CN110057541A - Tof相机杂散光检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

一种TOF相机杂散光检测装置及其检测方法，所述TOF相机杂散光检测装置包括：固定位，用于固定待检测的TOF相机；反射镜面，朝向所述固定位设置，所述镜面的反射面为背向所述固定位凸起的弧形。上述TOF相机杂散光检测装置及其检测方法，能够提高对TOF相机杂散光检测的准确性。

Description

TOF相机杂散光检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及传感技术领域，尤其涉及一种TOF相机杂散光检测装置及其检测方法。

背景技术

TOF相机是由光源、光学部件、传感器、控制电路以及处理电路等几部单元组成。而TOF相机的镜头在组装后，因为使用的组装材料表面粗糙度、材料以及材料之间对光的反射、折射，各种材料零件之间的相互搭配、组装程序以及组装效果等影响，而产生非设计预估的杂散光。

对于TOF相机，采用主动光探测方式。目前，TOF相机采用的检测光为近红外波段，人眼无法识别；并且，检测杂散光需要模拟强光环境，近红外波段的强光不可见，但是又容易对人眼造成损伤。

现有技术中，对镜头杂散光的检测方法通常是在暗室里，用相机对不同角度的点光源进行实拍。这种方式仅适用于可见光成像的镜头检测，对于不可见的光源，无法控制光源的强度、方向等参数，采用这种方法很难实现对TOF相机镜头杂散光的准确检测。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种TOF相机杂散光检测装置及其检测方法，实现对TOF相机杂散光的准确检测。

为了解决上述问题，本发明提供了一种TOF相机杂散光检测装置，包括：固定位，用于固定待检测的TOF相机；反射镜面，朝向所述固定位设置，所述镜面的反射面为背向所述固定位凸起的弧形。

可选的，所述反射镜面为聚焦反射镜面，所述固定位设置于所述反射镜面的焦点处。

可选的，所述反射镜面的反射面为圆柱形反射面，所述固定位设置于所述圆柱形反射面的圆心处；或者，所述反射镜面的反射面为球形反射面，所述固定位设置于所述球形反射面的球心处。

可选的，所述反射镜面的曲率可调。

可选的，还包括：围绕所述固定位设置的弧形的轨道；所述反射镜面设置于所述轨道上，可沿所述轨道移动；所述固定位设置于所述轨道的圆心处。

可选的，所述固定位具有一旋转轴，能够绕所述旋转轴在水平面内旋转。

为了解决上述问题，本发明的技术方案还提供一种TOF相机杂散光检测方法，包括：提供一待检测的TOF相机和一弧形反射镜面，所述TOF相机具有光源模块；将所述TOF相机镜头朝向所述弧形反射镜面设置；控制所述光源模块向所述弧形反射镜面发出检测光；TOF相机接收所述检测光经由所述反射镜面反射的反射光，并获取所述TOF相机的检测数据，以判断所述TOF相机是否有杂散光问题。

可选的，在检测过程中，调整所述反射镜面与所述TOF相机镜头之间的相对角度位置，获得所述TOF相机不同角度下的检测数据。

可选的，检测过程中，采用脉冲调制光作为检测光，单次曝光过程，检测光的脉冲强度与脉冲发光次数成反比。

可选的，将所述TOF相机设置于所述反射镜面的弧形圆心处。

可选的，固定所述TOF相机位置，将所述反射镜面沿一弧形圆周移动来调整所述反射镜面与所述TOF相机镜头之间的相对角度。

可选的，固定所述反射镜面位置，在水平面内旋转所述TOF相机，从而调整所述反射镜面与所述TOF相机镜头之间的相对角度。

可选的，所述反射镜面的反射面为圆柱形反射面或球形反射面。

可选的，通过调整所述反射镜面的曲率，调整检测距离。

本发明的TOF相机杂散光检测装置具有反射镜面，用于接收TOF相机发出的检测光，并反射回所述TOF相机处，作为检测杂散光的光源，无需额外设置光源。并且，由于，所述TOF相机发出的检测光为脉冲调制光，能够不受外界可见光的干扰，无需在暗室内进行检测，使得检测过程更为方便。通过TOF相机镜头与反射镜面之间的相对角度调整，实现对TOF相机各角度的杂散光检测。

