CN111458717A - 一种tof深度测量装置、方法及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种TOF深度测量装置，包括：发射模组、采集模组以及控制与处理器；其中发射模组用于发射光束，其包括有光源以及光束扫描器，通过光束扫描器偏转光源发出的光束以照射目标物体的给定区域；采集模组用于采集经目标物体反射回的光束，其包括有由像素阵列组成的图像传感器；控制与处理器用于控制所述光束扫描器偏转所述光束以照射所述目标物体的给定区域，并根据偏转后形成的光束激活所述图像传感器中相应区域的像素，以响应由所述给定区域反射回的光束而累积的光电荷，基于该光电荷计算相位差以获得所述目标物体的距离并输出所述目标物体的深度图像。本发明TOF深度测量装置可提升图像信噪比的同时提高图像的分辨率且降低功耗。

Description

一种TOF深度测量装置、方法及电子设备
技术领域
本发明涉及三维成像技术领域，尤其涉及一种TOF深度测量装置、方法及 电子设备。
背景技术
TOF的全称是Time-of-Flight，即飞行时间，TOF测距技术是一种通过测量 光脉冲在发射/接收装置和目标物体间的往返飞行时间来实现精确测距的技术。 在TOF技术中直接对光飞行时间进行测量的技术被称为D-TOF(direct-TOF)，也 称为直接TOF测距；而对发射光信号进行周期性调制，通过对反射光信号相对 于发射光信号的相位延迟进行测量，再由相位延迟对飞行时间进行计算的测量 技术被成为I-TOF(Indirect-TOF)技术，也成为间接TOF测距或者相位式TOF测 距。
现有的基于I-TOF技术的TOF测量装置通常包含一个发射模组以及采集模 组，发射模组向目标空间提供泛光照明/点阵照明，采集模组则对反射回的光束 进行成像，深度测量装置基于反射光信号计算相位差以获取物体的距离。
中国专利申请第201911032055.X号公开的方案中提出了发射模组向目标空 间提供泛光照明，由于泛光照明可以最大程度上对视场进行照明，采集模组中 的每个像素都可以获取相对有效的光信号并可以计算出响应的深度信息。但是 采用泛光照明的TOF测量装置由于容易受到环境光的干扰以及多路径的影响， 从而导致测量精度低。
而中国专利申请第201811393403.1号方案中提出了发射模组向目标空间提 供点阵照明，点阵照明可以通过单点的能量更加集中，且点与点之间分布较稀 疏，这样可以有效提高图像的信噪比的同时减小多路径的影响。但是采用点阵 照明的TOF深度测量装置由于点阵无法全部覆盖所有像素，导致仅部分像素可 以测量到有效的深度数据，从而降低图像的分辨率。
以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案， 其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本 专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的 新颖性和创造性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种TOF深度测量装置、方法及电子设备，以解决 上述背景技术问题中的至少一种。
为达到上述目的，本发明实施例的技术方案是这样实现的：
一种TOF深度测量装置，包括：
发射模组，用于朝向目标物体的给定区域发射光束；其中，所述发射模组 包括有光源以及光束扫描器，通过所述光束扫描器偏转所述光源发出的光束以 照射所述目标物体的给定区域；
采集模组，用于采集经所述目标物体反射回的光束；其中，所述采集模组 包括有由像素阵列组成的图像传感器；
控制与处理器，分别与所述发射模组和所述采集模组连接，以用于控制所 述光束扫描器偏转所述光束以照射所述目标物体的给定区域，并根据偏转后形 成的光束激活所述图像传感器中相应区域的像素，以响应由所述给定区域反射 回的光束而累积的光电荷，基于该光电荷计算相位差以获得所述目标物体的距 离并输出所述目标物体的深度图像。
在一些实施例中，所述发射模组还包括有透镜，所述光源通过所述透镜产 生线光束，所述线光束通过所述光束扫描器进行线扫描以照射目标物体。
在一些实施例中，所述透镜为柱透镜，所述光源发出的光束经过所述柱透 镜后形成第一线光束，所述第一线光束经过所述光束扫描器多次偏转后得到由 多条第二线光束组成的投影图案。
在一些实施例中，所述发射模组还包括有准直透镜和衍射光学元件；其中， 所述光源发出的光束经过所述准直透镜准直后发出准直光束，所述准直光束通 过所述衍射光学元件衍射后形成第一线串光束或第一点阵光束，所述第一线串 光束或第一点阵光束经过所述光束扫描器多次偏转后得到由多条第二线串光束 或第二点阵光束组成的投影图案。
在一些实施例中，所述第二点阵光束为规则排列。
本发明另一技术方案为：
一种TOF深度测量方法，包括如下步骤：
通过发射模组朝向目标物体的给定区域发射光束；其中，所述发射模组包 括有光源以及光束扫描器，通过所述光束扫描器偏转所述光源发出的光束以照 射所述目标物体的给定区域；
