kinect
的工作原理在以前的文章中已經做過了一些介紹,今天主要講一下除了
ps1080
晶元以外的另乙個核心部件——紅外雷射投射器(
ir projector
)。國內外有很多關於
ps1080
晶元的詳細介紹,但是對於其紅外雷射投射器的構造原理鮮有所聞,下面我們就對這個部件進行深入分析。
kinect
中投射器的作用是投射出隨機的雷射散斑,即結構光,通過紅外攝像頭採集所標記的結構光,交由
ps1080
晶元進行計算後得到最終的景深資料。
下圖為kinect
紅外雷射投射器的原理圖。根據
primesense
在專利中的描述,紅外雷射生成器(
42)射出準直後的雷射束(
44),通過光學衍射元件(
doe)進行散射,進而得到所需的散斑圖案。
primesense
所說的光學衍射元件可以通過多種組合來實現,具體可以參見其在國內申請的專利《用於使零級減少的光學設計》。在
kinect
中,primesense
採用擴散片(
48)和光柵(
50)來實現,該設計專利可參見其美國專利《
擴散片如下圖所示
它的作用是將雷射光束散射成不規則分布的點狀散斑圖案,由於擴散片對於光束進行散射的角度(
fov)有限,所以需要光柵(見下圖)將散斑圖案進行衍射「複製」後,擴大其投射角度。
這種「複製」效果被稱為光學卷積,從下圖的原理圖中我們看到,當光束通過擴散片(如毛玻璃)後產生的散斑,再經過光柵後進行卷積就能得到所需透射角度的散斑。
下圖為primesense
專利中雷射散斑示意圖,可以看到光斑卷積後形成
9格散斑圖案。
值得一提的是,專利中提到所有散斑中心零級的能量和不超過總能量的
1%,也就是說按照
ms官方的說法,
kinect
所用雷射功率為
60mw
,即使9
塊散斑零級能量之和為
1%,各零級能量也不過
0.067mw
,遠低於安全雷射規定的
0.4mw
上限,所以從功率角度看,
kinect
所提供的雷射光源是安全的。鑑於測試手段有限,我們暫時還無法得知該雷射散斑的最大光強(即零級光通量)是否也安全,但有一點是肯定的,對著
kinect
雷射投射器近距離直射眼睛是萬萬不可取的。
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