一种基于激光散斑投射的ToF深度传感器及其测距方法技术

本公开涉及一种基于激光散斑投射的ToF深度传感器，包括：激光投射器，用于向被探测空间投射带有相位信息的周期红外激光信号；衍射光学元件DOE，用于将一束入射红外激光信号均匀地分配成L束出射红外激光信号，使每束出射红外激光信号都带有各自的相位信息，出射红外激光信号的光束直径、发散角和波前均与入射红外激光信号相同，只是传播方向发生改变，并控制激光散斑投射出的编码图案；图像传感器，用于通过匹配激光散斑与图像传感器像素点来计算出测量对象的深度信息。所述ToF深度传感器可以降低功耗，提升测距时的抗干扰能力，在智能设备、无人车等领域具有广泛应用前景。

ToF depth sensor based on laser speckle projection and its ranging method

The present disclosure relates to a ToF depth sensor based on laser speckle projection, including a laser projector for projecting periodic infrared laser signals with phase information into the detected space, a diffractive optical element DOE for evenly distributing an incident infrared laser signal into an L-beam to emit an infrared laser signal, so that each emitted infrared laser signal has its own phase information. The beam diameter, divergence angle and wavefront of the emitted infrared laser signal are the same as that of the incident infrared laser signal, but the propagation direction is changed, and the coding pattern of the laser speckle projection is controlled. The image sensor is used to calculate the depth information of the measured object by matching the laser speckle and the pixels of the image sensor. The ToF depth sensor can reduce power consumption and improve the anti-interference ability in ranging, and has wide application prospects in intelligent equipment, unmanned vehicle and other fields.

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光散斑投射的ToF深度传感器及其测距方法
本公开属于深度传感器、机器视觉、激光散斑和TOF
，特别涉及一种基于激光散斑投射的ToF深度传感器及其测距方法。
技术介绍
近年来三维深度感知设备开始进入人们的眼球，高精度的深度传感器作为一种新型的获取外界信息的媒介，有利于推动机器视觉的发展，实现机器人理解外部世界，同时也推动了人机交互的发展。深度感知技术大致可分为被动式和主动式。传统的双目立体视觉测距是一种被动式测距方法，其受环境光影响大、立体匹配过程复杂。主动式测距方法主要有结构光编码测距和ToF(飞行时间)测距两种方法。结构光编码测距法本质上属于激光三角测距，随着距离的增加，测距精度会急剧下降。ToF相机通过计算发射激光的飞行时间获取对应像素的深度信息，虽然目前ToF相机获取的深度图像分辨率比较低，但响应时间短，远距离测距时获得的深度信息精度比较高。随着ToF模组体积的变小，逐步在嵌入式设备中得到应用和推广。然而由于目前ToF的投射模块均使用泛光照明，这种均匀照射使得出射光能量分散，因此实现远距离测距需要较大功率的激光器。但是，为了符合安全标准的要求且出于功耗等方面的考本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于激光散斑投射的ToF深度传感器，包括：激光散斑投射单元和图像传感器；其中，所述激光散斑投射单元由激光投射器和衍射光学元件DOE组成；所述激光投射器，用于向被探测空间投射带有相位信息的周期红外激光信号；所述衍射光学元件DOE，用于将一束入射红外激光信号均匀地分配成L束出射红外激光信号，使每束出射红外激光信号都带有各自的相位信息，出射红外激光信号的光束直径、发散角和波前均与入射红外激光信号相同，只是传播方向发生改变，并控制激光散斑投射出的编码图案，其中L为大于1的正整数；所述图像传感器，用于获取深度信息。

【技术特征摘要】
1.一种基于激光散斑投射的ToF深度传感器，包括：激光散斑投射单元和图像传感器；其中，所述激光散斑投射单元由激光投射器和衍射光学元件DOE组成；所述激光投射器，用于向被探测空间投射带有相位信息的周期红外激光信号；所述衍射光学元件DOE，用于将一束入射红外激光信号均匀地分配成L束出射红外激光信号，使每束出射红外激光信号都带有各自的相位信息，出射红外激光信号的光束直径、发散角和波前均与入射红外激光信号相同，只是传播方向发生改变，并控制激光散斑投射出的编码图案，其中L为大于1的正整数；所述图像传感器，用于获取深度信息。2.根据权利要求1所述的ToF深度传感器，优选的，所述获取深度信息包括：先获取所述图像传感器的单个像素尺寸，然后图像传感器的每个像素与每束出射红外激光信号到达被探测空间后形成激光散斑进行发射接收视场匹配，再利用入射红外激光信号和出射红外激光信号的相位差来获取深度信息。3.根据权利要求2所述的ToF深度传感器，所述匹配的原则是，在测距范围内测距时，使得每个图像传感器像素点均有激光散斑经反射后落入。4.根据权利要求1所述的ToF深度传感器，所述入射红外激光信号经过衍射光学元件DOE分束后投射出激光散斑阵列。5.根据权利要求4所...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛晨阳，乔欣，姚慧敏，周艳辉，邓鹏超，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61