[发明专利]一种激光散斑投射ToF深度感知方法及装置

权利要求书

1.一种激光散斑投射ToF深度感知装置，包括：激光散斑编码投射器、ToF接收摄像头、混合深度解码模块；其中，

所述激光散斑编码投射器由VCSEL编码光源、准直镜和衍射光学元件DOE组成；

所述ToF接收摄像头，与所述激光散斑编码投射器处于同一基线上；

所述混合深度解码模块，对所述ToF接收摄像头输出的相移散斑图像的原始RAW数据，先利用ToF相移法进行深度解码，再利用结构光激光三角测距方法进行深度解码，再通过深度信息融合，得到不同距离高精度的深度信息。

2.根据权利要求1所述的装置，优选的，所述激光散斑编码投射器作为主动投射光源，通过时-空编码方式进行投射。

3.根据权利要求2所述的装置，所述时-空编码，在时间轴上采用相移法，投射多帧带有相位信息的散斑编码图案；在空间轴上，VCSEL光源采用结构光编码方式发出基础编码图案，经准直镜准直后，再经衍射光学元件DOE按m*n，方式复制排列，投射出一定数量随机分布的激光散斑点组成的散斑编码图案，其中，m、n为整数。

4.根据权利要求1所述的装置，所述ToF接收摄像头用于生成所述激光散斑编码投射器所需的相移法调制驱动信号、同步接收所述激光散斑编码投射器投射后从被测目标物体或空间反射回来的相移散斑图像。

5.根据权利要求4所述的装置，所述相移散斑图像在时间轴上属于ToF相移法调制的相移图像，在空间轴上每幅相移图像都是由随机散斑点构成的散斑图像。

6.根据权利要求1所述的装置，所述ToF接收摄像头通过调制发射多种频率的光波实现混频测量。

7.一种利用权利要求1所述的装置实现的激光散斑投射ToF深度感知方法，包括如下步骤：

S100：所述激光散斑编码投射器作为主动投射光源，通过时-空编码方式投射出带有相位调制信息的散斑编码图案；

S200：所述ToF接收摄像头，同步接收所述激光散斑编码投射器投射后从被测目标物体或空间反射回来的相移散斑图像；根据ToF相移法相位调制的不同，相应地采集多幅不同相位的相移散斑图像；

S300：所述混合深度解码模块采集所述ToF接收摄像头输出的多幅相移散斑图像的RAW数据进行混合深度解码。

8.根据权利要求7所述的方法，步骤S300进一步包括：

S301：先对相移散斑图像进行预处理，提取出相移散斑图像中的散斑点，结合ToF相移法得到所述散斑点对应的相位差，并根据ToF相移法深度计算公式得到对应的深度信息；

S302：利用结构光编解码方法，对输入相移散斑图像与已知距离的参考相移散斑图像进行块匹配计算得到散斑点对应的视差，并根据激光三角测距深度计算公式得到其深度信息；

S303：对ToF相移法得到深度信息和结构光编解码方法得到深度信息进行融合，散斑点对应的深度值属于中远距离则采用ToF相移法得到的深度信息，散斑点对应的深度值属于近距离则采用结构光编解码方法得到的深度信息，从而得到不同距离高精度的深度信息。

9.根据权利要求8所述的方法，所述ToF相移法深度计算公式为：其中，d₂为散斑照射下所测目标深度信息，c为光速，f_m为激光调制频率，为散斑点所在像素对应的发射光与接收光的相位差。

10.根据权利要求8所述的方法，所述激光三角测距深度计算公式为：其中，d′为输入相移散斑图像的图像块中心点的深度信息，d为相移散斑图像的已知距离，Δx为ToF接收摄像头采集的相移散斑图像经图像预处理后与已知距离的参考相移散斑图像进行块匹配视差计算得到最优匹配块对应的视差，S为ToF接收摄像头与激光散斑编码投射器的基线距离，f为ToF接收摄像头焦距，μ为图像传感器点距。