CN106226977A - 激光投影模组、图像采集***及其控制方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了激光投影模组、图像采集***及其控制方法和装置。其中，该激光投影模组包括第一激光光源、第二激光光源以及出光口；所述第一激光光源和所述第二激光光源交替发射光，所述第一激光光源发射的第一光线和所述第二激光光源发射的第二光线分别经所述出光口投射至同一目标上，以使图像采集装置采集得到所述目标的包含所述第一光线特征的第一图像和包含所述第二光线特征的第二图像。通过上述方式，能够采用较少设备资源实现同步获得多种图像。

Description

激光投影模组、图像采集***及其控制方法和装置

技术领域

本发明涉及图像采集技术领域，特别是涉及激光投影模组、图像采集***及其控制方法和装置。

背景技术

由于不同类型的图像能够反映物体的不同信息，为实现不同的应用，常需要获取物体的多种类型的图像，例如获取物体的激光图像和深度图像。

目前获取不同类型的图像的方式主要有两种，一种是不同类型的图像需要通过不同类型的相机分别采集获取的，例如，通过红外相机以及深度相机分别获取红外图像和深度图像；另一种是利用TOF技术，例如在获取红外图像的同时利用TOF原理计算出深度图像。然而这两种方法都有缺点，前一种占用大量的设备资源，后一种的成本较高。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供激光投影模组、图像采集***及其控制方法和装置，能够采用较少设备资源实现同步获得多种图像。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种激光投影模组，包括第一激光光源、第二激光光源以及出光口；

所述第一激光光源和所述第二激光光源交替发射光，所述第一激光光源发射的第一光线和所述第二激光光源发射的第二光线分别经所述出光口投射至同一目标上，以使图像采集装置采集得到所述目标的包含所述第一光线特征的第一图像和包含所述第二光线特征的第二图像。

其中，还包括半透半反镜，所述第一激光光源的至少部分第一光线与所述第二激光光源的至少部分第二光线正交，且所述半透半反镜设置于所述至少部分第一光线与所述至少部分第二光线的相交处，所述至少部分第一光线经所述半透半反镜透射后与所述至少部分第二光线经所述半透半反镜反射后重合；

所述第一激光光源发射的第一光线经所述半透半反镜透射后经所述出光口投射至所述目标上，所述第二激光光源发射的第二光线经所述半透半反镜反射后经所述出光口投射至所述目标上。

其中，所述至少部分第一光线为位于所述第一激光光源的发光区域中心的第一光线，所述至少部分第二光线为位于所述第二激光光源的发光区域中心的第二光线。

其中，所述半透半反镜的透射率和反射率的范围均为20％至80％，所述出光口设置有扩散光学元件。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种图像采集***，其特征在于，包括上述的激光投影模组以及图像采集装置，

所述图像采集装置用于在所述激光投影模组的第一激光光源的第一光线投射在目标上时，采集所述目标的包含所述第一光线特征的第一图像，在所述激光投影模组的第二激光光源的第二光线投射在所述目标上时，采集所述目标的包含所述第二光线特征的第二图像。

其中，所述第一激光光源和第二激光光源其中一个为结构光激光光源，所述第一图像和第二图像中的一个为结构光激光图像，另一个为激光图像。

其中，还包括与图像采集装置连接的图像处理装置，用于获取所述图像采集装置采集的结构光激光图像和激光图像，并采用结构光三角法对采集得到的结构光激光图像进行计算得到所述目标的深度图像。

其中，还包括与所述第一激光光源、第二激光光源及图像采集装置连接的控制装置，用于控制所述第一激光光源、第二激光光源交替发射光线，以及控制所述图像采集装置的采集时间和/或采集频率。

为解决上述技术问题，本发明采用的再一个技术方案是：提供一种图像采集控制方法，包括：

使激光投影模组的第一激光光源和第二激光光源交替向目标投射光线；

使图像采集装置在所述第一激光光源的第一光线投射至所述目标时采集所述目标的第一图像，使所述图像采集装置在所述第二激光光源的第二光线投射至所述目标时所述目标的第二图像。

为解决上述技术问题，本发明采用的又再一个技术方案是：提供一种图像采集控制装置，包括：

第一控制模块，用于使激光投影模组的第一激光光源和第二激光光源交替向目标投射光线；

第二控制模块，用于使图像采集装置在所述第一激光光源的第一光线投射至所述目标时采集所述目标的第一图像，使所述图像采集装置在所述第二激光光源的第二光线投射至所述目标时所述目标的第二图像。