本发明的TOF相机杂散光检测方法，利用TOF相机自身的光源模块发出检测光，由反射镜面汇聚反射光，模拟点光源，无需再额外设置检测光源；并且，由于所述TOF相机的光源模块发出的检测光为脉冲调制光，能够不受外界环境光的干扰，因此，可以降低对检测环境的要求；且可以通过降低单次发光强度，增加发光次数的方式，提高TOF相机的杂散光检测准确性，可以避免检测过程中，采用强光对人眼造成损害。

附图说明

图1为本发明一具体实施方式的TOF相机杂散光检测装置的结构示意图；

图2为本发明一具体实施方式的TOF相机杂散光检测装置的反射镜面的示意图；

图3～6为本发明一具体实施方式对TOF相机杂散光检测过程的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的TOF相机杂散光检测装置及其检测方法的具体实施方式做详细说明。

请参考图1，为本发明一具体实施方式的TOF相机杂散光检测装置的结构示意图。

所述杂散光检测装置包括：固定位101以及反射镜面102。

所述固定位101用于固定待检测的TOF相机。待检测的TOF相机具有镜头模块、光源模块、传感器等多个模块。所述固定位101可以包括固定支架，便于放置TOF相机。图1中，固定位101只是作为一个位置示意，并不代表所述固定位101的实际结构。可以根据放置TOF相机的方式，合理选择所述固定位101的具体结构，在此不作限定，只要能够将TOF相机固定在反射镜面102的反射光汇聚焦点位置即可。

所述反射镜面102，朝向所述固定位101设置，所述镜面的反射面为背向所述固定位凸起的弧形。所述反射镜面102用于反射所述TOF相机发出的检测光，反射光被所述TOF相机接收，而实现拍摄。

为了提高所述反射镜面102对检测光的反射效率，所述反射镜面102的反射面具有较高的镜面反射率，使得照射到所述反射镜面102的反射面上的检测光能够悉数被反射。例如所述反射镜面102的反射面可以为镀银表面。

为了提高进入所述TOF相机镜头的反射光与检测光之间的比例，所述反射镜面102可以为聚焦反射镜面，所述固定位101位于所述反射镜面102的反射聚焦焦点处，使得照射至所述反射镜面102上的检测光能够被反射并汇聚至所述TOF相机处，较佳的，可以精确调整所述固定位101和TOF相机的位置，使得所述TOF相机的镜头位于所述聚焦焦点处。

请参考图2，在一个具体实施方式中，所述反射镜面的反射面为一圆柱形反射面(如反射镜面102a所示)，所述固定位101(请参考图1)位于所述圆柱形反射面所在圆周的圆心处。在另一具体实施方式中，所述反射镜面的反射面为球形反射面(如反射镜面102b所示)，所述固定位101位于所述球形反射面的球心处。

较佳的，采用具有球形反射面的反射镜面102b能够最大程度提高对反射光的汇聚能力，提高TOF相机接收到的反射光强度。

继续参考图1，为了测试同一测试距离、不同角度的杂散光，所述反射镜面102的弧形半径设置为所述测试距离。所述反射镜面102可以为柔性材料，可以通过调整所述反射镜面102的曲率，调整所述反射镜面102的弧形半径来调整测试距离。

在一个具体实施方式中，反射镜面102可以以铝片作为基材，表面镀银作为铝片。在其他具体实施方式中，所述反射镜面102也可以为由多片小镜面连结而成的弧形镜面，虽然各个小镜面的曲率无法调整，但是可以通过调整各片小镜面之间的连接角度，实现对整个反射镜面102的曲率调整。

