CN114543696A - 一种结构光成像装置、方法、介质及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种结构光成像装置、方法、介质及电子设备。结构光成像装置包括测距模块、第一发射端、第二发射端、发射控制模块、接收端、图像采集模块和图像处理模块。测距模块用于获取结构光成像装置与目标物体的距离，第一发射端用于在发射控制模块的控制下发出第一结构光，第二发射端用于在发射控制模块的控制下发出第二结构光，接收端用于获取第一散斑图和/或第二散斑图，图像采集模块用于获取目标物体的图像，图像处理模块用于获取目标物体的深度图像。所述结构光成像装置能够实现远距离和近距离场景下的3D成像。

Description

一种结构光成像装置、方法、介质及电子设备

技术领域

本发明属于摄影装置领域，涉及一种成像装置，特别是涉及一种结构光成像装置、方法、介质及电子设备。

背景技术

近年来，3D成像在工业和消费者应用中变得重要，技术人员利用3D成像技术研发出的三维扫描仪、3D相机等设备广泛应用于各行各业。具有3D成像功能的机器视觉***可以更快、更准确地检查生产现场的组件。在消费者领域，3D成像为媒体提供更大的图像深度。

在现有的3D成像技术中，结构光成像方法具有功耗更小、技术更成熟、更适合静态场景等特点，因而得到了广泛应用。然而，发明人在实际应用中发现，现有的结构光成像方法主要应用于近距离成像场景，而在远距离场景中，例如：体感游戏、手势识别等，现有的结构光成像方案很难实现精确的3D成像。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种结构光成像装置、方法、介质及电子设备，用于解决现有结构光成像技术在远距离场景中难以实现精确的3D成像的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明的第一方面提供一种结构光成像装置，用于获取目标物体的深度图像，所述结构光成像装置包括测距模块、第一发射端、第二发射端、发射控制模块、接收端、图像采集模块和图像处理模块；所述测距模块与所述发射控制模块相连，用于获取所述结构光成像装置与所述目标物体的距离；所述第一发射端与所述发射控制模块相连，用于在所述发射控制模块的控制下发出第一结构光，所述第一结构光到达所述目标物体后产生第一散斑图；所述第二发射端与所述发射控制模块相连，用于在所述发射控制模块的控制下发出第二结构光，所述第二结构光到达所述目标物体后产生第二散斑图；其中，所述第二发射端的放大倍率小于所述第一发射端的放大倍率；所述发射控制模块用于在所述结构光成像装置与所述目标物体的距离小于一距离阈值时控制所述第一发射端发出所述第一结构光，并用于在所述结构光成像装置与所述目标物体的距离大于所述距离阈值时控制所述第二发射端发出所述第二结构光；所述接收端用于获取所述第一散斑图和/或所述第二散斑图；所述图像采集模块用于获取所述目标物体的图像；所述图像处理模块与所述接收端和所述图像采集模块相连，用于根据所述目标物体的图像，以及所述第一散斑图和/或所述第二散斑图获取所述目标物体的深度图像。

于所述第一方面的一实施例中，所述第一发射端包括：激光发射器，包括多个发光点，用于发出激光；准直器，设置于所述激光发射器与所述目标物体之间，用于对所述激光进行准直；衍射光学元件，设置于所述准直器与所述目标物体之间，用于对准直后的激光进行处理以得到所述第一结构光。

于所述第一方面的一实施例中，所述图像处理模块包括：深度信息获取单元，与所述接收端相连，用于根据所述第一散斑图中的散斑点密度和/或所述第二散斑图中的散斑点密度获取所述目标物体的深度信息；深度图像生成单元，与所述深度信息获取单元和所述图像采集模块相连，用于根据所述目标物体的深度信息和所述目标物体的图像获取所述目标物体的深度图像。

于所述第一方面的一实施例中，所述发射控制模块根据所述激光发射器中发光点的尺寸、相邻发光点之间的距离和所述准直器的焦距获取所述距离阈值。

于所述第一方面的一实施例中，所述接收端的视场角θ₁、所述图像采集模块的视场角θ₂、所述第一发射端的视场角θ_3,1以及所述第二发射端的视场角θ_3,2满足以下条件：θ₂≥θ₁，θ_3,1≥θ₁，θ_3,2≥θ₁，

