具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，本发明提供了一种结构光模块100。此外，本发明还提一种三维扫描装置(图未示)及电子装置(图未示)。其中，三维扫描装置包括处理器(图未示)及结构光模块100。

借助该三维扫描装置，电子装置可对待测物体的表面进行扫描，从而获得待测物体表面的三维数据，实现3D重构。其中，结构光模块100可应用于测绘领域、生物识别等领域。例如，门禁系统及手持终端中广泛应用的面部识别、指纹识别。对应的，电子装置可以是激光三维扫描仪，也可是带面部识别或指纹识别功能的手机。对于手机而言，处理器可以是CPU。

请参阅图1及图2，本发明较佳实施例中的结构光模块100包括发射器110、第一光学组件120、接收器130及第二光学组件140。处理器分别与发射器110及接收器130电连接。

发射器110用于向待测物体发射原始光斑。原始光斑具有特定的形状，如矩形、椭圆形及三角形等。在处理器的控制下，发射器110可投射出预设形状的原始光斑。发射器110发出的原始光斑可进入第一光学组件120，并经第一光学组件120的中转后最终投射于待测物体。

第一光学组件120可通过光折射、光反射或者光折射与反射结合的方式，来改变光线的传播路径，从而改变原始光斑的投射路径。进一步的，第一光学组件120绕第一转轴(图未示)可旋转。第一光学组件120转动时，原始光斑的入射角将随之变化，进而最终改变原始光斑的传播方向。因此，随着第一光学组件120的转动，发射器110的视场角(FOV)将不是固定的，而是会相应发生变化。

请参阅图2，第一光学组件120在每个特定的角度下，发射器110都对应一个视场角。当第一光学组件120连续转动时，发射器110的视场角将随之移动，从而覆盖更大的范围。

譬如，第一光学组件120可在相对于初始位置在正负5度的范围内转动。对应的，发射器110的视场角也将相对于初始位置的视场角在正负5度的范围内连续变化。

接收器130用于接收及原始光斑经待测物体反射形成的反射光斑。第二光学组件140与第一光学组件120的结构及功能可以完全相同。反射光斑可穿过第二光学组件140，并由接收器130接收。

与第一光学组件120相同，第二光学组件140也可通过光折射、光反射或者光折射与反射结合的方式，来改变反射光斑的传播方向。进一步的，第二光学组件140可绕第二转轴与第一光学组件120同步旋转。而且，第二转轴平行于第一转轴。第二光学组件140转动时，接收器130接收的视场角也是不断变化的，以与发射器110不断变化的视场角相匹配，从而使得接收器130始终能顺利接收到原始光斑反射形成的反射光斑。

为了提升结构光模块100的可靠性，发射器110、第一光学组件120、接收器130及第二光学组件140可封装于壳体内。在本实施例中，结构光模块100还包括驱动件(图未示)，驱动件用于驱动第一光学组件120绕第一转轴转动，以及驱动第二光学组件140绕第二转轴转动。此时，驱动件也可封装于壳体。

需要指出的是，结构光模块100中也可不包括上述驱动件，而利用三维扫描装置中固有的驱动机构实现驱动。例如，当结构光模块100应用于手持终端时，结构光模块100驱动件的功能可由摄像头实现变焦的音圈马达替代实现。

处理器用于控制接收器130按照预设频率接收反射光斑。具体的，三维扫描装置对待测物体进行扫描时，接收器130并非实时接收反射光斑，而是采用采样的形式获取反射光斑。随着第一光学组件120转动，发射器110会依次从多个不同的视场角投射出原始光斑，而接收器130按预设频率接收则可获取多组反射光斑。

譬如，依然假设第一光学组件120的转动范围为正负5度。而且，预设频率设置为“每转动1度采样1次”。那么，在第一光学组件120转动过程中，接收器130可进行10次采样，最终可采集到10组反射光斑。