通过改变所述反射镜面102与固定位101上的TOF相机镜头之间的相对角度，可以使得所述TOF相机能够接受到不同角度的反射光，从而实现对各个角度的杂散光的检测。

在一个具体实施方式中，所述固定位101可以包括支撑杆以及固定于所述支撑杆顶部的放置位，TOF相机可以放置于所述放置位处，所述放置位能够以所述支撑杆为旋转轴，在水平面内进行旋转，从而调整TOF相机的镜头位置，即改变所述反射镜面102与固定位101上的TOF相机镜头之间的相对角度。

在该具体实施方式中，所述杂散光检测装置还包括：围绕所述固定位101设置的弧形的轨道103；所述反射镜面102设置于所述轨道103上，可沿所述轨道103移动；所述固定位101设置于所述轨道103的圆心处。所述轨道103的半径即为所述TOF相机的测试距离。所述反射镜面102卡设于所述轨道103上，以便沿所述轨道103移动。在其他具体实施方式中，所述反射镜面102可以通过一支撑杆安装于所述轨道103上，通过支撑杆沿轨道移动使得所述反射镜面沿轨道103移动。在其他具体实施方式中，所述反射镜面102还可以通过其他方式沿所述轨道103移动，在此不作限定。

该具体实施方式中，可以在保持TOF相机位置不变的情况下，通过移动反射镜面102的位置，改变所述反射镜面102与所述TOF相机镜头之间的相对角度，从而使得TOF相机接受到不同角度的反射光。

上述TOF相机的杂散光检测装置具有反射镜面，用于接收TOF相机发出的检测光，并反射回所述TOF相机处，作为检测杂散光的光源，无需额外设置光源。并且，由于，所述TOF相机发出的检测光为脉冲调制光，能够不受外界可见光的干扰，无需在暗室内进行检测，使得检测过程更为方便。通过TOF相机镜头与反射镜面之间的相对角度调整，实现对TOF相机各角度的杂散光检测。

本发明的具体实施方式还提供一种TOF相机杂散光检测方法。

步骤1：提供一待检测的TOF相机301和弧形反射镜面302(请参考图3)。

所述TOF相机301具有镜头模块3011和光源模块3012，所述镜头模块包括透光窗口，以及位于相机内部的透镜等镜头结构，图3中仅示出了所述透光窗口。所述光源模块3012包括激光器、发光窗口等，图3中仅示出了所述发光窗口。所述发光窗口设置于所述镜头模块3011的透光窗口一侧。

所述TOF相机301内部还包括光学传感单元，例如CMOS图像传感器等。所述TOF相机301的镜头朝向所述反射镜面302设置，所述反射镜面302能够接收到所述TOF相机301的光源模块3012所发出的检测光。

所述光源模块3012用于发射脉冲调制光，作为检测光。所述脉冲调制光具有一定的角度范围，通常是矩形发光图形，角度范围可以为60°×45°；在其他具体实施方式中，因发光单元的结构不同也可以具有其他角度范围。因此，在一定的角度范围内，所述光源模块3012发出的检测光均能够到达所述反射镜面302。所述检测光为波长850nm或940nm的近红外光。在其他具体实施方式中，所述检测光还可以为其他波长。

将所述反射镜面302朝向所述TOF相机301设置，为了提高反射至所述TOF相机301处的反射光能量，所述反射镜面302的反射面具有较高的镜面反射率，使得照射到所述反射镜面302的反射面上的检测光能够悉数被反射。例如所述反射镜面302的反射面可以为镀银表面。

在一个具体实施方式中，采用聚焦反射镜面作为所述反射镜面302，将所述TOF相机301固定于所述反射镜面302的反射聚焦焦点处，使得照射至所述反射镜面102上的检测光能够被反射并汇聚至所述TOF相机处。较佳的，可以精确调整所述TOF相机301的位置，使得所述TOF相机301的镜头位于所述聚焦焦点处。所述反射镜面302可以具有背向所述TOF相机301凸起的弧形反射面，将所述TOF相机301设置于所述反射镜面的弧形圆心处。

在一个具体实施方式中，所述反射镜面302的反射面可以为一圆柱形反射面(如反射镜面102a所示)；在另一具体实施方式中，所述反射镜面302的反射面可以为一球形反射面(如反射镜面102a所示)。

