[发明专利]一种基于光源阵列的3D结构光的产生装置

说明书

本发明涉及一种基于光源阵列的3D结构光的产生装置，包括：光源阵列，包含多个发光单元，各发光单元单独可控；光学元件，与所述发光单元对应设置，用于对所述光源阵列准直得到准直光；聚焦透镜，相间隔设置于所述光学元件背离所述光源阵列的一侧；投影镜头，相间隔设置于所述聚焦透镜背离所述光学元件的一侧；所述光源阵列、所述光学元件、所述聚焦透镜以及所述投影镜头沿同一轴线设置，通过改变光学元件的偏心可改变光束单元的间距，使得光源阵列产生的光束单元间距不受光源阵列中发光单元的排布间隔的限制，减小对光源阵列排布的要求，从而产生更高密度和分辨率的结构光投影图案，且各发光单元可控，可形成目标图案，如格雷码图案、正弦图案。

技术领域

本发明涉及3D视觉技术领域，特别是涉及一种基于光源阵列的3D结构光的产生装置。

背景技术

3D测量由于其可以获得物体的深度信息，正在被越来越广泛的应用到各个领域，3D测量按技术原理可分为线扫描方式和面扫描方式。面扫方式的速度快，效率高，更具有应用前景。面扫描方式3D测量一般需要向物体投射结构光——特定图案，如散斑图案、光栅条纹图，并利用相机拍摄图案来计算三维点云数据。投射结构光图案的分辨率越高，获得点云数据就越多，测量精度就越高。由于每次投射图案都不一样，因此多用投影仪作为光源。投影仪是很好的结构光产生设备。缺点是系统复杂、成本高；光学利用率低；在体积有限的情况下亮度低，同时由于投影仪只是将灰度低区域的光遮挡，或者反射到另一个区域，但对应位置的光源始终开启，因此动态对比度不高。

随着光源技术的发展，阵列光源的尺寸可以被做的越来越小，因此可以将阵列光源直接投影到被测物上，通过控制发光单元的开光获得想要的投影图案。如VCSEL阵列光源由于其表面发射特性，晶圆级加工和表面贴装技术等，可以被用来大批量生产成本低、体积小的阵列光源，在三维传感领域得到了广泛应用。

一般VCSEL等阵列光源的相邻发光单元之间的距离会比发光单元大的多，反应到投影图案上则是相互分离的点阵，不能像投影仪一样产生致密的高分辨率图案。专利US20180203247A1中提到一种错位排列的方法，产生密度更高的条纹图，该方法的缺点是只能用在条纹光栅上，并不能获得二维图形。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于光源阵列的3D结构光的产生装置，以解决现有投影图案受制于光源阵列中发光单元的排布间距的限制。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于光源阵列的3D结构光的产生装置，包括：

光源阵列，包含多个发光单元，各所述发光单元单独可控；

光学元件，与所述发光单元对应设置，用于对所述光源阵列准直得到准直光；

聚焦透镜，相间隔设置于所述光学元件背离所述光源阵列的一侧；

投影镜头，相间隔设置于所述聚焦透镜背离所述光学元件的一侧；

所述光源阵列、所述光学元件、所述聚焦透镜以及所述投影镜头沿同一轴线设置。

优选地，所述发光单元为单独控制亮灭的光源，所述光源阵列透过所述光学元件得到准直光，再透过所述聚焦透镜成像于所述聚焦透镜的后焦面，透过所述投影镜头投影至工作面成像。

优选地，所述光学元件为准直透镜阵列，各所述发光单元单独控制，所述准直透镜阵列包含多个透镜单元，各所述透镜单元与所述发光单元一一对应设置。

优选地，任一所述发光单元所处位置为，与所述发光单元对应的所述透镜单元的中心相对偏移一个坐标，可表示为：；；其中，由相邻所述发光单元之间的距离与目标光斑间距决定。

优选地，所述准直光的偏转角为：；；其中，为透镜单元的焦距，分别为所述透镜单元偏移的坐标值。