一种TOF深度传感模组和图像生成方法技术

本申请提供了一种TOF深度传感模组和图像生成方法。该TOF深度传感模组包括：激光光源、偏振过滤器件、光束整形器件、第一光学元件、第二光学元件、接收单元和控制单元。其中，激光光源用于产生激光光束；偏振过滤器件用于对激光光束进行过滤，得到单一偏振态的光束；光束整形器件用于对单一偏振态的光束的FOV进行调整，得到FOV范围包括[5°×5°，20°×20°]的第一光束；控制单元用于控制第一光学元件对第一光束的方向进行控制，得到出射光束；控制单元还用于控制第二光学元件将目标物体对出射光束反射得到的反射光束偏转到接收单元。本申请实施例能够提高最终得到的目标物体的深度图的空间分辨率。

【技术实现步骤摘要】
一种TOF深度传感模组和图像生成方法
本申请涉及TOF
，并且更具体地，涉及一种TOF深度传感模组和图像生成方法。
技术介绍
飞行时间(timeofflight,TOF)技术是一种常用的深度或距离测量技术，其基本原理为通过发射端发出连续光或者脉冲光，当连续光或者脉冲光照射到待测物体后会发生反射，然后接收端接收待测物体的反射光。接下来，通过确定从发射端到接收端的光的飞行时间，就可以计算待测物体到TOF系统的距离或深度。传统方案中常采用脉冲型TOF技术进行距离的测量。脉冲型TOF技术是通过测量(发射端发射的)出射光束的发射时间和(接收端接收的)反射光束的接收时间之间的时间差来实现对距离的测量。具体地，在脉冲型TOF技术中，光源一般发出持续时间很短的脉冲光束，经待测目标反射后被接收端的光电探测器接收，通过测量发射脉冲和接收脉冲的时间间隔就可以得到待测物体的深度或距离。脉冲型TOF技术要求光电探测器的灵敏度要足够高，达到单光子探测的能力，常用的光电探测器为单光子雪崩二极管(single-photonavalanchediode，SPAD)。由于SPAD复杂的接口和处理电路，导致常用的SPAD传感器的分辨率较低，不足以满足深度传感高空间分辨率的需求。
技术实现思路
本申请提供一种TOF深度传感模组和图像生成方法，以提高TOF深度传感模组最终生成的深度图的空间分辨率。第一方面，提供了一种TOF深度传感模组，该TOF深度传感模组包括激光光源、偏振过滤器件、光束整形器件、第一光学元件、第二光学元件、接收单元和控制单元，其中，激光光源能够产生多种偏振态的光，偏振过滤器件位于激光光源和光束整形器件之间。上述TOF深度传感模组中的各个模块或者单元的功能具体如下：激光光源用于产生激光光束；偏振过滤器件用于对激光光束进行过滤，得到单一偏振态的光束；光束整形器件用于对单一偏振态的光束的FOV进行调整，得到第一光束；控制单元用于控制第一光学元件对所述第一光束的方向进行控制，得到出射光束；控制单元还用于控制第二光学元件将目标物体对来自第一光学元件的光束反射得到的反射光束偏转到接收单元。上述第一光束的FOV的范围包括[5°×5°，20°×20°]。其中，上述单一偏振态为多种偏振态中的一种；例如，上述多种偏振态可以包括线偏振、左旋圆偏振以及右旋圆偏振，上述单一偏振态可以是线偏振、左旋圆偏振以及右旋圆偏振中的任意一种。上述第一光学元件和第二光学元件是不同的元件，其中，第一光学元件位于发射端，第二光学元件位于接收端。具体地，第一光学元件可以位于光束整形器件与目标物体之间，第二光学元件可以位于接收单元和目标物体之间。上述接收单元可以包括接收镜头和传感器，接收镜头可以将反射光束会聚到传感器，使得传感器能够接收到反射光束，进而获取反射光束被接收单元接收的时刻，得到出射光束对应的TOF，最后可以再根据出射光束对应的TOF生成目标物体的深度图。可选地，上述控制单元用于调整第一光学元件的双折射率参数得到调整后的双折射率参数；上述第一光学元件用于基于调整后的双折射率参数对第一光束的方向进行调整，得到出射光束。其中，在第一光学元件的双折射率不同时，第一光学元件能够将第一光束调整到不同的方向。可选地，上述控制单元用于：控制第一光学元件在M个不同时刻分别对第一光束的方向进行控制，得到M个不同方向的出射光束，该M个不同方向的出射光束覆盖的总FOV的范围包括[50°×50°，80°×80°]；控制第二光学元件分别将目标物体对M个不同时刻来自第一光学元件的光束反射得到的M个反射光束偏转到接收单元。本申请实施例中，通过光束整形器件对光束的FOV进行调整，使得第一光束的具有较大的FOV，同时采用过分时复用的方式进行扫描(第一光学元件在不同的时刻出射不同方向的出射光束)，能够提高最终得到的目标物体的深度图的空间分辨率。结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，上述控制单元还用于：根据M个不同方向的出射光束分别对应的TOF，生成目标物体的深度图。