所述反射镜面302的中心可以与所述TOF相机301的镜头的透光窗口高度相同或接近。

步骤2：控制所述光源模块3012发出检测光，所述检测光经过所述反射镜面的反射。

所述检测光为脉冲调制光，可以控制所述检测光的发光频率和单次脉冲的发光强度。所述检测光具有一定的角度范围，通常是矩形发光图形，角度范围可以为60°×45°；在其他具体实施方式中，因发光单元的结构不同也可以具有其他角度范围。因此，在一定的角度范围内，所述光源模块3012发出的检测光均能够到达所述反射镜302。

所述检测光为波长850nm或940nm的近红外光。在其他具体实施方式中，所述检测光还可以为其他波长。

步骤3：TOF相机301接收所述检测光经由所述反射镜面反射的反射光，并获取所述TOF相机301的检测数据，以判断所述TOF相机是否有杂散光问题。

具体的，所述反射光经由所述TOF相机301的镜头进入所述TOF相机301内部，由所述光学传感单元将光信号转变为电信号，作为感应信号。当某一个角度的反射光通过所述镜头模块3011进入所述TOF相机301内部到达光学传感单元的过程中，受到多次反射折射等影响，产生了明显的杂散光，会导致所述光学传感单元产生的感应信号产生异常，例如部分区域的像素单元产生的感应信号超过置信区间。在一个具体实施方式中，TOF相机301在获得可视深度图像的同时，读取当前状态下的每个像素点的像素数值信息，通过判断区域的数值异常来判定是否有杂散光。一般地，除了理论上应该出现的反射光像素数值，当像素数值超过一定数值时，即可认定为杂散光造成的问题。

由于TOF相机在计算距离时，杂散光中即使很小的数值，也会造成测距精度的干扰。TOF相机检测的距离与(Q3-Q1)/(Q2+Q3-2Q1)成正比，其中，Q2、Q3分别为一个反射光脉冲，TOF相机连续两次收集到的光学传感单元产生的电荷数量，Q1为背景光产生的电荷数量。当杂散光进入某些像素时，Q1、Q2、Q3都会产生响应，但由于Q1、Q2和Q3的非一致性，会导致受到杂散光影响不同，所以即使微弱杂散光也会放大距离误差。因此，即便是微弱的杂散光也会容易使得像素单元输出的深度数据产生较大异常，使得杂散光易被检测出。

在一个具体实施方式中，在检测过程中，还可以调整所述反射镜面302与所述TOF相机301镜头之间的相对角度，获得所述TOF相机301不同角度下的检测数据。所述相对角度可以定义为：所述反射镜面302中心与所述TOF相机301镜头的透光窗口之间的连线与所述透光窗口的法线之间的夹角。在其他具体实施方式中，也可以将其他角度定义为所述相对角度。

请参考图4，在一个具体实施方式中，固定所述TOF相机301位置，将所述反射镜面302沿一弧形圆周移动来调整所述反射镜面302与所述TOF相机301镜头之间的相对角度。

该具体实施方式中，所述反射镜面302可以沿一弧形的轨道303移动，通过移动至设定的角度位置处，例如位置1、2和3，TOF相机301获取不同角度处的检测数据，判断不同角度处的杂散光问题。

可以通过调整所述轨道303的半径，以及所述反射镜面302的曲率，调整测试距离，从而实现多测试距离、多测试角度的杂散光检测。

请参考图5至图6，在本发明另一具体实施方式中，还可以固定所述反射镜面302位置，在水平面内旋转所述TOF相机301，从而调整所述反射镜面302与所述TOF相机301镜头之间的相对角度。这种情况下，可以无需设置所述轨道303。

