深度相机的照明系统的制作方法

本发明涉及深度相机技术领域，具体来说，涉及一种深度相机的照明系统。

背景技术：

随着光学测量的发展，基于tof(timeofflight)技术的深度相机逐渐成熟，已经在三维测量、手势控制、机器人导航、安防和监控等领域开始应用。tof深度相机由照明系统和接收系统两部分构成，基本原理是主动光源的光经物体反射后被相机接收，根据光由发射到接收的这段时间来计算目标与深度相机的距离。照明系统一般采用红外不可见波段的发光二极管、激光二极管或者垂直腔面发射激光器进行主动照明，接收系统与传统相机的成像原理类似，通过透镜将目标物体成像在深度相机的像平面上，此时每个像素点除了有目标图像信息，还携带有深度信息。

对于tof深度相机而言，需要通过接收目标反射回的光信号才能获得准确的深度信息，但如果照明区域过大，与深度相机的接收视场不匹配，这部分的照明经其它目标反射或散射后的光信号也可能进入深度相机的视场。根据tof深度相机的工作原理，不管是连续波调制或者是脉冲调制方式，都需要传感器上像素点对返回的光信号进行电荷积分，然后才能计算出光的飞行时间。这样，进入深度相机视场的其它目标反射或散射的光信号会影响像素点的电荷积分，进而影响光的飞行时间的计算，导致测量距离值的误差变大。

能否获得准确的深度信息与深度相机的照明系统密切相关，采用发光二极管、激光二极管等照明系统的光斑分布一般都呈现中间强边缘弱，再加上相机像面照度遵从像方视场角余弦四次方的衰减规律，为保证相机像平面上各像素点能够正常获得深度信息，要求照明区域面积要大于相机接收视场面积。对于发光二极管，其发散角一般都很大，可以看成是朗伯体，对整个半球空间都能照明，照明区域非常大；而对于激光二极管，其水平方向和垂直方向的发散角不同，且发散角较小，在实际使用中一般加扩散片扩大光束发散角，同时对光斑强度分布起到匀化的效果，也能实现大范围照明的要求。为了提高照明光源的利用率，可以设计反光杯罩，通过反光杯罩内表面的高反射特性，减少光能的漫反射损失。以激光二极管照明为例，将激光二极管置于反光杯罩内，出光口加光学扩散片实现大范围光学场景照明。对于tof深度相机而言，其接收视场大小由镜头和传感器靶面尺寸共同决定，并且在水平方向和垂直方向存在差异，即水平视场角和垂直视场角不同。现有的照明方案只关注了照明范围覆盖需要照明的目标区域的问题，对接收视场的大小以及接收视场在水平方向和垂直方向的差异等问题，并未在照明方案中考虑。

因此，现有的tof深度相机的照明方案中，并没有根据深度相机的接收视场的特点对深度相机的照明系统进行设计，照明区域一般为圆形，且远大于tof深度相机接收视场的需要，导致由非测量目标反射或散射回来的光信号进入深度相机的接收视场，这是引起相机测量误差的来源之一。

技术实现要素：

针对相关技术中的问题，本发明提出一种深度相机的照明系统，能够实现照明区域与深度相机的接收视场相匹配。

本发明的技术方案是这样实现的：

根据本发明的一个方面，提供了一种深度相机的照明系统，包括：设置在深度相机外壳的前面板上的矩形形状的凹槽，凹槽具有阶梯型内壁；位于凹槽内的光源。

优选的，阶梯型内壁构造为经过磨砂涂黑消光处理的内壁。

优选的，从凹槽的上方看，凹槽为同心的多个矩形。

优选的，任意两个相邻的矩形之间的间隔相等。

优选的，其中，深度相机的接收视场具有水平视场角和垂直视场角，矩形的长宽比与水平视场角的正切值和垂直视场角的正切值之比相关。

优选的，照明系统的照明区域的面积为深度相机的接收视场的面积的四倍。

优选的，凹槽的数量为多个，多个凹槽围绕深度相机的接收镜头均匀分布。

优选的，凹槽的底面具有用于固定光源的孔。

优选的，光源为红外不可见光光源。

本发明的有益效果在于：通过设置具有阶梯型内壁的凹槽，可以实现照明区域与相机接收视场相匹配，减少由非测量目标反射或散射的光信号对测量精度和准度的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的深度相机的照明系统的示意图；

图2是图1中的凹槽的俯视示意图。

图3是图1中的光源和凹槽的装配示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

结合图1至图3所示，根据本发明实施例的深度相机的照明系统100包括：设置在tof深度相机外壳的前面板上的矩形形状的凹槽10，凹槽10具有阶梯型内壁15；照明系统100还包括位于凹槽10内的光源20。

本发明的照明系统100通过设置具有阶梯型内壁15的凹槽10，可以对照明光束进行整形，限制光源的照明范围，实现照明区域与相机接收视场相匹配，减少由非测量目标反射或散射的光信号对测量精度和准度的影响。

优选的，光源20为红外不可见光光源20。在一个实施例中，光源20为发光二极管，且发光二极管采用红外不可见光源20，波长优选为850nm。

优选的，阶梯型内壁15构造为经过磨砂涂黑消光处理的内壁。

如图2所示，从凹槽10的上方看，凹槽10为同心的多个矩形，最外侧矩形的尺寸最大，最内侧矩形的尺寸最小。并且优选的，任意两个相邻的矩形之间的间隔相等。

其中，tof深度相机的接收视场具有水平视场角和垂直视场角，矩形的长宽比与水平视场角的正切值和垂直视场角的正切值之比相关。

照明系统的照明区域的面积为tof深度相机的接收视场的面积的四倍。具体来说，以凹槽10底部中心为原点，根据在某一距离处照明区域的长和宽之值是相同距离值下tof深度相机接收视场的长和宽之值的两倍(即面积为四倍)，可确定照明光源20的水平发散角和垂直发散角，进而可确定凹槽10深度及矩形出光口的尺寸。

结合图2和图3所示，凹槽10的底面具有用于固定光源20的孔19。凹槽10底部设置有圆柱形的孔19，圆柱形孔19的大小与光源20的大小匹配，光源20通过该圆柱形的孔19嵌入凹槽10中。

如图1所示，凹槽10的数量为多个，相应的，各个凹槽10内都设置有一个光源20。受单个光源20(例如发光二极管)发光功率的限制，一般采用多个光源20，多个光源20分别位于相应的凹槽10内，以满足tof深度相机的测量范围。

优选的，多个凹槽10围绕tof深度相机的接收镜头50均匀分布。如图1所示，tof深度相机前面板上具有阶梯型内壁15的凹槽10可呈圆环状均匀分布，圆环中心处放置tof深度相机的接收镜头50，圆环半径的选取以相机照明系统和接收系统之间不干扰为原则。

综上所述，本发明提供了一种与接收视场相匹配的tof深度相机的照明系统，能够减少非测量目标反射或散射光信号的影响，提高tof深度相机测量的精度和准度。通过设置的具有阶梯型内壁的凹槽，用于对tof深度相机照明系统的光束进行整形，光束的水平发散角和垂直发散角与tof深度相机接收视场的水平视场角和垂直视场角相匹配。可以在不影响tof深度相机工作测量的基础上，尽量减少由非测量目标反射或散射的光信号对测量结果的影响，提高tof深度相机测量的精度和准度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。