且

其中，D为所述结构光成像装置与所述目标物体的距离，d₁为所述第一发射端与所述接收端之间的基线距离，d₂为所述第二发射端与所述接收端之间的基线距离。

于所述第一方面的一实施例中，所述接收端包括第一接收单元和第二接收单元。

于所述第一方面的一实施例中，所述接收端与所述图像采集模块共用同一镜头；所述结构光成像装置还包括一分光棱镜，用于对透过所述镜头的光线进行分光，以获取到达所述接收端的第一光线以及到达所述图像采集模块的第二光线。

本发明的第二方面提供一种电子设备，包括本发明第一方面任一项所述的结构光成像装置。

本发明的第三方面提供一种结构光成像方法，应用于本发明第一方面任一项所述的结构光成像装置，所述结构光成像方法包括：获取所述结构光成像装置与所述目标物体的距离；当所述结构光成像装置与所述目标物体的距离小于所述距离阈值时，利用所述第一发射端发出所述第一结构光；否则，利用所述第二发射端发出所述第二结构光；利用所述接收端获取所述第一散斑图和/或所述第二散斑图；利用所述图像采集模块获取所述目标物体的图像；根据所述目标物体的图像，以及所述第一散斑图和/或所述第二散斑图获取所述目标物体的深度图像。

本发明的第四方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现本发明第三方面所述的结构光成像方法。

如上所述，本发明所述结构光成像装置、方法、介质及电子设备的一个技术方案具有以下有益效果：

所述结构光成像装置包括第一发射端和第二发射端，其中所述第二发射端的放大倍率小于所述第一发射端的放大倍率。基于此，所述发射控制模块根据所述结构光成像装置与所述目标物体的距离选择匹配的发射端(第一发射端和/或第二发射端)发出结构光，具体地：当所述结构光成像装置与所述目标物体的距离较小时，选取放大倍率较大的第一发射端发出结构光；当所述结构光成像装置与所述目标物体的距离较大时，选取放大倍率较小的第一发射端发出结构光，从而保证所述目标物体上的散斑点始终满足成像要求。因此，本发明所述结构光成像装置能够同时适用于远距离场景以及近距离场景的3D成像。

附图说明

图1A显示为现有结构光成像装置的结构示意图。

图1B和图1C显示为现有结构光成像装置在不同距离时获取的散斑图。

图2A显示为本发明所述结构光成像装置于一具体实施例中的结构示意图。

图2B显示为本发明所述构光成像装置于一具体实施例中获取的散斑图。

图2C和图2D显示为本发明所述结构光成像装置于一具体实施例中在不同距离时的工作示意图。

图3A显示为本发明所述结构光成像装置于一具体实施例中第一发射端的结构示意图。

图3B显示为本发明所述结构光成像装置于一具体实施例中发光点的示例图。

图3C显示为本发明所述结构光成像装置于一具体实施例中采用的散斑示例图。

图4显示为本发明所述结构光成像装置于一具体实施例中图像处理模块的结构示意图。

图5显示为本发明所述结构光成像装置于一具体实施例中相关参数的示意图。

图6A显示为本发明所述结构光成像装置于一具体实施例中部分组件的位置关系示意图。

图6B显示为本发明所述结构光成像装置于一具体实施例中分光棱镜的工作原理图。

图7A显示为本发明所述结构光成像装置于一具体实施例中部分组件的位置关系示意图。

图7B显示为本发明所述结构光成像装置于一具体实施例中部分组件的位置关系示意图。

图8显示为本发明所述结构光成像方法于一具体实施例中的流程图。

元件标号说明

2 结构光成像装置

21 测距模块

22 第一发射端

221 激光发射器

222 准直器

223 衍射光学元件

23 第二发射端

24 发射控制模块

25 接收端

251 第一接收单元

252 第二接收单元

26 图像采集模块

27 图像处理模块

271 深度信息获取单元

272 深度图像生成单元

S81～S85 步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。此外，此外，在本文中，诸如“第一”、“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

