一种深度测量装置及测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种深度测量装置，包括发射单元、接收单元、以及控制与处理电路；其中，发射单元发射脉冲光束投射至目标区域；接收单元包括有TOF图像传感器和变焦透镜，TOF图像传感器采集目标区域反射回的至少部分光束中的光子并形成光子信号，变焦透镜将反射光束投射到TOF图像传感器的像素中；控制与处理电路接收光子信号以形成测量直方图，根据测量直方图得到测量波形，将测量波形与预存储的参考波形进行匹配计算，根据匹配结果调整变焦透镜的焦距，进而调整TOF图像传感器采集光束的视场角。本发明专利技术可以在探测时实时调整传感器的视场角，保证传感器在不同情况下均可接收到有效的响应信号，提高了装置的探测精度。

A depth measuring device and method

【技术实现步骤摘要】
一种深度测量装置及测量方法
本专利技术涉及光学测量
，尤其涉及一种深度测量装置及测量方法。
技术介绍
深度测量装置可以用来获取物体的深度图像，进一步可以进行3D建模、骨架提取、人脸识别等，其在3D测量以及人机交互等领域有着非常广泛的应用。目前的深度测量技术主要有TOF测距技术、结构光测距技术、双目测距技术等。TOF的全称是Time-of-Flight，即飞行时间，TOF测距技术是一种通过测量光脉冲在发射/接收装置和目标物体间的往返飞行时间来实现精确测距的技术，分为直接测距技术和间接测距技术。其中，直接测距技术是通过向目标物体连续发送光脉冲，然后利用传感器接收从物体反射回的光信号，通过探测这些发射和反射回后被接收光脉冲的飞行(往返)时间来得到目标物体距离；间接测距技术则是通过向目标物体发射时序上振幅被调制的光束，测量反射光束相对于发射光束的相位延迟，再根据相位延迟对飞行时间进行计算。按照调制解调类型方式的不同可以分为连续波(ContinuousWave，CW)调制解调方法和脉冲调制(PulseModulated，PM)调制解调方法。在利用TOF技术进行深度测量的装置中，由于应用场景广泛，在不同的环境中环境光的强弱对装置的测量精度影响较大。而且，存在显著不同的光反射率的目标物体，导致反射光强度会发生改变从而影响到测量精度。此外，深度测量装置中发射端和接收端的不同设置，也会影响装置的测量精度。以上
技术介绍
内容的公开仅用于辅助理解本专利技术的专利技术构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述
技术介绍
不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种深度测量装置及测量方法，以解决上述
技术介绍
问题中的至少一种问题。为达到上述目的，本专利技术实施例的技术方案是这样实现的：一种深度测量装置，包括发射单元、接收单元、以及与发射单元和接收单元连接的控制与处理电路；其中，所述发射单元包括有光源和光学元件，所述光源被配置为发射脉冲光束，所述光束经过所述光学元件后投射至目标区域；所述接收单元包括有TOF图像传感器和变焦透镜，所述TOF图像传感器被配置成采集所述目标区域反射回的至少部分光束中的光子并形成光子信号，所述变焦透镜被配置为将所述反射光束投射到所述TOF图像传感器的像素中；所述控制与处理电路同步发射单元和接收单元的触发信号，并接收所述光子信号以进行统计形成测量直方图，根据所述测量直方图得到测量波形，将所述测量波形与预存储的参考波形进行匹配计算，根据匹配结果调整所述变焦透镜的焦距，进而调整所述TOF图像传感器采集所述光束的视场角。在一些实施例中，所述变焦透镜具有多个可调焦距；或，所述变焦透镜被配置为是连续变焦。在一些实施例中，所述控制与处理电路内预先存储有多个所述参考波形，所述参考波形与所述TOF图像传感器接收的光束中的光子数量一一对应。在一些实施例中，所述控制与处理电路将所述测量波形与预设的参考波形进行匹配计算，以判断所获取的直方图是否有效，若所述直方图有效，则根据直方图的波形峰值确定飞行时间并计算深度图像；若所述直方图无效，则调整所述变焦透镜的焦距，改变所述TOF传感器采集光束的视场角。本专利技术的另一技术方案为：一种深度测量方法，包括如下步骤：控制发射单元朝向目标区域发射脉冲光束；控制接收单元采集由所述目标区域反射回的至少部分光束；所述接收单元包括TOF图像传感器和变焦透镜，所述TOF图像传感器被配置成采集所述目标区域反射回的至少部分光束中的光子并形成光子信号，所述变焦透镜被配置为将所述反射光束投射到所述TOF图像传感器的像素中；接收所述光子信号以进行统计形成测量直方图，根据所述测量直方图得到测量波形，将所述测量波形与预存储的参考波形进行匹配计算，根据匹配结果调整所述变焦透镜的焦距，进而调整所述TOF图像采集所述光束的视场角。在一些实施例中，控制与处理电路内预先存储有多个所述参考波形，所述参考波形与所述TOF图像传感器接收的光束中的光子数量一一对应。在一些实施例中，所述参考波形包括至少一个第一参考波形、一个第二参考波形、一个第三参考波形；所述第一参考波形对应TOF图像传感器接收的光子数量在阈值范围内；其中，所述阈值范围被配置为通过最小光子数量和最大光子数量来定义；所述第二参考波形对应TOF图像传感器接收的光子数量小于或等于最小光子数量，所述第三参考波形对应TOF图像传感器接收的光子数量大于或等于最大光子数量。在一些实施例中，将所述测量波形与所述第二、第三参考波形进行匹配计算；若所述测量波形与所述第二参考波形的匹配度满足预设条件，则减小所述变焦透镜的焦距，使所述TOF图像传感器在大视场角内重新采集反射光束形成测量直方图；若所述测量波形与所述第三参考波形的匹配度满足预设条件，则增大所述变焦透镜的焦距，使所述TOF图像传感器在小视场角内重新采集反射光束形成测量直方图。在一些实施例中，所述变焦透镜设置有至少三个可调焦距，所述变焦透镜被配置为初始焦距为第一焦距时，形成的测量直方图确定的所述测量波形与所述第一参考波形的匹配度满足预设条件；当所述测量波形与所述第二参考波形匹配度符合预设条件时，则调整变焦透镜的焦距为第二焦距；当所述测量波形与所述第三参考波形匹配度符合预设条件时，则调整所述变焦透镜的焦距为第三焦距。在一些实施例中，所述测量波形与所述第一参考波形的匹配度满足预设条件时，确定所述测量波形对应的时间，控制与处理电路根据所述测量波形对应的时间计算所述目标区域的深度图像。本专利技术技术方案的有益效果是：本专利技术根据测量直方图确定出测量波形，将所确定的测量波形与预设的参考波形进行匹配计算，判断所获取的直方图是否有效，根据判断结果调整变焦透镜的焦距以改变TOF图像传感器采集光束的视场角，进而调整传感器接收反射光束的光强度，可以在探测不同环境、具有不同反射率的物体、不同距离时实时调整接收信号的视场角，保证传感器在不同情况下都可以接收到有效的响应信号提高了装置的探测精度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是根据本专利技术一个实施例深度测量装置的结构示意图。图2是根据本专利技术一个实施例深度测量装置的接收单元的结构示意图。图3是根据本专利技术一个实施例可变焦的深度测量方法的流程图示。图4是根据本专利技术又一个实施例深度测量方法的流程图示。图5是根据本专利技术另一个实施例深度测量方法的流程图示。图6a-6c是根据本专利技术实施例的接收光信号形成直方图的示意图。具体实施方式为了使本专利技术实施例所要解决的技术问题、技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种深度测量装置，其特征在于，包括发射单元、接收单元、以及与发射单元和接收单元连接的控制与处理电路；其中，/n所述发射单元包括有光源和光学元件，所述光源被配置为发射脉冲光束，所述光束经过所述光学元件后投射至目标区域；/n所述接收单元包括有TOF图像传感器和变焦透镜，所述TOF图像传感器被配置成采集所述目标区域反射回的至少部分光束中的光子并形成光子信号，所述变焦透镜被配置为将所述反射光束投射到所述TOF图像传感器的像素中；/n所述控制与处理电路同步发射单元和接收单元的触发信号，并接收所述光子信号以进行统计形成测量直方图，根据所述测量直方图得到测量波形，将所述测量波形与预存储的参考波形进行匹配计算，根据匹配结果调整所述变焦透镜的焦距，进而调整所述TOF图像传感器采集所述光束的视场角。/n

