[发明专利]融合散斑和泛光投射的ToF深度传感器及其测距方法

说明书

一种融合散斑和泛光投射的ToF深度传感器及其测距方法，该ToF深度传感器包括：泛光投射器、激光散斑投射器、ToF接收摄像头、深度解码模块，其中泛光投射器生成均匀照射的光源，激光散斑投射器组成激光散斑图案，ToF接收摄像头同步接收投射器照射到物体表面后反射回来的相移图像，深度解码模块利用相移法对相移图像RAW数据进行深度解码，并对泛光投射器和散斑投射器照射下计算得到的深度信息进行融合。所述测距方法，可以得到融合后近距离细节丰富、远距离测距稳定可靠的深度信息，有助于解决ToF室外远距离抗强光干扰、多径反射等难题，在智能设备、无人车、机器人等领域具有广泛应用前景。

技术领域

本公开属于深度传感器、机器视觉、图像处理、激光散斑、TOF 技术领域，特别涉及一种融合散斑和泛光投射的ToF深度传感器及其测距方法。

背景技术

近年来三维深度感知设备开始进入人们的眼球，高精度的深度传感器作为一种新型的获取外界信息的媒介，有利于推动机器视觉的发展，实现机器人理解外部世界，同时也推动了人机交互的发展。深度感知技术大致可分为被动式和主动式。传统的双目立体视觉测距是一种被动式测距方法，其受环境光影响大、立体匹配过程复杂。主动式测距方法主要有结构光编码测距和ToF(飞行时间)测距两种方法。结构光编码测距法本质上属于激光三角测距，随着距离的增加，测距精度会急剧下降。ToF相机通过计算发射激光的飞行时间获取对应像素的深度信息，虽然目前ToF相机获取的深度图像分辨率比较低，但响应时间短，成本低，结构紧凑。随着ToF模组体积的变小，逐步在嵌入式设备，特别是智能手机、信息家电中得到应用和推广。

当前ToF模块的主动光源投射器一般采用泛光照明，这种均匀照射方法在近距离范围内可使得ToF测距计算得到细节丰富的深度点云信息；但随着照射距离的变远，照射光的能量急剧下降，易受环境光的影响，导致无法探测远距离物体的深度信息。如采用激光散斑投射器作为ToF主动光源，由于这种激光散斑点照射方式的能量密度更高，可以投射到更远的距离，使得ToF测距计算得到远距离物体的点云信息，但由于散斑点数量有限，对应得到的点云比较稀疏，缺少目标物体的点云细节。

发明内容

鉴于此，本公开提供了一种融合散斑和泛光投射的ToF深度传感器，包括：泛光投射器、激光散斑投射器、ToF接收摄像头和深度解码模块；其中，

所述泛光投射器包括激光光源和扩散片，用于生成均匀照射的光源；

所述激光散斑投射器包括激光光源、准直镜和衍射光学器件DoE，用于生成一定数量、均匀复制的激光散斑点，并组成激光散斑图案；

所述ToF接收摄像头，包括ToF图像传感器、滤光片和光学镜头，用于：生成所述泛光投射器和所述激光散斑投射器所需的相移法调制驱动信号、同步接收所述泛光投射器和所述激光散斑投射器照射物体表面后反射回来的相移图像；

所述深度解码模块，采集ToF接收摄像头输出的相移图像的原始 RAW数据，利用相移法，分别对泛光投射器照射得到的RAW数据和激光散斑投射器照射得到的RAW数据进行深度解码，得到同一场景的泛光深度图和散斑深度图，再进行融合，得到融合后的深度图。

本公开还提供了一种ToF深度传感器的测距方法，该方法包括如下步骤：

S100：所述泛光投射器发出均匀光，向被测目标物体或空间照射带有相位调制信息的周期信号；

S200：所述ToF接收摄像头同步接收所述泛光投射器照射后从被测目标物体或空间反射回来的相移图像；根据相移法相位调制的不同，相应地采集多幅不同相位的相移图像；

S300：所述深度解码模块采集所述ToF接收摄像头输出的多幅相移图像的RAW数据，计算得到图像中每个像素对应的相位差，滤除不可靠像素生成的深度信息，再根据相移法深度计算公式得到泛光深度图；