本實(shí)用新型涉及深度測(cè)量裝置，尤其涉及一種帶剛性位置固定結(jié)構(gòu)的深度測(cè)量裝置。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的圖像拍攝方法只能獲得物體的二維信息，無(wú)法得到物體的空間深度信息(亦稱景深信息)，但實(shí)際上物體表面的空間深度信息，尤其是深度信息的實(shí)時(shí)獲取在各種工業(yè)、生活及娛樂應(yīng)用中都起著至關(guān)重要的作用。

深度測(cè)量裝置是一種采集目標(biāo)物體深度信息的采集設(shè)備，這類測(cè)量裝置廣泛應(yīng)用于三維掃描、三維建模等領(lǐng)域。單個(gè)成像鏡頭往往難以實(shí)現(xiàn)深度測(cè)量，根據(jù)不同的測(cè)量原理，深度測(cè)量裝置通常還需要另一個(gè)成像裝置(雙目視覺)或是主動(dòng)光源(結(jié)構(gòu)光測(cè)距)來(lái)實(shí)現(xiàn)深度測(cè)量。

雙目視覺識(shí)別直接模擬人類雙眼處理景物的方式，根據(jù)三角測(cè)量法原理，通過(guò)不同位置的兩臺(tái)攝像機(jī)或一臺(tái)CCD攝像機(jī)經(jīng)過(guò)移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)拍攝同一景物。通過(guò)計(jì)算目標(biāo)在兩幅圖像中的視差，獲得目標(biāo)的三維空間坐標(biāo)。

利用結(jié)構(gòu)光和成像裝置則是進(jìn)行測(cè)距的另一種有效方法。該方法利用光源主動(dòng)將結(jié)構(gòu)光(例如，線形光)照射到障礙物30上，并且利用諸如相機(jī)的成像裝置獲得反射光的圖像。然后，可以根據(jù)三角法測(cè)量法計(jì)算光發(fā)射位置與障礙物之間的距離。

無(wú)論使用上述哪一種方法，確保兩模塊(成像模塊和光源模塊，或是兩成像模塊)之間相對(duì)固定的空間位置都是實(shí)現(xiàn)精確深度測(cè)量所必須的?，F(xiàn)有技術(shù)中通常將兩模塊同時(shí)布置在一塊印刷電路板(PCB)上。由于工作中的發(fā)熱等問題，PCB很容易老化變形，使得深度測(cè)量所涉及的兩模塊之間的相對(duì)位置發(fā)生變化，從而導(dǎo)致深度測(cè)量裝置的精度下降。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述至少一個(gè)問題，本實(shí)用信息提出了一種新的深度測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)，該深度測(cè)量裝置帶有以相對(duì)固定的空間關(guān)系布置兩個(gè)深度測(cè)量組件的剛性結(jié)構(gòu)，由此確保相關(guān)組件間的相對(duì)位置不隨電路板的老化而改變，進(jìn)而保證深度測(cè)量裝置的測(cè)量精度。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提出了一種帶剛性結(jié)構(gòu)的深度測(cè)量裝置，包括：電路板，所述電路板上包括用于進(jìn)行深度測(cè)量的電路結(jié)構(gòu)；連接至所述電路結(jié)構(gòu)的至少兩個(gè)深度測(cè)量組件，所述至少兩個(gè)深度測(cè)量組件朝向所述電路板的同一側(cè)伸出；以及至少位于在所述電路板的所述側(cè)上的剛性結(jié)構(gòu)，所述剛性結(jié)構(gòu)用于以相對(duì)固定的空間關(guān)系布置所述至少兩個(gè)深度測(cè)量組件。由于所述剛性結(jié)構(gòu)不會(huì)隨著電路板的老化而發(fā)生形變，因此能夠確保深度測(cè)量組件相對(duì)位置的不變性，由此保證深度測(cè)量裝置的測(cè)量精度和使用壽命。

優(yōu)選地，剛性結(jié)構(gòu)可以是緊貼電路板的板狀、夾板狀或是殼狀結(jié)構(gòu)，由此在起到位置固定作用的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)電路板表面的防塵。

優(yōu)選地，剛性結(jié)構(gòu)可以是金屬結(jié)構(gòu)，其通過(guò)諸如電路板上的阻焊劑或是絕緣粘合劑與電路板上的電路絕緣。合理設(shè)計(jì)的殼狀結(jié)構(gòu)能夠有效地屏蔽外界的電磁干擾。

