领域。

虽然前面的详细说明已经通过框图、流程图和/或示例的使用阐述了装置和/或过程的各个示例，但是这样的框图、流程图和/或示例包含一项或多项功能和/或操作，本领域技术人员将理解的是，可以通过各种各样的硬件、软件、固件或几乎其任意组合来单独地和/或统一地实现这样的框图、流程图或示例内的每个功能和/或操作。在一个示例中，本文所描述的主题的若干部分可经由专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)、数字信号处理器(dsp)或其它集成形式来实现。然而，本领域技术人员将理解的是，本文公开的示例的一些方面可以整体地或部分地被等同地实现在集成电路中、实现为在一个或多个计算机上运行的一个或多个计算机程序(例如，实现为在一个或多个计算机系统上运行的一个或多个程序)、实现为在一个或多个处理器上运行的一个或多个程序(例如，实现为在一个或多个微处理器上运行的一个或多个程序)、实现为固件、或实现为以上的几乎任何组合，并且根据本公开的内容，针对所述软件和/或固件设计电路和/或编写代码将在本领域技术人员的技能范围内。例如，如果使用者判定速度和精度重要，则使用者可以选择主硬件和/或固件媒介物；如果灵活性重要，则使用者可以选择主软件实施方式；或者，另外可选地，使用者可以选择硬件、软件和/或固件的某组合。

另外，本领域技术人员将理解的是，本文所描述的主题的机制能够作为各种形式的程序产品被分发，并且不管实际上用于实施分发的信号承载介质的具体类型如何，本文所描述的主题的说明性示例都适用。信号承载介质的示例包括但不限于以下：可记录型介质，诸如软盘、硬盘驱动器、压缩盘(cd)、数字视频盘(dvd)、数字带、计算机存储器等；以及传输型介质，诸如数字和/或模拟通信介质(例如，光纤光缆、波导、有线通信链路、无线通信链路等)。

本领域技术人员将理解的是，在本领域内常见的是以本文阐述的方式来描述装置和/或过程，此后利用工程实践将这样描述的装置和/或过程集成到数据处理系统中。也即，本文所描述的装置和/或过程的至少一部分可以通过合理量的实验集成到数据处理系统中。本领域技术人员将理解的是，典型的数据处理系统通常包括如下中的一种或多种：系统单元壳体、视频显示装置、诸如易失性和非易失性存储器的存储器、诸如微处理器和数字信号处理器的处理器、诸如操作系统的计算实体、驱动器、图形用户接口、和应用程序、诸如触摸板或触摸屏的一个或多个交互装置、和/或包括反馈环和控制电动机(例如，用于感测位置和/或速度的反馈；用于移动和/或调整部件和/或量的控制电动机)的控制系统。典型的数据处理系统可利用任何适合的市售部件来实现，诸如在数据计算/通信和/或网络计算/通信系统中常见的部件。

本文所描述的主题有时说明了包含在不同的其它部件内的不同部件或与不同的其它部件连接的不同部件。应理解的是，这些所描绘的体系结构仅是示例，并且实际上可以实施实现相同功能的许多其它体系结构。在概念意义上，实现相同功能的部件的任何布置有效地“相关联”，使得实现期望功能。因此，在此处组合以实现特定功能的任何两个部件可视为彼此“相关联”，使得实现期望功能，而不管体系结构或中间部件如何。同样，任意两个如此关联的部件还可视为彼此“可操作地连接”、或“可操作地耦合”以实现期望的功能，并且能够如此关联的任意两个部件还可视为彼此“能够可操作地耦合”以实现期望功能。能够可操作地耦合的具体示例包括但不限于能够物理地结合和/或物理地交互的部件和/或能够无线地交互和/或无线地交互的部件和/或逻辑上交互和/或能够逻辑上交互的部件。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。