一种通光结构及其制作方法、深度相机与流程

一种通光结构及其制作方法、深度相机
【技术领域】
1.本技术涉及光学成像技术领域，尤其涉及一种通光结构及其制作方法、深度相机。


背景技术：

2.相关技术中，不管是采用哪种3d传感技术(比如双目技术、结构光技术和tof技术)的大视场角深度相机，其投射模组内的衍射光学元件/漫射体的边缘能量补偿均较低，从而导致投射模组投射出的光场边缘能量较弱(即投射模组投射出的光场边缘较暗)；其接收模组内的红外镜头的暗角均较为明显，从而导致接收模组接收到的光场中间强四角弱(即中间区域光强较强，四角区域光强较弱)。正因如此，才使得大视场角深度相机最终获取的散斑图中心过曝四角偏暗(即中心区域曝光严重，四角区域因曝光不足而偏暗)，最终获取的深度图容易出现深度缺失的现象，严重降低了深度相机的相对精度。
3.因此，有必要对上述深度相机的结构进行改进。


技术实现要素：

4.本技术提供了一种通光结构及其制作方法、深度相机，旨在解决相关技术中大视场角深度相机容易产生深度缺失的现象且相对精度较差的问题。
5.为了解决上述技术问题，本技术实施例第一方面提供了一种通光结构，应用于投射模组和/或接收模组的传输光路上；投射模组用于发射出射光束以投射到目标区域形成相应的出射光场，接收模组用于接收经目标区域反射后的部分出射光束；
6.通光结构具有沿预设方向延伸的通光区，通光区沿预设方向分成多个具有不同透过率的子通光区；其中，当通光结构应用于投射模组时，出射光束通过通光区被发射至目标区域；当通光结构应用于接收模组时，反射后的部分出射光束通过通光区入射到接收模组。
7.本技术实施例第二方面提供了一种通光结构的制作方法，应用于本技术实施例第一方面所述的通光结构，包括：获取出射光场的亮度分布曲线f(θ)；其中，θ为投射模组视场角的一半；获取接收模组的相对照度曲线g(θ)；根据透过率分布条件[f(θ)*g(θ)]-1
调整各个子通光区的透过率。
[0008]
本技术实施例第三方面提供了一种深度相机，包括外壳、电路板、投射模组以及接收模组；其中，电路板、投射模组和接收模组均设于外壳内，投射模组和接收模组均设置在电路板上，外壳的表面于投射模组的传输光路上设置有一个本技术实施例第一方面所述的通光结构，外壳的表面于接收模组的传输光路上设置有另一个本技术实施例第一方面所述的通光结构。
[0009]
从上述描述可知，与相关技术相比，本技术的有益效果在于：
[0010]
在深度相机内设置通光结构，并对通光结构的通光区进行透过率分区，使得通光区中多个相互衔接的子通光区分别具有不同的透过率。现以投射模组为例，由于各个子通光区的透过率互不相同，所以投射模组发射的出射光束透过通光区照射于目标区域而形成相应的出射光场后，目标区域中与各个子通光区相应的区域的光场能量密度/亮度也互不
相同，即可以通过调控各个子通光区的透过率的方式，对目标区域中与各个子通光区相应的区域的光场能量密度/亮度进行调控，从而能够对出射光场的边缘能量进行改善，使得出射光场的边缘不再较暗。同理，对于接收模组而言，也可以通过调控各个子通光区的透过率的方式，使得接收模组接收的光场不再呈现中间强四角弱的状态。由上述两点即可说明，可以通过调控各个子通光区的透过率的方式，对大视场角深度相机最终获取的散斑图中心过曝四角偏暗的状态进行改善，以及对大视场角深度相机最终获取的深度图的深度缺失现象进行改善，也就是说本技术能够有效地解决大视场角深度相机中视场边缘能量补偿不足且视场中心容易过曝的问题，有利于提高深度相机的相对精度，避免边缘深度空洞现象的发生。此外，本技术无需对投射模组和/或接收模组本身的结构进行改变，仅需在深度相机内增加透过率分区的设计即可，有利于同一投射模组和/或接收模组在不同的场景下进行复用，降低了深度相机的开发成本，缩短了开发周期。
【附图说明】
[0011]
为了更清楚地说明相关技术或本技术实施例中的技术方案，下面将对相关技术或本技术实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，而并非是全部实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0012]
图1为本技术实施例提供的通光结构的结构示意图；
[0013]
图2为本技术实施例提供的通光结构的制作方法的流程示意图；
[0014]
图3为本技术实施例提供的计算通光区任意位置与通光区中心位置之间的距离时的分析参照图；
[0015]
图4为本技术实施例提供的利用通光结构的制作方法对通光区进行透过率分区时的示例图；
[0016]
图5为本技术实施例提供的深度相机的结构示意图；
[0017]
图6为本技术实施例提供的深度相机去除外壳后的结构示意图；
[0018]
图7为本技术实施例提供的投射模组的结构示意图；
