[实用新型]结构光投射装置和深度数据测量头

说明书

公开了一种深度数据测量头及其结构光投射装置。结构光投射装置，包括：多个结构光发生器，用于发射不相重叠的结构光；用于固定所述多个结构光发生器的固定结构；以及至少部分连接至所述固定结构的驱动装置，用于改变所述多个结构光发生器的出射方向。结构光投射装置通过引入多个结构光发生器联动的驱动结构来实现红外纹理投射角度的变化，深度数据测量头可以融合不同投射角度下获取的图像信息，从而在确保匹配置信度的同时，以更小的采样窗口实现双目图像的精细匹配，由此实现更为精细的深度图像检测。

技术领域

本实用新型涉及三维检测技术领域，尤其涉及用于深度数据测量头及其结构光投射装置。

背景技术

近年来，三维成像技术得到蓬勃发展。目前，一种基于结构光的双目检测方案能够实时地对物体表面进行三维测量。简单地说，该方案首先向自然体表面投射带有编码信息的二维激光纹理图案，例如离散化的散斑图，由位置相对固定的两个图像采集装置对激光纹理进行连续采集，处理单元使用采样窗口对两个图像采集装置同时采集的两幅图像进行采样，确定采样窗口内匹配的激光纹理图案，根据匹配的纹理图案之间的差异，计算出投射在自然体表面的各个激光纹理序列片段的纵深距离，并进一步测量得出待测物表面的三维数据。

在匹配处理中，采样窗口越大，单次采样中包含的图案信息量也越大，因此也越容易进行匹配，但会导致得到的深度图像颗粒度越大。相应地，采样窗口越小，图像的颗粒度越精细，但误匹配率也越大。

随着消费级三维相机时代的到来，如何以更低成本、更高精度以及更小体积实现三维信息，尤其是深度信息的精确获取，成为业内所面临的问题。

实用新型内容

本实用新型提出了一种深度数据测量头及其结构光投射装置。结构光投射装置通过引入多个结构光发生器联动的驱动结构来实现红外纹理投射角度的变化，深度数据测量头可以融合不同投射角度下获取的图像信息，从而在确保匹配置信度的同时，以更小的采样窗口实现双目图像的精细匹配，由此实现更为精细的深度图像检测。

根据本公开的第一个方面，提供了一种结构光投射装置，其特征在于，包括：多个结构光发生器，用于发射不相重叠的结构光；用于固定所述多个结构光发生器的固定结构；以及至少部分连接至所述固定结构的驱动装置，用于改变所述多个结构光发生器的出射方向。由此，通过引入多个结构光发生器联动的驱动结构来实现红外纹理投射纹理的变化。

可选地，所述驱动装置使得所述多个结构光发生器沿着所述驱动装置的驱动轴摆动或者跟随所述驱动装置的驱动齿轮拨动而摆动，并且可以实现为音圈(VCM)马达、微机械(MEMS)马达或者微型步进驱动(SMD) 马达。

可选地，所述结构光投射装置还包括：传动装置，用于以设定的传动比将所述驱动装置的运动传递至所述固定结构。

可选地，该结构光投射装置还包括：用于包围所述多个结构光发生器和所述驱动装置的至少部分并使得所述结构光能够出射的外壳。

可选地，所述固定结构是包围所述多个结构光发生器的至少部分并使得所述结构光能够出射的壳体。

可选地，所述结构光发生器包括：激光发生器，用于发射红外激光；布置在所述激光的出射光路上的衍射光学元件，用于生成带纹理的红外光束。所述激光发生器包括激光二极管，并且所述衍射光学元件具有通过光学微加工技术构成的表面微结构，用于使得入射激光发生衍射并使其被调制成具有特定投射规则的离散光斑。

可选地，所述结构光发生器包括：用于发射多点激光阵列的垂直腔面发射激光器(VCSEL)。所述VCSEL可以自身形成用于投射的所述结构光；或者所述结构光发生器还包括：布置在所述激光的出射光路上的衍射光学元件，所述衍射光学元件具有复制入射的所述多点激光阵列以得到周期性离散光斑的表面结构。