一种深度测量装置和深度测量方法与流程

本发明涉及深度测量的技术领域，尤其涉及一种深度测量装置和深度测量方法。

背景技术：

基于时间飞行(tof)原理的深度测量装置为基于从目标反射的光来标识和映射目标物体，核心部件包括光源和感光器，光源被配置为朝向目标物体发射光，感光器用于接收由目标物体反射回来的反射光。

tof测量精度及测量距离会受到光源强度的影响，而在现有的tof深度测量装置中，光源采用单一形式的泛光照明，将光源发出的能量进行均匀分布，这样会导致所需的功耗较大，测量距离较小，并且功能上也单一受限，不利于广泛使用。

技术实现要素：

为了克服现有技术存在上述缺陷中的至少一种，本发明提供一种深度测量装置和深度测量方法。

本发明的第一方面提供一种深度测量装置，包括：

发射模组，包括斑点投影器和液晶，所述斑点投影器被配置为以具有多个斑点的斑点图案提供输出光并通过所述液晶照射目标物体；

采集模组，其包括由至少一个像素组成的图像传感器，所述图像传感器被配置为检测包括所述输出光经所述目标物体反射回的至少一部分反射光；

控制与处理器，与所述发射模组以及所述采集模组连接，所述控制与处理器被配置为根据所述输出光和所述反射光的相位差以获取所述目标物体的距离；

其中，所述液晶被配置为可控制切换状态以接收所述斑点图案后向所述目标物体投射斑点图案或泛光图案。

进一步地，所述液晶在第一状态呈透明态，以使得所述发射模组向所述目标物体投射斑点图案。

进一步地，所述液晶在第二状态呈扩散态，以使得所述发射模组向所述目标物体投射泛光图案。

进一步地，所述控制与处理器被配置为控制所述发射模组在近距测量时投射泛光图案，在远距测量时投射斑点图案。

本发明的第二方面提供一种深度测量方法，包括：

发射模组向目标物体投射输出光以形成斑点图案或泛光图案；

采集模组检测所述输出光经所述目标物体反射回的至少一部分反射光；

控制与处理器控制所述发射模组向所述目标物体投射斑点图案或泛光图案，并根据所述输出光和所述反射光的相位差获取所述目标物体的距离。

进一步地，所述发射模组包括斑点投影器和液晶，所述斑点投影器被配置为以具有多个斑点的斑点图案提供输出光，所述液晶被配置为可控制切换状态以接收所述斑点图案后向所述目标物体投射斑点图案或泛光图案。

进一步地，所述液晶在第一状态呈透明态，以使得所述发射模组向所述目标物体投射斑点图案。

进一步地，所述液晶在第二状态呈扩散态，以使得所述发射模组向所述目标物体投射泛光图案。

进一步地，所述采集模组包括图像传感器，所述图像传感器被配置为检测包括所述输出光经所述目标物体反射回的至少一部分反射光。

进一步地，所述控制与处理器控制所述发射模组在近距测量时投射泛光图案，在远距测量时投射斑点图案。

与现有技术相比，本发明的有益效果有：

本发明提供了一种深度测量装置和方法，其中可控制发射模组向目标物体投射斑点图案或泛光图案，较佳地，可在近距测量时控制发射模组向目标物体投射泛光图案，在远距时则控制发射模组向目标物体投射斑点图案。例如，当测量距离较近时，测量装置需要较高的分辨率，可控制液晶呈扩散态，发射模组向目标物体投射泛光图案，以使得图像传感器能采集到精度较高的深度值。当测量距离较远时，可控制液晶呈透明态，发射模组向目标物体投射斑点图案，由于采用斑点投影会将能量集中在斑点上，相比于泛光投影所能测量的距离更远。本发明可以根据不同的距离选择控制发射模组向目标物体投射泛光图案或斑点图案，灵活适应各种深度测量应用下对目标物体的测量需求。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的深度测量装置的结构示意图。

图2是根据本发明一个实施例的深度测量方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图通过具体实施例对本发明进行详细的介绍，以使更好的理解本发明，但下述实施例并不限制本发明范围。另外，需要说明的是，下述实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构思，附图中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形状、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。

图1为本发明一个实施例中的深度测量装置10的结构示意图。该深度测量装置10包括发射模组11、采集模组12以及控制与处理器13。其中，发射模组11包括斑点投影器(未图示)和液晶101，斑点投影器被配置为以具有多个斑点的斑点图案提供输出光，液晶101被配置为可控制切换状态以接收斑点投影器投射出的斑点图案后向目标物体20投射斑点图案或泛光图案；采集模组12包括由至少一个像素组成的图像传感器121，图像传感器121被配置为检测包括输出光经目标物体20反射回的至少一部分反射光；控制与处理器13与发射模组11以及采集模组12连接，控制与处理器13被配置为计算输出光和反射光的相位差，并根据该相位差计算目标物体20的距离。

