一种离轴扫描距离测量系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种离轴扫描距离测量系统，包括发射器、采集器以及控制与处理电路；其中，发射器包括光源、光束整形组件和第一级联液晶偏振光栅；采集器包括有第一、第二像素单元、第一、第二成像透镜单元、偏振选择组件以及第二级联液晶偏振光栅；其中，级联液晶偏振光栅用于形成圆偏振光束，圆偏振光束经过偏振选择组件后形成第一、第二、第三、第四偏振光束；其中，第一、第二偏振光束入射到第一像素单元上形成第一重叠区域和第一非重叠区域；第三、第四偏振光束入射到第二像素单元上形成第二重叠区域和第二非重叠区域；控制与处理电路根据非重叠区域处获得的飞行时间区分重叠区域处获得的飞行时间对应的探测区域。本发明专利技术可有效解决像素单元上的光斑重叠造成的测量误差等问题。

An off-axis scanning distance measurement system and method

【技术实现步骤摘要】
一种离轴扫描距离测量系统及方法
本专利技术涉及计算机
，尤其涉及一种离轴扫描距离测量系统及方法。
技术介绍
目前，利用飞行时间原理(TimeofFlight)、结构光原理可以对目标进行距离测量，以获取包含目标深度值的深度图像，进一步基于该深度图像可以实现三维重建、人脸识别、人机交互等功能。相关的距离测量系统已被广泛应用于消费电子、无人架驶、AR/VR等领域。基于飞行时间原理的距离测量系统一搬都包含有光束发射器以及采集器，发射器中的光源朝向目标空间发射光束以提供照明，通过采集器接收由目标反射回的光束。其中，飞行时间距离测量系统通过计算光束由发射到反射回来被接收所需要的时间来计算物体的距离；而结构光距离测量系统则是通过对反射回的光束图案进行处理并利用三角法计算物体的距离。根据发射器以及采集器之间的光路配置，飞行时间距离测量系统可以分为共轴及离轴两种形式；其中，共轴系统一般是发射器以及采集器共用一个扫描器件，如MEMS振镜，从而实现大视场的扫描；离轴测距系统则往往无需扫描器件，而是在采集器端设置较多的接收元器件(如像素阵列)，从而一次性测量大视场内多个点的距离。中国专利申请第201910990526.1号公开了一种离轴扫描系统，通过在扫描系统中配置级联液晶偏振光栅，实现了视场角的扩展，不仅可以将单个视场扩充成两个视场，同时还可以通过改变级联液晶偏振光栅的衍射角实现视场的扫描；另外，通过设置偏振选择组件实现了对两个不同视场内光信号的选择与采集。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离轴扫描距离测量系统及方法，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：一种离轴扫描距离测量系统，包括发射器、采集器以及控制与处理电路；其中，所述发射器包括有用于发射光束的光源、用于对所述光束进行整形的光束整形组件以及第一级联液晶偏振光栅；所述第一级联液晶偏振光栅用于对整形后的光束进行衍射以产生偏振旋向相反的第一衍射光束以及第二衍射光束；所述第一衍射光束和第二衍射光束照射被测目标，经反射得到第一反射光束和第二反射光束；所述采集器包括有第一、第二像素单元、第一、第二成像透镜单元、偏振选择组件以及第二级联液晶偏振光栅；其中，所述第二级联液晶偏振光栅用于接收并衍射由目标反射回的至少部分所述第一反射光束以及至少部分所述第二反射光束，以分别形成偏振方向相反、传播方向不一致的四束圆偏振光束，所述四束圆偏振光束经过所述偏振选择组件后形成第一、第二、第三、第四偏振光束；其中，所述第一、第二偏振光束经过所述第一成像透镜单元后入射到所述第一像素单元上形成第一重叠区域和第一非重叠区域；所述第三、第四偏振光束经过所述第二成像透镜单元后入射到所述第二像素单元上形成第二重叠区域和第二非重叠区域；所述第一成像透镜单元和第二成像透镜单元的焦距不相同，导致所述第一重叠区域和第二重叠区域的面积不相等；所述控制与处理电路分别与所述发射器以及所述采集器连接，用于计算光束从被发射到被采集之间的飞行时间；并根据所述非重叠区域处获得的飞行时间区分所述重叠区域处获得的飞行时间对应的探测区域。在一些实施例中，所述第一反射光束经过所述第二级联液晶偏振光栅后发生衍射得到第一左旋圆偏振光束和第一右旋圆偏振光束；所述第二反射光束经过所述级联液晶偏振光栅后发生衍射得到第二左旋圆偏振光束和第二右旋圆偏振光束；所述第一、第二左旋圆偏振光束经过所述偏振选择组件后得到所述第一、第二偏振光束；所述第一、第二右旋圆偏振光束经过所述偏振选择组件后得到所述第三、第四偏振光束。