CN105571521B - 使用衍射光学元件实现的激光三维检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种使用衍射光学元件实现的激光三维检测装置，包括红外光源模组、结构光光学编码衍射光学元件、红外图像采集单元以及数据处理单元；所述结构光光学编码衍射光学元件设置于红外光源模组出光处，组装出衍射光学模组；衍射光学模组照射出结构光光学编码，该结构光光学编码照射至被测对象，被测对象的三维形貌对结构光光学编码的空间分布进行调制，在空间上形成新的光学编码分布；所述红外图像采集单元采集到光学编码的分布数据；数据处理单元进行数据分析、运算，可以得到被测物体的三维轮廓形貌。本发明使得非接触式操作设备无需再配备触摸屏、手柄、遥控器或者摇杆等控制器，让操作者完全凭身体动作就能对设备进行操作。

Description

使用衍射光学元件实现的激光三维检测装置及其检测方法

技术领域

本发明属于光电通讯领域，尤其涉及一种使用衍射光学元件实现的激光三维检测装置及其检测方法。

背景技术

现有智能手机、平板电脑、数字机顶盒以及其他非接触式操作设备在操作时均需配备触摸屏、手柄、遥控器或者摇杆等控制器来进行控制，操作不便，需要专门给控制器摆放空间，而且还经常由于控制器找不到引起不必要的麻烦。

发明内容

本发明为了解决上述现有技术中存在的缺陷和不足，提供了一种无需再配备触摸屏、手柄、遥控器或者摇杆等控制器，让操作者完全凭身体动作就能对设备进行操作，可广泛应用于智能手机、平板电脑、数字机顶盒以及其他非接触式操作设备的使用衍射光学元件实现的激光三维检测装置及其检测方法。

本发明的技术方案：一种使用衍射光学元件实现的激光三维检测装置，包括红外光源模组、结构光光学编码衍射光学元件、红外图像采集单元以及数据处理单元；

所述结构光光学编码衍射光学元件设置于红外光源模组出光处，组装出衍射光学模组；衍射光学模组照射出结构光光学编码，该结构光光学编码照射至被测对象，被测对象的三维形貌对结构光光学编码的空间分布进行调制，在空间上形成新的光学编码分布；

所述红外图像采集单元设置在红外光源模组旁边，使其能接受到被测对象表面被调制后的结构光光学编码，采集到光学编码的分布数据；红外图像采集单元与数据处理单元链接进行数据通讯，然后通过数据处理单元进行数据分析、运算，可以得到被测物体的三维轮廓形貌。

本发明通过结构光光学编码发出、光学编码检测以及数据运算分析来实现三维检测，可以通过对人体、手势的三维形貌的连续监测，判断人体、手部的动作行为，实现使用者与应用设备的信息交互，从而使得其无需再配备触摸屏、手柄、遥控器或者摇杆等控制器，让操作者完全凭身体动作就能对设备进行操作，可广泛应用于智能手机、平板电脑、数字机顶盒以及其他非接触式操作设备。

优选地，所述衍射光学模组的光源发出的是一个具有三维纵深的立体编码，该衍射光学模组实现的结构光编码技术，使用的是连续或脉冲方式的照明方式。

优选地，所述红外图像采集单元负责捕捉被测物的表面光学编码分布，将数据传递给数据采集单元后，相应的设计程序进行数据分析，并进行识别、记忆、分析处理动作。

一种使用衍射光学元件实现的激光三维检测装置的检测方法，包括下述步骤：

1）带有结构光光学编码衍射光学元件的红外光源模组与红外图像采集单元组精密配合；

2）红外线发射器发出的结构光光学编码结构光光覆盖整个可视范围，红外图像采集单元组接收反射的红外光线来识别被测物；

3）红外摄像头识别图像并进行数据处理后，输出的是一个具备三维信息的图片，该图片的X、Y坐标方向像素坐标代表三维空间的X、Y坐标方向位置，图片每个像素的灰度代表Z坐标方向的位置；

4）把整个空间的结构光图案都记录下来，要先做一次光源的标定；

5）在空间中打上结构光，整个空间就都被做了标记，把一个物体放进这个空间，只要看看物体上面的结构光图案，就可以知道这个物体在什么位置了。

优选地，步骤4）中标定的方法是每隔一段距离，取一个参考平面，把参考平面上的结构光图案记录下来，然后经过数据拟合可以实现全空间的位置信息。

本发明通过结构光光学编码发出、光学编码检测以及数据运算分析来实现三维检测，可以通过对人体、手势的三维形貌的连续监测，判断人体、手部的动作行为，实现使用者与应用设备的信息交互，从而使得其无需再配备触摸屏、手柄、遥控器或者摇杆等控制器，让操作者完全凭身体动作就能对设备进行操作，可广泛应用于智能手机、平板电脑、数字机顶盒以及其他非接触式操作设备。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的控制原理框图；

1.非接触式操作设备，2.结构光光学编码衍射元件，3.红外光源模组，4.红外图像采集单元，5，结构光场。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明，但并不是对本发明保护范围的限制。

