借助结构光实现三维感应
近年来，在使用结构光方法进行三维传感测量应用中，使用随机点图案生成器的趋势日益明显。
结构光是两种主要的三维深度传感方法之一，另一种是飞行时间法。在结构光中，衍射分束器产生的预定义图案被投影到一个场景或表面上，产生一个图像，该图像在已知图案中的变形与深度有关。传感器捕捉到该图像，然后图像处理算法识别已知图案中的变形，以计算每个点的深度，并利用每个点上的深度数据创建场景中的对象的三维数字地图。
在许多情况下，客户更喜欢使用随机或伪随机点图案，而非点阵或网格，因为随机图案可以为图像处理算法进行位置编码。
什么是随机点图案生成器？
随机点生成器是三维深度传感相机或系统的投影模块。它由激光源（通常在室内应用波长为850nm或室外应用波长为940nm的近红外光谱中）、准直透镜和衍射分束器组成。该装置中的衍射分束器实际上就是随机点图案生成器。
如何生成随机点图案？
用衍射光学元件生成随机点图案有两种方法：
方法一：使用单发射器激光源，以随机点图案生成器作为衍射光学元件（DOE）。在该方法中，衍射光学元件（DOE）用于将输入光束分成随机或伪随机排列的任何所需阶数（通常对于三维传感来说，其数量为数千个点）。
方法二：使用激光发射器的伪随机阵列（该方法通常使用垂直腔面发射激光器（VCSEL）源），然后使用具有排列有序的阶数矩阵的衍射分束器复制该阵列。每个分束器阶数实际上都是对原始阵列或“拼贴”的复制，它们的每个点的特征都与原始阵列或“拼图”相似，能量在所有点之间平均分配，从而在整个视场中创建一个半随机点图案。
以衍射分束器作为随机点生成器的设计考虑
以衍射分束器作为随机点生成器的主要问题之一是创建完全正确的图案，以避免出现间隙或重叠。在方法二中，不正确的设计可能会导致复制的“拼图”之间出现间隙，进而在它们之间产生没有能量的间隙，或者导致“拼图”之间出现重叠，进而产生带有模糊斑点的区域。
为了避免这些间隙或重叠，Holo/Or开发了一种独特的设计算法，使我们能够完美地拼接这些拼图，创建一个从良好的准直光源开始的连续伪随机点图案，用于设计我们的结构光衍射光学元件（DOE）。
存在重叠的随机点图案的不正确VCSEL拼接
随机点图案的正确VCSEL拼接
存在间隙的随机点图案的不正确VCSEL拼接
如果光源未准直且高度发散，正如在许多情况下，尤其是VCSEL源，我们将提供专门针对光源伪随机图案排列和衍射分束器的定制衍射准直器，以便在整个视场中形成一个完美的点图案。
典型应用
用于结构光三维深度测量的随机点生成器的典型应用包括：
- 移动设备面部识别或指纹识别
- AR/VR/MR系统
- 机器人学与机器视觉
- 表面检查
- 区域填图
- 汽车ADAS应用
等等。
使用衍射光学元件作为随机点生成器的优势
与其他选择相比，衍射分束器具有以下明显优势，使其成为结构光三维传感应用的最佳解决方案：
- 衍射分束器是一种单一、轻薄、扁平的元件，使其成为任何紧凑系统的首选解决方案。
- 衍射分束器没有活动件，也不需要复杂的光力学。
- 可以定制图案，以满足特定的算法要求。
- 衍射光学元件（DOE）可以在各种基板上制作，以满足不同环境条件下的耐久性要求。
TL；DR – 问答总结
问：什么是随机点生成器？
答：随机点生成器是一种衍射分束器，当光通过该生成器时，该生成器可创建随机或伪随机点图案。
问：随机点生成器在传感中的用途是什么？
答：随机点生成器与准直激光源或VCSEL源结合使用，为结构光相机创建光投影区域的三维图像。
问：如何用VCSEL源生成随机点图案？
答：当使用VCSEL源进行结构光图像投影时，操作者可以使用衍射分束器复制VCSEL发射器排列来创建伪随机点图案。
