一种固态式环形三维成像装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于光电技术领域，特别涉及一种固态式环形三维成像装置。包括框架支撑模块及设置于框架支撑模块内的光发射模块和电子电路模块，电子电路模块用于控制光发射模块发射光线，框架支撑模块的一端设有用于将光线转化为环形结构光且反射到周边目标区域内的光锥反射模块，框架支撑模块的另一端设有位于框架支撑模块内侧和外侧的面阵光接收模块和倒锥反射模块，或者框架支撑模块的另一端设有摄像模块；倒锥反射模块用于将目标区域内物体的反射光线反射至面阵光接收模块内，面阵光接收模块用于接收倒锥反射模块反射的反射光线、并转化为光电信号输出。本发明专利技术相对于传统的单点扫描式的结构具有结构简单、体积小、寿命长的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种固态式环形三维成像装置
本专利技术属于光电
，特别涉及一种固态式环形三维成像装置。
技术介绍
传统的图像技术多指二维平面图像，其单张图像不具备深度信息，随着技术的发展，越来越多的应用场景希望能够获得三维信息。主要的实施方案包括：双目视觉方案、红外结构光结合摄像头方案、脉冲式激光扫描结合摄像头方案等。双目视觉方案在图像处理过程中需要大量的计算实现特征点的匹配等，且当距离较远的时候，双目无法实现三维的构建；红外结构光结合摄像头方案适合近距离的三维构建；脉冲式激光扫描结合摄像头方案能够同时测量的距离较远的地方，且具有高精度的特点。对于室内移动机器人领域，其移动速度较慢，且环境光干扰较弱，因此结构光结合摄像头方案是一种比较合适的方案。目前结构光方案包括：网格式结构光、单线式结构光、多线式结构光等，结构光作用到物体上，摄像头通过观测，分析得到三维距离信息，但其仅能够对装置前方一定角度范围内实现三维测量。现有实现大角度或360°的三维测量的装置，其接收模块和发射模块位于装置的中间，不利于装置的布线，两反射镜距离较近不利于装置的高精度测量，不利于在摄像头上形成清晰的像。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种固态式环形三维成像装置，其利用锥形反射镜将聚焦的激光变为环形结构光，实现360°的全方位照射，然后通过面阵光接收模块观测结构光，通过分析面阵传感器上接收到的结构光的信息分析各方位物体与装置的距离。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种固态式环形三维成像装置，包括框架支撑模块及设置于所述框架支撑模块内的光发射模块和电子电路模块，所述电子电路模块用于控制所述光发射模块发射光线，所述框架支撑模块的一端设有用于将所述光线转化为环形结构光且反射到周边目标区域内的光锥反射模块，所述框架支撑模块的另一端设有分别位于所述框架支撑模块内侧和外侧的面阵光接收模块和倒锥反射模块，或者所述框架支撑模块的另一端设有摄像模块；所述倒锥反射模块用于将所述目标区域内物体的反射光线反射至所述面阵光接收模块内，所述面阵光接收模块用于接收所述倒锥反射模块反射的反射光线、并转化为光电信号输出。所述光锥反射模块包括发射支撑薄壁壳和设置于所述发射支撑薄壁壳内的圆锥光反射镜，所述圆锥光反射镜将所述光线反射为环形结构光，所述发射支撑薄壁壳具有光线穿透性。所述圆锥光反射镜为360°的圆锥形，或为部分圆锥形结构。所述圆锥光反射镜为沿轴向多段圆锥形反射面结构，能够反射出多环形结构光。所述倒锥反射模块包括接收支撑薄壁壳和设置于所述接收支撑薄壁壳内的倒锥反射镜，所述接收支撑薄壁壳对光线具有穿透性。所述倒锥反射镜为360°的圆锥形，或部分圆锥形结构。所述倒锥反射镜为内凹圆锥形或外凸圆锥形或平面圆锥形结构。所述面阵光接收模块包括透镜和面阵传感器，所述透镜用于将所述倒锥反射模块反射的反射光线聚焦至所述面阵传感器上，所述面阵传感器用于接收所述反射光线、且转换为光电信号输出。所述光发射模块、光锥反射模块、倒锥反射模块和面阵光接收模块同轴安装。所述摄像模块为与所述光发射模块轴线同轴的全景相机摄像模块，或与所述光发射模块轴线同轴或垂直的超广角摄像模块，或与所述光发射模块轴线垂直的广角摄像模块。本专利技术的优点及有益效果是：1.本专利技术能够实现环形的三维成像，且不需要通过电机带动部件旋转，完全为固态结构，具有结构简单、标定容易、高寿命的特点。2.本专利技术具有高集成的特点，促使系统尺寸小，且便于安装。附图说明图1为本专利技术实施例一的结构示意图；图2为本专利技术同一方位不同距离物体面阵传感器上成像原理示意图；图3为本专利技术优化倒锥反射镜曲面实现近处压缩远处拉伸的原理示意图；图4为本专利技术面阵传感器接收图3中对应距离点的成像位置示意图；图5为本专利技术多圆锥形反射面结构原理示意图；图6为本专利技术实施例二的结构示意图；图7为本专利技术实施例三的结构示意图；图8为本专利技术实施例四的结构示意图。图中：1为光发射模块；2为光锥反射模块；21为圆锥光反射镜；22为发射支撑薄壁壳；3为倒锥反射模块；31为倒锥反射镜；32为接收支撑薄壁壳；4为面阵光接收模块；41为面阵传感器；5为电子电路模块；51为电源及通信接口；6框架支撑模块；7为全景相机摄像模块；8为超广角摄像模块；9为广角摄像模块，M为环形结构光。