深度相机的照明光整形制造技术

公开了用于将照明光投射在图像环境中的飞行时间(TOF)深度相机和方法的各实施例。TOF深度相机的一个示例实施例包括：光源，该光源被配置成生成相干光；第一光学级，该第一光学级包括周期性安置的透镜元件阵列，该阵列被定位成接收相干光的至少一部分并形成发散光；第二光学级，该第二光学级被定位成接收发散光的至少一部分并降低该发散光中的一个或多个衍射伪像的强度以形成用于投射到照明环境中的照明光；以及，图像传感器，该图像传感器被配置成检测从照明环境反射的返回照明光的至少一部分。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】飞行时间深度相机背景在飞行时间(TOF)深度相机中，将光脉冲从光源投射到图像环境中的对象，该对象被聚焦在图像传感器上。可能难以使图像环境充满照明光，因为图像环境可具有相当大的体积，并可具有不匹配来自光源的光束的形状(例如，圆形)的截面形状(例如，矩形)。此外，成像光学器件可具有期望在其中有一致的投射光强的大景深。一些实现期望照明光形状的先前方法采用随机布置的微透镜。然而，由于这样的微透镜的大小是随机的并且这样的微透镜是随机分布的，因此控制光在图像环境内的分布(包括光的截面分布以及光在房间内照明的包络的尺寸)的能力可能受到损害。概述公开了涉及对投射在图像环境中的TOF深度相机照明光进行整形的各个实施例。例如，一个实施例提供TOF深度相机，该TOF深度相机包括被配置成生成相干光的光源。示例TOF深度相机还包括第一光学级，该第一光学级包括周期性布置的透镜元件阵列，该阵列被定位成接收相干光的至少一部分。该TOF深度相机还包括第二光学级，该第二光学级被定位成接收发散光的至少一部分并被适配成降低该发散光中的一个或多个衍射伪像的强度以形成要投射在照明环境中的照明光。该示例TOF深度相机还包括图像传感器，该图像传感器被配置成检测从照明环境反射的返回照明光的至少一部分。提供本概述是为了以简化的形式介绍将在以下具体实施方式中进一步描述的概念选择。本概述并不旨在标识所要求保护主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护主题的范围。此外，所要求保护的主题不限于解决在本公开的任一部分中所提及的任何或所有缺点的实现。附图简述图1示意性地示出根据本公开的一实施例的示例使用环境中的示例飞行时间深度相机。图2示意性地示出用于示例飞行时间深度相机的示例照明器，根据本公开的一实施例该示例照明器被描绘成改变光包络的形状。图3示意性地示出根据本公开的一实施例的另一示例照明器。图4示意性地示出根据本公开的一实施例的示例照明器的光整形级的示例。图5示意性地示出根据本公开的一实施例的光整形级的另一示例。图6在某种程度上示意性地示出根据本公开的一实施例的示例光整形级中包括的示例透镜元件的透视图。图7示出根据本公开的一实施例的照明光的非相干辐射和光轴之间示出示例照明分布的示例关系。图8示意性地示出根据本公开的一实施例的另一示例照明器。图9示出了解说根据本公开的一实施例的将照明光投射在图像环境中的示例方法的流程图。详细描述如上所述，TOF深度相机利用从TOF深度相机投射在图像环境中的光脉冲(例如，红外光和/或可见光)。照明光脉冲从图像环境中的各个对象表面反射出并返回到图像传感器。TOF深度相机通过量化依赖于时间的返回光信息来生成距离数据。换言之，由于与从较远离感光表面的对象特征处被反射出时相比，当光从较接近于感光表面的特征处被反射出时被更快检测到，因此TOF深度相机可确定关于该对象的特征的距离信息。可能难以使图像环境充满期望强度分布的照明光。例如，可期望与在成像环境的中心处相比，在图像环境的周边附近的区域中投射光的强度在某种程度上更大，因为从那些区域反射的光可由于在成像光学器件上的入射角而在图像传感器上具有更低的强度。此外，如上所述，成像环境可具有与光源所发射的光不同的截面形状。成像环境还可能相对较大，以捕捉潜在的多个用户的潜在的较大范围的移动。与TOF深度相机一起使用的照明源可在圆形模式或呈圆形的发射包络中发射光。因此，以实现跨整个非圆形的图像环境的相对均匀的照明强度的方式将呈圆形的发射模式覆盖在非圆形的图像环境上可导致该环境的不被用于进行深度分析的各部分的照明。这可浪费光源功率，并且还可涉及对更强大且更昂贵的光源的使用。一些重新整形照明光的先前方法采用随机分布的球形微透镜。通过使微透镜随机分布，发射的光的形状可被调整，同时避免引入可由周期性布置的微透镜引起的衍射干扰。然而，由于这些微透镜的大小是随机的，因此控制光在图像环境内的分布(包括光的截面分布以及光在房间内照明的包络的尺寸)的能力可能受到损害。因此，本文中提供了用于用照明光来照明图像环境的TOF深度相机及方法的各实施例以重新整形发射的光并调整经重新整形的光的投射包络和照明截面。在一个示例中，提供了一种TOF深度相机，该TOF深度相机包括被配置成生成相干光的光源。