进一步的，处理器还用于将反射光斑与原始光斑进行比对，以获取待测物体的三维信息。具体的，通过对比反射光斑相对于原始光斑的变化，利用三角原理便可计算出待测物体的三维信息完成3D重构。而且，由于多次采样可获取多个反射光斑，故将每组反射光斑与对应的原始光斑比对均可得到一组待测物体的点云数据。通过将多组点云数据叠加，便可获得待测物体完整的三维信息。

由于待测物体的三维信息最终由多组点云数据叠加得到，故扫描精度不依赖于单组点云数据的完备程度。也就是说，即使其中某一组或几组点云数据内存在部分缺失，也不会对最终的扫描精度造成影响。因此，发射器110的发射功率可相应缩小。

在本实施例中，处理器还用于当发射器110的视场角位于预设视角范围内时，提升接收器130接收反射光斑的频率。

具体的，接收器130对反射光斑的采样频率并非保持不变，而是可以根据发射器110视场角的位置进行调整。发射器110预设视角范围的视场角，原始光斑集中对应着待测物体表面的特定区域。由于接收器130的采样频率提升，故可获得由该特定区域反射的更多的反射光斑，从而得到该特定区域更多组的点云数据。由于点云的密度增加，故使得对该特定区域的重构更精细。

待测物体的表面有可能具有特征密集区域及特征稀疏区域。特征密集区域，指的是表面结构复杂、特征点分布较多的区域。特征稀疏区域，指的是表面较平衍、结构简单、特征点分布较少的区域。以人脸为例，三角区由于凹凸不平，结构相对立体且复杂，故三角区则认为是人脸的特征密集区域；而额头近似于平面，结构相对简单，故额头可认为是人脸的特征稀疏区域。

显然，针对特征密集区域，需要更密集的点云数据才能实现精细的3D重构。因此，可对上述预设视角范围进行设置，使得发射器110的视场角位于该预设视角范围时，原始光斑的投射方向刚好集中于待测物体表面的特征密集区域，从而实现对特征密集区域精细的3D重构。

譬如，依然假设第一光学组件120的转动范围为正负5度。对人脸扫描时，发现三角区域集中在发射器110视场角正负1度的转动范围内。因此，可将正负1度设置为“预设视角范围”，而接收器130的采样频率由“每转动1度采样1次”提升至“每转动0.2度采样1次”。这样，当原始光斑的投射方向刚好集中于三角区域时，即可获得10组点云数据，从而有效地提升了针对人脸三角区的3D重构精度。

进一步的，在本实施例中，处理器还用于根据用户的交互操作确定预设视角范围。

具体的，在不同待测物体的表面，其特定区域(一般指特征密集区域)的位置是变化的。因此，根据用户的交互操作对上述预设视角范围进行实时调整，可保证预设视角范围始终与待测物体表面的特定区域相对应，从而保证3D重构的精度。

例如，用户可通过手机屏幕界面选取待侧物体的特定区域。进一步的，处理器将接收用户的交互操作，并将其转化成角度信息，得到上述预设视角范围。需要指出的是，在其他实施例中，三维扫描装置也可自动识别待侧物体的特定区域的边界，并使处理器自动生成上述预设视角范围。

如前所述，第一光学组件120及第二光学组件140可以通过对光线进行反射、折射或者同时进行反射或折射的方式，来改变原始光斑以及反射光斑的传播路线。在本实施例中，原始光斑及反射光斑分别在第一光学组件120及第二光学组件140内发生光反射。

具体的，上述光反射包括全反射的情况。第一光学组件120及第二光学组件140可以是单独的反射镜片，也可是多个反射镜片按预设规则排列成的镜片组合，或者是具备全反射面的透镜。由于反射只改变光线的传播路径。因此，通过反射，可有效地避免原始光斑及反射光斑在传播过程中发生变形，以保证上述结构光模块100的测量精度。

在本实施例中，第一光学组件120及第二光学组件140均为棱镜。其中，第一光学组件120的两个侧面分别构成第一入射面及第一出射面，第一转轴平行于第一入射面和第一出射面并垂直于发射器110的中心轴。第二光学组件140两个侧面分别构成第二入射面及第二出射面，第二转轴平行于第二入射面和第二出射面并垂直于接收器130的中心轴。