在一些实施例中，所述偏振选择组件包括1/4波片、偏振分光镜以及反射镜；所述1/4波片接收所述第一、第二左旋圆偏振光束和第一、第二右旋圆偏振光束后以所述第一、第二、第三、第四偏振光束出射；其中，所述第一、第二偏振光束与所述第三、第四偏振光束的偏振方向相互垂直。在一些实施例中，所述偏振选择组件包括单片液晶偏振光栅，由目标反射回的左旋圆偏振光束及右旋圆偏振光束入射到所述单片液晶偏振光栅，经衍射后使得两种圆偏振光在空间上分离，以分别入射到不同的像素单元上。在一些实施例中，所述偏振选择组件包括超表面偏振光栅，由目标反射回的左旋圆偏振光及右旋圆偏振光束经所述超表面偏振光栅分别入射到不同的像素单元上。在一些实施例中，所述第一偏振光束和所述第三偏振光束入射到所述像素单元上的位置具有一一对应的关系，对应像素单元上采集偏振光束计算得到的飞行时间相等；所述第二偏振光束和所述第四偏振光束入射到所述像素单元上的位置具有一一对应的关系，对应像素单元上采集偏振光束计算得到的飞行时间相等。在一些实施例中，在所述非重叠区域，每个像素单元接收到一个回波信号，经过控制与处理电路计算出第一飞行时间或第二飞行时间；在重叠区域，每个像素单元接收到两个回波信号，经过控制与处理电路计算得到第三飞行时间和第四飞行时间，以所述第一飞行时间或第二飞行时间为依据区分出第三飞行时间和第四飞行时间分别对应的测量区域。本专利技术实施例的另一技术技术方案为：一种离轴扫描距离测量方法，包括如下步骤：控制发射器向目标空间发射光束；其中，所述发射器包括有用于发射光束的光源、用于对所述光束进行整形的光束整形组件以及第一级联液晶偏振光栅；所述第一级联液晶偏振光栅用于对整形后的光束进行衍射以产生偏振旋向相反的第一衍射光束以及第二衍射光束；所述第一衍射光束和第二衍射光束照射被测目标，经反射得到第一反射光束和第二反射光束；控制采集器采集经待测目标反射回的至少部分光束；其中，所述采集器包括有第一、第二像素单元、第一、第二成像透镜单元、偏振选择组件以及第二级联液晶偏振光栅；所述第二级联液晶偏振光栅用于接收并衍射由目标反射回的至少部分所述第一反射光束以及至少部分所述第二反射光束，以分别形成偏振方向相反、传播方向不一致的四束圆偏振光束，所述四束圆偏振光束经过所述偏振选择组件后形成第一、第二、第三、第四偏振光束；所述第一、第二偏振光束经过所述第一成像透镜单元后入射到所述第一像素单元上形成第一重叠区域和第一非重叠区域；所述第三、第四偏振光束经过所述第二成像透镜单元后入射到所述第二像素单元上形成第二重叠区域和第二非重叠区域；所述第一成像透镜单元和第二成像透镜单元的焦距不相同；所述第一重叠区域和第二重叠区域的面积不相等；通过控制与处理电路同步发射器与采集器的触发信号以计算光束从被发射到被采集之间的飞行时间，并根据所述非重叠区域处获取的飞行时间区分出所述重叠区域处的飞行时间对应的探测区域。在一些实施例中，所述第一偏振光束和所述第三偏振光束入射到所述像素单元上的位置具有一一对应的关系，对应像素单元上采集偏振光束计算得到的飞行时间相等；所述第二偏振光束和所述第四偏本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种离轴扫描距离测量系统，其特征在于：包括发射器、采集器以及控制与处理电路；其中，/n所述发射器包括有用于发射光束的光源、用于对所述光束进行整形的光束整形组件以及第一级联液晶偏振光栅；所述第一级联液晶偏振光栅用于对整形后的光束进行衍射以产生偏振旋向相反的第一衍射光束以及第二衍射光束；所述第一衍射光束和第二衍射光束照射被测目标，经反射得到第一反射光束和第二反射光束；/n所述采集器包括有第一、第二像素单元、第一、第二成像透镜单元、偏振选择组件以及第二级联液晶偏振光栅；其中，所述第二级联液晶偏振光栅用于接收并衍射由目标反射回的至少部分所述第一反射光束以及至少部分所述第二反射光束，以分别形成偏振方向相反、传播方向不一致的四束圆偏振光束，所述四束圆偏振光束经过所述偏振选择组件后形成第一、第二、第三、第四偏振光束；/n其中，所述第一、第二偏振光束经过所述第一成像透镜单元后入射到所述第一像素单元上形成第一重叠区域和第一非重叠区域；所述第三、第四偏振光束经过所述第二成像透镜单元后入射到所述第二像素单元上形成第二重叠区域和第二非重叠区域；所述第一成像透镜单元和第二成像透镜单元的焦距不相同，导致所述第一重叠区域和第二重叠区域的面积不相等；/n所述控制与处理电路分别与所述发射器以及所述采集器连接，用于计算光束从被发射到被采集之间的飞行时间；并根据所述非重叠区域处获得的飞行时间区分所述重叠区域处获得的飞行时间对应的探测区域。/n...

