本實用新型涉及深度測量裝置，尤其涉及一種帶剛性位置固定結構的深度測量裝置。

背景技術：

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

深度測量裝置是一種采集目標物體深度信息的采集設備，這類測量裝置廣泛應用于三維掃描、三維建模等領域。單個成像鏡頭往往難以實現(xiàn)深度測量，根據(jù)不同的測量原理，深度測量裝置通常還需要另一個成像裝置(雙目視覺)或是主動光源(結構光測距)來實現(xiàn)深度測量。

雙目視覺識別直接模擬人類雙眼處理景物的方式，根據(jù)三角測量法原理，通過不同位置的兩臺攝像機或一臺CCD攝像機經過移動或旋轉拍攝同一景物。通過計算目標在兩幅圖像中的視差，獲得目標的三維空間坐標。

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

無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)之間相對固定的空間位置都是實現(xiàn)精確深度測量所必須的?，F(xiàn)有技術中通常將兩模塊同時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，使得深度測量所涉及的兩模塊之間的相對位置發(fā)生變化，從而導致深度測量裝置的精度下降。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決上述至少一個問題，本實用信息提出了一種新的深度測量裝置結構，該深度測量裝置帶有以相對固定的空間關系布置兩個深度測量組件的剛性結構，由此確保相關組件間的相對位置不隨電路板的老化而改變，進而保證深度測量裝置的測量精度。

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

優(yōu)選地，剛性結構可以是緊貼電路板的板狀、夾板狀或是殼狀結構，由此在起到位置固定作用的同時實現(xiàn)對電路板表面的防塵。

優(yōu)選地，剛性結構可以是金屬結構，其通過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。合理設計的殼狀結構能夠有效地屏蔽外界的電磁干擾。

優(yōu)選地，剛性結構可由壓鑄鋁制成。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。

本實用新型中的深度測量組件可以是通過反射結構光實現(xiàn)測距的光源和成像鏡頭，也可以是利用雙目視覺實現(xiàn)測距的雙成像鏡頭。

附圖說明

通過結合附圖對本公開示例性實施方式進行更詳細的描述，本公開的上述以及其它目的、特征和優(yōu)勢將變得更加明顯，其中，在本公開示例性實施方式中，相同的參考標號通常代表相同部件。

圖1示出了結構光測距的示意圖。

圖2是三角測量法中采用的基本幾何原理的簡化圖。

圖3-5是在電路板上布置的深度測量裝置的簡化示意圖，

圖6示出了根據(jù)本實用新型的一個實施例的帶剛性結構的深度測量裝置的示意圖。

圖7示出了根據(jù)本實用新型的另一個實施例的帶剛性結構的深度測量裝置的示意圖。

圖8示出了基于圖7所示線圖的立體圖。

具體實施方式

下面將參照附圖更詳細地描述本公開的優(yōu)選實施方式。雖然附圖中顯示了本公開的優(yōu)選實施方式，然而應該理解，可以以各種形式實現(xiàn)本公開而不應被這里闡述的實施方式所限制。相反，提供這些實施方式是為了使本公開更加透徹和完整，并且能夠將本公開的范圍完整地傳達給本領域的技術人員。

傳統(tǒng)的圖像拍攝方法只能獲得物體的二維信息，無法得到物體的空間深度信息(亦稱景深信息)，但實際上物體表面的空間深度信息，尤其是深度信息的實時獲取在各種工業(yè)、生活及娛樂應用中都起著至關重要的作用。深度測量裝置是一種采集目標物體深度信息的采集設備，這類測量裝置廣泛應用于三維掃描、三維建模等領域。單個成像鏡頭無法實現(xiàn)深度測量，根據(jù)不同的測量原理，深度測量裝置通常還需要主動光源(結構光測距)或是另一個成像裝置(雙目視覺)來實現(xiàn)深度測量。

利用結構光和成像裝置(例如，成像鏡頭)進行測距的方法非常有效。該方法所需計算量較小并能用于亮度較小的場所(例如，陰暗室內)。圖1示出了結構光測距的示意圖。如圖1所示，光源10主動將結構光(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相機的傳感器20獲得反射光的圖像。然后，可以根據(jù)三角法測量法從傳感器20的成像圖像高度來計算光發(fā)射位置與障礙物30之間的距離。

圖2是三角測量法中采用的基本幾何原理的簡化圖。如圖所示，由光源10發(fā)射出的光照射到目標物體(例如，圖1中的墻面30)上，所述光在目標物體處反射并進入相機傳感器的成像平面。光源10發(fā)出的光可以是光點，也可以是諸如線形光的結構光。在對結構光進行成像的情況下，可以將該結構光看作是多個光點的集合，并且對于一定范圍以內的結構光，仍然可由三角測量法進行距離計算。

由此，根據(jù)相似三角形，可以認為測距裝置到物體的距離q被定義為：

其中f是相機的焦距，s是光源到相機的基線距離，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的位置來確定測距裝置到物體的距離。

