深度信息测量装置以及电子设备的制作方法

1.本实用新型涉及视觉测量领域，具体涉及一种全场景避障应用的3d模组以及电子设备。


背景技术：

2.随着人工智能的进一步发展，越来越多的移动机器人产品被应用到人们的日常生活中，如扫地机器人、酒店服务机器人、无人机等，移动机器人通过获得充分的环境信息来引导自己沿着适合的路径运动，其中障碍检测是移动机器人导航的一个关键技术。
3.障碍检测即测量机器离物体的距离，通过测量距离与实际避障距离对比，移动机器人会规划出当前的避让措施。目前障碍检测常用的技术有：双目立体成像技术、结构光三角测量技术和激光雷达测距技术。双目立体成像技术受环境光影响较大，对缺少特征物体测量精度低，且算法复杂，计算时间长；结构光三角测量技术测量精度高，计算简单，但由于自身设计存在基线，无法测量超短距离的物体(5cm内)，另外由于结构光中红外相机为固定焦距在远距离成像清晰状态下，在近距离(如30cm内)输出的深度图效果也较差；激光雷达测量利用三角测距原理，测量精度随测试距离增加而降低，且与旋转模块搭配使用，一般测试头裸露在外，防水防尘能力差。
4.现有技术中，公开号cn109544616b的专利申请文件提供一种深度信息确定方法，包括：通过所述tof摄像头获取被拍摄对象的第一深度信息，以及，通过所述tof摄像头和所述彩色摄像头获取所述被拍摄对象的第二深度信息；从所述第一深度信息和所述第二深度信息中确定所述被拍摄对象的有效深度信息。以及公开号为cn106651941a的专利申请提供的深度信息的采集方法包括：采集目标空间的不可见光图像；判断是否需要获取目标空间的精确深度值；若是，则根据第一参考图像和不可见光图像计算目标空间的深度值；若否，则根据第二参考图像和不可见光图像计算目标空间的深度值；其中，第一参考图像为预先采集的已知深度值的平面的不可见光图像，第二参考图像为预先采集的目标空间不含交互对象的不可见光图像。
5.如何在近距离和远距离全场景下精确地测量出物体的距离，并进一步采取快速有效的避障措施，是目前遇到的一大问题。