本发明的有益效果是：激光投影模组设置有两种激光光源，且两种激光光源交替发光投射至目标上，故当该激光投影模组中的第一激光光源向目标投射第一光线时，图像采集装置可采集得到该目标的包含第一光线特征的第一图像，当第二激光光源向目标投射第二光线时，图像采集装置可采集得到该目标的包含第二光线特征的第二图像，实现了同一图像采集装置利用同一该激光投影模组采集得到两种类型图像，即，采用较少设备资源实现同步获得多种图像，成本低，且也减小的设备体积，另外，该两种类型图像均是有图像采集装置直接获得，而无需经过处理得到，故计算量低。

附图说明

图1是本发明图像采集***一实施例的结构示意图；

图2是本发明图像采集***另一实施例的结构示意图；

图3是本发明图像采集***再一实施例的结构示意图；

图4是本发明图像采集控制方法一实施例的流程图；

图5是本发明图像采集控制装置一实施例的结构示意图。

具体实施方式

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

请参阅图1，图1是本发明图像采集***一实施例的结构示意图。本实施例中，该采集***10包括图像采集装置11和激光投影模组12。

激光投影模组12用于向目标20投射激光。

图像采集装置11用于在激光投影模组12向目标20投射激光时，采集目标的包含该激光特征的图像。

其中，该激光投影模组12与图像采集装置11可以分离设置或者一体设置，当分离设置时，该激光投影模组12与图像采集装置11的位置关系可设置为对目标具有相同或近似相同的深度，又或者激光投影模组12与图像采集装置11对目标的深度差为设定值。

具体地，该激光投影模组12包括第一激光光源121、第二激光光源122以及出光口124。

所述第一激光光源121和所述第二激光光源122交替发射光，所述第一激光光源121发射的第一光线和所述第二激光光源122发射的第二光线分别经所述出光口124投射至目标20上，以使图像采集装置11采集得到所述目标20的包含所述第一光线特征的第一图像和包含所述第二光线特征的第二图像。

上述第一激光光源121和第二激光光源122交替发射光指的是，在任意一个时刻上述两个激光光源仅有一个在发射光，且两个激光光源的发射频率和发射时长优选为但不限定为相同，例如，第一激光光源持续0.5秒发射第一光线，然后第二激光光源持续1秒发射第一光线，如此循环；又例如，第一激光光源两次发射设定时长的第一光线，然后第二激光光源仅发射一次设定时长的第二光线，如此循环。

其中，上述激光光源可以为任意类型激光光源，对应地，该图像采集装置11为能够采集上述两个激光光源发射的光的采集器件如相机。通常，第一激光光源和第二激光光源发射的光为同一种激光，例如均为红外激光，或均为紫外激光，对应地，该图像采集装置11为红外相机或紫外相机。

应理解的是，上述第一激光光源和第二激光光源发生的光虽可为同一种激光，上述第一激光光源和第二激光光源发射的光具有不同的特征例如，其中一个激光光源发射的是结构光激光，另外一个发射的是未形成图案的激光。

在一具体应用中，第一激光光源121和第二激光光源122其中一个为结构光激光光源，另一个为激光光源。所述第一图像和第二图像中的一个为结构光激光图像，另一个为激光图像。本实施例中，第一激光光源和第二激光光源的其中一个是结构光红外光源，另一个是纯红外光源，对应地，第一图像和第二图像中的一个为结构光红外图像，另一个为红外图像。

上述激光光源为仅仅向目标空间投射激光，而该激光无形成图案。具体，该激光光源可以是边发射型的激光源、单个面发射激光或垂直腔面激光源，可以是点光源或者阵列光源。考虑到激光的均匀程度会影响到成像质量，因而本实施例中的激光光源为垂直腔面激光器，该垂直腔面激光器发出的激光经扩束镜以及衍射光学元件后被均匀扩散到目标空间中。

结构光激光光源可由激光源及衍射光学元件组成，该激光源与上述激光光源类似，激光源可以是边发射型的激光源也可以是垂直腔面激光源，可以是点光源或者阵列光源，该激光源用于发射能被该图像采集装置采集得到的激光。衍射光学元件根据不同的结构光图案需要可以被设置成具有准直、分束、扩散等功能。上述结构光图案可以为经调制的条纹，或分布不规则的散斑图案，例如激光源发射的光通过衍射光学元件后被分成多个激光光束同时被扩散投射到目标空间中，从而形成不规则排列的散斑图案。散斑中心能级需要符合对人体无害的要求，因此需要综合考虑激光的功率以及衍射光学元件的配置情况。