相比之下，雙目視覺識別則是直接模擬人類雙眼處理景物的方式，根據(jù)三角測量法原理，通過不同位置的兩臺成像裝置拍攝同一景物。通過計算目標在兩幅圖像中的視差，獲得該目標的三維空間坐標。雙目視覺識別還可以與上述結構光成像方案相結合，例如結構光光源加雙鏡頭成像的深度測量裝置，以實現(xiàn)在更復雜環(huán)境中的應用。

無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，或是三測量模塊)之間相對固定的空間位置都是實現(xiàn)精確深度測量所必須的?，F(xiàn)有技術中通常將兩模塊同時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量裝置的簡化示意圖，其中圖3示出了結構光測距裝置的簡化示意圖，圖4示出了雙目測距裝置的簡化示意圖，圖5示出了結構光測距合并雙目測距的深度測量裝置的示意圖。為了避免對本實用新型主旨的混淆，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的一側突出。

在現(xiàn)有技術中，會對上述電路板進行封裝，例如，將電路板裝入通常為塑料材質的外殼內。上述外殼的一側留有兩到三個開口，電路板上突出的模組能夠從開口中伸出，以實現(xiàn)其投射結構光和/或對反射光進行成像的功能。

由于工作中的發(fā)熱等問題，PCB很容易老化變形。對于包括光源的深度測量裝置(例如，圖3和圖5所示)，由于通常是激光源的光源會在投射激光時發(fā)出大量的熱量，因此PCB變形更是一個十分嚴重的問題。

如上所述，由于雙目測距和結構光測距都是以三角測量法為基礎，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的老化變形會改變模塊間的距離，導致深度測量裝置的精度下降和使用壽命的縮短。

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

圖6示出了根據(jù)本實用新型的一個實施例的帶剛性結構的深度測量裝置的示意圖。該深度測量裝置600可以包括電路板650、朝向電路板的一側伸出的兩個深度測量組件610和620，以及用于以相對固定的空間關系布置組件610和620的剛性結構640。

電路板650上可以包括用于進行深度測量的電路結構，諸如處理器、存儲器和連接電路等。兩個深度測量組件610和620布置在電路板650上并與電路板上的電路結構相連接。剛性結構640位于電路板650的一側上，用于確保組件610和620的相對位置保持固定。

如圖6所示，剛性結構640可以是包覆電路板一側的板狀結構。該結構具有兩個開口用于610和620分別從中伸出。由于剛性結構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之間的相對位置不變。

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

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

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

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

優(yōu)選地，深度測量組件之一或是全部可以不布置在電路板上而是經由導線與電路板上的電路結構相連。在圖7所示的實施例中，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，可以優(yōu)選地將光源被包裹在剛性結構(優(yōu)選為高導熱性金屬)之中并經由導向連接至電路結構。由此，能夠避免或者減輕PCB由于發(fā)熱導致的變形和老化問題，也能夠進一步提升裝置的散熱功能。

另外，雖然圖6和圖7示出了一個光源和一個成像模塊的結構光測距結構，但是應該理解，本公開的剛性結構適用于需要精確保持各組件之間相對位置的其他深度測量結構。在一個實施例，結合圖6和圖7所述剛性結構的兩個深度測量組件可以是例如圖4的兩個成像組件，用于對被測空間同時進行圖像捕獲。在另一個實施例中，圖6和圖7所示的結構還可以額外再包括一個成像組件(例如，圖5所示結構)，以實現(xiàn)雙目成像功能疊加結構光測距功能的優(yōu)化的深度測量裝置。在其他實施例中，本公開的深度測量裝置還可以包括更多個光源和/或成像組件，以實現(xiàn)更為豐富的深度測量功能。相應地，剛性結構可以包括更多的開口或其他子結構以確保各組件之間的相對位置保持不變。

應該理解的是，附圖所示的實施例僅僅是為了說明本公開原理的優(yōu)選實施例，而非對本實用新型范圍的具體限制。例如，雖然圖6示出了覆蓋電路板650一整面的剛性結構640，但是該剛性結構也可以是例如僅覆蓋電路板650一部分的結構。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，而無需直接布置在電路板上。另外，雖然圖7示出了剛性結構的三個經由螺絲連接的拼接子結構，但實際應用中也可以以其他方式連接的不同個數(shù)的子結構，或是整體成型結構。

另外，雖然本公開中涉及的剛性結構優(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構的深度測量裝置之外仍然可以包括其他殼體，例如，現(xiàn)有技術中常用的塑料殼體，以滿足本公開的深度測量裝置作為一個獨立組件進行裝配或是販賣的需要。例如，圖7中剛性結構各子部件的輪廓可以與外部殼體相結合以提供一個更為完整的結構。

上文中已經參考附圖詳細描述了根據(jù)本實用新型的帶剛性結構的深度測量裝置。以上已經描述了本實用新型的各實施例，上述說明是示例性的，并非窮盡性的，并且也不限于所披露的各實施例。在不偏離所說明的各實施例的范圍和精神的情況下，對于本技術領域的普通技術人員來說許多修改和變更都是顯而易見的。本文中所用術語的選擇，旨在最好地解釋各實施例的原理、實際應用或對市場中的技術的改進，或者使本技術領域的其它普通技術人員能理解本文披露的各實施例。