技术实现要素：

6.本实用新型提出一种深度信息测量装置，该模组包含一颗结构光模组和一个小面阵的dtof传感器；在中远距离使用结构光模组测量物体的距离，在近距离处使用小面阵的dtof传感器测量物体的距离，使得近距离和远距离全场景下都能精确地测量出物体的距离。
7.本实用新型的具体技术方案如下：
8.一种深度信息测量装置，包括：
9.dtof传感器，发出照射到物体的红外光并接收反射的光，得到第一深度信息；
10.结构光投射模组，向物体发出带有特征的结构光；
11.结构光红外接收模组，接收物体的反射光，得到大于预设值的第二深度信息。
12.本实用新型中的结构光模组用于在中远距离测量物体的深度信息，dtof传感器用于在近距离测量物体的深度信息，结合两种不同测量模式的优势，使得近距离和远距离全场景下都能精确地测量出物体的距离。
13.在上述总体技术方案的基础上，以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。
14.在优选的示例中，采用小面阵的dtof传感器采集近距离测量深度深信息，作为优选的，所述dtof传感器包括dtof的发射模块和dtof的接收模块，所述dtof的接收模块中spad数量少于2000个。整个小面阵dtof体积和成本相较于常规面阵dtof的功耗、体积和成本被大大压缩，也更适用于近距离测量。
15.作为优选的，所述dtof的发射模块包括激光光源；所述激光光源的出光侧设有匀光片，用于将发出的光源均匀地打在被测物体上。
16.作为优选的，所述dtof的接收模块包括沿光路依次布置的成像透镜、红外窄带滤光片和带有spad面阵或sipm面阵的成像芯片。芯片类型可以sipm(硅光电倍增管)，跟spad不同点在于，spad面阵中的像素点是由单个spad组成，计算相机像素数是所有spad个数总和；sipm面阵中每个像素点可以认为是一个宏像素，由3*3或2*2个spad阵列组成，这种会将降低最终图像输出的像素数，但可以提到测量时的信噪比，并能准确提取出信号的强度。
17.作为优选的，所述深度信息测量装置还包括一彩色模组，用于接收物体反射的环境中的可见光生成彩色图像，以识别物体轮廓。
18.彩色模组可以为彩色摄像头或相机，采集被测物体的彩色图像，以进行物体轮廓这种类识别，并配合对应的深度信息，采取不同的避障措施。
19.作为优选的，所述深度信息测量装置还包括一处理模块，在所述第一深度信息大于预设值时，启动所述结构光投射模组和结构光红外接收模组。
20.dtof传感器和结构光模组的切换，可以在深度信息测量装置中集成的处理模块控制，也可以在安装有该深度信息测量装置的处理器中控制。
21.作为优选的，所述深度信息测量装置还包括一结构支架，所述dtof传感器、结构光投射模组和结构光红外接收模组固定在支架上。
22.结合上述的深度信息测量装置，本实用新型还提出一种电子设备，包括可移动的设备主体，所述设备主体上安装有上述的深度信息测量装置。
23.本实用新型采用结构光模组在中远距离测量物体的深度信息，dtof传感器在近距离测量物体的深度信息，结合两种不同测量模式的优势，使得近距离和远距离全场景下都能精确地测量出物体的距离；进一步结合彩色模组，识别物体类型，采取有效的避障措施。
附图说明
24.图1为本技术提供的是一种深度信息测量装置的结构示意图；
25.图2为本技术提供的是一种小面阵dtof的结构示意图；
26.图3为本技术另一实施例提供的深度信息测量装置的结构示意图；
27.图4为本技术中电子设备避障的工作流程图。
具体实施方式
28.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本实用新型并不限于下面公开的具体实施例的限制。
29.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
30.如图1和图3所示，一种深度信息测量装置，包括：
31.dtof传感器，发出照射到物体的红外光并接收反射的光，得到第一深度信息；
32.结构光投射模组，向物体发出带有特征的结构光；
33.结构光红外接收模组，接收物体的反射光，得到大于预设值的第二深度信息。
34.本实施中，结构光模组由结构光投射模组和结构光红外接收模组组成，用于在中远距离测量物体的深度信息，dtof传感器用于在近距离测量物体的深度信息，结合两种不同测量模式的优势，使得近距离和远距离全场景下都能精确地测量出物体的距离。需要说明的是，预设值可以根据实际使用场合进行合理设置，如30cm，并不对预设值进行具体限定。
35.在另一优选的实施例中，采用小面阵的dtof传感器采集近距离测量深度深信息。dtof传感器包括dtof的发射模块和dtof的接收模块，所述dtof的接收模块中spad数量少于2000个。整个小面阵dtof体积和成本相较于常规面阵dtof的功耗、体积和成本被大大压缩，也更适用于近距离测量。
36.在另一优选的实施例中，深度信息测量装置还包括彩色模组3，用于接收物体反射的环境中的可见光生成彩色图像，以识别物体轮廓；并结合近距离和远距离全场景下测量出物体的距离，可进一步采取不同的避障措施。
37.参照图1，深度信息测量装置主要包括结构光投射模组1、小面阵的dtof传感器2、彩色模组3、结构光红外接收模组4和结构支架5，小面阵的dtof传感器2包含dtof的发射模块21和dtof的接收模块22，结构光投射模组1和结构光红外接收模组4构成结构光模组，结构光投射模组1、小面阵dtof 2、彩色模组3和结构光红外接收模组4通过螺丝或胶水固定在结构支架5上。