通过采集模组采集经所述目标物体反射回的光束；其中，所述采集模组包 括由像素阵列组成的图像传感器；
控制与处理器根据偏转后形成的光束激活所述图像传感器中相应区域的像 素，以响应于由所述反射回的光束而累积的光电荷，并基于所述光电荷计算相 位差以获取所述目标物体的距离。
在一些实施例中，所述发射模组还包括有柱透镜，所述光源发出光束经过 所述柱透镜形成第一线光束，所述第一线光束经过所述光束扫描器多次偏转后 得到由多条第二线光束组成的投影图案。
在一些实施例中，所述发射模组还包括有准直透镜以及衍射光学元件，所 述光源发出的光束经过所述准直透镜准直后发出准直光束，所述准直光束通过 所述衍射光学元件衍射形成第一线串光束或第一点阵光束，所述第一线串光束 或第一点阵光束经过所述光束扫描器多次偏转后得到由多条第二线光束或多个 第二点阵光束组成的投影图案。
在一些实施例中，所述控制与处理器控制所述光束扫描器每个方向的偏转 次数、偏转角度以及偏转顺序以获得不同密度和不同视场角的投影图案。
本发明又一技术方案为：
一种电子设备，其特征在于，包括：壳体、屏幕以及前述技术方案所述的 TOF深度测量装置；其中，所述TOF深度测量装置的发射模组与采集模组设置 于电子设备的同一面，以用于向目标物体发射光束以及接收目标物体反射回来 的光束并形成电信号。
本发明技术方案的有益效果是：
相较于现有技术，本发明TOF深度测量装置在提升图像信噪比的同时可以 提高图像的分辨率且降低功耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施 例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述 中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付 出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明一个实施例TOF深度测量装置的结构示意图。
图2是图1实施例TOF深度测量装置的发射模组的示意图。
图3a-3c是根据本发明一个实施例的投影图案的示意图。
图4是根据本发明一个实施例的图像传感器像素阵列的示意图。
图5是根据本发明另一个实施例TOF深度测量方法的流程图。
图6是采用图1实施例TOF深度测量装置的电子设备的图示。
具体实施方式
为了使本发明实施例所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚 明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此 处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可 以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连 接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元 件上。另外，连接即可以是用于固定作用也可以是用于电路连通作用。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、 “左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指 示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本 发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的 方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗 示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、 “第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施 例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
参照图1、图2所示，作为本发明一实施例，提供一种TOF深度测量装置， 图1为本发明一个实施例TOF深度测量装置的结构示意图，图2为TOF深的测 量装置的发射模组的示意图。TOF深度测量装置10包括发射模组11、采集模组 12以及分别与发射模组11和采集模组12连接的控制与处理器13。如图2所示， 发射模组11用于朝向目标物体的给定区域发射光束，其包括光源101、光束扫 描器102；其中，光源101用于发出光束，光束扫描器102用于接收光源发出的 光束并对该光束进行偏转后投射到目标物体20；采集模组包括由像素阵列组成 的图像传感器121，以用于采集经目标物体20反射的光束40；控制与处理器13 控制所述光束扫描器102偏转光束以照射目标物体20的给定区域，并根据该偏 转光束激活所述图像传感器121中相应区域的像素，以响应由给定区域反射回 的光束而累积的光电荷，基于该光电荷计算相位差以获取所述目标物体20的距 离并输出目标物体20的深度图像。
