基于同步ToF离散点云的3D成像方法技术

本发明专利技术提供了一种基于同步ToF离散点云的3D成像方法，包括通过离散光束投射器向目标物体投射多束离散准直光束；通过光探测器阵列成像器接收经所述目标物体反射的多束离散准直光束，进而测量出多束所述离散准直光束的传播时间以获得所述目标物体表面的深度数据。本发明专利技术通过离散光束投射器向目标物体投射多束离散准直光束，使得光探测器阵列成像器接收经目标物体反射的准直光束，实现对目标物体表面的深度数据的获取，提高了光束功率密度，在信噪比与点云密度之间实现平衡，从而能够低成本、低功耗、高精度的进行3D成像。

【技术实现步骤摘要】
基于同步ToF离散点云的3D成像方法
本专利技术涉及3D成像领域，具体地，涉及基于同步ToF离散点云的3D成像方法。
技术介绍
ToF(timeofflight)技术是一种从投射器发射测量光，并使测量光经过目标物体反射回到接收器，从而能够根据测量光在此传播路程中的传播时间来获取物体到传感器的空间距离的3D成像技术。常用的ToF技术包括单点扫描投射方法和面光投射方法。单点扫描投射的ToF方法采用一个单点投射器，投射出单束的准直光，该单束的准直光的投射方向受到扫描器件的控制从而能够投射到不同的目标位置。光束单束的准直光经过目标物反射后，部分光被单点的光探测器接收，从而获取当前投射方向的深度测量数据。此种方法能够将所有的光功率集中在一个目标点上，从而在单个目标点实现的高信噪比，进而实现高精度的深度测量。整个目标物体的扫描依赖于扫描器件，比如机械马达、MEMS、光相控雷达等。将扫描获得的深度数据点拼接即可获取3D成像所需的离散点云数据。此种方法有利于实现远距离的3D成像，但需要使用复杂的投射扫描系统，成本较高。面光投射的ToF方法则是投射出一个能量连续分布的面光束。投射光连续覆盖目标物体表面。光探测器为一个能够获取光束传播时间的光探测器阵列。目标物体反射的光信号经过光学成像系统在光探测器上成像时，每个探测器像点获得的深度即为其物象关系对应物体位置的深度信息。这种方法能够摆脱复杂的扫描系统。然而，由于面光投射的光功率密度远低于单数的准直光，信噪比相对于单点扫描投射的方法大大下降，使得这种方法仅能够适用于距离减小，精度较低的场景。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于同步ToF离散点云的3D成像方法。本专利技术采用离散光束的投射方法，同步获取具有较高精度的点云数据，从而实现低成本、低功耗、高精度的3D成像。根据本专利技术提供的基于同步ToF离散点云的3D成像方法，包括如下步骤；通过离散光束投射器向目标物体投射多束离散准直光束；通过光探测器阵列成像器接收经所述目标物体反射的多束离散准直光束，进而测量出多束所述离散准直光束的传播时间以获得所述目标物体表面的深度数据。优选地，所述离散光束投射器包括设置在一光路上的边发射激光器和光束投射器；所述边发射激光器，用于向所述光束投射器投射激光；所述光束投射器，用于将入射的所述激光投射出多束离散准直光束。优选地，所述离散光束投射器包括设置在一光路上的激光器阵列、准直镜头和分束器件；所述激光器阵列，用于向所述准直镜头投射第一数量级的激光；所述准直镜头，用于将入射的所述多束激光准直后出射第一数量级的准直光束；所述分束器件，用于将入射的第一数量级的准直光束分束后出射第二数量级的准直光束；所述第二数量级大于所述第一数量级。优选地，所述光探测器阵列成像器包括光学成像镜头、光探测器阵列以及驱动电路；所述光探测器阵列包括多个呈阵列分布的光探测器；所述光学成像镜头，用于使得透过所述光学成像镜头进入光探测器阵列的所述准直光束的方向向量与光探测器呈一一对应关系；所述光探测器，用于接收经所述目标物体反射的准直光束；所述驱动电路，用于测量出多束所述离散准直光束的传播时间并进而生成所述目标物体表面的深度数据。优选地，所述多束离散准直光束周期性排布呈一预设定的形状。优选地，所述预设定的形状包括如下任一形状或能够相互切换的任多个形状：-直线形-三角形；-四边形；-矩形；-圆形；-六边形；-五边形。优选地，所述多束离散准直光束非周期性排布呈另一预设定的形状。优选地，所述非周期性排布包括如下任一排布方式或能够相互切换的任多个排布方式：-随机排布；-空间编码排布；-准晶格排布。优选地，所述光探测器采用如下任一种光传感器：-CMOS光传感器；-CCD光传感器；-SPAD光传感器。本专利技术提供的基于同步ToF离散点云的3D成像方法，包括如下步骤：通过离散光束投射器投射的多束离散准直光束，使得多束所述离散准直光束穿透显示面板后照射到目标物体上；通过光探测器阵列成像器接收所述目标物体反射后穿透所述显示面板的多束离散准直光束，并根据多束所述离散准直光束的传播时间获得所述目标物体表面的深度图像。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：本专利技术通过离散光束投射器向目标物体投射多束离散准直光束，使得光探测器阵列成像器接收经目标物体反射的部分准直光束，实现对目标物体表面的深度数据的获取，提高了光束功率密度，在信噪比与点云密度之间实现平衡，从而能够低成本、低功耗、高精度的进行3D成像。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的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术一实施例中基于同步ToF离散点云的3D成像方法的步骤流程图；图2为本专利技术实施例中基于同步ToF离散点云的3D成像装置的结构示意图；图3为本专利技术实施例中离散光束投射器的一种结构示意图；图4为本专利技术实施例中离散光束投射器的另一种结构示意图；图5为本专利技术实施例中光学成像镜头的结构示意图；图6(a)、(b)、(c)为本专利技术实施例中多束离散准直光束周期性排布的示意图；以及图7(a)、(b)、(c)为本专利技术实施例中多束离散准直光束非周期性排布的示意图；图8为本专利技术另一实施例中基于同步ToF离散点云的3D成像方法的步骤流程图。图中：1为光探测器阵列成像器；2为离散光束投射器；3为目标物体；101为光探测器阵列；102为光学成像镜头；201为边发射激光器；202为光束投射器；203为激光器阵列；204为准直镜头；205为分束器件。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。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”、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于同步ToF离散点云的3D成像方法，其特征在于，包括如下步骤：/n通过离散光束投射器向目标物体投射多束离散准直光束；/n通过光探测器阵列成像器接收经所述目标物体反射的多束离散准直光束，进而测量出多束所述离散准直光束的传播时间以获得所述目标物体表面的深度数据。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于同步ToF离散点云的3D成像方法，其特征在于，包括如下步骤：
通过离散光束投射器向目标物体投射多束离散准直光束；
通过光探测器阵列成像器接收经所述目标物体反射的多束离散准直光束，进而测量出多束所述离散准直光束的传播时间以获得所述目标物体表面的深度数据。


