光投射模组以及具有其的图像采集系统和三维传感系统技术方案

本申请公开了一种光投射模组以及包括其的图像采集系统和三维传感系统，其中光投射模组包括光源和光学器件，其中，所述光学器件接收来自所述光源的光，并形成彼此叠加的结构光光场和泛光照明光场。同时具备结构光图案投射和泛光照明能力的光投射模组，能够同时实现结构光光场和均匀背景照明光场，投射光场图案、功率和对比度可控，有利于系统的集成化、小型化和降低成本。

Optical projection module and its image acquisition system and three-dimensional sensor system

【技术实现步骤摘要】
光投射模组以及具有其的图像采集系统和三维传感系统
本专利技术总体上涉及三维传感技术，具体地涉及可应用于三维传感的光投射模组、具有该模组的图像采集系统和三维传感系统。
技术介绍
结构光三维传感技术在消费电子、机器人、物流、工业检测等领域的应用越来越广泛。传统三维传感技术中分开使用结构光光场和泛光照明光场，分别在两种光场下进行图像采集，并基于由此获得的不同图像来进行信息处理。此外，现有的结构光投射模组和泛光照明投射模组各自采用不同的光源和光学器件，形成为分立的部件，在三维传感技术的应用中二者组合使用，造成系统集成度低、体积大、成本高等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种光投射模组以及具有该光投射模组的图像采集系统和三维传感系统，其中集成了结构光投射功能和泛光照明光场投射功能，提高了系统集成度，有利于结构小型化，降低成本。根据本专利技术的一个方面，提供一种光投射模组，其包括光源和光学器件，其中，所述光学器件接收来自所述光源的光，并形成彼此叠加的结构光光场和泛光照明光场。有利地，所述泛光照明光场与所述结构光光场的亮度比在1:3～1:50的范围内，优选在1:3～1:9的范围内。在一些有利的实施例中，所述光学器件为衍射光学元件，即DOE，并且该衍射光学元件形成的结构光光场的亮度与该衍射光学元件透射杂散光而形成的均匀背景光的亮度的比在3:1～50:1的范围内，优选在3:1～9:1的范围内，更优选在4:1～8:1的范围内。所述光学器件可以包括第一光学区域和第二光学区域，所述第一光学区域具有用于形成结构光光场的第一光学微结构，所述第二光学区域具有用于形成泛光照明光场的第二光学微结构。优选，所述光学器件为衍射光学元件，即DOE。优选，所述光学器件是整体形成的。所述第一光学区域可以包括阵列布置的多个子区域，并且所述第二光学区域至少部分地围绕在所述多个子区域的周围。在一些实施例中，来自同一光源的光照射到第一光学区域和第二光学区域二者上。在另一些实施例中，所述光源可以包括第一光源和不同于第一光源的第二光源，所述第一光源照射第一光学区域，所述第二光源照射第二光学区域。或者，所述光学器件可以包括第一光学区域和第二光学区域，所述第一光学区域具有用于形成结构光光场的第一光学微结构，所述第二光学区域具有用于形成泛光照明光场的至少一个透镜。所述至少一个透镜可以包括微透镜阵列。所述光投射模组还可以包括壳体，所述光源和光学器件安装在所述壳体中，并且所述壳体内壁采用白色漫反射材质。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种图像采集系统，其包括如上所述的光投射模组、以及用于采集所述光投射模组所投射的彼此叠加的结构光光场和泛光照明光场照射下的对象的图像的摄像头。优选，所述摄像头为红外摄像头。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种三维传感系统，其包括：如上所述的光投射模组；摄像头，用于采集所述光投射模组所投射的彼此叠加的结构光光场和泛光照明光场照射下的对象的图像；以及计算单元，其接收所述摄像头所采集的图像，并基于所述图像获取所述对象的三维信息。根据本专利技术实施例，光投射模组能够同时实现结构光光场和均匀背景照明光场，投射光场图案、功率和对比度可控，有利于系统的集成化、小型化和降低成本。附图说明通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1示意性地示出根据本专利技术实施例的光投射模组的结构及其投射的光场；图2为根据本专利技术实施例的三维传感系统的示意性框图；图3为根据本专利技术第一实施例的光投射模组的结构示意图；图4A和图4B示出可用于图3的光投射模组的光学器件的示例；图5为根据本专利技术第二实施例的光投射模组的结构示意图；图6A和图6B示出可用于图5的光投射模组的光学器件的示例；图7为根据本专利技术第三实施例的光投射模组的结构示意图；图8示出可用于图7的光投射模组的光学器件的示例；图9为根据本专利技术第四实施例的光投射模组的结构示意图；以及图10A、图10B和图10C示出可用于图9所示光投射模组的光学器件的示例。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关专利技术，而非对该专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与专利技术相关的部分。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。图1示意性地示出根据本专利技术实施例的光投射模组10的结构及其投射的光场。如图所示，光投射模组10包括光源11、光学器件12、以及可选的用于安装/容纳光源11和光学器件12的壳体13。光学器件12接收来自光源11的光，并形成彼此叠加的结构光光场LF1和泛光照明光场LF2。在一些有利的实施例中，光源11可以为红外光光源；相应地，光投射模组10所投射的为红外光的结构光光场和泛光照明光场。本专利技术的专利技术人发现，在一些应用场景中，红外光结构光光场和泛光照明光场的同时照射下采集的人脸的图像，能够被更有效地用于获取人脸的三维信息以及进行人脸识别。当然，这也可以被应用于探测和识别其他对象。图1中，结构光光场LF1示出为散斑光场，但是这仅仅是示例性的，而非限制性的。本领域技术人员会理解，根据本专利技术实施例的光投射模组10也可以投射其它图案的结构光光场，例如包含光斑、条纹、具有特定形状或位置关系的其它图案或者它们的任意组合；本专利技术在结构光光场的具体形式上不受限制。结构光光场可以通过例如对光产生衍射作用的光学器件来实现，例如通过衍射光学元件(DOE,DiffractiveOpticalElement)、光栅阵列。泛光照明光场指的是对目标区域进行基本上均匀的照明的光场。泛光照明光场可以通过透镜增大光的照射角度来实现，也可以通过匀光器件来实现，例如通过微透镜阵列或者具有匀光作用的DOE。光源优选采用激光光源，例如可以采用激光二极管(LD，LaserDiode)、垂直腔表面发射激光器(VCSEL，Vertical-CavitySurface-EmittingLaser)；在一些实施方式中，也可以采用发光二极管(LED,LightEmittingDiode)，但是如果需要利用其光的相干性，则还需要在LED的出射光路上设置准直装置。根据本专利技术实施例的光投射模组所提供的结构光光场和泛光照明光场彼此叠加，但是可以分别用于获取对象的不同信息。为了使两种光场各自都能够提供充分、有效的照射，同时对希望基于另一光场获取的信息不产生过多的噪音，根据本专利技术实施例的光投射模组所投射的泛光照明光场与结构光光场的亮度比在1:3～1:50的范围内，优选在1:3～1:9的范围内。在一些有利的实施例中，光投射模组10可以包括壳体13，壳体13优选采用白色漫反射内壁材质，以提高内壁光学反射效率，使照射在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光投射模组，包括光源和光学器件，其中，所述光学器件接收来自所述光源的光，并形成彼此叠加的结构光光场和泛光照明光场。/n

