提升视场角或者点密度的3D结构光投射器及相机系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种提升视场角或者点密度的3D结构光投射器及相机系统，包括发光光源VCSEL、准直镜、光学衍射原件DOE、偏移机构、安装板、连接器、PCB板；所述发光光源VCSEL设置在安装板，用于产生发光光源；所述准直镜设置在发光光源VCSEL的光束传递方向上，用于将发光光源VCSEL产生的光源以平行光束方式传播；所述光学衍射原件DOE设置在准直镜的前方，用于将平行光束衍射投射光斑点；所述偏移机构设置在光学衍射原件DOE的前方，用于通过对光斑点偏移增大光束的角度增大或者增加光斑点的密度；所述安装板一侧与连接器连接，用于承载发光光源VCSEL；所述连接器另一侧与PCB板电连接，用于提供电源；所述PCB板，用于通过电压或电流控制发光光源VCSEL发出的光能够进行偏移。移。移。

【技术实现步骤摘要】
提升视场角或者点密度的3D结构光投射器及相机系统


[0001]本技术属于相机成像
，具体涉及一种提升视场角或者点密度的3D结构光投射器及相机系统。

技术介绍

[0002]3D结构光系统的原理是其散斑图案在不同距离上是整体移动的，散斑的大小和分布模式不会随距离变化而变化，根据上面的原理可以得知在不同距离下得到的图像与参考图像都是行方向的平移关系(如图1所示)，散斑结构光算法的本质就是计算物体散斑图和参考散斑图的行方向平移关系，从而得到视差，最终计算出每个点的深度值，如图2所示。
[0003]而在工业、机器人等领域会提出大视场角的需求，针对于此需求，虽然3D结构光使用的光学衍射元件(DOE)是可以设计成大视场角的，但是实际生产制作的光学元件在整机中的表现效果比较差，深度图的周边会有黑洞的情况产生，如图3所示。
[0004]光学衍射原件(DOE)的原理是通过中心零级向外进行衍射的，衍射势必会出现畸变，如图4所示，左侧是设计的理想的7*5的光学衍射原件(DOE)，但是经光学设计及生产加工后的实物如右侧，在输出的图像周边会出现很大的畸变，并且视场角越大，周边的畸变表现就会越大，周边级次图像的成像点与中心零级的成像点有很大的差别，点由正常的圆形变成椭圆形，并且点与点之间的间距也变大(如图5所示)，此时的点极会出现更大的相似性，导致算法匹配时出现一定的错乱，就会造成图3中的周边黑洞。
[0005]另外，目前的3D结构光系统进行深度计算时是通过实际拍摄的光斑点图和参考图的光斑点图进行比对，确认相同位置点的偏移量，使用三角函数计算得出，但是由于光斑点之间是存在一定的间距，两点之间的间距位置的深度是通过相邻点计算得到的深度值进行拟合得出，由于点与点之间深度图是通过拟合得出，并非通过真实的点偏移计算得出，会造成拍摄的物体此部分的细节和实际出现一定的偏差。从上述中可以得出，如果点的数量越多，计算拟合出的位置部分会越少，这样拍摄的物体的细节越清晰。
[0006]然而，由于使用的激光光源VCSEL是对于发光点进行阵列(按照一定的规律或者无规律)生产制作的，但是由于激光光源正常工作时是一发热体，为了保证良好的散热，输出符合规格的管功率，因此设计及生产制作VCSEL上的点时，会预留出一定的间距，如图6所示，激光光源VCSEL通过光源衍射元件输出的光斑点图，如图7所示，示例中为3*3衍射图。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本技术的主要目的在于提供一种提升视场角或者点密度的3D结构光投射器及相机系统。
[0008]为达到上述目的，本技术的技术方案是这样实现的：
[0009]本技术实施例提供一种提升视场角或者点密度的3D结构光投射器，该3D结构光投射器包括发光光源VCSEL、准直镜、光学衍射原件DOE、偏移机构、安装板、连接器、PCB板；
[0010]所述发光光源VCSEL设置在安装板，用于产生发光光源；
[0011]所述准直镜设置在发光光源VCSEL的光束传递方向上，用于将发光光源VCSEL产生的光源以平行光束方式传播；
[0012]所述光学衍射原件DOE设置在准直镜的前方，用于将平行光束衍射投射光斑点；
[0013]所述偏移机构设置在光学衍射原件DOE的前方，用于通过对光斑点偏移增大光束的角度增大或者增加光斑点的密度；
