一种光学图案的设计方法、面阵投影装置及一种深度相机制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种光学图案的设计方法，所述方法包括：生成规则的第一图案，所述第一图案中包括多个按照固定横纵间距排列的第一斑点颗粒；随机移动所述第一图案中的各所述第一斑点颗粒，得到第二图案；将所述第二图案中的所述第一斑点颗粒按照预设规则重新排列，得到第一光学图案，所述第一光学图案为光源排列图案，用于与第二光学图案复合后形成复合光学图案，所述第二光学图案为单束光经过衍射光学元件扩束形成的图案。本发明专利技术还公开了一种面阵投影装置和一种深度相机。通过上述方式，能够得出均匀且具有较强不相关性的复合光学图案，同时采用这种设计方法制作的投影装置具有体积小、功耗低以及透射均匀的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学领域，特别是涉及一种光学图案的设计方法、面阵投影装置及一种深度相机。
技术介绍
深度相机由于其精度高、采集速度快等优点目前被广泛使用在体感游戏、机器人及无人机视觉系统等领域。深度相机包括投影模组，投影模组一般由单个激光光源、透镜、衍射光学元件(DiffractiveOpticalElements，DOE)构成。深度相机通过其中的投影模组向目标空间投射固定的结构光散斑图案，而结构光散斑图案的样式往往由DOE来决定。随着深度相机的应用领域越来越广泛，除了机器人、无人机等设备之外，深度相机也会逐步集成到平板、手机等设备中去，这就要求深度相机有着更小的体积、更低的功耗以及更强的性能，而采用单个激光光源的投影模组往往不能满足此要求。同时，为了准确计算出目标空间的深度图像一般要求散斑图案均匀且具有较强的不相关性，此时如若不采用单个激光光源，则结构光散斑图案的不相关性除了受DOE的影响外，还需要考虑光源的排列设计。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题是提供一种光学图案的设计方法、面阵投影装置及深度相机，能够实现深度相机体积小、计算的深度值精确等优点。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：提供一种光学图案的设计方法，包括：生成规则的第一图案，所述第一图案中包括多个按照固定横纵间距排列的第一斑点颗粒；随机移动所述第一图案中的各所述第一斑点颗粒，得到第二图案；将所述第二图案中的所述第一斑点颗粒按照预设规则重新排列，得到第一光学图案，所述第一光学图案为光源排列图案，用于与第二光学图案复合后形成复合光学图案，所述第二光学图案为单束光经过衍射光学元件扩束形成的图案。进一步地，生成规则的第三图案，所述第三图案中包括多个按照固定横纵间距排列的第二斑点颗粒；随机移动所述第三图案中的各所述第二斑点颗粒，得到所述第二光学图案。其中，将所述第二图案中的所述第一斑点颗粒按照预设规则重新排列，得到第一光学图案包括：将所述第二图案划分为多个大小相同的格子；将所述第二图案中的所有所述第一斑点颗粒重新分配至所述格子中；按照分配结果调整所述第二图案中的所述第一斑点颗粒的坐标，得到所述第一光学图案。其中，每个所述格子的长宽等于所述第三图案中相邻所述第二斑点颗粒之间的横纵间距。其中，所述将所述第二图案中的所有所述第一斑点颗粒重新分配至所述格子中包括：将所述第二图案中的所有所述第一斑点颗粒随机或者按照指定样式重新分配至所述格子。其中，所述指定样式为圆形或椭圆形。同时，所述第二图案中的所述第一斑点颗粒的坐标为(X,Y)，所述第三图案中相邻所述第二斑点颗粒之间的横纵间距分别为l和w，所述第二图案的长宽分别为L和W，且m＝L/l，n＝W/w，其中，m和n均为大于1的整数；所述按照分配结果调整所述第二图案中的所述第一斑点颗粒的坐标包括：将所述分配结果中落在第(i,j)个格子中的第一斑点颗粒的坐标调整为(x,y)，其中x＝[(i-1)L+X]/m，y＝[(j-1)W+Y]/n，1≤i≤m，1≤j≤n，i和j为整数。同时，所述随机移动所述第三图案中的各所述第二斑点颗粒包括：将所述第二斑点颗粒在以原位置为圆心，以第一预定值为半径的圆内随机移动。其中，所述第一预定值与所述第三图案中的相邻所述第二斑点颗粒之间的横纵间距的比值小于0.3。同时，所述随机移动所述第一图案中的各所述第一斑点颗粒包括：将所述第一斑点颗粒在以原位置为圆心，以第二预定值为半径的圆内随机移动。其中，所述第二预定值与所述第一图案中的相邻所述第一斑点颗粒之间的横纵间距的比值小于0.3。为了解决上述技术问题，本专利技术还提供了一种面阵投影装置，包括：面阵光源，包括多个发光元件，用于发射激光；衍射光学元件，用于接收所述面阵光源发射的激光并将其转换为图案化的激光；其中，所述多个发光元件的排布为使用如权利要求1-11中任一项所述的方法设计得到的第一光学图案，单束光经过所述衍射光学元件扩束后形成第二光学图案，所述衍射光学元件转换后的激光图案为复合光学图案。为了解决上述技术问题，本专利技术还提供了一种深度相机，包括：如权利要求12所述的面阵投影装置，用于向目标空间投射光学图案；图像采集器，用于采集由所述面阵投影装置向所述目标空间投射的所述光学图案；处理器，用于根据由所述图像采集器采集的所述光学图案计算出对应的深度值。其中，所述处理器具体用于利用图像匹配算法计算出所述光学图案与预设的参考图案的各像素偏离值，并根据所述偏离值进一步计算出所述深度值。