斑点投影器包括光源、光学元件。光源可以是发光二极管(led)、边发射激光器(eel)、垂直腔面发射激光器(vcsel)等光源，也可以是多个光源组成的光源阵列，优选地，采用vcsel阵列作为光源，由于vcsel拥有体积小、光源发射角小、稳定性好等特点，同时可以在半导体衬底上布置多个vcsel光源，由此构成的vcsel光源阵列芯片不仅尺寸小、功耗低，同时更加有利于生成斑点图案光束。可以理解的是，多个vcsel光源阵列的排列方式可以根据需要进行合理的设置，比如规则排列或不规则排列，排列方式的不同会导致输出不同区域的投影图案，比如投影图案中斑点的排列规则或不规则、斑点的排列密度是否密集等。优选地，采用不规则排列，可以增大斑点的排列密度。

光学元件接收来自光源的光束，并将光束进行光学调制，比如衍射、透射等调制，随后向目标物体20发射被调制后的光束。光学元件可以是透镜、衍射光学元件、微透镜阵列等形式中的一种或多种组合。优选地，光学元件包括衍射光学元件，在一个实施例中，衍射光学元件能够将一束光扩散成多束光以增加斑点投影的数量从而增加投影密度或者扩大斑点投影的视场角。

液晶101接收斑点投影器投射出的斑点图案后，根据由控制与处理器13控制所呈的状态向目标物体20投射斑点图案或泛光图案。

在一个实施例中，控制与处理器13控制液晶101呈透明态，以使得发射模组11向目标物体20投射斑点图案。

在一个实施例中，控制与处理器13控制液晶101呈扩散态，以使得发射模组11向目标物体20投射泛光图案。

采集模组12包括图像传感器121。图像传感器121可以是电荷耦合元件(chargecoupleddevice，ccd)、互补金属氧化物半导体(complementarymetal-oxide-semiconductortransistor，cmos)、雪崩二极管(avalanchediode，ad)、单光子雪崩二极管(singlephotonavalanchediode，spad)等组成的图像传感器121。

一般地，tof图像传感器121可以包含至少一个像素，这里每个像素则包含两个以上的抽头(tap，用于在相应电极的控制下存储并读取或者排出由入射光子产生的电信号)，比如包含两个抽头、三个抽头、四个抽头等，在单个帧周期(或单次曝光时间内)内以一定的次序依次切换抽头以采集相应的光子，以用于接收光信号并转换成电信号。

控制与处理器13与发射模组11以及采集模组12连接，该控制与处理器13与发射模组11和采集模组12进行数据通信。控制与处理器13提供tof图像传感器121各像素中各抽头的解调信号(采集信号)，抽头在解调信号的控制下采集由包含目标物体20反射回的反射光束所产生的电信号，控制与处理器13基于该电信号计算出相位差，并基于该相位差计算目标物体20的距离。

在一个实施例中，控制与处理器13控制发射模组11近距时向目标物体20投射泛光图案，远距时向目标物体20投射斑点图案。

比如测量距离较近，测量装置需要较高的分辨率，优选地控制液晶101呈扩散态，发射模组11向目标物体20投射泛光图案，以使得tof图像传感器121能采集到精度较高的深度值。

同样地，比如对于测量距离很远，优选地控制液晶101呈透明态，发射模组11向目标物体20投射斑点图案，因为采用斑点投影会将能量集中在斑点上，相比于泛光投影所能测量的距离更远。

可以理解的是，控制与处理器13可以根据不同的距离选择控制发射模组11向目标物体20投射泛光图案或斑点图案。

图2为本发明一个实施例中的深度测量方法的流程图，该深度测量方法包括如下步骤：

s201，发射模组向目标物体投射出输出光以形成斑点图案或泛光图案；

具体地，发射模组11包括斑点投影器和液晶101，斑点投影器被配置为以具有多个斑点的斑点图案提供输出光，液晶101被配置为可控制切换状态以接收该斑点图案后向目标物体20投射斑点图案或泛光图案。

s202，采集模组检测所述输出光经所述目标物体反射回的至少一部分反射光；

具体地，采集模组12包括由至少一个像素组成的图像传感器121，图像传感器121被配置为检测包括所述输出光经所述目标物体反射回的至少一部分反射光。

s203，控制与处理器控制所述发射模组向所述目标物体投射斑点图案或泛光图案，以及控制所述采集模组检测所述反射光，并根据所述输出光和所述反射光计算相位差以获取所述目标物体的距离。

上述深度测量的方法原理与上述深度测量装置的原理相同，在此不再赘述。

以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。