2.根据权利要求1所述的基于同步ToF离散点云的3D成像方法，其特征在于，所述离散光束投射器包括设置在一光路上的边发射激光器和光束投射器；
所述边发射激光器，用于向所述光束投射器投射激光；
所述光束投射器，用于将入射的所述激光投射出多束所述离散准直光束。


3.根据权利要求1所述的基于同步ToF离散点云的3D成像方法，其特征在于，所述离散光束投射器包括设置在一光路上的激光器阵列、准直镜头和分束器件；
所述激光器阵列，用于向所述准直镜头投射第一数量级的激光；
所述准直镜头，用于将入射的所述多束激光准直后出射第一数量级的准直光束；
所述分束器件，用于将入射的第一数量级的准直光束分束后出射第二数量级的准直光束；
所述第二数量级大于所述第一数量级。


4.根据权利要求1所述的基于同步ToF离散点云的3D成像方法，其特征在于，所述光探测器阵列成像器包括光学成像镜头、光探测器阵列以及驱动电路；所述光探测器阵列包括多个呈阵列分布的光探测器；
所述光学成像镜头，用于使得透过所述光学成像镜头进入光探测器阵列的所述准直光束的方向向量与光探测器呈一一对应关系；
所述光探测器，用于接收经所述目标物体反射的准直光束；
所述驱动电路，用于测量出多束所述离散...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕方璐，程世球，
申请(专利权)人：深圳市光鉴科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44