发射模组11还包括有光源驱动器(图中未示出)，光源驱动器驱动光源发出 光束；其中，光源可以是发光二极管(LED)、边发射激光器(EEL)、垂直腔面发 射激光器(VCSEL)等光源，也可以是多个光源组成的光源阵列，光源所发射的光 束可以是可见光、红外光、紫外光等。
光源101发出光束，光束扫描器102接收该光束并通过沿单轴或多轴旋转 以将光束发射到目标物体20。在一个实施例中，光束扫描器102可以是液晶偏 振光栅(LiquidCrystal Polarization Grating，LCPG)、微机电***(Micro-Electro MechanicalSystem，MEMS)扫描器等。优选地，光束扫描器102采用MEMS 扫描器，由于MEMS具有极高的扫描频率以及较小的体积，可以使得发射模组 11具有较小的体积及较高的性能。在一些实施例中，MEMS扫描器可以以 1MHz～20MHz的频率进行扫描，因此可以提供足够的空间及时间分辨率。通过 光源驱动器以及光束扫描器102的配置，可以对光源101发出的光束进行空间以及时间调制以产生多种图案光束射出，比如规则斑点图案、线光束图案、线 串光束图案等。
采集模组12包括TOF图像传感器121、透镜单元、以及滤光片(图中未示 出)；其中，透镜单元接收并将由目标物体20反射回的至少部分光束成像在至少 部分TOF图像传感器上，滤光片为与光源波长相匹配的窄带滤光片，用于抑制 其余波段的背景光噪声。TOF图像传感器可以是电荷耦合元件(CCD)、互补金属 氧化物半导体(CMOS)、雪崩二极管(AD)、单光子雪崩二极管(SPAD)等组成的图 像传感器，阵列大小代表着该深度相机的分辨率，比如320x240等。一般地， 与图像传感器121连接的还包括由信号放大器、时数转换器(TDC)、模数转换器 (ADC)等器件中的一种或多种组成的读出电路(图中未示出)。
在一些实施例中，TOF图像传感器包括至少一个像素，每个像素包含两个 以上的抽头(tap)，以用于在相应电极的控制下存储并读取或者排出由入射光子产 生的电荷信号，比如：包括2个抽头，在单个帧周期(或单次曝光时间内)内以一 定的次序依次切换抽头以采集相应的光子，以用于接收光信号并转换成电信号。
控制与处理器13可以是独立的专用电路，比如包含CPU、存储器、总线等 组成的专用SOC芯片、FPGA芯片、ASIC芯片等等，也可以包含通用处理电路， 比如当该深度相机被集成到如手机、电视、电脑等智能终端中时，终端中的处 理电路可以作为该控制与处理器13的至少一部分。
控制与处理器13用于提供光源发射激光时所需的发射信号，光源在发射信 号的控制下向目标物体20发射光束。
在一些实施例中，控制与处理器13提供TOF图像传感器各像素中各抽头的 解调信号(采集信号)，抽头在解调信号的控制下采集由目标物体20反射回的反 射光束所产生的电信号。该电信号与反射光束的强度相关，控制与处理器13对 该电信号进行处理并计算出相位差以获得目标物体20的距离。
在一个实施例中，发射模组11包括透镜(未图示)，光源101通过透镜产 生线光束，线光束通过光束扫描器102进行线扫描以照射目标物体20。如图3a 所示，在本发明实施例中，所述透镜为柱透镜，光源101通过柱透镜产生第一 线光束，光束扫描器102接收第一线光束并对第一线光束进行偏转以形成第二 线光束301，假设光束扫描器102对第一线光束进行第一次偏转的角度为0度， 形成第二线光束301如图3a中实线表示；随后光束扫描器102对第一线光束进 行再次偏转，并且具有一定的偏转角度，形成又一个第二线光束301如图3a中 虚线表示。可以理解的是，所有第二线光束并无区别，都是经过光束扫描器102 偏转形成的第二线光束。由此经过多次偏转之后形成的多个第二线光束组成的 投影图案30相对于没有光束扫描器102时的第一线光束具有更大的视场，从而 可以获得信噪比高且分辨率高的图像。当然可以理解的是，所述透镜也可以是 其他可产生线光束的组合型透镜。
在一个实施例中，发射模组11包括透镜和衍射光学元件(Diffractive OpticalElements，DOE)(未图示)，光源101通过透镜准直后发出准直光束，准直光束 通过DOE衍射后形成包括有多个斑点连成的线串光束以照射目标物体20。具体 的，如图3b所示，光源101通过透镜准直后发出准直光束，准直光束再通过DOE衍射后形成包括有多个斑点连成的第一线串光束，光束扫描器102接收第 一线串光束并对第一线串光束进行偏转以形成第二线串光束，假定第一次偏转 角度为0度，所形成的第二线串光束即图3b中实线表示的线串光束302；随后 光束扫描器102对第一线串光束进行再次偏转，并且具有一定的偏转角度，所形成得第二线串光束即图3b中虚线表示的线串光束302。可以理解的是，所有 线串光束并无区别，且都是经过光束扫描器102偏转形成的第二线串光束，图 中用虚实线分开是为了方便描述说明。由此经过多次偏转之后形成的多个第二 线串光束组成的投影图案30相对于没有光束扫描器102时的第一线串光束具有 更大的视场，从而获取信噪比高且分辨率高的图像。