在结构光成像方案中往往根据目标物体上散斑点的密度获取目标物体的深度信息，因此，目标物体上的散斑点需要满足成像要求，即：目标物体上散斑点的密度要大于一密度阈值，也可以表述为目标物体上散斑点的数量要大于一数量阈值。

现有的结构光成像方法主要应用于近距离成像场景，而在远距离场景中，例如：体感游戏、手势识别等，现有的结构光成像方案很难实现精确的3D成像。具体地，请参阅图1A，现有的结构光成像设备主要包括一个发射端和一个接收端，其中，发射端发射散斑图、接收端接收散斑图，并根据接收到的散斑图进行深度计算。然而，请参阅图1B和图1C，分别显示为目标物体在近距离以及远距离时的散斑图，从中可以看出，由于发射端具有一固定的放大倍率，散斑点的面积会随发射端与目标物体之间的距离增加而变得越来越大，同时，目标物体上散斑点的数量会越来越少，并最终导致所述目标物体上的散斑点不满足成像要求。例如，当发射端与目标物体的距离在4-5m时，目标物体上不存在散斑点或者存在极少量的散斑点，此时所述目标物体上的散斑点无法满足成像要求，因而会导致无法获取目标物体的深度信息。

针对上述问题，本发明提供一种结构光成像装置。所述结构光成像装置包括第一发射端和第二发射端，其中所述第二发射端的放大倍率小于所述第一发射端的放大倍率。基于此，所述发射控制模块根据所述结构光成像装置与所述目标物体的距离选择匹配的发射端(第一发射端和/或第二发射端)发出结构光，具体地：当所述结构光成像装置与所述目标物体的距离较小时，选取放大倍率较大的第一发射端发出结构光；当所述结构光成像装置与所述目标物体的距离较大时，选取放大倍率较小的第一发射端发出结构光，从而保证所述目标物体上的散斑点始终满足成像要求。因此，本发明所述结构光成像装置能够同时适用于远距离场景以及近距离场景的3D成像。

请参阅图2A，于本发明的一实施例中，所述结构光成像装置2包括测距模块21、第一发射端22、第二发射端23、发射控制模块24、接收端25、图像采集模块26和图像处理模块27。

所述测距模块21与所述发射控制模块24相连，用于获取所述结构光成像装置2与所述目标物体的距离。具体应用中，所述测距模块21可以采用激光距离传感器、超声波距离传感器或红外测距传感器等实现。所述结构光成像装置2与所述目标物体的距离可以是所述目标物体任一点与所述结构光成像装置2的距离，也可以是所述目标物体上多个点与所述结构光成像装置2的距离的平均值。优选地，所述结构光成像装置2与所述目标物体的距离包括多个距离值，其中每个距离值对应所述目标物体的某一区域或某一点与所述结构光成像装置2之间的距离。

所述发射控制模块24从所述测距模块21中获取所述结构光成像装置2与所述目标物体的距离，并根据该距离控制匹配的发射端发出结构光，具体地：当所述结构光成像装置2与所述目标物体的距离小于一距离阈值时，控制放大倍率较大的第一发射端22发出第一结构光，所述第一结构光到达所述目标物体后在所述目标物体表面形成第一散斑图，请参阅图2B，显示为本实施例中获取的所述第一散斑图的示例图；当所述结构光成像装置2与所述目标物体的距离小于所述距离阈值时，控制放大倍率较小的第二发射端23发出第二结构光，所述第二结构光到达所述目标物体后在所述目标物体表面形成第二散斑图。其中，所述距离阈值可以根据实际需求预先设置，所述第一结构光和所述第二结构光为携带有光学图案(例如散斑)的光线。可选的，所述第一发射端22发出的第一结构光和所述第二发射端23发出的第二结构光均为红外光线。例如，请参阅图2C和图2D，当所述目标物体与所述结构光成像装置的距离D1小于所述距离阈值时，所述第一发射端22发出所述第一结构光；当所述目标物体与所述结构光成像装置的距离D2大于所述距离阈值时，所述第二发射端23发出所述第二结构光。

