一种可变焦的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可变焦的深度测量装置及测量方法，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，发射单元包括有光源和光学元件；接收单元包括有TOF图像传感器和变焦透镜；TOF图像传感器被配置成采集目标区域反射回的至少部分光束并形成电信号；变焦透镜被配置为将反射光束投射到TOF图像传感器的像素中，通过改变变焦透镜的焦距而改变TOF图像传感器采集反射光束的视场角；控制与处理电路根据电信号计算目标区域的深度图像。通过设置变焦透镜，可实时调控TOF图像传感器采集反射光束的视场角，进一步改变了接收反射光束的光强度或光子数量，提高测量装置的测量精度。

A zoom depth measuring device and method

【技术实现步骤摘要】
一种可变焦的深度测量装置及测量方法
本专利技术涉及光学测量
，尤其涉及一种可变焦的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可变焦的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：一种可变焦的深度测量装置，包括发射单元、接收单元、以及与所述发射单元和所述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；所述光源用于发射光束，所述光学元件被配置为接收所述光束，并将所述光束投射至目标区域；所述接收单元包括有TOF图像传感器和变焦透镜；所述TOF图像传感器被配置为采集所述目标区域反射回的至少部分光束并形成电信号；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，通过改变所述变焦透镜的焦距而改变所述TOF图像传感器采集所述反射光束的视场角；所述控制与处理电路根据所述电信号计算所述目标区域的深度图像。在一些实施例中，所述变焦透镜包括有至少两个可调焦距；或，所述变焦透镜被配置为可连续变焦。在一些实施例中，还包括驱动器，所述驱动器对所述变焦透镜的焦距进行调整实现变焦功能。在一些实施例中，所述变焦透镜被配置为具有第一焦距时，所述TOF图像传感器在第一视场角内采集反射光束；所述变焦透镜被配置为具有第二焦距时，所述TOF图像传感器在第二视场角内采集反射光束；其中，所述第一焦距小于所述第二焦距，所述第一视场角大于所述第二视场角。在一些实施例中，所述发射单元被配置为朝向目标区域发射泛光光束和斑点图案光束，其包括有多个光源组成的光源阵列和液晶元件。在一些实施例中，所述发射单元朝向目标区域发射斑点图案光束时，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采集反射光束，所述发射单元朝向目标区域发射泛光光束时，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采集反射光束。本专利技术另一技术方案为：一种可变焦的深度测量方法，包括如下步骤：控制发射单元朝向目标区域发射光束；其中，所述发射单元包括光源和光学元件，所述光源发射的光束经过所述光学元件后投射到所述目标区域；控制接收单元采集所述目标区域反射回的至少部分光束并形成电信号，所述接收单元包括有TOF图像传感器和变焦透镜，通过改变所述变焦透镜的焦距而改变所述TOF图像传感器采集反射光束的视场角；根据所述电信号计算所述目标区域的深度图像。在一些实施例中，所述变焦透镜包括有至少两个可调焦距；或，所述变焦透镜被配置为可连续变焦。在一些实施例中，所述变焦透镜被配置为具有第一焦距时，所述TOF图像传感器在第一视场角内采集反射光束；所述变焦透镜被配置为具有第二焦距时，所述TOF图像传感器在第二视场角内采集反射光束；其中，所述第一焦距小于所述第二焦距，所述第一视场角大于所述第二视场角。在一些实施例中，通过控制与处理电路对所述电信号进行处理并计算所述光束从发射到反射被接收的相位差，基于所述相位差计算所述光束的飞行时间，进一步计算所述目标区域的深度图像；或，通过控制与处理电路对所述电信号进行处理并计算所述光束从发射到反射被接收的飞行时间，根据所述飞行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：本专利技术通过设置变焦透镜，可实时调控TOF图像传感器采集反射光束的视场角，进一步改变了接收反射光束的光强度或光子数量，提高测量装置的测量精度。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可变焦的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可变焦的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、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接即可以是用于固定作用也可以是用于电路连通作用。需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可变焦的深度测量装置，其特征在于，包括发射单元、接收单元、以及与所述发射单元和所述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；所述光源用于发射光束，所述光学元件被配置为接收所述光束，并将所述光束投射至目标区域；/n所述接收单元包括有TOF图像传感器和变焦透镜；所述TOF图像传感器被配置为采集所述目标区域反射回的至少部分光束并形成电信号；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，通过改变所述变焦透镜的焦距而改变所述TOF图像传感器采集所述反射光束的视场角；/n所述控制与处理电路根据所述电信号计算所述目标区域的深度图像。/n

【技术特征摘要】
1.一种可变焦的深度测量装置，其特征在于，包括发射单元、接收单元、以及与所述发射单元和所述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；所述光源用于发射光束，所述光学元件被配置为接收所述光束，并将所述光束投射至目标区域；
所述接收单元包括有TOF图像传感器和变焦透镜；所述TOF图像传感器被配置为采集所述目标区域反射回的至少部分光束并形成电信号；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，通过改变所述变焦透镜的焦距而改变所述TOF图像传感器采集所述反射光束的视场角；
所述控制与处理电路根据所述电信号计算所述目标区域的深度图像。


2.根据权利要求1所述可变焦的深度测量装置，其特征在于：所述变焦透镜包括至少两个可调焦距；或，所述变焦透镜被配置为可连续变焦。


3.根据权利要求1所述可变焦的深度测量装置，其特征在于：还包括驱动器，所述驱动器对所述变焦透镜的焦距进行调整实现变焦功能。


4.根据权利要求1所述可变焦的深度测量装置，其特征在于：所述变焦透镜被配置为具有第一焦距时，所述TOF图像传感器在第一视场角内采集反射光束；所述变焦透镜被配置为具有第二焦距时，所述TOF图像传感器在第二视场角内采集反射光束；其中，所述第一焦距小于所述第二焦距，所述第一视场角大于所述第二视场角。


5.根据权利要求1所述可变焦的深度测量装置，其特征在于：所述发射单元被配置为朝向目标区域发射泛光光束和斑点图案光束，其包括有多个光源组成的光源阵列和液晶元件。


6.根据权利要求5所述的深度测量装置，其特征在于，所述发射单元朝向目标区域发射斑点...

【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