具体的，原始光斑经第一入射面进入第一光学组件120，并由第一出射面投射到待测物体。而产生的反射光斑则由第二入射面进入第二光学组件140，并经由第二出射面进入接收器130。其中，原始光斑及反射光斑可在棱镜内通过折射、反射或全反射后改变传播方向。第一光学组件120及第二关学组件140分别绕第一转轴及第二转轴转动时，可改变原始光斑及反射光斑的入射角，进而改变原始光斑及反射光斑的传播方向。

由于棱镜可由玻璃、树脂等光学材料一体成型，故可使得第一光学组件120及第二光学组件140的结构更可靠。

需要指出的是，在其他实施例中，第一光学组件120及第二光学组件140还可以是镜片、棱镜等光学器件或其组合，只要能实现对光线的传播即可。譬如：

在另一个实施例中，第一光学组件120和第二光学组件140为的反射片，第一转轴平行于第一光学组件120的反射面且垂直于发射器110的中心轴，第二转轴平行于第二光学组件120的反射面且垂直于接收器130的中心轴。

原始光斑及反射光斑分别在第一光学组件120和第二光学组件140的反射面上发生反射，以改变传播方向。而且，由于反射片为片状结构，故第一光学组件120和第二光学组件140的厚度较小，从而有利于减小结构光模块100的厚度。

进一步的，在本实施例中，第一入射面垂直于第一出射面，第二入射面垂直于第二出射面，发射器110的发射端与接收器130的接收端相对设置，第一光学组件120及第二光学组件140位于发射器110与接收器130之间，且第一入射面朝向发射器110的发射端，第二出射面朝向接收器130的接收端。

第一入射面垂直于第一出射面，即表示原始光斑经第一光学组件120后的投射路径可发生90度的改变；同理，第二入射面垂直于第二出射面，即表示垂直入射的反射光斑也可在穿过第二光学组件140后发生90度的偏转，以被接收器顺利接收。因此，可实现对结构光模块100进行“潜望式”布局。

发射器110及接收器130一般呈长条形，且发射端及接收端分别位于发射器110及接收器130纵长方向的末端。因此，利用“潜望式”布局，将发射端与接收端相对设置，可使发射器110及接收器130在同一直线上横向排列，从而可使结构光模块100的结构紧凑，有利于减小其厚度。

进一步的，在本实施例中，第一光学组件120包括连接第一入射面和第一出射面，且平行于第一转轴的第一反射面(图未标)，第一反射面位于第一光学组件120的内部；第二光学组件140包括连接第二入射面和第二出射面，且平行于第二转轴的第二反射面(图未标)，第二反射面位于第二光学组件140的内部。

光线进入第一光学组件120及第二光学组件140，将会在其内部发生反射。因此，当原始光斑及反射光斑分别穿过第一光学组件120及第二光学组件140时，只会改变传输路径而不会改变形状，从而保证结构光模块100的测量精度。

更具体的，第一光学组件120及第二光学组件140可为直角棱镜。其中，第一光学组件120的两个直角面分别构成第一入射面及第一出射面，斜面构成第一反射面；第二光学组件120的两个直角面分别构成第二入射面及第二出射面，斜面构成第二反射面。

上述三维扫描装置及结构光模块100，转动第一光学组件120可改变原始光斑的传播方向，从而使发射器110的视场角发生变化，第二光学组件140同步转动则可保证接收器130能够接收到反射光斑。随着第一光学组件120转动，发射器110会依次从多个不同的视场角投射出原始光斑，而接收器130按预设频率接收则可获取多组反射光斑。每组反射光斑与对应的原始光斑比对均可得到一组待测物体的点云。通过将多组点云叠加，便可获得待测物体的三维信息。由于待测物体的三维信息最终由多组点云叠加得到，故每组点云内允许存在部分缺失。因此，发射器110的发射功率可相应缩小，能效可得到提升。