上述M个不同方向的出射光束对应的TOF具体可以是指上述M个不同方向的出射光束对应的反射光束被接收单元接收的时刻与上述M个不同方向的出射光束的出射时刻之间的时间差信息。假设上述M个不同方向的出射光束包含出射光束1，那么，出射光束1对应的反射光束可以是指出射光束1到达目标物体，并经过目标物体后反射后产生的光束。结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，上述第一光学元件与第二光学元件的距离小于或者等于1cm。结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，上述第一光学元件为转镜器件。结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，上述第二光学元件为转镜器件。其中，上述转镜器件通过转动实现对出射光束的出射方向的控制。结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，上述第一光学元件为液晶偏振元件。结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，上述第二光学元件为液晶偏振元件。结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，上述第一光学元件包括：横向偏振控制片、横向液晶偏振光栅、纵向偏振控制片和纵向液晶偏振光栅。结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，上述第二光学元件包括：横向偏振控制片、横向液晶偏振光栅、纵向偏振控制片和纵向液晶偏振光栅。结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，在上述第一光学元件或者第二光学元件中，横向偏振控制片、横向液晶偏振光栅、纵向偏振控制片和纵向液晶偏振光栅与激光光源的距离依次变大。结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，在上述第一光学元件或者第二光学元件中，纵向偏振控制片、纵向液晶偏振光栅、横向偏振控制片和横向液晶偏振光栅与激光光源的距离依次变大。结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，上述转镜器件为微电子机械系统振镜或者多面转镜。结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，上述光束整形器件由扩散镜头和矩形孔阑构成。结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，上述TOF深度传感模组还包括：准直镜头，该准直镜头位于激光光源和偏振过滤器件之间，该准直镜头用于对激光光束进行准直处理；偏振过滤器件用于对准直镜头准直处理后的光束进行过滤，得到单一偏振态的光束。结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，上述TOF深度传感模组还包括：准直镜头，该准直镜头位于偏振过滤器件和光束整形器件之间，该准直镜头用于对单一偏振态的光束进行准直处理；光束整形器件用于对准直镜头准直处理后的FOV进行调整，得到第一光束。上述通过准直镜头对光束进行准直处理，能够得到近似平行的光束，可以提高光束的功率密度，进而可以提高后续采用光束进行扫描的效果。可选地，上述准直镜头的通光孔径小于或者等于5mm。由于上述准直镜头的尺寸较小，因此，包含准直镜头的TOF深度传感模组比较容易被集成到终端设备中，能够在一定程度上减本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种TOF深度传感模组，所述TOF深度传感模组包括激光光源、偏振过滤器件、光束整形器件、第一光学元件、第二光学元件、接收单元和控制单元，其中，所述激光光源能够产生多种偏振态的光，所述偏振过滤器件位于所述激光光源和所述光束整形器件之间；/n所述激光光源用于产生激光光束；/n所述偏振过滤器件用于对所述激光光束进行过滤，得到单一偏振态的光束，所述单一偏振态为所述多种偏振态中的一种；/n所述光束整形器件用于对所述单一偏振态的光束的FOV进行调整，得到第一光束，所述第一光束的FOV的范围包括[5°×5°，20°×20°]；/n所述控制单元用于控制所述第一光学元件对所述第一光束的方向进行控制，得到出射光束；/n所述控制单元还用于控制所述第二光学元件将目标物体对所述出射光束反射得到的反射光束偏转到所述接收单元。/n

