[00316703]基于结构光原理的微型3D深度相机模块研发

技术成果介绍：

本项目研发基于结构光原理的手机智能终端三维成像系统。基于红外光及二值空间编码结构光对表面颜色、纹理及反射不敏感这一特性，将二值空间编码结构光技术与红外光相结合实现近距离高精度3D重建，并将其应用于移动设备端，实现高精度人脸3D扫描。其工作原理是：通过移动设备端的结构光模块投射单幅编码图案到目标物体，同时由摄像头捕捉结构光图像，通过移动设备内置结构光解码软件，完成目标3D重建和纹理渲 染。项目的主要研究内容包括结构光编码、特征点检测及结构光解码，具体研究思路为：以伪随机编码理论为基础，通过对编码算法的改进和优化，实现具有高编码容量和小窗口特性的编码策略；以二值几何图形为编码元素，提出一种具有高精度和高稳定性的编码特征点检测定位算法，在解码阶段，通过采集大量的不同目标表面的及光照条件下的空间几何编码元素样本，训练具有高识别率的深度学习模型，进而实现结构光图案的高鲁棒性解码，并最终完成目标的3D重建。

主要技术指标及优势：

1. 图像分辨率投影图像尺寸：2241*2017pixels；拍摄图像尺寸：2048*1536pixels；

2. 误差系统与被拍摄物体距离0.5m时横向投影直径在30-40cm范围内；平面误差：0.3163mm；深度误差：0.3289mm；

3. 编译环境及运行时间平台：VS2013 C++； 主要调用库：Opencv 2.4.9 PCL 1.8.0(点云处理，显示)； 编译环境：Release Win64； 解码一帧图像时间约2935ms<3s； 插值200x200点云+曲面渲染的时间约为: 4431ms； 插值300x300点云+曲面渲染的时间约为: 9697ms；

4. 其他指标特征点数量：4280点（插值后42878点）；支持不同角度多张图片的融合处理；结构光投影模块尺寸与手机相机模组相当，厚度<10mm；结构光投影模块和红外相机模块的基线距离<10cm；原型系统中相机通过USB与PC机连接，投影模块通过控制电源实现投影。

知识产权：发明专利名称：某标定方法及装置、结构光系统及移动设备，申请号：CN2016111****1.6

主要应用领域：智能终端的人机交互、人脸识别、人脸支付、手势识别、AR/VR等。

市场前景及经济效益预测： 苹果公司于2017年底推出了其首款搭载3D视觉技术的智能手机iPhoneX，率先展示了在移动智能终端使 用3D视觉技术进行人机交互的前沿应用，开启了3D视觉技术的应用热潮。国内厂商也紧随其后，继OPPO R17 Pro和vivo NEX之后，华为于2019上半年推出了搭载TOF 3D深度相机的智能手机P30 pro，3D视觉技术在手机 等移动智能终端的应用已展现出巨大的市场前景和潜在机遇。

产业化需求及生产条件： 目前TOF和双目散斑技术获取的3D数据精度较低，为智能安防、人脸解锁等安全性等级要求较高的场合带 来诸多安全隐患。本项目研发的3D成像模块基于结构光原理，可以在手机等移动智能终端获取更高精度的实时 动态扫描数据，提高3D智能交互的安全性和可靠性，产业化需求迫切。 其中相机模块和DOE投影模块生产条件成熟，已具有产业化基础。需具备DOE光栅设计加工能力，微型光 学器件设计生产、和装配能力，摄像头模组开发能力、DSP信号处理模块开发能力。项目投入资金不低于 2500万