请参阅图3，本发明还提供一种三维扫描方法，该方法包括步骤S210至S230：

步骤S210，在变化的视场角内依次向待测物体表面投射原始光斑。

具体的，原始光斑具有特定的形状，如矩形、椭圆形及三角形等。根据需求，可向待测物体投射出预设形状的原始光斑。视场角代表了原始光斑的投射方向，即原始光斑是从不同的角度向待测物体表面投射。

步骤S220，按预设频率接收原始光斑经待测物体反射形成的反射光斑，得到多组反射光斑。

具体的，进行三维扫描时，并非实时接收反射光斑，而是采用采样的形式获取反射光斑。由于原始光斑会依次从多个不同的视场角向待测物体投射，故可获取多组不同的反射光斑。

以上述三位扫描装置为例，视场角的转动范围为正负5度。而且，预设频率设置为“每转动1度采样1次”。那么，在扫描过程中需进行10次采样，最终可采集到10组反射光斑。

步骤S230，将原始光斑分别与多组反射光斑进行比对，以获取待测物体的三维信息。

具体的，通过对比反射光斑相对于原始光斑的变化，利用三角原理便可计算出待测物体的三维信息完成3D重构。而且，由于多次采样可获取多个反射光斑，故将每组反射光斑与对应的原始光斑比对均可得到一组待测物体的点云数据。通过将多组点云数据叠加，便可获得待测物体完整的三维信息。

由于待测物体的三维信息最终由多组点云数据叠加得到，故扫描精度不依赖于单组点云数据的完备程度。也就是说，即使其中某一组或几组点云数据内存在部分缺失，也不会对最终的扫描精度造成影响。

在本实施例中，上述步骤S220还包括：在原始光斑投射的视场角位于预设视角范围内时，提升接收反射光斑的频率。

具体的，针对反射光斑的采样频率并非保持不变，而是可以根据原始光斑投射视场角的位置进行调整。视场角位于预设视角范围时，原始光斑集中对应着待测物体表面的特定区域。由于采样频率提升，故可获得由该特定区域反射的更多的反射光斑，从而得到该特定区域更多组的点云数据。由于点云的密度增加，故使得对该特定区域的重构更精细。

待测物体的表面有可能具有特征密集区域及特征稀疏区域。特征密集区域，指的是表面结构复杂、特征点分布较多的区域。特征稀疏区域，指的是表面较平衍、结构简单、特征点分布较少的区域。以人脸为例，三角区由于凹凸不平，结构相对立体且复杂，故三角区则认为是人脸的特征密集区域；而额头近似于平面，结构相对简单，故额头可认为是人脸的特征稀疏区域。

显然，针对特征密集区域，需要更密集的点云数据才能实现精细的3D重构。因此，可对上述预设视角范围进行设置，使得原始光斑投射的视场角位于该预设视角范围时，原始光斑的投射方向刚好集中于待测物体表面的特征密集区域，从而实现对特征密集区域精细的3D重构。

依然以上述三维扫描装置为例，原始光斑投射的视场角的变化范围为正负5度。对人脸扫描时，发现三角区域集中在视场角正负1度的变化范围内。因此，将正负1度的范围设置为“预设视角范围”，而采样频率由“每转动1度采样1次”提升至“每转动0.2度采样1次“。这样，当原始光斑的投射方向刚好集中于三角区域时，即可获得10组点云数据，从而有效地提升了针对人脸三角区的3D重构精度。

需要指出的是，上述“预设视角范围”可根据用户的交互操作进行设置，也可自动识别待侧物体的特定区域的边界，并使自动生成上述预设视角范围。

上述三维扫描方法，原始光斑会依次从多个不同的视场角投射到待测物体，而按预设频率接收则可获取多组反射光斑。每组反射光斑与对应的原始光斑比对均可得到一组待测物体的点云。通过将多组点云叠加，便可获得待测物体的三维信息。由于待测物体的三维信息最终由多组点云叠加得到，故每组点云内允许存在部分缺失。因此，上述三维扫描方法的扫描精度可得到有效地提升。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。