该示例TOF深度相机还包括第一光学级，该第一光学级包括周期性布置的透镜元件阵列，该阵列被定位成接收相干光的至少一部分并被适配成使相干光发散以形成发散光。该示例TOF深度相机还包括第二光学级，该第二光学级被定位成接收发散光的至少一部分并被适配成降低发散光中的一个或多个衍射伪像的强度以形成要投射在照明环境中的照明光。该示例TOF深度相机还包括图像传感器，该图像传感器被配置成检测从照明环境反射的返回照明光的至少一部分。图1示意性地示出TOF深度相机100的实施例。在图1所示的实施例中，TOF深度相机100包括照明器102，该照明器102被配置成用照明光108来照明定位在图像环境106中的对象104的一部分。例如，照明光108A的照到对象104的一部分的射线被作为返回光112反射出。来自返回光112的光子可被收集并被用于生成对象104的深度信息，如以下详细解释的。尽管图1所示的示例描绘了单个照明器102被包括在TOF深度相机100中，但将领会，多个照明器102可被包括在TOF深度相机100中以照明图像环境。TOF深度相机100还包括图像传感器110，该图像传感器110被配置成检测从图像环境106反射的返回照明光112的至少一部分。图像传感器110包括检测器114，该检测器114用于收集返回照明光112以用于生成该场景的深度信息(诸如，深度图)。在图1所示的实施例中，照明器102包括光源118以及光学组件120，光源118被配置成生成相干光，光学组件120被配置成整形相干光并使该相干光朝向图像环境106定向。光源118可以以任何合适的波长(包括但不限于红外波长和可见波长)发射相干光。在一些实施例中，光源118可包括被布置在光群集中的一个或多个单独的光产生元件。如本文中所使用的，光群集指的是被配置成发射相干光的多个光发射器的布置或分组。在一些实施例中，多个光发射器可以被包括在公共外壳中。这样的光群集可具有任何合适的形状，并可包括任何合适数目的光发射器。在这样的实施例中的一些中，光源118可包括呈直线的光条，该光条具有多个平行布置的光发射器。例如，在一个特定示例中，光条可被配置成从十一个平行光发射器发射平行光束。出于讨论的目的，光图像环境106可被分解成照明深度区域和照明包络区域。照明深度区域指的是投射光的焦距。在图1所示的实施例中，照明光108被投射到由近边缘124和远边缘126界定的照明深度区域122。照明深度区域122可具有任何合适的范围。在一个非限制示例中，照明深度区域122可以为约3.5m深。照明包络区域指的是用照明光108照亮的截面区域。在图1所示的实施例中，呈矩形的照明包络区域128是用水平尺寸130和用垂直尺寸132来表示的。然而，将领会，呈任何合适形状的照明包络区域128(例如，椭圆形状、多边形形状或其他封闭形状)可被形成，而不背离本公开的范围。光学组件120可被配置成将光源118所发射的光的发射包络变换成呈不本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种飞行时间深度相机，包括：光源，所述光源被配置成生成相干光；第一光学级，所述第一光学级包括周期性布置的透镜元件阵列，该阵列被定位成接收所述相干光的至少一部分，所述第一光学级被适配成使所述相干光的所述部分发散以形成发散光，发散光的特征在于在较远离所述发散光的光轴处比在较接近于所述发散光的光轴处更强的光分布；第二光学级，所述第二光学级被定位成接收所述发散光的至少一部分，所述第二光学级被适配成降低所述发散光中的一个或多个衍射伪像的强度以形成要投射在照明环境中的照明光；以及图像传感器，所述图像传感器被配置成检测从所述照明环境反射的返回照明光的至少一部分。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.08.14 US 13/585,6201.一种飞行时间深度相机，包括：光源，所述光源被配置成生成相干光；第一光学级，所述第一光学级包括第一周期性布置的透镜元件阵列，该阵列被定位成至少接收所述相干光的一部分，所述第一光学级被适配成使所述相干光的所述部分发散以形成发散光，所述发散光的特征在于所述发散光的光分布,所述光分布在较远离所述发散光的光轴的区域中比在较接近于所述发散光的光轴的位置处展示更大的辐射强度；第二光学级，所述第二光学级被定位成接收所述发散光的至少一部分，所述第二光学级被适配成降低所述发散光中的一个或多个衍射伪像的强度以形成要投射在照明环境中的照明光；以及图像传感器，所述图像传感器被配置成检测从所述照明环境反射的返回照明光的至少一部分。2.如权利要求1所述的飞行时间深度相机，其特征在于，该阵列为周期性布置的透镜元件的长方形阵列，并且其中所述长方形阵列的长轴透镜元件间距不同于所述长方形阵列的短轴透镜元件间距。3.如权利要求2所述的飞行时间深度相机，其特征在于，所述长轴透镜元件间...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·M·胡德曼，
申请(专利权)人：微软公司，
类型：发明
国别省市：美国;US