在一个实施例中，光源101通过透镜准直后发出准直光束，准直光束再通 过DOE衍射后形成包括多个斑点组成的点阵图案以照射目标物体20。如图3c 所示，光源101通过透镜准直后发出准直光束，准直光束再通过DOE衍射后形 成包括第一点阵光束，光束扫描器102接收第一点阵光束对第一点阵光束进行 偏转以形成第二点阵光束，假定第一次偏转角度为0度，所形成的点阵光束即 图3c中实心圆圈303组成的第二点阵光束；随后光束扫描器102对第一点阵光 束进行再次偏转，并且具有一定的偏转角度，所形成的点阵光束即图3c中虚线 圆圈303组成的第二点阵光束。可以理解的是，所有的点阵光束并无区别，且 都是光束扫描器102偏转形成的第二点阵光束。由此经过多次偏转之后形成的 多个第二点阵光束组成的投影图案30相对于没有光束扫描器102时的第一点阵 光束具有更高的密度和更大的视场，从而获取信噪比高且分辨率高的图像。可 以理解的是，第二点阵光束可以是一维排列，也可以是二维排列，可以是规则 排列也可以是不规则排列，优选地，采用规则排列，从而使得深度值分布更规 整。
如图3a-图3c所示，上述光源可以是单光源也可以是多光源，若为多光源， 则一次可以形成多个第一光束，多个第一光束通过光束扫描器102偏转后形成 多个第二光束，如此使得扫描的角度较小，且扫描速度快，从而可以提高测量 精度。可以理解的是，根据实际使用场景的需求，可以控制光束扫描器102每 个方向的偏转次数、偏转角度以及偏转顺序从而实现不同密度以及不同视场角 的投影，以获取信噪比高且分辨率高的图像。
根据上述图3a-图3c方案记载的发射模组11向目标物体20投射的投影图 案30，下面以控制与处理器基于图3a中第一线光束经光束扫描器102偏转形成 的第二线光束301，分时激活图像传感器121相应区域中的像素进行具体说明。
光源101通过柱透镜产生第一线光束，光束扫描器102接收第一线光束并 对第一线光束进行偏转以形成多个第二线光束302。控制与处理器13控制第二 线光束301照射到目标物体20的给定区域，并基于第二线光束301激活图像传 感器121相应区域中的像素，如图4所示。假定当光束扫描器102经过一次偏 转形成一个偏转光束301照射到目标物体20的给定区域，控制与处理器13基 于偏转光束301激活图像传感器121中相应区域401的像素，以响应于由给定 区域反射回的光束而累积的光电荷。图4中显示每一个第二线光束大致占13x2＝26个像素，实际上可以是其它大小，在本发明实施例中不作特别限定。
同样地，当经过光束扫描器102偏转形成下一个第二线光束301照射到目 标物体20的另一个区域，控制与处理器13基于下一个第二线光束301激活图 像传感器121中另一个相应区域的像素，以响应于由目标物体20的另一个区域 反射回的光束而累积的光电荷。
可以理解的是，通过分时激活图像传感器121中相应区域的像素，可以大 大减小功耗，且通过光束扫描器102的多次偏转可以照射目标物体20的多个区 域，以使得多个第二线光束形成的投影图案完整覆盖目标物体。图像传感器121 各相应区域的像素可以依次采集到由目标物体20反射回的光束而累积的光电荷， 控制与处理器13基于光电荷计算相位差以获取目标物体20的距离，从而可以 输出信噪比高且分辨率高的深度图像。
基于上述各实施例中的TOF深度测量装置，本发明另一实施例还提供一种 TOF深度测量方法。参照图5所试，图5示出了一种TOF深度测量方法的流程， 测量方法包括如下步骤：
S501、通过发射模组朝向目标物体的给定区域发射光束；其中，发射模组 包括有光源以及光束扫描器，通过光束扫描器偏转光源发出的光束以照射目标 物体的给定区域；
具体的，发射模组还包括有透镜，在本发明实施例中，所述透镜为柱透镜， 光源发出光束经过柱透镜形成第一线光束，第一线光束经过光束扫描器多次偏 转后形成多条第二线光速组成的投影图案，该投影图案比第一线光束拥有更大 的视场角。
在一个实施例中，发射模组还包括有准直透镜以及衍射光学元件，光源发 出的光束经过透镜准直后发出准直光束，准直光束通过DOE衍射形成第一线串 光束或第一点阵光束，第一线串光束或第一点阵光束经过光束扫描器多次偏转 后形成多条第二线光束或多个第二点阵光束组成的投影图案，所述投影图案比 所述第一线串光束或第一点阵光束拥有更高的密度和/或更大的视场角，且第二 点阵光束为规则排列。
S502、通过采集模组采集经目标物体反射回的光束；其中，采集模组包括 由像素阵列组成的图像传感器；
在一些实施例中，图像传感器中各相应区域的像素可以依次采集由目标物 体反射回的光束而累积的光电荷。
S503、控制与处理器根据偏转后形成的光束激活图像传感器中相应区域的 像素，以响应于由反射回的光束而累积的光电荷，并基于光电荷计算相位差以 获取目标物体的距离。