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细描述。如图1所示，本专利技术提供的一种固态式环形三维成像装置，包括框架支撑模块6及设置于框架支撑模块6内的光发射模块1和电子电路模块5，电子电路模块5用于控制光发射模块1发射光线，框架支撑模块6的一端设有用于将光线转化为环形结构光(如图1中的M)且反射到周边目标区域内的光锥反射模块2，框架支撑模块6的另一端设有位于框架支撑模块6内侧和外侧的面阵光接收模块4和倒锥反射模块3，倒锥反射模块3用于将目标区域内物体的反射光线反射至面阵光接收模块4内，面阵光接收模块4用于接收倒锥反射模块3反射的反射光线、并转化为光电信号输出；装置测量原理如图2所示，目标区域内与装置同一方向、不同距离的A点和B点，分别成像在面阵传感器41的a点和b点，以此类推，环形结构光作用到的周边目标区域内的物体都可以对应到面阵传感器41上相应的位置。光发射模块1、光锥反射模块2、倒锥反射模块3和面阵光接收模块4同轴安装。光锥反射模块2包括发射支撑薄壁壳22和设置于发射支撑薄壁壳22内的圆锥光反射镜21，圆锥光反射镜21将光线反射为环形结构光，发射支撑薄壁壳22具有光线穿透性。圆锥光反射镜21为360°的圆锥形，或也可以根据角度需求设计为非360°的部分圆锥形结构。如图4所示，圆锥光反射镜21为沿轴向多段圆锥形反射面结构，将光发射模块1发射的光线能够反射出多环形结构光。倒锥反射模块3包括接收支撑薄壁壳32和设置于接收支撑薄壁壳32内的倒锥反射镜31，接收支撑薄壁壳32对光线具有穿透性。倒锥反射镜31为360°的圆锥形，或也可以根据角度需求设计为非360°的部分圆锥形结构。倒锥反射镜31为内凹圆锥形或外凸圆锥形或平面圆锥形结构，本专利技术的实施例中，倒锥反射镜31为内凹圆锥形，如图2所示。倒锥反射模块3的倒锥反射镜31的曲面设计能够实现面阵光接收模块4的光线成像，为提高远距离处的测量精度，倒锥反射镜31的曲面设计具有近处成像压缩、远处成像拉伸中的一种或两种效果，如图3所示，环境中1、2、3、4、5、6、7相互的间隔距离相等，通过倒锥反射镜31的光学设计，使其在面阵传感器41上形成的对应的点1、2、3、4、5、6、7相互的距离也相等，如图4所示。面阵光接收模块4包括透镜和面阵传感器41，透镜位于倒锥反射镜31和面阵传感器41之间，用于将倒锥反射镜31反射的反射光线聚焦至面阵传感器41上，面阵传感器41用于接收反射光线、且转换为光电信号输出。光发射模块1发射的光线波长根据使用环境需求而选择，面阵传感器41为能够感应发射光线波长的传感器。电子电路模块5具有电源及通信接口51，框架支撑模块6上具有对外安装孔。电子电路模块5控制光发射模块1发射光线作用到光锥反射模块2的圆锥光反射镜21上，光线将转为环形结构光发射到周边，当周边有障碍物时，光线照射在障碍物上，部本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固态式环形三维成像装置，其特征在于，包括框架支撑模块(6)及设置于所述框架支撑模块(6)内的光发射模块(1)和电子电路模块(5)，所述电子电路模块(5)用于控制所述光发射模块(1)发射光线，所述框架支撑模块(6)的一端设有用于将所述光线转化为环形结构光且反射到周边目标区域内的光锥反射模块(2)，所述框架支撑模块(6)的另一端设有分别位于所述框架支撑模块(6)内侧和外侧的面阵光接收模块(4)和倒锥反射模块(3)，或者所述框架支撑模块(6)的另一端设有摄像模块；所述倒锥反射模块(3)用于将所述目标区域内物体的反射光线反射至所述面阵光接收模块(4)内，所述面阵光接收模块(4)用于接收所述倒锥反射模块(3)反射的反射光线、并转化为光电信号输出。

【技术特征摘要】
1.一种固态式环形三维成像装置，其特征在于，包括框架支撑模块(6)及设置于所述框架支撑模块(6)内的光发射模块(1)和电子电路模块(5)，所述电子电路模块(5)用于控制所述光发射模块(1)发射光线，所述框架支撑模块(6)的一端设有用于将所述光线转化为环形结构光且反射到周边目标区域内的光锥反射模块(2)，所述框架支撑模块(6)的另一端设有分别位于所述框架支撑模块(6)内侧和外侧的面阵光接收模块(4)和倒锥反射模块(3)，或者所述框架支撑模块(6)的另一端设有摄像模块；所述倒锥反射模块(3)用于将所述目标区域内物体的反射光线反射至所述面阵光接收模块(4)内，所述面阵光接收模块(4)用于接收所述倒锥反射模块(3)反射的反射光线、并转化为光电信号输出。2.根据权利要求1所述的固态式环形三维成像装置，其特征在于，所述光锥反射模块(2)包括发射支撑薄壁壳(22)和设置于所述发射支撑薄壁壳(22)内的圆锥光反射镜(21)，所述圆锥光反射镜(21)将所述光线反射为环形结构光，所述发射支撑薄壁壳(22)具有光线穿透性。3.根据权利要求2所述的固态式环形三维成像装置，其特征在于，所述圆锥光反射镜(21)为360°的圆锥形，或为部分圆锥形结构。4.根据权利要求2所述的固态式环形三维成像装置，其特征在于，所述圆锥光反射镜(21)为沿轴向多段圆锥形反射面...

【专利技术属性】
技术研发人员：冷雨泉，马维斯，占志鹏，任利学，
申请(专利权)人：深圳慎始科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44