[发明专利]一种激光散斑投射ToF深度感知方法及装置

说明书

一种激光散斑投射ToF深度感知方法及装置，由激光散斑编码投射器通过时‑空编码方式向目标物体或被测空间进行主动照射相位调制过的散斑编码图案，ToF接收摄像头按相移法采集反射回来的相移散斑图像，混合深度解码模块分别采取ToF相移法和结构光编解码方法进行深度解码并融合后得到高精度的深度信息。该方法融合近距离结构光激光三角测距和中远距离ToF测距两者的优势，解决了不同距离高精度测量的难题，在抗强光干扰、ToF多径反射、吸收材质影响及近距离测距精度方面获得性能提升，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、激光散斑和ToF技术领域，特别涉及一种激光散斑投射ToF深度感知方法及装置。

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，比较适合近距离高精度测距。ToF深度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，一种是DToF(直接测量飞行时间)、另一种是IToF(间接ToF，通过相移法间接计算距离)。目前ToF相机获取的深度图像分辨率比较低，远距离测距精度下降少，适合用于中远距离测距。现有的测距方法无法解决不同距离高精度测量的难题。

发明内容

为了解决上述问题，本公开提供了一种激光散斑投射ToF(Spot-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。

本公开还提供了一种利用权利要求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。

上述方案本质上是IToF，区别在于IToF采用泛光投射器作为主动照明光源，本方法Spot-ToF采用激光散斑投射器作为主动照明光源，在光源功率相同的情况下，散斑投射相比泛光照射可以工作的更远、抗强光干扰更高。本方法Spot-ToF相比传统IToF，融合近距离结构光激光三角测距和中远距离ToF测距两者的优势，解决了不同距离高精度测量的难题，在抗强光干扰、ToF多径反射、吸收材质影响及近距离测距精度方面获得性能提升。随着ToF模组体积的变小，逐步在智能手机、机器人、无人机等嵌入式设备中得到应用和推广。

附图说明

图1是本公开一个实施例中所提供的一种激光散斑投射ToF深度感知装置的结构示意图；

图2是本公开一个实施例中所提供的激光散斑编码投射器发出的随机激光散斑阵列示意图；