[0019]
图8为本技术实施例提供的接收模组的结构示意图。
【具体实施方式】
[0020]
为了使本技术的目的、技术方案以及优点更加的明显和易懂，下面将结合本技术实施例以及相应的附图，对本技术进行清楚、完整地描述，其中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。应当理解的是，下面所描述的本技术的各个实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术，也即基于本技术的各个实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。此外，下面所描述的本技术的各个实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0021]
深度相机所搭载的3d(3-dimension，三维)传感技术可谓是百花齐放，比如双目技术、结构光技术和tof(time of flight，飞行时间)技术等，其中尤以tof技术为甚(由于tof技术具有较高的性价比，所以其备受各大深度相机生产厂商的青睐)，其主要体现于深度相
机中的投射模组(用于发射激光)及接收模组(用于接收反射回的激光)。tof技术通常分为两种类型，即i-tof(indirect-tof，间接飞行时间)技术和d-tof(direct-tof，直接飞行时间)技术。tof技术的工作原理是：激光源发射经调制(比如脉冲调制和连续波调制等)的激光至目标物体，然后再接收经目标物体反射回的激光，最后通过计算发射与反射之间的时间差或相位差，来换算目标物体与激光源之间的距离，从而得到目标物体的深度信息。
[0022]
相关技术中，不管是采用哪种3d传感技术的大视场角深度相机，其投射模组内的doe(diffractive optical elements，衍射光学元件)或diffuser(漫射体)的边缘能量补偿均较低，从而导致投射模组投射出的光场边缘能量较弱(即投射模组投射出的光场边缘较暗)；其接收模组内的ir(illuminator radar，照射雷达/红外)镜头的暗角均较为明显，从而导致接收模组接收到的光场中间强四角弱(即中间区域光强较强，四角区域光强较弱)。正因如此，才使得大视场角深度相机最终获取的散斑图中心过曝四角偏暗(即中心区域曝光严重，四角区域因曝光不足而偏暗)，以及使得大视场角深度相机最终获取的深度图容易出现深度缺失的现象，严重降低了大视场角深度相机的相对精度。为此，本技术实施例提供了一种通光结构。
[0023]
请参阅图1，图1为本技术实施例提供的通光结构的结构示意图。本技术实施例提供的通光结构应用于深度相机中的投射模组和/或接收模组，具体需要设置在投射模组和/或接收模组的传输光路上；其中，投射模组用于发射出射光束以投射到目标区域形成相应的出射光场，接收模组用于接收经目标区域反射后的部分出射光束(以下简称为反射光束)。
[0024]
进一步地，本技术实施例提供的通光结构具有沿预设方向延伸的通光区20，通光区20沿预设方向分成多个具有不同透过率的子通光区21；其中，当通光结构应用于投射模组时，出射光束通过通光区20被发射至目标区域，即出射光束先透过通光区20再照射于目标区域；当通光结构应用于接收模组时，反射光束通过通光区20入射到接收模组，即反射光束先透过通光区20再被接收。示例性地，通光结构可以具有沿预设方向延伸的通光孔10，通光孔10的表面可以覆盖有薄膜(对应于通光区20)，薄膜沿预设方向可以分成多个具有不同透过率的子薄膜(对应于多个子通光区21)。在本技术实施例中，预设方向指的是用户手持深度相机对目标区域进行拍摄时，其内的投射模组和/或接收模组与地面的连线方向。
[0025]
现以投射模组为例，由于各个子通光区21的透过率互不相同，所以投射模组发射的出射光束透过通光区20照射于目标区域而形成相应的出射光场后，目标区域中与各个子通光区21相应的区域的光场能量密度(相当于亮度)也互不相同，即可以通过调控各个子通光区21的透过率的方式，对目标区域中与各个子通光区21相应的区域的光场能量密度进行调控，从而能够对出射光场的边缘能量进行改善，使得出射光场的亮度均匀(即出射光场的边缘不再较暗)。同理，对于接收模组而言，也可以通过调控各个子通光区21的透过率的方式，使得接收模组接收的光场不再呈现中间强四角弱的状态。由此两点即可说明，可以通过调控各个子通光区21的透过率的方式，对大视场角深度相机最终获取的散斑图中心过曝四角偏暗的状态进行改善，以及对大视场角深度相机最终获取的深度图的深度缺失现象进行改善。
[0026]
可以理解的是，由于各个子通光区21的透过率可以任意调控，所以本技术实施例能够进行任意的光场能量补偿，能够有效地解决大视场角深度相机中视场边缘能量补偿不