38.结构光投射模组1一般包含激光发光源、准直镜、doe(当然也有将准直镜和doe集成在一体的准直衍射一体化的光学元件)，激光发光源常用的有垂直腔面发射激光器(vcsel)、水平腔面发射激光器(hcsel)，随机分布的多个发光光源经过准直镜准直成平行光束后，再经doe调制形成结构光，打到被测物体上。结构光红外接收模组4一般包含cmos成像芯片、红外窄带滤光片、成像透镜组成，经物体反射的光经成像透镜聚焦，再经红外窄带滤光片滤除光源波长范围外的光，最终在成像芯片上成像，输出带有特征的结构光图案的红外图，通过一定算法解析得到被测物体的深度信息。结构光投射模组1与结构光红外接收模组4之间的距离越大，深度测试距离和精度越高，但整体模组的体积也会变得越大，一般
综合实际需求，选择恰当的基线距离。
39.图2为本实施例提供的是一种小面阵dtof的结构示意图，主要包括：激光光源211，一般为vcsel；匀光片212；成像透镜223；红外窄带滤光片222；成像芯片221，一般由spad面阵或sipm面阵、tdc电路构成，spad即为单光子雪崩二极管，tdc即为时间数字转换器。激光光源211发出光源时会触发tdc工作，发出的光源经过匀光片212后被均匀地打在被测物体上，被测物体反射的光束经成像透镜223聚焦，经红外窄带滤光片222滤除反射光中光源波长范围外的光，最终打到成像芯片221上，spad接收到反射光后产生雪崩电流，雪崩信号触发使tdc停止工作，tdc将开始工作到停止工作这段时间的脉冲输出转换为时间，该时间即为激光光源211发出到被spad接收的时间差，通过该时间差可以计算得到被测物体的距离。因为只需要测量较短距离范围物体的深度，dtof的发射模块21要求的功率和视场角较小，dtof的接收模块22中spad数量要求也较少，一般少于2000个，整个小面阵dtof 2体积和成本相较于常规面阵dtof的功耗、体积和成本被大大压缩，某些场合下小面阵dtof 2可以直接用psensor(接近光传感器)替代，因此在3d结构光的基础上，只需要搭配很小成本和位置空间的小面型dtof就可以实现全场景下的3d避障。
40.在另一优选的实施例中，深度信息测量装置还包括一处理模块，在所述第一深度信息大于预设值时，启动所述结构光投射模组和结构光红外接收模组。需要说明的是，dtof传感器和结构光模组的切换，可以在深度信息测量装置中集成的处理模块控制，也可以在安装有该深度信息测量装置的处理器中控制。
41.在另一实施例中，根据上述实施例中的深度信息测量装置，全场景避障的步骤包括：
42.利用dtof传感器获取被测物体的第一深度信息；
43.在所述第一深度信息大于预设值时，利用结构光投射模组和结构光红外接收模组获取被测物体的第二深度信息；
44.利用彩色模组获取进行物体轮廓识别，并结合所述的第一深度信息和\或第二深度信息，采取对应的避障措施。
45.当移动机器人离物体的距离较远时，如距离超过30cm时，结构光投射模组1、彩色模组3和结构光红外接收模组4工作，结构光投射模组1发出带有特征的结构光，照射到物体上；结构光红外接收模组4接收到结构光投射模组1照射在物体上反射的光，输出为红外散斑图，通过算法可以根据散斑图得到被测物体的深度图(即第二深度信息)；彩色模组3接收待测物体反射的环境中的可见光成彩色图像，通过算法可以利用该彩色图进行物体轮廓识别，根据识别避让物体的种类不同，如袜子、数据线、移动的物或人，配合对应物体的深度信息，采取不同的避障措施。
46.当移动机器人离物体的距离较近时，如距离小于30cm时，小面阵的dtof传感器2和彩色模组3工作，dtof的发射模块21发出均匀红外光，照射到物体上；dtof的接收模块22接收到物体反射回来的光，通过测量光从dtof的发射模块21发出到经物体反射回到dtof的接收模块22的时间差，即可得到物体的深度信息(即第一深度信息)；彩色模组3接收待测物体反射的环境中的可见光成彩色图像，通过算法可以利用该彩色图进行物体轮廓识别，根据识别避让物体的种类不同，如袜子、数据线、移动的物或人，配合对应物体的深度信息，采取不同的避障措施。
47.在另一实施例中，如图3所示，深度信息测量装置主要包括结构光投射模组1、小面阵dtof 2(包含dtof的发射光源21和dtof的接收面阵22)、结构光红外接收模组4和结构支架5。结构光投射模组1、小面阵dtof 2和结构光红外接收模组4通过螺丝或胶水固定在5上，较图1的装置少一颗彩色模组3，对单纯的测量物体的深度信息，不需要识别物体的场景可以使用该结构，相较于图1模组大小可以做得更小，成本更低。
48.在另一实施例中，提出一种电子设备，包括可移动的设备主体，所述设备主体上安装有上述的深度信息测量装置。所述的电子设备包括各种移动机器人或飞行器等。
49.图4为本实施例提供的电子设备工作流程图；移动机器人开机启动后，先触发小面阵的dtof传感器工作，测试到被测物体距离小于某一预设值时(如30cm，可根据实际效果来定预设值)，系统工作在近距离模式，通过小面阵dtof工作输出深度图；移动机器人在开机启动后同时启动了彩色模组，对被测物体成彩色的2d图像，算法通过2d图边缘处理识别出被测物体的类型，加之通过深度图得到被测物体的距离信息，从而提供有效的避障措施。当小面阵dtof测试到前方物体距离大于某一预设值时，系统切换成远距离模式，通过结构光模组工作输出深度图，完成远距离模式下的避障措施，系统根据前方物体的距离不同快速切换成不同的工作模式。
50.以上所述仅为本实用新型的较佳实施举例，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。