一种3D结构光系统
本发明实施例公开了一种3D结构光系统，该系统包括多光谱投射器、接收相机、控制处理模块和活体检测模块；控制处理模块用于控制多光谱投射器向待测物体投射多光谱光斑；接收相机用于接收经待测物体返回的多光谱光斑，形成多张不同状态的光斑图像，控制处理模块还用于对其进行图像处理，并计算获得一张深度图；活体检测模块用于利用活体检测模型，至少对控制处理器获得的图像进行活体检测，并在活体检测模型均输出肯定结果时，判定待测物体为活体。该系统通过单个多光谱投射器实现了多种状态光斑的投射；并且通过活体检测模块判定待测物是否为活体，丰富了用于活体检测的图像种类，该系统结构简单，具有较高的系统活体检测准确性。
发明专利
CN202311764989.9
2023-12-21
CN117452747A
2024-01-26
G03B15/03(2021.01)
深圳市安思疆科技有限公司
李安;张莉萍;陈驰;张思曼;鲁亚东
518073 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
北京品源专利代理有限公司
胡彬
广东;44
1.一种3D结构光系统，其特征在于，包括多光谱投射器、接收相机、控制处理模块和活体检测模块； 所述控制处理模块分别与所述多光谱投射器、所述接收相机、所述活体检测模块电连接； 所述控制处理模块用于控制所述多光谱投射器向待测物体投射多光谱光斑； 所述接收相机用于接收经待测物体返回的多光谱光斑，形成多张不同状态的光斑图像，多张不同状态的所述光斑图像至少包括一张原始清晰散斑图、一张原始模糊散斑图或第一原始均匀泛光图和一张第二原始均匀泛光图； 所述控制处理模块还用于对多张不同状态的所述光斑图像进行图像处理，至少获得一张清晰散斑图、一张模糊散斑图或第一均匀泛光图和一张第二均匀泛光图，并根据所述清晰散斑图以及预设的参考清晰散斑图，计算获得一张深度图； 所述活体检测模块用于利用活体检测模型，至少对所述清晰散斑图、所述模糊散斑图或所述第一均匀泛光图、所述第二均匀泛光图以及所述深度图进行活体检测，并在所述活体检测模型均输出肯定结果时，判定待测物体为活体。 2.根据权利要求1所述的3D结构光系统，其特征在于，所述多光谱投射器至少包括准直-衍射一体化光学元件、第一光源、第二光源和第三光源；所述准直-衍射一体化光学元件位于所述第一光源、所述第二光源和所述第三光源的出光侧；所述第一光源的出光波长λ1、所述第二光源的出光波长λ2、所述第一光源的出光波长λ3满足如下条件：|λ2-λ1|＜|λ3-λ1|； 所述第一光源为激光光源，所述第一光源的出光面位于所述准直-衍射一体化光学元件的焦平面； 所述第一光源出射第一波长散斑图，所述第一波长散斑图经所述准直-衍射一体化光学元件调制后形成清晰散斑投射图； 所述第二光源出射第二波长散斑图，所述第二波长散斑图经所述准直-衍射一体化光学元件调制后形成模糊散斑投射图或第一均匀泛光投射图； 所述第三光源出射第三波长散斑图，所述第三波长散斑图经所述准直-衍射一体化光学元件调制后形成第二均匀泛光投射图。 3.根据权利要求2所述的3D结构光系统，其特征在于，所述第二光源的出光面和/或所述第三光源的出光面位于所述准直-衍射一体化光学元件的非焦平面。 4.根据权利要求1所述的3D结构光系统，其特征在于，所述多光谱投射器至少包括第一光源、第二光源、第三光源、掩膜版和投射物镜； 所述掩膜版和所述投射物镜依次排列于所述第一光源、所述第二光源和所述第三光源的出光侧；所述第一光源的出光波长λ1、所述第二光源的出光波长λ2、所述第一光源的出光波长λ3满足如下条件：|λ2-λ1|＜|λ3-λ1|； 所述掩膜版包括掩膜图案层，所述掩膜图案层中设置有散斑掩膜图案，所述掩膜版的掩膜图案层位于所述投射物镜的焦平面； 所述第一光源出射第一光束，所述第一光束经所述掩膜版透射且经所述投射物镜调制后形成清晰散斑投射图； 所述第二光源出射第二光束，所述第二光束经所述掩膜版透射且经所述投射物镜调制后形成模糊散斑投射图或第一均匀泛光投射图； 所述第三光源出射第三光束，所述第三光束经所述掩膜版透射且经所述投射物镜调制后形成第二均匀泛光投射图。 