由于在对相机的杂散光检测过程中，通常检测光源强度越大，检测的准确性越高。由于所述TOF相机301采用主动发光方式进行检测，当检测光的光强较大的情况下，容易对人眼造成损伤。在本发明的具体实施方式中，可以通过降低单次脉冲的光强，避免对人眼造成损伤；单次曝光过程，检测光的脉冲强度与脉冲发光次数成反比，提高单次曝光过程中，检测光的发光次数，即提高发光频率，可以降低检测光的脉冲强度。由于TOF相机301是通过累计脉冲能量的方式获取检测信号，因此，即便单次脉冲光强下降，但是由于发光次数增加，所述TOF相机301在单次曝光过程中，依然能够获取较高的反射光总能量，从而实现较为准确的杂散光检测。

本发明的TOF相机的杂散光检测方法，利用TOF相机自身的光源模块发出检测光，由反射镜面汇聚反射光，模拟点光源，无需再额外设置检测光源；并且，由于所述TOF相机的光源模块发出的检测光为脉冲调制光，能够不受外界环境光的干扰，因此，可以降低对检测环境的要求；且可以通过降低单次发光强度，增加发光次数的方式，提高TOF相机的杂散光检测准确性，可以避免检测过程中，采用强光对人眼造成损害。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种TOF相机杂散光检测装置，其特征在于，包括：

固定位，用于固定待检测的TOF相机；

反射镜面，朝向所述固定位设置，所述镜面的反射面为背向所述固定位凸起的弧形。

2.根据权利要求1所述的TOF相机杂散光检测装置，其特征在于，所述反射镜面为聚焦反射镜面，所述固定位设置于所述反射镜面的焦点处。

3.根据权利要求1所述的TOF相机杂散光检测装置，其特征在于，所述反射镜面的反射面为圆柱形反射面，所述固定位设置于所述圆柱形反射面的圆心处；或者，所述反射镜面的反射面为球形反射面，所述固定位设置于所述球形反射面的球心处。

4.根据权利要求1所述的TOF相机杂散光检测装置，其特征在于，所述反射镜面的曲率可调。

5.根据权利要求1所述的TOF相机杂散光检测装置，其特征在于，还包括：

围绕所述固定位设置的弧形的轨道；所述反射镜面设置于所述轨道上，可沿所述轨道移动；所述固定位设置于所述轨道的圆心处。

6.根据权利要求1所述的TOF相机杂散光检测装置，其特征在于，所述固定位具有一旋转轴，能够绕所述旋转轴在水平面内旋转。

7.一种TOF相机杂散光检测方法，其特征在于，包括：

提供一待检测的TOF相机和一弧形反射镜面，所述TOF相机具有光源模块；

将所述TOF相机镜头朝向所述弧形反射镜面设置；

控制所述光源模块向所述弧形反射镜面发出检测光；

TOF相机接收所述检测光经由所述反射镜面反射的反射光，并获取所述TOF相机的检测数据，以判断所述TOF相机是否有杂散光问题。

8.根据权利要求7所述的TOF相机杂散光检测方法，其特征在于，在检测过程中，调整所述反射镜面与所述TOF相机镜头之间的相对角度位置，获得所述TOF相机不同角度下的检测数据。

9.根据权利要求7所述的TOF相机杂散光检测方法，其特征在于，检测过程中，采用脉冲调制光作为检测光；单次曝光过程，检测光的脉冲强度与脉冲发光次数成反比。

10.根据权利要求7所述的TOF相机杂散光检测方法，其特征在于，将所述TOF相机设置于所述反射镜面的弧形圆心处。

11.根据权利要求7所述的TOF相机杂散光检测方法，其特征在于，固定所述TOF相机位置，将所述反射镜面沿一弧形圆周移动，以调整所述反射镜面与所述TOF相机镜头之间的相对角度。

12.根据权利要求7所述的TOF相机杂散光检测方法，其特征在于，固定所述反射镜面位置，在水平面内旋转所述TOF相机，从而调整所述反射镜面与所述TOF相机镜头之间的相对角度。

13.根据权利要求7所述的TOF相机杂散光检测方法，其特征在于，所述反射镜面的反射面为圆柱形反射面或球形反射面。

14.根据权利要求7所述的TOF相机杂散光检测方法，其特征在于，通过调整所述反射镜面的曲率，调整检测距离。