下面以平板电脑为例：如图1和2所示，将结构光光学编码衍射元件2设置于红外光源模组3的出光处，组装出衍射光学模组；

使用衍射光学模组实现结构光光学编码，结构光光学编码照射在被测物表面，通过光学手段给被测物表面进行空间编码，是一种特殊的结构光技术。其光源发出的是一个具有三维纵深的体编码。该衍射光学模组实现的结构光编码技术，使用的是连续或脉冲方式的照明，只需要普通的感光芯片就可以感应其结构光光学编码分布。

红外图像采集单元4负责捕捉被测物（如人体）的表面光学编码分布，将数据传递给数据处理单元后，相应的设计程序进行数据分析，并进行识别、记忆、分析处理等动作。例如：红外图像采集单元可以捕捉到用户的手势动作，再把这些手势语言转换成程序控制命令。具体来说，借助结构光三维光学系统和红外图像采集单元侦测、数据分析，可以捕捉被测人的肢体、手势动作，然后再将捕捉到的影像与非接触式操作设备1系统内部存有的数据模型相对照。每一个符合内部已存数据模型的被测数据就会被创造成相关的动作模型，系统再将该模型转换成动作指令，对后续应用设备进行动作触发、操作。

带有结构光光学编码衍射光学元件的红外光源模组需与红外图像采集单元组精密配合，红外线发射器发出的结构光光学编码结构光光覆盖整个可视范围，红外图像采集单元组接收反射的红外光线来识别被测物。红外摄像头识别图像并进行数据处理后，输出的是一个具备三维信息的图片，该图片的X、Y坐标方向像素坐标代表三维空间的X、Y坐标方向位置，图片每个像素的灰度代表Z坐标方向的位置。

结构光光学编码的光场分布具有高度的随机性，而且会随着距离的不同，光场分布发生变换。也就是说空间中任意两处的结构光图案都是不同的。只要在空间中打上这样的结构光，整个空间就都被做了标记，把一个物体放进这个空间，只要看看物体上面的结构光图案，就可以知道这个物体在什么位置了。在这之前要把整个空间的结构光图案都记录下来，要先做一次光源的标定。标定的方法是每隔一段距离，取一个参考平面，把参考平面上的结构光图案记录下来，然后经过数据拟合可以实现全空间的位置信息。假设用户活动空间是距离电视机1米到4米的范围，每隔10cm取一个参考平面，那么标定下来系统就已经保存了30幅结构光图像。需要进行测量的时候，拍摄一副待测场景的结构光图像，将这幅图像和我们保存下来的30幅参考图像依次做互相关运算，这样我们会得到30幅相关度图像，而空间中有物体存在的位置，在相关度图像上就会显示出峰值。把这些峰值一层层叠在一起，再经过插值运算，就会得到整个场景的三维形状了。

Claims (3)

1.一种使用衍射光学元件实现的激光三维检测装置，其特征在于：其包括红外光源模组、结构光光学编码衍射光学元件、红外图像采集单元以及数据处理单元；

所述结构光光学编码衍射光学元件设置于红外光源模组出光处，组装出衍射光学模组；衍射光学模组照射出结构光光学编码，该结构光光学编码照射至被测对象，被测对象的三维形貌对结构光光学编码的空间分布进行调制，在空间上形成新的光学编码分布；所述衍射光学模组的光源发出的是一个具有三维纵深的立体编码，该衍射光学模组实现的结构光编码技术，使用的是连续或脉冲方式的照明方式；

所述红外图像采集单元设置在红外光源模组旁边，使其能接受到被测对象表面被调制后的结构光光学编码，采集到光学编码的分布数据；红外图像采集单元与数据处理单元链接进行数据通讯，然后通过数据处理单元进行数据分析、运算，可以得到被测物体的三维轮廓形貌；所述红外图像采集单元负责捕捉被测物的表面光学编码分布，将数据传递给数据采集单元后，相应的设计程序进行数据分析，并进行识别、记忆、分析处理动作。

2.根据权利要求1所述的一种使用衍射光学元件实现的激光三维检测装置的检测方法，其特征在于：其包括下述步骤：

带有结构光光学编码衍射光学元件的红外光源模组与红外图像采集单元组精密配合；

红外线发射器发出的结构光光学编码结构光光覆盖整个可视范围，红外图像采集单元组接收反射的红外光线来识别被测物；

红外摄像头识别图像并进行数据处理后，输出的是一个具备三维信息的图片，该图片的X、Y坐标方向像素坐标代表三维空间的X、Y坐标方向位置，图片每个像素的灰度代表Z坐标方向的位置；

把整个空间的结构光图案都记录下来，要先做一次光源的标定；

在空间中打上结构光，整个空间就都被做了标记，把一个物体放进这个空间，只要看看物体上面的结构光图案，就可以知道这个物体在什么位置了。

3.根据权利要求1所述的一种使用衍射光学元件实现的激光三维检测装置的检测方法，其特征在于：步骤4）中标定的方法是每隔一段距离，取一个参考平面，把参考平面上的结构光图案记录下来，然后经过数据拟合可以实现全空间的位置信息。