优选地，所述第一发射端22的视场角大于所述第二发射端23的视场角，以保证近距离和远距离场景下所述目标物体均存在足够数量且覆盖整个目标物体的散斑。

所述接收端25用于获取所述第一散斑图和/或所述第二散斑图；可选的，所述接收端25为一不可见光红外线接收模组，主要包括红外CMOS传感器、光学镜头和红外窄带干涉滤波片；其中，所述红外CMOS传感器用于识别近红外光，所述红外窄带干涉滤波片用于过滤可见光。

所述图像采集模块26用于获取所述目标物体的图像，具体应用中可以采用摄像头、相机等图像采集设备实现。可选的，所述图像采集模块26获取的所述目标物体的图像为一RGB图像。

所述图像处理模块27与所述接收端25和所述图像采集模块26相连，用于根据所述目标物体的图像，以及所述第一散斑图和/或所述第二散斑图获取所述目标物体的深度图像。具体地，当所述结构光成像装置与所述目标物体的距离小于所述距离阈值时，所述图像处理模块27根据所述目标物体的图像和所述第一散斑图获取所述目标物体的深度图像；当所述结构光成像装置与所述目标物体的距离大于所述距离阈值时，所述图像处理模块27根据所述目标物体的图像和所述第二散斑图获取所述目标物体的深度图像；当所述目标物体的某些区域或点与所述结构光成像装置的距离大于所述距离阈值、且所述目标物体的某些区域或点与所述结构光成像装置的距离小于所述距离阈值时，所述图像处理模块27根据所述目标物体的图像、所述第一散斑图和所述第二散斑图共同获取所述目标物体的深度图像。

根据以上描述可知，当所述目标物体距离所述结构光成像装置较远时，所述结构光成像装置利用放大倍率较大的第一发射端发出第一结构光，以使所述目标物体表面的散斑满足成像要求，并根据所述第一散斑图和所述目标物体的图像获取所述目标物体的深度图像；当所述目标物体距离所述结构光成像装置较远时，所述结构光成像装置利用放大倍率较小的第二发射端发出第二结构光，以使所述目标物体表面的散斑满足成像要求，并根据所述第二散斑图和所述目标物体的图像获取所述目标物体的深度图像。

需要说明的是，当距离较近时，如果采用放大倍率较大的发射端发出结构光，此时会导致目标物体表面的散斑过于密集，甚至有可能造成散斑之间的相互重叠，此时同样难以实现3D成像。因此，本实施例根据所述结构光成像装置与所述目标物体之间的距离选取匹配的发射端，从而满足远距离物体和近距离物体的成像要求。

请参阅图3A，于本发明的一实施例中，所述第一发射端22包括激光发射器221、准直器222和衍射光学元件(Diffractive Optical Elements，DOE)223。

请参阅图3B，所述激光发射器221包括多个发光点，用于发出激光；优选地，所述激光发射器221为垂直腔面发射激光器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，VCSEL)，和/或所述激光为不可见红外光。

所述准直器222设置于所述激光发射器221与所述目标物体之间，用于对所述激光进行准直，该准直器222可以采用现有的准直结构实现，例如，准直镜，此处不作赘述。

所述衍射光学元件223用于对准直后的激光进行散射，以得到具有散射图案的光线，该光线即为所述第一结构光。所述DOE衍射光学元件223是基于光的衍射原理，利用计算机辅助设计，并通过半导体芯片制造工艺，在基片上(或传统光学器件表面)刻蚀产生台阶型或连续浮雕结构(一般为光栅结构)，形成同轴再现、且具有极高衍射效率的一类光学元件。具体应用中，可以通过不同的设计来控制光束的发散角和形成光斑的形貌，从而实现光束形成特定图案的功能。请参阅图3C，显示为本实施例中涉及的一9×11周期的散斑图的示例图。