【技术特征摘要】
1.一种光投射模组，包括光源和光学器件，其中，所述光学器件接收来自所述光源的光，并形成彼此叠加的结构光光场和泛光照明光场。


2.如权利要求1所述的光投射模组，其中，所述泛光照明光场与所述结构光光场的亮度比在1:3～1:50的范围内，优选在1:3～1:9的范围内。


3.如权利要求1所述的光投射模组，其中，所述光学器件为衍射光学元件，即DOE，并且该衍射光学元件形成的结构光光场的亮度与该衍射光学元件透射杂散光而形成的均匀背景光的亮度的比在3:1～50:1的范围内，优选在3:1～9:1的范围内，更优选在4:1～8:1的范围内。


4.如权利要求1所述的光投射模组，其中，所述光学器件包括第一光学区域和第二光学区域，所述第一光学区域具有用于形成结构光光场的第一光学微结构，所述第二光学区域具有用于形成泛光照明光场的第二光学微结构。


5.如权利要求4所述的光投射模组，其中，所述第一光学区域包括阵列布置的多个子区域，并且所述第二光学区域至少部分地围绕在所述多个子区域的周围。


6.如权利要求4或5所述的光投射模组，其中，来自同一光源的光照射到第一光学区域和第二光学区域二者上。


7.如权利要求4所述的光投射模组，其中，所述光源包括第一光源和不同于第一光源的第二光源，所述第一光源照射第一光学区域，所述第二光源照射第二光学区域。


8.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：苑京立，朱庆峰，田克汉，尹晓东，张国伟，蒋超，杨兴朋，
申请(专利权)人：北京驭光科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11