具体地，控制与处理器通过分时激活由像素阵列组成的图像传感器，以采 集由给定区域反射回的光束而累积的光电荷，并基于像素采集的光电荷计算相 位差以获取目标物体的距离，并输出目标物体的深度图像。本发明实施例中， 由于多个偏转光束形成的投影图案完整覆盖目标物体，因此可以输出信噪比高 且分辨率高的深度图像。
作为本发明另一个实施例，还提供一种电子设备，所述电子设备可以是台 式、桌面安装设备、便携式设备、可穿戴设备或车载设备以及机器人等。具体 的，设备可以是笔记本电脑或电子设备，以允许手势识别或生物识别。在其他 示例中，设备可以是头戴式设备，以用于标识用户周围环境的对象或危险，以 确保安全，例如，阻碍用户对环境视觉的虚拟现实***，可以检测周围环境中 的对象或危险，以向用户提供关于附近对象或障碍物的警告。在另一些示例中， 可以是将虚拟信息和图像与用户周围环境相混合的混合现实***，可检测用户 环境中的对象或人，以将虚拟信息与物理环境和对象集成。在其它示例中，还可以是应用在无人驾驶等领域的设备。参照图6所示，以手机为例进行说明， 所述电子设备600包括壳体61、屏幕62、以及前述实施例所述的TOF深度测量 装置；其中，所述TOF深度测量装置的发射模组11与采集模组12设置于电子 设备600的同一面，用于向目标物体发射光束以及接收目标物体反射回来的光 束并形成电信号。
本申请实施例还提供一种存储介质，用于存储计算机程序，该计算机程序 被执行时至少执行前述任一实施例中所述的方法。
所述存储介质可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备、或者它们的 组合来实现。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(ROM，Read Only Memory)、可编程只读存储器(PROM，Programmable Read-Only Memory)、可擦 除可编程只读存储器(EPROM，ErasableProgrammable Read-Only Memory)、电可 擦除可编程只读存储器(EEPROM，ElectricallyErasable Programmable Read-Only Memory)、磁性随机存取存储器(FRAM，FerromagneticRandom Access Memory)、 快闪存储器(Flash Memory)、磁表面存储器、光盘、或只读光盘(CD-ROM， Compact Disc Read-Only Memory)；磁表面存储器可以是磁盘存储器或磁带存储 器。易失性存储器可以是随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)，其 用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例 如静态随机存取存储器(SRAM，Static Random Access Memory)、同步静态随机 存取存储器(SSRAM，SynchronousStatic Random Access Memory)、动态随机存取 存储器(DRAM，DynamicRandom AccessMemory)、同步动态随机存取存储器 (SDRAM，Synchronous Dynamic RandomAccessMemory)、双倍数据速率同步动 态随机存取存储器(DDRSDRAM，Double DataRateSynchronous Dynamic Random Access Memory)、增强型同步动态随机存取存储器(ESDRAM，Enhanced Synchronous Dynamic Random Access Memory)、同步连接动态随机存取存储器 (SLDRAM，SyncLink Dynamic Random Access Memory)、直接内存总线随机存 取存储器(DRRAM，Direct Rambus Random Access Memory)。本发明实施例描述 的存储介质旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。
可以理解的是，以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一 步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属 技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这 些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为 属于本发明的保护范围。在本说明书的描述中，参考术语“一种实施例”、“一 些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意 指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的 至少一个实施例或示例中。