優(yōu)選地，剛性結(jié)構(gòu)可由壓鑄鋁制成。壓鑄鋁易成型、成本低、重量輕、硬度高，是用于位置固定的合理材料。

本實(shí)用新型中的深度測(cè)量組件可以是通過(guò)反射結(jié)構(gòu)光實(shí)現(xiàn)測(cè)距的光源和成像鏡頭，也可以是利用雙目視覺實(shí)現(xiàn)測(cè)距的雙成像鏡頭。

附圖說(shuō)明

通過(guò)結(jié)合附圖對(duì)本公開示例性實(shí)施方式進(jìn)行更詳細(xì)的描述，本公開的上述以及其它目的、特征和優(yōu)勢(shì)將變得更加明顯，其中，在本公開示例性實(shí)施方式中，相同的參考標(biāo)號(hào)通常代表相同部件。

圖1示出了結(jié)構(gòu)光測(cè)距的示意圖。

圖2是三角測(cè)量法中采用的基本幾何原理的簡(jiǎn)化圖。

圖3-5是在電路板上布置的深度測(cè)量裝置的簡(jiǎn)化示意圖，

圖6示出了根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的帶剛性結(jié)構(gòu)的深度測(cè)量裝置的示意圖。

圖7示出了根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例的帶剛性結(jié)構(gòu)的深度測(cè)量裝置的示意圖。

圖8示出了基于圖7所示線圖的立體圖。

具體實(shí)施方式

下面將參照附圖更詳細(xì)地描述本公開的優(yōu)選實(shí)施方式。雖然附圖中顯示了本公開的優(yōu)選實(shí)施方式，然而應(yīng)該理解，可以以各種形式實(shí)現(xiàn)本公開而不應(yīng)被這里闡述的實(shí)施方式所限制。相反，提供這些實(shí)施方式是為了使本公開更加透徹和完整，并且能夠?qū)⒈竟_的范圍完整地傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。

傳統(tǒng)的圖像拍攝方法只能獲得物體的二維信息，無(wú)法得到物體的空間深度信息(亦稱景深信息)，但實(shí)際上物體表面的空間深度信息，尤其是深度信息的實(shí)時(shí)獲取在各種工業(yè)、生活及娛樂應(yīng)用中都起著至關(guān)重要的作用。深度測(cè)量裝置是一種采集目標(biāo)物體深度信息的采集設(shè)備，這類測(cè)量裝置廣泛應(yīng)用于三維掃描、三維建模等領(lǐng)域。單個(gè)成像鏡頭無(wú)法實(shí)現(xiàn)深度測(cè)量，根據(jù)不同的測(cè)量原理，深度測(cè)量裝置通常還需要主動(dòng)光源(結(jié)構(gòu)光測(cè)距)或是另一個(gè)成像裝置(雙目視覺)來(lái)實(shí)現(xiàn)深度測(cè)量。

利用結(jié)構(gòu)光和成像裝置(例如，成像鏡頭)進(jìn)行測(cè)距的方法非常有效。該方法所需計(jì)算量較小并能用于亮度較小的場(chǎng)所(例如，陰暗室內(nèi))。圖1示出了結(jié)構(gòu)光測(cè)距的示意圖。如圖1所示，光源10主動(dòng)將結(jié)構(gòu)光(例如，線形光)照射到障礙物30上，并且利用諸如成像鏡頭或是單獨(dú)相機(jī)的傳感器20獲得反射光的圖像。然后，可以根據(jù)三角法測(cè)量法從傳感器20的成像圖像高度來(lái)計(jì)算光發(fā)射位置與障礙物30之間的距離。

圖2是三角測(cè)量法中采用的基本幾何原理的簡(jiǎn)化圖。如圖所示，由光源10發(fā)射出的光照射到目標(biāo)物體(例如，圖1中的墻面30)上，所述光在目標(biāo)物體處反射并進(jìn)入相機(jī)傳感器的成像平面。光源10發(fā)出的光可以是光點(diǎn)，也可以是諸如線形光的結(jié)構(gòu)光。在對(duì)結(jié)構(gòu)光進(jìn)行成像的情況下，可以將該結(jié)構(gòu)光看作是多個(gè)光點(diǎn)的集合，并且對(duì)于一定范圍以內(nèi)的結(jié)構(gòu)光，仍然可由三角測(cè)量法進(jìn)行距離計(jì)算。