足且视场中心容易过曝的问题，适用范围更广泛，有利于提高深度相机的相对精度，避免边缘深度空洞现象的发生。此外，本技术实施例无需对投射模组和/或接收模组本身的结构进行改变，仅需在深度相机内增加透过率分区的设计即可，有利于同一投射模组和/或接收模组在不同的场景下进行复用，降低了深度相机的开发成本，缩短了开发周期。
[0027]
请参阅图2，图2为本技术实施例提供的通光结构的制作方法的流程示意图。本技术实施例还提供了一种通光结构的制作方法，用以制作本技术实施例提供的通光结构，且该通光结构的制作方法包括如下步骤201至203。
[0028]
步骤201、获取出射光场的亮度分布曲线f(θ)。
[0029]
在本技术实施例中，制作通光结构时需要对通光区20中各个子通光区21的透过率进行设计，此时便需要获取深度相机中投射模组投射出的出射光场的亮度分布曲线f(θ)；其中，θ为投射模组视场角的一半。此外，由于出射光场亮度的高低实际上就是能量密度的大小，所以本文中的亮度实际上也可以为能量密度。
[0030]
步骤202、获取接收模组的相对照度曲线g(θ)。
[0031]
在本技术实施例中，获取到出射光场的亮度分布曲线f(θ)之后，还需要获取深度相机中接收模组的相对照度曲线g(θ)，也就是获取接收模组中ir镜头的相对照度曲线g(θ)。
[0032]
步骤203、根据透过率分布条件[f(θ)*g(θ)]-1
调整各个子通光区的透过率。
[0033]
在本技术实施例中，步骤201、202已经先后获取到了出射光场的亮度分布曲线f(θ)和接收模组的相对照度曲线g(θ)，由此可以得到深度相机最终获取的图像的亮度分布为f(θ)*g(θ)，而为了实现对大视场角深度相机的亮度补偿，使得大视场角深度相机最终获取的图像亮度均匀，通光区20中各个子通光区21的透过率便应当满足一个透过率分布条件，即[f(θ)*g(θ)]-1
。因此，本技术实施例在步骤201及202之后，还需要根据透过率分布条件[f(θ)*g(θ)]-1
调整通光区20中各个子通光区21的透过率，以使大视场角深度相机最终获取的图像亮度均匀。
[0034]
在一些实施例中，步骤201之前还可以包括：获取出射光场于目标区域不同位置的实际亮度分布，以及获取出射光场于目标区域不同位置的目标亮度分布；根据实际亮度分布以及目标亮度分布，将目标区域划分为多个相互衔接的子目标区域；根据多个子目标区域将通光区沿预设方向划分为多个相互衔接的子通光区；其中，子通光区的数量与子目标区域相同。此处，有必要进行说明，目标亮度分布一般由客户指定给深度相机的生产厂商，其是客户期望的亮度分布，其通常为出射光场的远地亮度与近地亮度之间的比值大于预设阈值；其中，远地亮度为出射光场于目标区域的远地面位置的亮度，近地亮度为出射光场于目标区域的近地面位置的亮度。
[0035]
在本实施例中，对通光区20进行透过率分区之前，还需要将通光区20划分为多个相互衔接的子通光区21，以为透过率分区提供基础。具体地，将通光区20划分为多个子通光区21的过程为：结合出射光场于目标区域不同位置的实际亮度分布与客户期望的目标亮度分布，将目标区域划分为多个相互衔接的子目标区域；根据所划分的多个子目标区域，将通光区20划分为与多个子目标区域相对应的多个子通光区21，也就是说子通光区21的数量与子目标区域的数量相同。可以理解的是，将通光区20划分为多个子通光区21之后，便可以通过步骤203对通光区20中各个子通光区21的透过率进行调控，调控时需要满足透过率分布
条件[f(θ)*g(θ)]-1
，这是透过率分区设计时的大前提，而由于客户具有期望的目标亮度分布，所以本实施例在对通光区20中各个子通光区21的透过率进行调控时，还应当以目标亮度分布为参照。
[0036]
在一些实施例中，请进一步参阅图3，图3为本技术实施例提供的计算通光区任意位置与通光区中心位置之间的距离时的分析参照图。通光区20的任意位置与通光区20的中心位置之间的距离r可以由如下公式表示：
[0037]
r＝d*tan(α)；
[0038]
其中，d为通光区20与投射模组内的光源或接收模组内的光电传感器之间的距离；α为从任意位置出射的出射光束与从中心位置出射的出射光束之间的夹角，或为从任意位置入射的出射光束(即反射光束)与从中心位置入射的出射光束之间的夹角。
[0039]
为了更加清楚地理解本技术实施例提供的通光结构的制作方法，下面通过一个具体的实例(可以参阅图4，图4为本技术实施例提供的利用通光结构的制作方法对通光区进行透过率分区时的示例图)对该通光结构的制作方法进行辅助理解。该实例的目的在于：通过调控通光区20中各个子通光区21的透过率的方式，降低出射光场于目标区域的近地面位置的光场强度，从而解决近地面过曝的问题。该实例如下：
[0040]