可选的，由于DOE对于光束进行散射的角度(FOV)有限，所述第一发射端还可以包括光栅，所述光栅用于将散斑图案进行衍射以扩大其投射角度。

所述第二发射端23也可以采用与本实施例所述第一发射端22相同或相似的结构实现，此处不作赘述。

请参阅图4，于本发明的一实施例中，所述图像处理模块27包括深度信息获取单元271和深度图像生成单元272。

所述深度信息获取单元271与所述接收端25相连，用于根据所述第一散斑图中的散斑点密度和/或所述第二散斑图中的散斑点密度获取所述目标物体的深度信息，其中，所述目标物体的深度信息包括所述目标物体多个不同区域和/或不同点的深度信息。以所述第一散斑图为例，若所述深度信息获取单元271通过测量、统计等手段从所述第一散斑图中获取到某一散斑点a周围的散斑点密度为ρ(个/cm²)，而根据理论计算可知，该散斑点a周围的散斑点密度的计算公式为

其中，f为所述准直器222的焦距，Φ₁为所述激光发射器221中发光点的直径，d₁为所述激光发射器221中相邻发光点之间的距离，D_A为所述第一散斑图中散斑点a对应的目标物体表面的实际散斑点A到所述结构光成像装置的距离，也即所述目标物体在散斑点A处的深度信息。其中，ρ、f、Φ₁和d₁这四个参数可以根据所述第一散斑图和所述第一发射端直接获取，因此，所述深度信息获取单元271能够根据以上四个参数来获取散斑点A处的深度信息，即：

通过此种方式，所述深度信息获取单元271能够获取所述目标物体表面多个散斑点的深度信息，当所述目标物体表面散斑点的数量足够多时，所述深度信息获取单元271通过汇总多个散斑点的深度信息即可获取所述目标物体的深度信息。

所述深度图像生成单元272与所述深度信息获取单元271和所述图像采集模块26相连，用于根据所述目标物体的深度信息和所述目标物体的图像获取所述目标物体的深度图像。在具体应用中，所述深度图像生成单元272将所述目标物体的深度信息合并到所述目标物体的图像即可获取所述目标物体的深度图像。

于本发明的一实施例中，所述发射控制模块24根据所述激光发射器中光点的尺寸、相邻发光点之间的距离以及所述准直器的间距获取所述距离阈值。具体地，本实施例中，所述距离阈值D₀可以为：

其中，f为所述准直器222的焦距，Φ₁为所述激光发射器221中发光点的直径，d₁为所述激光发射器221中相邻发光点之间的距离，ρ₀为所述结构光成像装置允许的最小散斑点密度，换言之：当所述第一散斑图中的散斑点密度小于ρ₀时所述图像处理单元27无法根据所述第一散斑图获取所述目标物体的深度图像，当所述第二散斑图中的散斑点密度小于ρ₀时所述图像处理单元27无法根据所述第二散斑图获取所述目标物体的深度图像。

于本发明的一实施例中，所述结构光成像装置的实际成像范围与所述接收端的接收范围相同，此时，可以根据所述接收端的视场角θ₁以及所述结构光成像装置与所述目标物体的距离D直接获取所述结构光成像装置的实际成像范围L，进而判断该实际成像范围L是否满足实际需求，其中，L＝2×D×tan(θ₁/2)。为实现这一目的，本实施例中，所述接收端的视场角θ₁、所述图像采集模块的视场角θ₂、所述第一发射端的视场角θ_3,1以及所述第二发射端的视场角θ_3,2应当满足以下条件：θ₂≥θ₁，θ_3,1≥θ₁，θ_3,2≥θ₁，

且

其中，D为所述结构光成像装置与所述目标物体的距离，d₁为所述第一发射端与所述接收端之间的基线距离，d₂为所述第二发射端与所述接收端之间的基线距离，具体地，请参阅图5，显示为所述接收端25与所述第一发射端22之间的基线距离d₁的示意图。

对于所述接收端来说，以所述接收端的镜头为顶点，以所述目标物体的物像可通过镜头的最大范围的两条边缘构成的夹角，称为所述接收端的视场角。视场角的大小决定了所述接收端的视野范围，视场角越大，视野就越大，光学倍率就越小。所述图像采集模块、所述第一发射端和所述第二发射端的视场角的定义与所述接收端类似，此处不做赘述。

