3D结构光模组、成像系统及获得目标物体深度图的方法
本发明公开一种3D结构光模组、成像系统及获得目标物体深度图的方法，其中，3D结构光模组包括：结构光投射器，用于向待测物体表面投射结构光，使所述待测物体表面形成反射光束；事件相机，用于感应所述反射光束，并生成事件数据；模组电路板，所述结构光投射器与所述事件相机分别与所述模组电路板连接，并间隔设于所述模组电路板上。本发明技术方案提出的3D结构光模组能够避免光照强度过强或过低而影响测量精度，实现对高速物体、背景光照强度跨度大下的物体的精准3D测量。
发明专利
CN202311659789.7
2023-12-06
CN117369197A
2024-01-09
G03B15/03(2021.01)
深圳市安思疆科技有限公司
李安;张莉萍;陈驰;鲁亚东;张思曼
518000 广东省深圳市南山区桃源街道福光社区留仙大道3370号南山智园崇文园区3号楼2201-2202
深圳市世纪恒程知识产权代理事务所
鲁叶
广东;44
1.一种3D结构光模组，其特征在于，包括： 结构光投射器，用于向待测物体表面投射结构光，使所述待测物体表面形成反射光束； 事件相机，用于感应所述反射光束，并生成事件数据； 模组电路板，所述结构光投射器与所述事件相机分别与所述模组电路板连接，并间隔设于所述模组电路板上。 2.如权利要求1所述的3D结构光模组，其特征在于，所述结构光投射器包括： 投射器电路板，所述投射器电路板单独设置或所述投射器电路板与所述模组电路板共基板设置； 光源，所述光源用于发射光线，且所述光源电连接于所述投射器电路板； 光学元件，包括有基材和微结构面，所述微结构面设于所述基材的表面； 投射器结构支架，所述投射器结构支架开设出光通道，所述光学元件连接于所述出光通道内，所述光线穿过所述光学元件并自所述出光通道射出。 3.如权利要求2所述的3D结构光模组，其特征在于，所述微结构面为衍射微结构面，所述投射器结构支架还包括至少一片准直透镜，所述准直透镜设于所述出光通道内，所述光线依次穿过所述准直透镜与所述光学元件并射出所述出光通道。 4.如权利要求2所述的3D结构光模组，其特征在于，所述微结构面包括衍射微结构面和准直微结构面；所述准直微结构面和所述衍射微结构面分别位于所述基材的两侧或同一侧，或，所述准直微结构面和所述衍射微结构面集成于所述基材的同一侧形成集成微结构面； 或，所述微结构面为超表面结构，所述超表面结构包括第一微结构和第二微结构，且所述第一微结构与所述第二微结构分别设于所述基板的两表面。 5.如权利要求4所述的3D结构光模组，其特征在于，所述光源为偏振激光光源，所述偏振激光光源用于间隔发出偏振方向不同的第一偏振激光和第二偏振激光，或，所述光源为多光谱激光光源，所述多光谱激光光源用于间隔发出至少两种波长不同的激光。 6.如权利要求5所述的3D结构光模组，其特征在于，所述光源为偏振激光光源时；所述微结构面包括拼接连接的第一子单元和第二子单元，所述第一子单元与所述第一偏振激光相适应，所述第二子单元与所述第二偏振激光相适应； 所述光源为多光谱激光光源时，所述微结构面包括拼接连接的多个子单元，且不同波长的激光与不同的子单元对应设置； 或，当所述微结构面为超表面结构时；其中，所述光源为偏振激光光源时，所述第一微结构与所述第一偏振激光相适应，所述第二微结构与所述第二偏振激光相适应，所述光源为多光谱激光光源时，一波长激光与所述第一微结构相适应，另一波长激光与所述第二微结构相适应。 7.如权利要求4所述的3D结构光模组，其特征在于，所述衍射微结构面通过矢量设计得到周期性相位分布； 或，所述衍射微结构面通过标量设计得到随机相位分布。 8.如权利要求1所述的3D结构光模组，其特征在于，所述事件相机包括： 相机电路板，所述相机电路板单独设置或所述相机电路板与所述模组电路板共基板设置； 动态视觉传感器，电连接于所述相机电路板，所述动态视觉传感器用于接收所述反射光束，并生成事件数据； 相机结构支架，设于所述相机电路板上，所述相机结构支架开设入光通道，所述待测物体反射的散斑结构光线进入所述入光通道； 红外窄带滤光片或红外超表面透镜； 当所述事件相机包括所述红外窄带滤光片时，所述入光通道内设有第一相机安装凸台，所述红外窄带滤光片设于所述第一相机安装凸台；所述相机结构支架设有至少一片成像透镜，所述成像透镜设于所述入光通道内，或，所述相机结构支架设有超表面透镜，所述入光通道设有第二相机安装凸台，所述超表面透镜设于所述第二相机安装凸台； 当所述事件相机包括所述红外超表面透镜时，所述入光通道设有第三相机安装凸台，所述红外超表面透镜设于所述第三相机安装凸台。 9.如权利要求1所述的3D结构光模组，其特征在于，所述事件相机设有两个，和/或，所述3D结构光模组还包括有RGB相机，所述RGB相机用于输出彩色图； 或，所述3D结构光模组还包括有RGB相机，所述事件相机与所述RGB相机融合形成集成接收相机，所述集成接收相机的动态视觉传感器包括多个像素单元，每个所述像素单元包括四个像素子单元，四个所述像素子单元分别为红色感光像素、绿色感光像素、蓝色感光像素以及红外感光像素。 10.一种3D成像系统，其特征在于，包括：主芯片和3D结构光模组； 其中，所述3D结构光模组为如权利要求1-9任一项所述的3D结构光模组，所述主芯片包括： 控制模块，所述控制模块与所述3D结构光模组控制连接，所述控制模块用于接收成像信息并根据所述成像信息控制开启结构光投射器和事件相机； 计算模块，所述计算模块与所述事件相机通讯连接，以接收事件相机产生的事件数据并将所述事件数据转化为事件图像以及传输所述事件图像； 存储模块，所述存储模块与所述计算模块通讯连接，用于接收以及存储所述计算模块传输的所述事件图像，所述存储模块还存储有标定参数以及参考图； 图像数据处理模块，与所述存储模块连接，并根据所述标定参数校准所述事件图像以形成校准事件图，所述图像数据处理模块还用于将所述校准事件图对比所述参考图以得到深度图。 11.一种获得目标物体深度图的方法，其特征在于，应用于如权利要求10所述的3D成像系统，所述方法包括： 分别标定事件相机和结构光投射器，得到所述事件相机的内参和外参以及所述结构光投射器的内参和外参； 主芯片的控制模块先开启事件相机，再启动结构光投射器，其中，事件相机与结构光投射器两者启动的时间差大于事件相机的初始化响应时间； 结构光投射器向待测物投射带有一定特征结构的结构光，所述待测物体反射的光斑入射至事件相机，事件相机捕捉散斑点生成事件数据； 主芯片根据事件数据、结构光投射器的内参和外参、事件相机的内参和外参、参考图，而得到所述目标物体的深度图像。