[发明专利]一种大视野单幅纹理主动投影模组及3D相机

说明书

本发明公开了一种大视野单幅纹理主动投影模组，包括：依次同轴布置的高亮LED光源、透镜模组、掩膜板；所述LED光源用于提供侦测光；所述侦测光经所述透镜模组收光、会聚、准直、整形处理后，形成截面形状与所述掩膜板一致且截面大小略大于所述掩膜板的调制光束并照射至所述掩膜板；所述掩膜板上设有孔径为微米级别的掩膜图案，所述掩膜图案包括用于透射所述调制光束的透明特征和用于阻挡所述调制光束的不透明特征，从而使得本发明所示的主动投影模组具备大视野、高分辨率、纹理图案特异性好且后续解算速度快的优点。

技术领域

本发明属于三维视觉技术领域，更具体地，涉及一种大视野单幅纹理主动投影模组及3D相机。

背景技术

近年来，随着3D机器视觉技术的快速发展和图像采集设备的不断进步，3D视觉技术与3D相机被越来越多的应用于工业与物流领域，为工业制造与物流行业自动化升级改造提供视觉感知。其中，3D相机包括用于向被测物体表面投射纹理图案的相机模组以及用于采集被测物体表面调制后的纹理图案的双目工业相机。3D视觉机器人抓取作为3D相机在工业制造与物流行业自动化的主要应用场景，可用于进行零部件抓取、物流分拣、以及拆垛码垛等。

当使用3D相机进行零部件抓取、物流分拣、码垛时，需要从1.2m*1m*0.8m零部件料框内或1.2m*1.4m的托盘中或从0.8m高的垛形进行待抓取工件抓取，故需要投影模组提供足够大的视野，以使得投射出的纹理图案能够覆盖全部的料框、托盘以及码垛。同时，在进行抓取操作时，还需要通过工业相机所拍摄的图像具备高分辨率特性，以进行后续的图像识别及抓取，如在物流领域通常要求图像分辨率率为0.1mm-5mm，在工业领域则图像分辨率要求更高，为0.1mm-1mm，故也需要3D相机尤其是投影模组能够投射出高分辨率的纹理图案。

目前大视野3D测量主要通过被动双目测量、VCSEL激光结构光技术实现。

被动双目测量基于双目视差原理，通过单帧图像即可完成一个三维成像，可同时满足高分辨率、大视野、远距离成像，但其依赖于被测场景的纹理特征，在部分自然场景下，会因为环境纹理缺失而无法成像，系统鲁棒性较差，其输出的三维点云也非常稀疏，无法真正应用。

VCSEL激光结构光用于大视野成像时，通常使用激光+透镜组+DOE散斑投射方案，当垂直腔面发射激光器(VCSEL)射出的激光束经准直后，通过衍射光学元件(DOE)进行散射，即可得到所需的掩膜图案。但是由于DOE对于光束进行散射的角度(FOV)有限，且掩膜图案的特征点数量限制(特征点一般不高于30万)，所以无法进行大幅面的散斑投射，即当其工作距离大于1m时，所获取的图像分辨率只有10mm左右，而只有工作距离1m以内时，才能满足实际应用中分辨率的要求，且激光的连续输出能力在长时间工作下不太稳定。

申请号为2019103609194用于机器人无序分拣的3D相机及其测量方法公开了一种3D相机，基于一种主动纹理投射成像技术实现大视野测量，其中，散斑投射单元主体包括高亮LED光源、散斑玻片以及用于光线传播的透镜单元，透镜单元包括多个先扩散再会聚的镜片，带有掩膜图案的散斑玻片设置在多个镜片之间。该方案虽然可以实现大视野测量，但是需要复杂的光路设计以及昂贵的成本代价方可实现高分辨率要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种大视野单幅纹理主动投影模组，以解决现有技术存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种大视野单幅纹理主动投影模组，包括：依次同轴布置的高亮LED光源、透镜模组、掩膜板；

所述LED光源用于提供侦测光；所述侦测光经所述透镜模组收光、会聚、准直、整形处理后，形成截面形状与所述掩膜板一致且截面大小略大于所述掩膜板的调制光束并照射至所述掩膜板；所述掩膜板上设有孔径为微米级别的掩膜图案，所述掩膜图案包括用于透射所述调制光束的透明特征和用于阻挡所述调制光束的不透明特征。