本专利技术的有益效果是：区别于现有技术的情况，本专利技术通过随机移动第一图案中的第一斑点颗粒并对其进行重新排列，得到第一光学图案，进而在与第二光学图案复合后得到复合图案，取代了现有技术中仅由第二光学图案决定复合光学图案结构的情形，具有较强的均匀性与不相关性。附图说明图1是本专利技术光学图案的设计方法第一实施例的流程示意图；图2是本专利技术光学图案的设计方法中第一图案示意图；图3是本专利技术光学图案的设计方法中第二图案示意图；图4是本专利技术光学图案的设计方法中第一光学图案示意图；图5是本专利技术光学图案的设计方法由第二图案生成第一光学图案流程示意图；图6是本专利技术光学图案的设计方法中第二光学图案生成流程示意图；图7是本专利技术光学图案的设计方法中第三图案示意图；图8是本专利技术光学图案的设计方法第二光学图案示意图；图9是本专利技术光学图案的设计方法第一光学图案与第四图案对比示意图；图10是本专利技术光学图案的设计方法复合光学图案示意图；图11是本专利技术面阵投影装置一实施例结构示意图；图12是本专利技术深度相机一实施例结构示意图。具体实施方式请参阅图1至图9，本专利技术光学图案的设计方法第一实施例包括：S110，生成规则的第一图案11，第一图案11中包括多个按照固定横纵间距排列的第一斑点颗粒；第一图案11由多个第一斑点颗粒组成，且每个第一斑点颗粒按均匀的行列进行排列，相邻的第一斑点颗粒横向的间距彼此相同，同时相邻的第一斑点颗粒纵向的间距也均彼此相同。S120，随机移动第一图案11中的各第一斑点颗粒，得到第二图案12；随机移动第一图案11中的各第一斑点颗粒具体可以是将第一斑点颗粒在以原位置为圆心，以第二预定值为半径的圆内随机移动。其中，第二预定值是用户预先设定的第一斑点颗粒随机移动范围的半径，与第一图案11中的相邻第一斑点颗粒之间的横纵间距的比值小于0.3，优选为0.05～0.3。容易理解地，当圆的半径远小于相邻第一散斑颗粒间距时，所得到的第二图案12不规则，即其中的相邻第一斑点颗粒之间的横纵间距不相同，但整体而言，第一斑点颗粒的排列仍然相对均匀。S130，将第二图案12中的第一斑点颗粒按照预设规则重新排列，得到第一光学图案13。预设规则是指用户预先设定的调整方法，可以是按照一定的形状、样式或者是根据第一斑点颗粒的原始坐标并利用某一算法、函数或者某一公式将第一斑点颗粒重新定位。在一个应用场景中，请参阅图5，将第二图案12中的第一斑点颗粒按照预设规则重新排列，得到第一光学图案13具体包括：S131，将第二图案12划分为多个大小相同的格子；其中，每个格子排列规则有序。S132，将第二图案12中的所有第一斑点颗粒重新分配至格子中；第二图案12划分为多个格子后，该格子的数量与第一斑点颗粒的数量呈一对一或者一对多的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学图案的设计方法，其特征在于，包括：生成规则的第一图案，所述第一图案中包括多个按照固定横纵间距排列的第一斑点颗粒；随机移动所述第一图案中的各所述第一斑点颗粒，得到第二图案；将所述第二图案中的所述第一斑点颗粒按照预设规则重新排列，得到第一光学图案，其中，所述第一光学图案为光源排列图案，用于与第二光学图案复合后形成复合光学图案，所述第二光学图案为单束光经过衍射光学元件扩束形成的图案。

【技术特征摘要】
1.一种光学图案的设计方法，其特征在于，包括：生成规则的第一图案，所述第一图案中包括多个按照固定横纵间距排列的第一斑点颗粒；随机移动所述第一图案中的各所述第一斑点颗粒，得到第二图案；将所述第二图案中的所述第一斑点颗粒按照预设规则重新排列，得到第一光学图案，其中，所述第一光学图案为光源排列图案，用于与第二光学图案复合后形成复合光学图案，所述第二光学图案为单束光经过衍射光学元件扩束形成的图案。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：生成规则的第三图案，所述第三图案中包括多个按照固定横纵间距排列的第二斑点颗粒；随机移动所述第三图案中的各所述第二斑点颗粒，得到所述第二光学图案。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将所述第二图案中的所述第一斑点颗粒按照预设规则重新排列，得到第一光学图案包括：将所述第二图案划分为多个大小相同的格子；将所述第二图案中的所有所述第一斑点颗粒重新分配至所述格子中；按照分配结果调整所述第二图案中的所述第一斑点颗粒的坐标，得到所述第一光学图案。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，每个所述格子的长宽等于所述第三图案中相邻所述第二斑点颗粒之间的横纵间距。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述将所述第二图案中的所有所述第一斑点颗粒重新分配至所述格子中包括：将所述第二图案中的所有所述第一斑点颗粒随机或者按照指定样式重新分配至所述格子。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述指定样式为圆形或椭圆形。7....

【专利技术属性】
技术研发人员：黄源浩，刘龙，肖振中，许星，
申请(专利权)人：深圳奥比中光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44