散斑图案的密集程度影响了后续对图像采集装置采集得到的图像处理例如影响对图像的深度值计算的速度及精度，散斑颗粒越多，计算速度越慢，但精度却越高。因此，该结构光激光光源可根据拍摄图像的目标区域的大致深度，选择合适的散斑颗粒密度，在保证计算速度的同时，仍有着较高的计算精度。当然，该散斑颗粒密度也可由上述采集***根据自身的计算需求而确定的。

其中，该结构光激光光源向目标区域是但不限是以一定的扩散角投射散斑颗粒图案的。

本实施例中，激光投影模组设置有两种激光光源，且两种激光光源交替发光投射至目标上，故当该激光投影模组中的第一激光光源向目标投射第一光线时，图像采集装置可采集得到该目标的包含第一光线特征的第一图像，当第二激光光源向目标投射第二光线时，图像采集装置可采集得到该目标的包含第二光线特征的第二图像，实现了同一图像采集装置利用同一该激光投影模组采集得到两种类型图像，即，采用较少设备资源实现同步获得多种图像，成本低，而且，该两种类型图像均是有图像采集装置直接获得，而无需经过处理得到，故计算量低。

请参阅图2，图2是本发明图像采集***另一实施例的结构示意图。区别于上一实施例，为提高采集***10中的投影模组12中的两个激光光源发生的光线到达目标同一位置的精确度，本实施例的采集***10中的投影模组12的还包括半透半反镜123。

本实施例中，第一激光光源121和第二激光光源122不设置在同一直线上，且第一激光光源121的至少部分第一光线与所述第二激光光源122的至少部分第二光线正交。其中，该至少部分第一光线和至少部分第二光线优选为靠近激光光源发光区域的中心区域的光线。如图2所示，所述上述激光光源发生正交的光线为位于所述第一激光光源121的发光区域中心的第一光线z和位于所述第二激光光源122的发光区域中心的第二光线y。当然，在其他实施例中，上述正交的光线也可为其激光光源的该发光区域中心附近的光线。

半透半反镜123设置于所述至少部分第一光线z与所述至少部分第二光线y的相交处，且第一激光光源121发射的第一光线和第二激光光源122发射的第二光线分别位于该半透半反镜123的两个相对侧面1231，使得第一光线经半透半反镜123透射后通过出光口124投射至目标20上，且第二光线经半透半反镜123反射后通过出光口124投射至目标20上，进而使两种激光光源在相同发光面积的前提下，向目标投射的激光区域是相同的，两个激光光源投射在目标的区域是重叠的。

具体地，该至少部分第一光线经所述半透半反镜123透射后与该至少部分第二光线经所述半透半反镜123反射后重合。例如，如图2所示，位于所述第一激光光源121的发光区域中心的第一光线z和位于第二激光光源122发射的第二光线y正交，该半透半反镜123与正交的该第一光线z和第二光线y均成45度角，以实现位于所述第一激光光源121的发光区域中心的第一光线z经所述半透半反镜透射后与位于第二激光光源122发射的第二光线y经所述半透半反镜反射后重合。

值得注意的是，本发明所述的半透半反镜为透射率和反射率均不为零的光学元件，该半透半反镜的透射率和反射率可根据具体应用需求进行设置。通常，将半透半反镜的透射率和反射率均设置为20％至80％之间，例如，若在采集该图像后，需要对第一图像进行多于第二图像的计算，即对第一图像的信息准确度和清晰度更高，则将半透半反镜的透射率为70％，反射率为30％。

可选地，上述出光口124设置有光学元件，例如，为使得投射激光拥有更宽的发射角，可以在出光口124配置一个用于扩散光束的光学元件，比如衍射光学元件，该衍射光学元件可按照需求实现不同功能，比如让光源发出的光更加扩散，或者使得光源具体独特的形状等。又例如，为使发出去的光更加集中，在出光口124设置透镜。

可选地，为保证投影模组的防尘能力，还可在出光口124处配置一个透明的防护膜。

通常，当投影模组或者采集***设置有不透光外壳，以将其包含器件容置于内时，该投影模组或者采集***包括上述出光口124，当投影模组和采集***无设置外壳时，则可不包括上述出光口124。同理地，当采集***设置有不透光外壳时，采集***还可包括设置在外壳上的入光口13，该图像采集装置11通过该入光口13对目标进行上述的图像采集；当采集***无设置外壳时，则可不包括入光口13。本实施例中，图1和2所示的出光口和入光口之间的距离可设置为低于10cm，故相对于较远距离(通常大于100cm)的目标的上述采集不会造成影响。进一步地，该出光口124可与入光口设置在相同位置，即出光口也为入光口。