由此，根據(jù)相似三角形，可以認(rèn)為測(cè)距裝置到物體的距離q被定義為：

其中f是相機(jī)的焦距，s是光源到相機(jī)的基線距離，并且x是成像平面上的視差，即平行于源束的光線與從物體反射的光線之間的距離。因此，可以根據(jù)從物體反射到圖像中的光點(diǎn)的位置來(lái)確定測(cè)距裝置到物體的距離。

相比之下，雙目視覺識(shí)別則是直接模擬人類雙眼處理景物的方式，根據(jù)三角測(cè)量法原理，通過(guò)不同位置的兩臺(tái)成像裝置拍攝同一景物。通過(guò)計(jì)算目標(biāo)在兩幅圖像中的視差，獲得該目標(biāo)的三維空間坐標(biāo)。雙目視覺識(shí)別還可以與上述結(jié)構(gòu)光成像方案相結(jié)合，例如結(jié)構(gòu)光光源加雙鏡頭成像的深度測(cè)量裝置，以實(shí)現(xiàn)在更復(fù)雜環(huán)境中的應(yīng)用。

無(wú)論使用上述哪一種方法，確保模塊(成像模塊和光源模塊，或是兩成像模塊，或是三測(cè)量模塊)之間相對(duì)固定的空間位置都是實(shí)現(xiàn)精確深度測(cè)量所必須的?，F(xiàn)有技術(shù)中通常將兩模塊同時(shí)布置在一塊印刷電路板(PCB)上。圖3-5是在電路板上布置的深度測(cè)量裝置的簡(jiǎn)化示意圖，其中圖3示出了結(jié)構(gòu)光測(cè)距裝置的簡(jiǎn)化示意圖，圖4示出了雙目測(cè)距裝置的簡(jiǎn)化示意圖，圖5示出了結(jié)構(gòu)光測(cè)距合并雙目測(cè)距的深度測(cè)量裝置的示意圖。為了避免對(duì)本實(shí)用新型主旨的混淆，并未在圖中繪出位于電路板上的控制器其其他電路。如圖3-5所示，光源組件10(優(yōu)選為激光器)和/或成像組件20(20’)被布置在電路板50上并從電路板50的一側(cè)突出。

在現(xiàn)有技術(shù)中，會(huì)對(duì)上述電路板進(jìn)行封裝，例如，將電路板裝入通常為塑料材質(zhì)的外殼內(nèi)。上述外殼的一側(cè)留有兩到三個(gè)開口，電路板上突出的模組能夠從開口中伸出，以實(shí)現(xiàn)其投射結(jié)構(gòu)光和/或?qū)Ψ瓷涔膺M(jìn)行成像的功能。

由于工作中的發(fā)熱等問題，PCB很容易老化變形。對(duì)于包括光源的深度測(cè)量裝置(例如，圖3和圖5所示)，由于通常是激光源的光源會(huì)在投射激光時(shí)發(fā)出大量的熱量，因此PCB變形更是一個(gè)十分嚴(yán)重的問題。

如上所述，由于雙目測(cè)距和結(jié)構(gòu)光測(cè)距都是以三角測(cè)量法為基礎(chǔ)，因此各模塊(例如，成像模塊和光源模塊，或是兩成像模塊，或是三測(cè)量模塊)之間的空間位置必須是精確已知的。PCB的老化變形會(huì)改變模塊間的距離，導(dǎo)致深度測(cè)量裝置的精度下降和使用壽命的縮短。

為了解決上述問題，本實(shí)用新型提出了一種新的深度測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)。該深度測(cè)量裝置帶有以相對(duì)固定的空間關(guān)系布置兩個(gè)深度測(cè)量組件的剛性結(jié)構(gòu)，由此確保相關(guān)組件間的相對(duì)位置不隨電路板的老化而改變，進(jìn)而保證深度測(cè)量裝置的測(cè)量精度。在這里，“剛性”是相對(duì)于“撓性”的概念，“剛性結(jié)構(gòu)”指代在外力作用下不易發(fā)生變形的結(jié)構(gòu)。

