[发明专利]散斑结构光的发收装置、信噪比的获取方法及电子设备

说明书

本发明实施例涉及光器件领域，公开了一种散斑结构光的发收装置、信噪比的获取方法及电子设备，其中，散斑结构光的发收装置包括：散斑投射器和散斑接收器；所述散斑投射器包括线偏振光发射器，准直镜和衍射光学元件；所述散斑接收器包括红外接收器和偏振片；所述线偏振光发射器，用于将发出的线偏振光依次经所述准直镜和所述衍射光学元件，出射形成散斑光线；所述红外接收器，用于接收穿过所述偏振片的散斑光线；其中，所述线偏振光发射器的偏振方向与偏振片偏振方向的夹角为θ。本方案能够过滤部分太阳光噪声，从而提高散斑结构光系统的信噪比，有利于改善户外强光场景的应用效果和实现远距离探测。

技术领域

本发明涉及光器件领域，特别涉及一种散斑结构光的发收装置、信噪比的获取方法及电子设备。

背景技术

激光在散射体表面的漫反射或通过一个透明散射体(如毛玻璃)时，在散射表面或附近的光场中可以观察到一种无规则分布的亮暗斑点，这种斑点称为激光散斑(LaserSpeckles)。激光散斑是由无规则散射体被相干光照射产生的，因此是一种随机过程。散斑通常与双目立体匹配结合使用，增加纹理信息，改善弱纹理、重复纹理区域的视差效果。结构光是一组由投影仪和摄像头组成的系统结构。用投影仪投射特定的光信息到物体表面及背景后，由摄像头采集。根据物体造成的光信号的变化来计算物体的位置和深度等信息，进而复原整个三维空间。实验证明散斑结构光的双目立体匹配的效果比其他结构光更好。

现行散斑结构光模型包括散斑投射器(Tx)和散斑接收器(Rx)，其中Rx以红外接收器居多。其中Tx发射红外散斑，照射到待测物体上，再由Rx拍摄红外散斑，藉由散斑形变计算深度信息。图1为现有Tx投射模型，常规垂直腔面发射激光器(Vertical-CavitySurface-Emitting Laser，VCSEL)发出光源后经准直镜准直，准直光线再经衍射光学元件(Diffractive Optical Element，DOE)衍射复制，投射一定数量的散斑投射器，发光强度(简称“光强”)为I₀。

图2为图1中Tx投射模型的偏振态模型，因现有常规VCSEL对偏振态未作控制，Tx出射光可近似认为是自然光，其可理解为由两个振幅相同、振动方向互相垂直的非相干线偏振光的叠加，强度分布如图3的光强分布图所示。因太阳光也含有红外波段(940nm)，在散斑投射时，太阳光中的940波段会作为为背景光被Rx接收到，从而降低散斑结构光的信噪比。

参考图1至图3，假设Tx出射光强为I₀，如图3中强度随时间的变化，其中实线为x方向光强(如图2中标记为的方向)，记作I_x1，虚线为y方向(如图2中标记为“·”的垂直页面方向)光强，记作I_y1；则有下式(1)。

由上式(1)可解得，I_x1＝I_y1＝0.5I₀。

假设太阳光光强为I₁(波长940nm)，因其是直接进入Rx，将其作为背景噪声处理，则有信噪比SNR1如公式(2)。

SNR1＝10log(I₀/I₁)dB………………………(2)

由以上计算过程，可知现行散斑结构光模型构存在有以下两个方面的不足之处。

1、因太阳光的存在，降低了现有方案的信噪比，尤其在户外强光的应用场景下背景噪声越为明显。

2、因背景噪声的存在，限制了散斑结构光的探测距离，如要增大探测距离，势必要增加Tx投射器的出光功率，而增大功率带来更大的功耗，两者难以协调。

发明内容

本发明实施方式的目的在于提供一种散斑结构光的发收装置、信噪比的获取方法及电子设备，能够过滤部分太阳光噪声，从而提高散斑结构光系统的信噪比，有利于改善户外强光场景的应用效果和实现远距离探测。