请参阅图3，该采集***10还包括均与图像采集装置11连接的图像处理装置16，以及与所述第一激光光源121、第二激光光源122及图像采集装置11连接的控制装置17。

其中，图像处理装置16用于获取所述图像采集装置11采集的图像，并对采集得到的图像进行处理，例如，图像采集装置11采集得到结构光激光光源投射目标时的结构光激光图像时，图像处理装置16获取所述图像采集装置采集的结构光激光图像和激光图像，并采用结构光三角法对采集得到的结构光激光图像进行计算得到所述目标的深度图像；又例如，对采集得到图像进行平滑、去噪处理。

在一该结构光图案为散斑图案的实施例中，图像处理装置16可具体用于根据三角法原理，通过计算采集得到的散斑图像中散斑颗粒相对于参考散斑图案中对应散斑颗粒的偏离值来计算目标的深度值，其中，该参考散斑图案预先利用已设置好的投影模组向设定距离的平面投射参考散斑图案，并利用已设置好的图像采集元件采集该平面的参考散斑图案得到的，上述的“设置好”应理解为一旦设置好之后，在后续进行该激光图像的采集时亦不会移动该图像采集元件和投影模组。

进一步地，图像处理装置16在获得目标的深度图像之后，还可根据该目标的深度图像和图像采集装置采集得到的激光光源投射目标时的激光图像进行结合，以实现体感交互、人脸识别等。当然，上述图像采集装置采集得到的图像未必用于深度图像的计算，本发明对采集得到的图像的处理不做任何限定。

控制装置17用于控制所述第一激光光源121、第二激光光源122交替发射光线，以及控制所述图像采集装置11的采集时间和/或采集频率。例如，控制两个激光光源的发光频率相同，但发光时间不同，且图像采集装置11的采集频率为激光光源发光频率的2倍，且在激光光源发光时例如激光脉冲发射的同时进行图像采集。当然，该采集***仅需要其中一种图像时，控制装置17可以控制其中一个激光光源独立进行投射。

可以理解的是，采集***也可不包括上述图像处理装置和控制装置，上述图像处理装置和控制装置所实现的功能可由与采集***连接的外部设备实现。而且，上述图像处理装置和控制装置可由不同的电路实现，或者由同一电路如同一处理器实现。

另外，上述采集***可集成于同一设备中，如上述采集***所包括的器件均设置在一外壳中。当然，上述采集***也可分离为多个设备，例如，图像采集装置、激光投影模组、图像处理装置和控制装置分别为独立的设备。

上述图像包括照片或者视频，当上述图像为视频时，所述第一图像采集装置和第二图像采集装置的采集频率同步，或者若第一图像采集装置和第二图像采集装置的采集频率不同步，则通过图像插值的方式获得频率一致的视频图像。

本发明还提供一种激光投影模组的实施例，该激光投影模组如图1和2所示的激光投影模组，具体描述请参考上述***实施例中激光投影模组的说明，在此不作赘述。

请参阅图4，图4是本发明图像采集控制方法一实施例的流程图。本实施例中，该图像采集控制方法应用于上述采集***，由上述的控制装置执行，包括以下步骤：

S41：使激光投影模组的第一激光光源和第二激光光源交替向目标投射光线。

其中，该激光投影模组如上述实施例所述，具体请参照上述相关说明。

S42：使图像采集装置在所述第一激光光源的第一光线投射至所述目标时采集所述目标的第一图像，使所述图像采集装置在所述第二激光光源的第二光线投射至所述目标时所述目标的第二图像。

S43：对所述第一图像和/或所述第二图像进行处理。

例如，所述第一激光光源和第二激光光源其中一个为结构光激光光源，所述第一图像和第二图像中的一个为结构光激光图像，另一个为激光图像。该S43具体为：采用结构光三角法对采集得到的结构光激光图像进行计算得到所述目标的深度图像。

又例如，该S43还包括：对采集得到图像进行平滑、去噪处理；和/或，对所述第一图像和/或第二图像进行插值、分割处理。

需要说明的是，在其他实施例中，该采集控制方法可不包括上述S43。

请参阅图5，图5是本发明图像采集控制装置一实施例的结构示意图。本实施例中，该控制装置50包括第一控制模块51和第二控制模块52。

第一控制模块51用于使激光投影模组的第一激光光源和第二激光光源交替向目标投射光线；

第二控制模块52用于使图像采集装置在所述第一激光光源的第一光线投射至所述目标时采集所述目标的第一图像，使所述图像采集装置在所述第二激光光源的第二光线投射至所述目标时所述目标的第二图像。