【技术特征摘要】
1.一种离轴扫描距离测量系统，其特征在于：包括发射器、采集器以及控制与处理电路；其中，
所述发射器包括有用于发射光束的光源、用于对所述光束进行整形的光束整形组件以及第一级联液晶偏振光栅；所述第一级联液晶偏振光栅用于对整形后的光束进行衍射以产生偏振旋向相反的第一衍射光束以及第二衍射光束；所述第一衍射光束和第二衍射光束照射被测目标，经反射得到第一反射光束和第二反射光束；
所述采集器包括有第一、第二像素单元、第一、第二成像透镜单元、偏振选择组件以及第二级联液晶偏振光栅；其中，所述第二级联液晶偏振光栅用于接收并衍射由目标反射回的至少部分所述第一反射光束以及至少部分所述第二反射光束，以分别形成偏振方向相反、传播方向不一致的四束圆偏振光束，所述四束圆偏振光束经过所述偏振选择组件后形成第一、第二、第三、第四偏振光束；
其中，所述第一、第二偏振光束经过所述第一成像透镜单元后入射到所述第一像素单元上形成第一重叠区域和第一非重叠区域；所述第三、第四偏振光束经过所述第二成像透镜单元后入射到所述第二像素单元上形成第二重叠区域和第二非重叠区域；所述第一成像透镜单元和第二成像透镜单元的焦距不相同，导致所述第一重叠区域和第二重叠区域的面积不相等；
所述控制与处理电路分别与所述发射器以及所述采集器连接，用于计算光束从被发射到被采集之间的飞行时间；并根据所述非重叠区域处获得的飞行时间区分所述重叠区域处获得的飞行时间对应的探测区域。


2.如权利要求1所述的离轴扫描距离测量系统，其特征在于：所述第一反射光束经过所述第二级联液晶偏振光栅后发生衍射得到第一左旋圆偏振光束和第一右旋圆偏振光束；所述第二反射光束经过所述第二级联液晶偏振光栅后发生衍射得到第二左旋圆偏振光束和第二右旋圆偏振光束；所述第一、第二左旋圆偏振光束经过所述偏振选择组件后得到所述第一、第二偏振光束；所述第一、第二右旋圆偏振光束经过所述偏振选择组件后得到所述第三、第四偏振光束。


3.如权利要求2所述的离轴扫描距离测量系统，其特征在于：所述偏振选择组件包括1/4波片、偏振分光镜以及反射镜；所述1/4波片接收所述第一、第二左旋圆偏振光束和第一、第二右旋圆偏振光束后以所述第一、第二、第三、第四偏振光束出射；其中，所述第一、第二偏振光束与所述第三、第四偏振光束的偏振方向相互垂直。


4.如权利要求2所述的离轴扫描距离测量系统，其特征在于：所述偏振选择组件包括单片液晶偏振光栅，由目标反射回的左旋圆偏振光束及右旋圆偏振光束入射到所述单片液晶偏振光栅，经衍射后使得两种圆偏振光在空间上分离，以分别入射到不同的像素单元上。


5.如权利要求2所述的离轴扫描距离测量系统，其特征在于：所述偏振选择组件包括超表面偏振光栅，由目标反射回的左旋圆偏振光及右旋圆偏振光束经所述超表面偏振光栅分别入射到不同的像素单元上。


6.如权利要求1所述的离轴扫描距离测量系统，其特征在于：所述第一偏振光束和所述第三偏振光束入...

【专利技术属性】
技术研发人员：关健，徐松，朱亮，闫敏，
申请(专利权)人：深圳奥锐达科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44