5.根据权利要求4所述的3D结构光系统，其特征在于，所述掩膜版还包括透明基底，所述掩膜图案层设置于所述透明基底的一侧表面； 所述掩膜图案层为遮光图案层，所述遮光图案层中设置有遮光散斑图案，所述遮光图案层中所述遮光散斑图案所在的区域不透光，所述遮光图案层中非所述遮光散斑图案所在的区域透光； 或者，所述掩膜图案层为滤光图案层，所述滤光图案层中设置有滤光散斑图案；所述滤光图案层中非所述滤光散斑图案所在的区域透光；所述滤光图案层中所述滤光散斑图案所在的区域对所述第一光源的出光波长λ1不透光，对所述第二光源的出光波长λ2透光或部分透光，对所述第一光源的出光波长λ3透光。 6.根据权利要求4所述的3D结构光系统，其特征在于，所述多光谱投射器还包括第一电路板和结构支架，所述结构支架设置在所述第一电路板上，所述掩膜版设置在所述结构支架上并与所述结构支架、所述第一电路板构成容置空间；所述第一光源、所述第二光源和所述第三光源设置于所述容置空间中且电连接在所述第一电路板上； 所述结构支架的内壁设置有吸光材料或所述结构支架采用吸光材料制成，所述吸光材料吸收所述第一光源的出光波长λ1的光线。 7.根据权利要求1所述的3D结构光系统，其特征在于，所述接收相机的数量为一个； 所述接收相机包括成像芯片、成像镜头和滤光片，所述滤光片为多通道滤光片，所述成像镜头和所述滤光片依次设置于所述成像芯片的受光路径上； 所述滤光片用于滤除所述多光谱投射器的多个出射波长之外的杂散光。 8.根据权利要求7所述的3D结构光系统，其特征在于，所述成像芯片包括多种成像单元；多种所述成像单元的感光波长与所述多光谱投射器的多个出射波长一一对应； 同种的多个所述成像单元均匀分布在所述成像芯片的成像面上。 9.根据权利要求7所述的3D结构光系统，其特征在于，所述成像芯片的数量为多个； 所述接收相机还包括至少一个分光棱镜，所述至少一个分光棱镜设置在所述滤光片的出光路径上； 所述分光棱镜用于对包含所述多光谱投射器的多个出射波长且透过所述滤光片的光束进行分光，形成与所述多光谱投射器的多个出射波长一一对应的多个分光光束； 多个所述成像芯片分别设置在多个所述分光光束的路径上，以采集获得多张不同状态的所述光斑图像； 或者，所述接收相机还包括分光光栅，所述分光光栅设置在所述滤光片的出光路径上； 所述分光光栅用于对包含所述多光谱投射器的多个出射波长且透过所述滤光片的光束进行分光，形成与所述多光谱投射器的多个出射波长一一对应的多个分光光束； 多个所述成像芯片分别设置在多个所述分光光束的路径上，以采集获得多张不同状态的所述光斑图像。 10.根据权利要求1所述的3D结构光系统，其特征在于，所述接收相机的数量为一个； 所述接收相机包括成像芯片、成像镜头和多个滤光片，所述滤光片为单通道滤光片，所述成像镜头设置于所述成像芯片的受光路径上；所述滤光片用于透射所述多光谱投射器的多个出射波长中的一个出射波长的光线； 所述控制处理模块用于依次控制所述多光谱投射器，向待测物体投射不同出射波长的光斑，并控制多个所述滤光片中对应于所述多光谱投射器当前投射的出射波长的滤光片，切换至所述成像镜头和所述成像芯片之间； 所述接收相机用于依次形成多张不同状态的所述光斑图像。 11.根据权利要求1所述的3D结构光系统，其特征在于，所述接收相机的数量为多个； 所述接收相机包括成像芯片、成像镜头和滤光片，所述滤光片为单通道滤光片，所述成像镜头和所述滤光片依次设置于所述成像芯片的受光路径上； 所述滤光片用于透射所述多光谱投射器的多个出射波长中的一个出射波长的光线，不同的所述接收相机中的所述滤光片透射的所述多光谱投射器的出射波长不同； 多个所述接收相机一一对应形成多张不同状态的所述光斑图像。