圖6示出了根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的帶剛性結(jié)構(gòu)的深度測(cè)量裝置的示意圖。該深度測(cè)量裝置600可以包括電路板650、朝向電路板的一側(cè)伸出的兩個(gè)深度測(cè)量組件610和620，以及用于以相對(duì)固定的空間關(guān)系布置組件610和620的剛性結(jié)構(gòu)640。

電路板650上可以包括用于進(jìn)行深度測(cè)量的電路結(jié)構(gòu)，諸如處理器、存儲(chǔ)器和連接電路等。兩個(gè)深度測(cè)量組件610和620布置在電路板650上并與電路板上的電路結(jié)構(gòu)相連接。剛性結(jié)構(gòu)640位于電路板650的一側(cè)上，用于確保組件610和620的相對(duì)位置保持固定。

如圖6所示，剛性結(jié)構(gòu)640可以是包覆電路板一側(cè)的板狀結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)具有兩個(gè)開口用于610和620分別從中伸出。由于剛性結(jié)構(gòu)640緊密固定組件610和620，因此，即便在PCB老化變形的情況下，仍然能夠確保組件610和620之間的相對(duì)位置不變。

在一個(gè)實(shí)施例中，剛性結(jié)構(gòu)可以是硬度足夠的陶瓷或耐熱塑料結(jié)構(gòu)。在另一個(gè)實(shí)施例中，剛性結(jié)構(gòu)可以是金屬結(jié)構(gòu)。由于電子設(shè)備需要滿足電磁兼容性(EMC)的要求，因此剛性結(jié)構(gòu)優(yōu)選使用金屬制成。在這里，EMC是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中符合要求運(yùn)行并不對(duì)其環(huán)境中的任何設(shè)備產(chǎn)生無(wú)法忍受的電磁干擾的能力。優(yōu)選地，剛性結(jié)構(gòu)可以是壓鑄鋁結(jié)構(gòu)。壓鑄鋁便于加工，成本低、硬度高且導(dǎo)熱性好，是用于本公開剛性結(jié)構(gòu)的優(yōu)選材料。

考慮到裝置的緊湊性，剛性結(jié)構(gòu)優(yōu)選與電路板緊密布置。處于絕緣的考慮，在一個(gè)實(shí)施例中，電路板表面可以涂覆有絕緣阻焊劑(一種油墨)。在另一個(gè)實(shí)施例中，剛性結(jié)構(gòu)可以經(jīng)由絕緣粘接劑粘貼在電路板上。也可以使用其他手段實(shí)現(xiàn)剛性結(jié)構(gòu)與電路板之間的緊密布置，例如在其間添加薄絕緣層。

在一個(gè)實(shí)施例中，剛性結(jié)構(gòu)是包覆所述電路板的所述側(cè)和相對(duì)側(cè)的殼狀結(jié)構(gòu)或夾層結(jié)構(gòu)。圖7示出了根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例的帶剛性結(jié)構(gòu)的深度測(cè)量裝置的示意圖。圖8示出了基于圖7所示線圖的立體圖。圖中的剛性結(jié)構(gòu)740可以是包覆電路板750兩側(cè)的殼狀結(jié)構(gòu)或夾層結(jié)構(gòu)，并且具有兩個(gè)開口用于深度測(cè)量組件710和720分別從中伸出。

本公開中的剛性結(jié)構(gòu)可以是如圖6所示的單片結(jié)構(gòu)，也可以是如圖7所示的是包括多個(gè)子結(jié)構(gòu)的拼接結(jié)構(gòu)。圖7所示的拼接剛性結(jié)構(gòu)740包括覆蓋電路板750正面的子結(jié)構(gòu)741、包裹光源組件710的子結(jié)構(gòu)742和覆蓋電路板750背面的743。各個(gè)子結(jié)構(gòu)可以如圖所示通過(guò)螺紋連接拼接在一起，也可以通過(guò)諸如粘接和/或卡接等其他方式連接在一起。