本实施例中，所述结构光成像装置的成像范围由所述接收端的视场角、所述结构光成像装置与所述目标物体的距离决定，因此，在实际应用中可以根据实际需求的成像范围以及所述结构光成像装置与所述目标物体的距离调整所述接收端的视场角，并根据所述接收端的视场角调整所述图像采集模块的视场角、所述第一发射端的视场角和所述第一接收端的视场角，从而保证所述结构光成像装置的成像范围能够满足实际的成像需求。

请参阅图6A，于本发明的一实施例中，所述接收端25与所述图像采集模块26共用同一镜头；所述结构光成像装置还包括一分光棱镜，用于对透过所述镜头的光线进行分光，以获取到达所述接收端25的第一光线以及到达所述图像采集模块26的第二光线，所述接收端25根据所述第一光线获取所述第一散斑图，所述图像采集模块26根据所述第二光线获取所述目标物体的图像。图6B显示为采用所述分光棱镜进行分光的示意图。

于本发明的一实施例中，所述接收端包括第一接收单元和第二接收单元，其中，所述第一接收单元、所述第二接收单元和所述图像采集模块可以分别采用一个镜头来获取光线；或者，所述第一接收单元和所述第二接收单元中的一者可以与所述图像采集模块共用同一个镜头来获取光线，此时，所述结构光成像装置还包括一分光棱镜，所述分光棱镜用于将透过镜头的光线分为到达所述第一接收单元或所述第二接收单元的第三光线，以及到达所述图像采集模块的第四光线，所述分光棱镜的作用方式与图6B所示类似，此处不作赘述。请参阅图7A和7B，其中，图7A显示为所述第一接收单元251、所述第二接收单元252和所述图像采集模块26分别采用一个镜头来获取光线；图7B显示为所述第二接收单元25与所述图像采集模块26共同采用一个镜头来获取光线。

基于以上对所述结构光成像装置的描述，本发明还提供一种电子设备，所述电子设备包括本发明所述的结构光成像装置。

基于以上对所述结构光成像装置的描述，本发明还提供一种结构光成像方法，应用于本发明所述的结构光成像装置。请参阅图8，所述结构光成像方法可以采用图2A所示的结构光成像装置2实现，具体包括：

S81，获取所述结构光成像装置与所述目标物体的距离。该步骤S81可以采用所述测距模块21实现。

S82，当所述结构光成像装置与所述目标物体的距离小于所述距离阈值时，利用所述第一发射端发出所述第一结构光；否则，利用所述第二发射端发出所述第二结构光。该步骤S82可以通过所述发射控制模块24控制所述第一发射端22和所述第二发射端23实现。

S83，利用所述接收端获取所述第一散斑图和/或所述第二散斑图。该步骤S83可以采用所述接收端25实现。

S84，利用所述图像采集模块获取所述目标物体的图像。该步骤S84可以采用所述图像采集模块26实现，需要说明的是，该步骤并非限于在步骤S83之后执行，具体应用中可以在步骤S85之前的任意时刻执行该步骤S84。

S85，根据所述目标物体的图像，以及所述第一散斑图和/或所述第二散斑图获取所述目标物体的深度图像。其中，该补充S85可以采用所述图像处理模块27实现。

本发明所述的结构光成像方法的保护范围不限于本实施例列举的步骤执行顺序，凡是根据本发明的原理所做的现有技术的步骤增减、步骤替换所实现的方案都包括在本发明的保护范围内。

所述结构光成像装置包括第一发射端和第二发射端，其中所述第二发射端的放大倍率小于所述第一发射端的放大倍率。基于此，所述发射控制模块根据所述结构光成像装置与所述目标物体的距离选择匹配的发射端(第一发射端和/或第二发射端)发出结构光，具体地：当所述结构光成像装置与所述目标物体的距离较小时，选取放大倍率较大的第一发射端发出结构光；当所述结构光成像装置与所述目标物体的距离较大时，选取放大倍率较小的第一发射端发出结构光，从而保证所述目标物体上的散斑点始终满足成像要求。因此，本发明所述结构光成像装置能够同时适用于远距离场景以及近距离场景的3D成像。此外，本发明所述结构光成像装置能够提升成像精度，并且具有较强的抗干扰能力。