【技术特征摘要】
1.一种TOF深度传感模组，所述TOF深度传感模组包括激光光源、偏振过滤器件、光束整形器件、第一光学元件、第二光学元件、接收单元和控制单元，其中，所述激光光源能够产生多种偏振态的光，所述偏振过滤器件位于所述激光光源和所述光束整形器件之间；
所述激光光源用于产生激光光束；
所述偏振过滤器件用于对所述激光光束进行过滤，得到单一偏振态的光束，所述单一偏振态为所述多种偏振态中的一种；
所述光束整形器件用于对所述单一偏振态的光束的FOV进行调整，得到第一光束，所述第一光束的FOV的范围包括[5°×5°，20°×20°]；
所述控制单元用于控制所述第一光学元件对所述第一光束的方向进行控制，得到出射光束；
所述控制单元还用于控制所述第二光学元件将目标物体对所述出射光束反射得到的反射光束偏转到所述接收单元。


2.如权利要求1所述的TOF深度传感模组，其特征在于，所述控制单元用于：
控制所述第一光学元件在M个不同时刻分别对所述第一光束的方向进行控制，得到M个不同方向的出射光束，所述M个不同方向的出射光束覆盖的总FOV的范围包括
[50°×50°，80°×80°]；
控制所述第二光学元件分别将目标物体对所述M个不同方向的出射光束反射得到的M个反射光束偏转到所述接收单元。


3.如权利要求1或2所述的TOF深度传感模组，其特征在于，所述控制单元还用于：
根据所述M个不同方向的出射光束分别对应的TOF，生成所述目标物体的深度图。


4.如权利要求1-3中任一项所述的TOF深度传感模组，其特征在于，所述第一光学元件与第二光学元件的距离小于或者等于1cm。


5.如权利要求1-4中任一项所述的TOF深度传感模组，其特征在于，所述第一光学元件和/或所述第二光学元件为液晶偏振元件。


6.如权利要求1-4中任一项所述的TOF深度传感模组，其特征在于，所述第一光学元件和/或所述第二光学元件为转镜器件，其中，所述转镜器件通过转动实现对出射光束的出射方向的控制。


7.如权利要求6所述的TOF深度传感模组，其特征在于，所述第一光学元件包括：横向偏振控制片、横向液晶偏振光栅、纵向偏振控制片和纵向液晶偏振光栅。


8.如权利要求6所述的TOF深度传感模组，其特征在于，所述第二光学元件包括：横向偏振控制片、横向液晶偏振光栅、纵向偏振控制片和纵向液晶偏振光栅。


9.如权利要求7或8所述的TOF深度传感模组，其特征在于，所述横向偏振控制片、所述横向液晶偏振光栅、所述纵向偏振控制片和所述纵向液晶偏振光栅与所述激光光源的距离依次变大，或者，所述纵向偏振控制片、所述纵向液晶偏振光栅、所述横向偏振控制片和所述横向液晶偏振光栅与所述激光光源的距离依次变大。


10.如权利要求6所述的TOF深度传感模组，其特征在于，所述转镜器件为微电子机械系统振镜或者多面转镜。


11.如权利要求1-10中任一项所述的TOF深度传感模组，其特征在于，所述光束整形器件由扩散镜头和矩形孔阑构成。


12.如权利要求1-10中任一项所述的TOF深度传感模组，其特征在于，所述激光光源为法布里-珀罗FP激光器。


13.如权利要求1-10中任一项所述的TOF深度传感模组，其特征在于，所述激光光源为垂直腔面发射激光器。


14.如权利要求1-13中任一项所述的TOF深度传...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱孟，吴巨帅，高少锐，郭帮辉，宋小刚，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44