其中，控制装置50可为上述实施例所述的控制装置，该控制装置50的上述模块分别用于执行上述方法实施例中的相应步骤或者上述***实施例中控制装置的对应功能，具体执行过程如上方法和***实施例说明，在此不作赘述。

上述方案中，激光投影模组设置有两种激光光源，且两种激光光源交替发光投射至目标上，故当该激光投影模组中的第一激光光源向目标投射第一光线时，图像采集装置可采集得到该目标的包含第一光线特征的第一图像，当第二激光光源向目标投射第二光线时，图像采集装置可采集得到该目标的包含第二光线特征的第二图像，实现了同一图像采集装置利用同一该激光投影模组采集得到两种类型图像，即，采用较少设备资源实现同步获得多种图像，成本低，而且，该两种类型图像均是有图像采集装置直接获得，而无需经过处理得到，故计算量低。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种激光投影模组，其特征在于，包括第一激光光源、第二激光光源以及出光口；

所述第一激光光源和所述第二激光光源交替发射光，所述第一激光光源发射的第一光线和所述第二激光光源发射的第二光线分别经所述出光口投射至同一目标上，以使图像采集装置采集得到所述目标的包含所述第一光线特征的第一图像和包含所述第二光线特征的第二图像。

2.根据权利要求1所述的激光投影模组，其特征在于，还包括半透半反镜，所述第一激光光源的至少部分第一光线与所述第二激光光源的至少部分第二光线正交，且所述半透半反镜设置于所述至少部分第一光线与所述至少部分第二光线的相交处，所述至少部分第一光线经所述半透半反镜透射后与所述至少部分第二光线经所述半透半反镜反射后重合；

所述第一激光光源发射的第一光线经所述半透半反镜透射后经所述出光口投射至所述目标上，所述第二激光光源发射的第二光线经所述半透半反镜反射后经所述出光口投射至所述目标上。

3.根据权利要求2所述的激光投影模组，其特征在于，所述至少部分第一光线为位于所述第一激光光源的发光区域中心的第一光线，所述至少部分第二光线为位于所述第二激光光源的发光区域中心的第二光线。

4.根据权利要求1所述的激光投影模组，其特征在于，所述半透半反镜的透射率和反射率的范围均为20％至80％，所述出光口设置有扩散光学元件。

5.一种图像采集***，其特征在于，包括权利要求1至4任一项所述的激光投影模组以及图像采集装置，

所述图像采集装置用于在所述激光投影模组的第一激光光源的第一光线投射在目标上时，采集所述目标的包含所述第一光线特征的第一图像，在所述激光投影模组的第二激光光源的第二光线投射在所述目标上时，采集所述目标的包含所述第二光线特征的第二图像。

6.根据权利要求5所述的***，其特征在于，所述第一激光光源和第二激光光源其中一个为结构光激光光源，所述第一图像和第二图像中的一个为结构光激光图像，另一个为激光图像。

7.根据权利要求6所述的***，其特征在于，还包括与图像采集装置连接的图像处理装置，用于获取所述图像采集装置采集的结构光激光图像和激光图像，并采用结构光三角法对采集得到的结构光激光图像进行计算得到所述目标的深度图像。

8.根据权利要求5所述的***，其特征在于，还包括与所述第一激光光源、第二激光光源及图像采集装置连接的控制装置，用于控制所述第一激光光源、第二激光光源交替发射光线，以及控制所述图像采集装置的采集时间和/或采集频率。

9.一种图像采集控制方法，其特征在于，包括：

使激光投影模组的第一激光光源和第二激光光源交替向目标投射光线；

使图像采集装置在所述第一激光光源的第一光线投射至所述目标时采集所述目标的第一图像，使所述图像采集装置在所述第二激光光源的第二光线投射至所述目标时所述目标的第二图像。

10.一种图像采集控制装置，其特征在于，包括：

第一控制模块，用于使激光投影模组的第一激光光源和第二激光光源交替向目标投射光线；

第二控制模块，用于使图像采集装置在所述第一激光光源的第一光线投射至所述目标时采集所述目标的第一图像，使所述图像采集装置在所述第二激光光源的第二光线投射至所述目标时所述目标的第二图像。