[发明专利]三维照相机及其投影仪

说明书

技术领域

本发明属于图样投射领域，具体用于三维成像。

发明内容

当前公开的主题的许多功能组件可以通过各种形式来实施，例如，实施为包括定制的VLSI电路或门阵列等的硬件电路、实施为可编程硬件装置(例如，FPGA等)、或实施为存储于无形的计算机可读介质中且可由各种处理器执行的软件程序代码、及其任意组合。当前公开的主题的特定组件可通过一个特定软件代码段、或通过多个软件代码段构成，所述代码段可结合在一起并在属于各自的组件的当前公开的限制下共同起作用或共同运行。例如，组件可分布于几个代码段(例如，对象、过程和函数)上，并且可源自于几个程序或程序文件，这些程序或程序文件可结合操作以提供当前公开的组件。

通过类似的方式，当前公开的组件可具体体现为操作数据的形式，或操作数据可被当前公开的组件使用。作为示例，这样的操作数据可存储于有形的计算机可读介质上。操作数据可以是单一数据集，或其可以是存储于不同网络节点上或不同储存装置上的不同位置处的数据集合。

根据本申请的主题的方法或设备可具有上文或下文所述的不同方面的任意组合的特征或其等效物，也可以与下文呈现的“具体实施方式”中所述的方法或设备的任意一个特征或多个特征、或其等效物相结合。

根据当前公开的主题的一方面，提供3D成像设备。根据当前公开的主题的示例，该3D成像设备可包括投影仪、成像传感器和处理器。该投影仪可包括激光器阵列，该激光器阵列包括多个分立发射器、用于提供结构化光图样的掩膜、以及投影光学器件。激光器阵列和掩膜之间的间距可根据多个分立发射器的非均匀性分布图，以及根据与掩膜平面上的光强分布有关的均匀性标准被大体上最小化。该投影光学器件可被配置成将结构化光图样成像于物体上。该成像传感器可适合于捕获具有投射于其上的结构化光图样的物体的影像。该处理单元可适合于处理影像以确定距离参数。

根据当前公开的主题的示例，多个分立发射器可以大体上相等的发射器尺寸、大体上相等的光发散度输出量、大体上相等的光功率输出量、以及大体上等同的相互间隔为特征。该非均匀性分布图可与分立发射器的光发散度输出量和光功率输出量相关，且可与分立发射器之间的相互间隔相关。

根据当前公开的主题的其他示例，该均匀性标准可进一步与目标动态范围相关。

根据当前公开的主题的另外的其他示例，该均匀性标准可进一步与分立发射器在激光器阵列中的密度和结构化光图样中的特征类型的密度之间的关系相关联。

在当前公开的主题的又一些其他的示例中，该掩膜可根据由激光器阵列发射的光的空间强度分布图设置尺寸。

在当前公开的主题的另外的其他示例中，该空间强度分布图可以限定所述激光器阵列在所述掩膜相对于所述激光器阵列定位的间距处的均匀光的区域。

在当前公开的主题的其他示例中，该掩膜可进一步根据均匀性标准设置尺寸。

根据当前公开的主题的又一些其他的示例，该掩膜可进一步根据光功率传输标准设置尺寸。

根据当前公开的主题的示例，该激光器阵列可以是VCSEL阵列。

根据当前公开的主题的示例，该激光器阵列可以遵照与多个分立发射器中有缺陷的分立发射器的分布和比例相关联的缺陷发射器标准。

根据当前公开的主题的示例，该激光器阵列和掩膜能以彼此之间小于5mm的间距定位。

根据当前公开的主题的示例，该激光器阵列和掩膜能以彼此之间小于2mm的间距定位。

根据当前公开的主题的另一方面，提供实现3D成像的方法。根据当前公开的主题的示例，该实现3D成像的方法可包括：相对于包括多个分立发射器的激光器阵列一定间距定位用于提供结构化光图样的掩膜，其中所述间距根据多个分立发射器的非均匀性分布图和根据与掩膜平面上的光强分布相关的均匀性标准大体上最小；在来自分立发射器且穿过掩膜的光的光路中定位投影光学器件，以使得结构化光图样成像于物体上；以及在反射的投射光的光路中定位成像传感器，以使得具有结构化光图样投射于其上的物体的影像得以捕获，从而进一步使得距离参数得以确定。

根据当前公开的主题的又一方面，提供用于三维测距(range finding)的投影仪。根据当前公开的主题的示例，该用于三维测距的投影仪可包括激光器阵列、掩膜和投影光学器件。该激光器阵列可包括多个分立发射器。该掩膜可被配置成提供结构化光图样。投影仪中激光器阵列和掩膜之间的间距可根据多个分立发射器的非均匀性分布图，以及根据与掩膜平面上的光强分布有关的均匀性标准大体上最小化。该投影光学器件可适合于将结构化光图样成像于物体上。