優(yōu)選地，深度測(cè)量組件之一或是全部可以不布置在電路板上而是經(jīng)由導(dǎo)線與電路板上的電路結(jié)構(gòu)相連。在圖7所示的實(shí)施例中，由于光源(尤其是激光光源)的發(fā)熱量巨大，在將成像組件布置在電路板上的同時(shí)，可以優(yōu)選地將光源被包裹在剛性結(jié)構(gòu)(優(yōu)選為高導(dǎo)熱性金屬)之中并經(jīng)由導(dǎo)向連接至電路結(jié)構(gòu)。由此，能夠避免或者減輕PCB由于發(fā)熱導(dǎo)致的變形和老化問題，也能夠進(jìn)一步提升裝置的散熱功能。

另外，雖然圖6和圖7示出了一個(gè)光源和一個(gè)成像模塊的結(jié)構(gòu)光測(cè)距結(jié)構(gòu)，但是應(yīng)該理解，本公開的剛性結(jié)構(gòu)適用于需要精確保持各組件之間相對(duì)位置的其他深度測(cè)量結(jié)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)施例，結(jié)合圖6和圖7所述剛性結(jié)構(gòu)的兩個(gè)深度測(cè)量組件可以是例如圖4的兩個(gè)成像組件，用于對(duì)被測(cè)空間同時(shí)進(jìn)行圖像捕獲。在另一個(gè)實(shí)施例中，圖6和圖7所示的結(jié)構(gòu)還可以額外再包括一個(gè)成像組件(例如，圖5所示結(jié)構(gòu))，以實(shí)現(xiàn)雙目成像功能疊加結(jié)構(gòu)光測(cè)距功能的優(yōu)化的深度測(cè)量裝置。在其他實(shí)施例中，本公開的深度測(cè)量裝置還可以包括更多個(gè)光源和/或成像組件，以實(shí)現(xiàn)更為豐富的深度測(cè)量功能。相應(yīng)地，剛性結(jié)構(gòu)可以包括更多的開口或其他子結(jié)構(gòu)以確保各組件之間的相對(duì)位置保持不變。

應(yīng)該理解的是，附圖所示的實(shí)施例僅僅是為了說(shuō)明本公開原理的優(yōu)選實(shí)施例，而非對(duì)本實(shí)用新型范圍的具體限制。例如，雖然圖6示出了覆蓋電路板650一整面的剛性結(jié)構(gòu)640，但是該剛性結(jié)構(gòu)也可以是例如僅覆蓋電路板650一部分的結(jié)構(gòu)。雖然圖6示出了直接布置在電路板上光源和成像組件，但是光源和/或成像組件僅僅需要與電路板上的電路相連接即可，而無(wú)需直接布置在電路板上。另外，雖然圖7示出了剛性結(jié)構(gòu)的三個(gè)經(jīng)由螺絲連接的拼接子結(jié)構(gòu)，但實(shí)際應(yīng)用中也可以以其他方式連接的不同個(gè)數(shù)的子結(jié)構(gòu)，或是整體成型結(jié)構(gòu)。

另外，雖然本公開中涉及的剛性結(jié)構(gòu)優(yōu)選地可以起到防塵及滿足電磁屏蔽要求的作用，但是在本公開的帶剛性位置固定結(jié)構(gòu)的深度測(cè)量裝置之外仍然可以包括其他殼體，例如，現(xiàn)有技術(shù)中常用的塑料殼體，以滿足本公開的深度測(cè)量裝置作為一個(gè)獨(dú)立組件進(jìn)行裝配或是販賣的需要。例如，圖7中剛性結(jié)構(gòu)各子部件的輪廓可以與外部殼體相結(jié)合以提供一個(gè)更為完整的結(jié)構(gòu)。

上文中已經(jīng)參考附圖詳細(xì)描述了根據(jù)本實(shí)用新型的帶剛性結(jié)構(gòu)的深度測(cè)量裝置。以上已經(jīng)描述了本實(shí)用新型的各實(shí)施例，上述說(shuō)明是示例性的，并非窮盡性的，并且也不限于所披露的各實(shí)施例。在不偏離所說(shuō)明的各實(shí)施例的范圍和精神的情況下，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)許多修改和變更都是顯而易見的。本文中所用術(shù)語(yǔ)的選擇，旨在最好地解釋各實(shí)施例的原理、實(shí)際應(yīng)用或?qū)κ袌?chǎng)中的技術(shù)的改進(jìn)，或者使本技術(shù)領(lǐng)域的其它普通技術(shù)人員能理解本文披露的各實(shí)施例。