在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或 示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施 例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术 人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征 进行结合和组合。尽管已经详细描述了本发明的实施例及其优点，但应当理解， 在不脱离由所附权利要求限定的范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、 替换和变更。
此外，本发明的范围不旨在限于说明书中所述的过程、机器、制造、物质 组成、手段、方法和步骤的特定实施例。本领域普通技术人员将容易理解，可 以利用执行与本文所述相应实施例基本相同功能或获得与本文所述实施例基本 相同结果的目前存在的或稍后要开发的上述披露、过程、机器、制造、物质组 成、手段、方法或步骤。因此，所附权利要求旨在将这些过程、机器、制造、 物质组成、手段、方法或步骤包含在其范围内。

Claims (10)

1.一种TOF深度测量装置，其特征在于，包括：
发射模组，用于朝向目标物体的给定区域发射光束；其中，所述发射模组包括有光源以及光束扫描器，通过所述光束扫描器偏转所述光源发出的光束以照射所述目标物体的给定区域；
采集模组，用于采集经所述目标物体反射回的光束；其中，所述采集模组包括有由像素阵列组成的图像传感器；
控制与处理器，分别与所述发射模组和所述采集模组连接，以用于控制所述光束扫描器偏转所述光束以照射所述目标物体的给定区域，并根据偏转后形成的光束激活所述图像传感器中相应区域的像素，以响应由所述给定区域反射回的光束而累积的光电荷，基于该光电荷计算相位差以获得所述目标物体的距离并输出所述目标物体的深度图像。
2.如权利要求1所述的TOF深度测量装置，其特征在于：所述发射模组还包括有透镜，所述光源通过所述透镜产生线光束，所述线光束通过所述光束扫描器进行线扫描以照射所述目标物体。
3.如权利要求2所述的TOF深度测量装置，其特征在于：所述透镜为柱透镜，所述光源发出的光束经过所述柱透镜后形成第一线光束，所述第一线光束经过所述光束扫描器多次偏转后得到由多条第二线光束组成的投影图案。
4.如权利要求2所述的TOF深度测量装置，其特征在于：所述发射模组还包括有准直透镜和衍射光学元件；其中，所述光源发出的光束经过所述准直透镜准直后发出准直光束，所述准直光束通过所述衍射光学元件衍射后形成第一线串光束或第一点阵光束，所述第一线串光束或第一点阵光束经过所述光束扫描器多次偏转后得到由多条第二线串光束或第二点阵光束组成的投影图案。
5.如权利要求4所述的TOF深度测量装置，其特征在于：所述第二点阵光束呈规则排列。
6.一种TOF深度测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
通过发射模组朝向目标物体的给定区域发射光束；其中，所述发射模组包括有光源以及光束扫描器，通过所述光束扫描器偏转所述光源发出的光束以照射所述目标物体的给定区域；
通过采集模组采集经所述目标物体反射回的光束；其中，所述采集模组包括由像素阵列组成的图像传感器；
控制与处理器根据偏转后形成的光束激活所述图像传感器中相应区域的像素，以响应于由所述反射回的光束而累积的光电荷，并基于所述光电荷计算相位差以获得所述目标物体的距离。
7.如权利要求6所述的TOF深度测量方法，其特征在于：所述发射模组还包括有柱透镜，所述光源发出光束经过所述柱透镜形成第一线光束，所述第一线光束经过所述光束扫描器多次偏转后得到由多条第二线光束组成的投影图案。
8.如权利要求6所述的TOF深度测量方法，其特征在于：所述发射模组还包括有准直透镜以及衍射光学元件，所述光源发出的光束经过所述准直透镜准直后发出准直光束，所述准直光束通过所述衍射光学元件衍射形成第一线串光束或第一点阵光束，所述第一线串光束或第一点阵光束经过所述光束扫描器多次偏转后得到由多条第二线光束或多个第二点阵光束组成的投影图案。
9.如权利要求6所述的TOF深度测量方法，其特征在于：所述控制与处理器控制所述光束扫描器每个方向的偏转次数、偏转角度以及偏转顺序以获得不同密度和不同视场角的投影图案。
10.一种电子设备，其特征在于，包括：壳体、屏幕以及权利要求1-5任一项所述的TOF深度测量装置；其中，所述TOF深度测量装置的发射模组与采集模组设置于电子设备的同一面，以用于向目标物体发射光束以及接收目标物体反射回来的光束并形成电信号。
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