[0014]所述安装板一侧与连接器连接，用于承载发光光源VCSEL；
[0015]所述连接器另一侧与PCB板电连接，用于提供电源；
[0016]所述PCB板，用于通过电压或电流控制发光光源VCSEL发出的光能够进行偏移。
[0017]上述方案中，所述偏移机构采用液晶。
[0018]本技术实施例还提供一种相机系统，该系统包括如上述方案中所述的3D结构光投射器、结构前壳、结构后壳、接收相机；
[0019]所述结构前壳、结构后壳之间配合设置形成容纳3D结构光投射器和接收相机的腔体；
[0020]所述3D结构光投射器设置在结构前壳、结构后壳之间的腔体内，用于投射偏移后的光斑点；
[0021]所述接收相机设置在结构前壳、结构后壳之间的腔体内并且与3D结构光投射器的PCB板连接，用于采集3D结构光投射器投射偏移后的光斑点。
[0022]上述方案中，所述结构前壳在3D结构光投射器、接收相机的对应位置设置有匹配的窗口。
[0023]上述方案中，所述偏移机构设置在发光光源VCSEL上或者结构前壳的窗口上。
[0024]与现有技术相比，本技术通过对于添加偏移机构，使投射器发光的光的角度增大或者增加投射出光斑点的密度，可以改善目前3D结构光模块中遇到的痛点。
附图说明
[0025]此处所说明的附图用来公开对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
[0026]图1为不同距离下得到的图像与参考图像都是行方向的平移关系图；
[0027]图2为散斑图案中每个点的深度值；
[0028]图3为散斑图案的成像图；
[0029]图4为光学衍射原件(DOE)通过中心零级向外进行衍射的衍射图；
[0030]图5为周边级次图像的成像点与中心零级的成像点的示意图；
[0031]图6为激光光源VCSEL设计的光斑点示意图；
[0032]图7为激光光源VCSEL通过光源衍射元件输出的光斑点的衍射图；
[0033]图8为本技术实施例提供一种提升视场角或者点密度的3D结构光投射器的结构示意图；
[0034]图9为本技术实施例提供一种相机系统的结构示意图；
[0035]图10为本技术实施例提供一种相机系统中高低电平/高低电流和投射出的光
斑Pattern的对应图；
[0036]图11为本技术实施例提供一种相机系统中对于第一帧和第二帧进行合成后输出结果的示意图；
[0037]图12为本技术实施例提供一种相机系统中高低电平/高低电流和投射出的光斑Pattern的对应图；
[0038]图13为本技术实施例提供一种相机系统中对于第一帧和第二帧进行合成后输出结果的示意图。
具体实施方式
[0039]为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
[0040]本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”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技术和简化描述，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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提升视场角或者点密度的3D结构光投射器，其特征在于，该3D结构光投射器包括发光光源VCSEL、准直镜、光学衍射原件DOE、偏移机构、安装板、连接器、PCB板；所述发光光源VCSEL设置在安装板，用于产生发光光源；所述准直镜设置在发光光源VCSEL的光束传递方向上，用于将发光光源VCSEL产生的光源以平行光束方式传播；所述光学衍射原件DOE设置在准直镜的前方，用于将平行光束衍射投射光斑点；所述偏移机构设置在光学衍射原件DOE的前方，用于通过对光斑点偏移增大光束的角度增大或者增加光斑点的密度；所述安装板一侧与连接器连接，用于承载发光光源VCSEL；所述连接器另一侧与PCB板电连接，用于提供电源；所述PCB板，用于通过电压或电流控制发光光源VCSEL发出的光能够进行偏移。2.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王百顺，余建男，徐小岚，
申请(专利权)人：深圳博升光电科技有限公司，
类型：新型
国别省市：