获取深度相机的出射光场于目标区域不同位置的实际亮度分布和目标亮度分布；结合实际亮度分布与目标亮度分布，将目标区域划分为三个相互衔接的子目标区域(即图4中的区域1、区域2及区域3)；根据区域1、区域2、区域3，以及通光结构在深度相机中的安装位置(比如通光结构与投射模组之间的距离d)、深度相机与地面之间的相对位置(比如深度相机中投射模组与地面之间的距离h)，将通光区20沿预设方向划分为相应的且相互衔接的三个分区(即图4中的分区1、分区2及分区3)；以客户期望的目标亮度分布为参照，根据透过率分布条件[f(θ)*g(θ)]-1
调整通光区20中分区1、分区2及分区3的透过率。其中，在将通光区20沿预设方向划分为多个子通光区21的过程中，可以根据通光结构在深度相机中的安装位置、深度相机与地面之间的相对位置，换算出通光区20中各个子通光区21的位置，比如图4中的s1＝d
×
h/d2。
[0041]
请参阅图5以及图6，图5为本技术实施例提供的深度相机的结构示意图，图6为本技术实施例提供的深度相机去除外壳后的结构示意图。本技术实施例还提供了一种深度相机，包括外壳50、电路板60、投射模组30以及接收模组40；其中，电路板60、投射模组30和接收模组40均设于外壳50内，投射模组30和接收模组40均设置在电路板60上，外壳50的表面于投射模组30的传输光路上设置有一个本技术实施例提供的通光结构(即图5中的34)，外壳50的表面于接收模组40的传输光路上设置有另一个本技术实施例提供的通光结构(即图6中的45)。
[0042]
作为一种实施方式，请进一步参阅图7，图7为本技术实施例提供的投射模组的结构示意图。投射模组可以包括第一壳体31、光源32和光扩散器件33；第一壳体31具有第一容置腔311及连通第一容置腔311与外部空间的第一开口(图中未示出)，光源32设置在第一容置腔311内，光扩散器件33设置于第一开口以对第一开口进行封堵；其中，光源32用于发射出射光束以投射到目标区域形成相应的出射光场，出射光束依次通过光扩散器件33及相应的通光结构34被发射至目标区域。在图7中，灰色带箭头的虚线即为出射光束的光路，出射光束先后经过光扩散器件33及相应的通光结构34之后照射于目标区域。在本文中，光扩散
器件33可以为doe和diffuser中的任一种。
[0043]
作为一种实施方式，请进一步参阅图8，图8为本技术实施例提供的接收模组的结构示意图。接收模组可以包括第二壳体41、光电传感器42、滤光器件43和镜头44；第二壳体41具有第二容置腔411及连通第二容置腔411与外部空间的第二开口(图中未示出)，光电传感器42设置在第二容置腔411内，镜头44设置于第二开口以对第二开口进行封堵，滤光器件43设置在第二容置腔411内且位于光电传感器42与镜头44之间；其中，光电传感器42用于接收经目标区域反射后的部分出射光束(即反射光束)，反射光束依次通过相应的通光结构45、镜头44和滤光器件43被光电传感器42接收。在图8中，灰色带箭头的虚线即为反射光束的光路，反射光束依次经过相应的通光结构45、镜头44及滤光器件43之后被接收。
[0044]
应当理解的是，上述实施方式仅作为本技术实施例的优选实现，其并非是对投射模组30、接收模组40的具体构成的唯一限定；对此，本领域技术人员可以在本技术实施例的基础上，根据实际应用场景进行灵活设定。此外，并非仅限于在外壳50的表面设置通光机构(即图5中的34和45)，在其它实施例中，也可以使得光扩散器件33具有本技术实施例提供的通光结构，和/或使得滤光器件43具有本技术实施例提供的通光结构，这是根据实际应用场景确定的，本技术实施例对此不做唯一限定。
[0045]
需要说明的是，本技术内容中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于产品类实施例而言，由于其与方法类实施例相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法类实施例的部分说明即可。
[0046]
还需要说明的是，在本技术内容中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0047]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本技术内容。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本技术内容中所定义的一般原理可以在不脱离本技术内容的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术内容将不会被限制于本技术内容所示的这些实施例，而是要符合与本技术内容所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。