[发明专利]发散光式散斑投射器及其调焦方法以及三维重建系统

说明书

本发明提供一发散光式散斑投射器及其调焦方法以及三维重建系统，其中所述散斑投射器包括至少一半导体激光器和被设置在所述半导体激光器的光路的至少一衍射光学部件，以在所述半导体激光器产生的激光穿过所述衍射光学部件后形成一具有散斑图案的光线，其中所述散斑投射器不需要设置在所述半导体激光器和所述衍射光绪部件之间的准直镜，以不仅能够提高所述散斑投射器投射的所述具有散斑图案的光线的品质，而且有利于所述散斑投射器的小型化和微型化，尤其是能够降低所述散斑投射器的高度尺寸。

技术领域

本发明涉及一散斑投射器，特别涉及一发散光式散斑投射器及其调焦方法以及三维重建系统。

背景技术

伴随着摄像技术的日渐成熟和摄像行业的持续高速发展，摄像模组的功能也不再仅仅局限于普通拍照，例如摄像模组和投射器配合在一起，在3D测绘、建模和三维重建领域都得到了大规模的应用。例如，该投射器可以向物体或者场景等投射经过编译的光线，然后该摄像模组可以通过获取被物体或者场景等反射的光线的方式，获得与物体或者场景等相关联的深度信息，从而实现对物体或者场景等的3D测绘、建模或者三维重建。通常情况下(并不是全部情况)，该投射器可以被实施为散斑投射器，其能够向物体或者场景等投射具有散斑图案的光线，以便于在后续被该摄像模组接收被物体或者场景等反射的具有散斑图案的光线，从而获得关于物体或者场景等的深度信息。

图1示出了现有技术的该散斑投射器的一个示例，其是基于多片光学镜片准直镜方案。具体地说，该散斑投射器包括一个半导体激光器(Laser Diode，LD)10P、一个准直镜20P以及一个衍射光学部件(Diffractive Optical Elements，DOE)30P，其中该准直镜20P被设置在该半导体激光器10P和该衍射光学部件30P之间。该半导体激光器10P发出一束激光后经过该准直镜20P分束和准直处理后其形成平行光，然后再照射到该衍射光学部件30P上，透过该衍射光学部件30P后便可以形成具有散斑图案的光线。为了保证该半导体激光器10P产生的激光透过该准直镜20P后形成平行光，需要调节该半导体激光器10P到该准直镜20P的入射面的特定距离。然而，受限于现有技术，该散斑投射器产生的散斑图案的周边会出现形变、且亮度部分不均匀等不良现象，即，该散斑投射器的零级衍射现象比较严重，散斑点阵亮度不均匀，周围畸变较大，影响后续深度信息处理，以至于对后续对物体或者场景等的深度信息的获取造成了较大的影响。

另外，现有技术的该散斑投射器的该半导体激光器10P、该准直镜20P和该衍射光学部件30P的相对位置较为固定，导致整个该散斑投射器的高度尺寸无法缩小，以至于成为了该散斑投射器继续发展的技术瓶颈。因此，如何既能够有效地解决该散斑投射器产生的具有散斑图案的光线的点阵形变和亮度均衡性的问题，又能够缩小该散斑投射器的尺寸，尤其是降低该散斑投射器的高度尺寸，已经成为了该散斑投射器被亟需解决的技术难题。

另外，由于在三维重建技术中，立体视觉法对使用场合没有特别的要求，因此，无论是在视觉导航和虚拟现实领域，还是在航空航天领域都得到了大规模的应用。立体视觉是对几何物体的多幅图像(一般情况下是两幅图像)进行特征点的匹配后，获得该几何物体的三维空间坐标信息，从而完成该几何物体的三维重建的方式。

一个完整的立体视觉系统，通常可以分为图像获取、摄像机标定、特征点提取、立体匹配和三维坐标获取等步骤，其中最为关键的步骤是进行图像特征点的提取及匹配。然而，当该几何物体的特征点不明显时，重建出的三维图像会出现精确度不高等问题，通过向该集合物体人为地投射特征点的方法，可以提高三维重建的精度，在这个过程中，由于该散斑投射器可以定制散斑点阵，且投射出的散斑点阵均匀和在点阵中点与点的关系无重复现象，因此使得该散斑投射器具有非常重要的作用。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一发散光式散斑投射器及其调焦方法以及三维重建系统，其中所述散斑投射器提供一半导体激光器和被设置于所述半导体激光器的光路的一衍射光学部件，以在所述半导体激光器产生的非平行的激光穿过所述衍射光学部件后形成一具有散斑图案的光线。