综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种结构光成像装置，其特征在于，用于获取目标物体的深度图像，所述结构光成像装置包括测距模块、第一发射端、第二发射端、发射控制模块、接收端、图像采集模块和图像处理模块；

所述测距模块与所述发射控制模块相连，用于获取所述结构光成像装置与所述目标物体的距离；

所述第一发射端与所述发射控制模块相连，用于在所述发射控制模块的控制下发出第一结构光，所述第一结构光到达所述目标物体后产生第一散斑图；

所述第二发射端与所述发射控制模块相连，用于在所述发射控制模块的控制下发出第二结构光，所述第二结构光到达所述目标物体后产生第二散斑图；其中，所述第二发射端的放大倍率小于所述第一发射端的放大倍率；

所述发射控制模块用于在所述结构光成像装置与所述目标物体的距离小于一距离阈值时控制所述第一发射端发出所述第一结构光，并用于在所述结构光成像装置与所述目标物体的距离大于所述距离阈值时控制所述第二发射端发出所述第二结构光；

所述接收端用于获取所述第一散斑图和/或所述第二散斑图；

所述图像采集模块用于获取所述目标物体的图像；

所述图像处理模块与所述接收端和所述图像采集模块相连，用于根据所述目标物体的图像，以及所述第一散斑图和/或所述第二散斑图获取所述目标物体的深度图像。

2.根据权利要求1所述的结构光成像装置，其特征在于，所述第一发射端包括：

激光发射器，包括多个发光点，用于发出激光；

准直器，设置于所述激光发射器与所述目标物体之间，用于对所述激光进行准直；

衍射光学元件，设置于所述准直器与所述目标物体之间，用于对准直后的激光进行处理以得到所述第一结构光。

3.根据权利要求2所述的结构光成像装置，其特征在于，所述图像处理模块包括：

深度信息获取单元，与所述接收端相连，用于根据所述第一散斑图中的散斑点密度和/或所述第二散斑图中的散斑点密度获取所述目标物体的深度信息；

深度图像生成单元，与所述深度信息获取单元和所述图像采集模块相连，用于根据所述目标物体的深度信息和所述目标物体的图像获取所述目标物体的深度图像。

4.根据权利要求2所述的结构光成像装置，其特征在于：所述发射控制模块根据所述激光发射器中发光点的尺寸、相邻发光点之间的距离和所述准直器的焦距获取所述距离阈值。

5.根据权利要求1所述的结构光成像装置，其特征在于，所述接收端的视场角θ₁、所述图像采集模块的视场角θ₂、所述第一发射端的视场角θ_3,1以及所述第二发射端的视场角θ_3,2满足以下条件：θ₂≥θ₁，θ_3,1≥θ₁，θ_3,2≥θ₁，

且

其中，D为所述结构光成像装置与所述目标物体的距离，d₁为所述第一发射端与所述接收端之间的基线距离，d₂为所述第二发射端与所述接收端之间的基线距离。

6.根据权利要求1所述的结构光成像装置，其特征在于：所述接收端包括第一接收单元和第二接收单元。

7.根据权利要求1所述的结构光成像装置，其特征在于：所述接收端与所述图像采集模块共用同一镜头；所述结构光成像装置还包括一分光棱镜，用于对透过所述镜头的光线进行分光，以获取到达所述接收端的第一光线以及到达所述图像采集模块的第二光线。

8.一种电子设备，其特征在于：所述电子设备包括权利要求1-7任一项所述的结构光成像装置。

9.一种结构光成像方法，其特征在于：应用于权利要求1-7任一项所述的结构光成像装置，所述结构光成像方法包括：

获取所述结构光成像装置与所述目标物体的距离；

当所述结构光成像装置与所述目标物体的距离小于所述距离阈值时，利用所述第一发射端发出所述第一结构光；否则，利用所述第二发射端发出所述第二结构光；

利用所述接收端获取所述第一散斑图和/或所述第二散斑图；

利用所述图像采集模块获取所述目标物体的图像；

根据所述目标物体的图像，以及所述第一散斑图和/或所述第二散斑图获取所述目标物体的深度图像。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：该计算机程序被处理器执行时实现权利要求9所述的结构光成像方法。

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