【技术特征摘要】
1.一种深度测量装置，其特征在于，包括发射单元、接收单元、以及与发射单元和接收单元连接的控制与处理电路；其中，
所述发射单元包括有光源和光学元件，所述光源被配置为发射脉冲光束，所述光束经过所述光学元件后投射至目标区域；
所述接收单元包括有TOF图像传感器和变焦透镜，所述TOF图像传感器被配置成采集所述目标区域反射回的至少部分光束中的光子并形成光子信号，所述变焦透镜被配置为将所述反射光束投射到所述TOF图像传感器的像素中；
所述控制与处理电路同步发射单元和接收单元的触发信号，并接收所述光子信号以进行统计形成测量直方图，根据所述测量直方图得到测量波形，将所述测量波形与预存储的参考波形进行匹配计算，根据匹配结果调整所述变焦透镜的焦距，进而调整所述TOF图像传感器采集所述光束的视场角。


2.根据权利要求1所述的深度测量装置，其特征在于：所述变焦透镜具有多个可调焦距；或，所述变焦透镜被配置为是连续变焦。


3.根据权利要求1所述的深度测量装置，其特征在于：所述控制与处理电路内预先存储有多个所述参考波形，所述参考波形与所述TOF图像传感器接收的光束中的光子数量一一对应。


4.根据权利要求1-3任一项所述的深度测量装置，其特征在于：所述控制与处理电路将所述测量波形与预设的所述参考波形进行匹配计算，以判断所获取的直方图是否有效，若所述直方图有效，则根据直方图的波形峰值确定飞行时间并计算深度图像；若所述直方图无效，则调整所述变焦透镜的焦距，改变所述TOF传感器采集光束的视场角。


5.一种深度测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
控制发射单元朝向目标区域发射脉冲光束；
控制接收单元采集由所述目标区域反射回的至少部分光束；所述接收单元包括TOF图像传感器和变焦透镜，所述TOF图像传感器被配置成采集所述目标区域反射回的至少部分光束中的光子并形成光子信号，所述变焦透镜被配置为将所述反射光束投射到所述TOF图像传感器的像素中；
接收所述光子信号以进行统计形成测量直方图，根据所述测量直...

【专利技术属性】
技术研发人员：王兆民，
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