CN111624612A - 飞行时间相机模块的验证方法及其验证系统 - Google Patents

飞行时间相机模块的验证方法及其验证系统 Download PDF

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CN111624612A CN201910971700.8A CN201910971700A CN111624612A CN 111624612 A CN111624612 A CN 111624612A CN 201910971700 A CN201910971700 A CN 201910971700A CN 111624612 A CN111624612 A CN 111624612A
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Abstract

本发明提供一种飞行时间相机模块的验证方法及其验证系统。验证方法包括：提供校正后的飞行时间相机模块；利用飞行时间相机模块拍摄验证治具，以取得多组分别位于不同距离的标记影像；利用飞行时间相机模块所测得的多组标记影像的三维坐标计算出多组标记影像的多个测得尺寸；以及比较这些测得尺寸与这些组标记影像的实际尺寸，以决定飞行时间相机模块是否通过验证。本发明的验证方法以及验证系统能以较方便、简单的方式来进行验证，且可有效缩短验证所需的时间。

Description

飞行时间相机模块的验证方法及其验证系统
技术领域
本发明涉及一种验证方法及其验证系统，且特别是涉及一种飞行时间相机模块的验证方法及其验证系统。
背景技术
飞行时间(Time of Flight，TOF)测距是目前一种常见的主动式深度感测技术。TOF测距技术是发出经调变过的调变光(例如红外光)，调变光遇物体后反射，再根据被物体反射的调变光的反射时间差或相位差来换算被拍摄物体的距离，以产生深度信息。
若要实际运用飞行时间相机模块，其飞行时间相机模块的各个元件都必须经过误差校正。例如，透镜的参数校正、系统性测量误差校正、像素误差校正等等。系统性测量误差例如是飞行时间相机模块的拍摄模块的测量值的误差校正。通常方法是借由已知光强度的光源以及校正用的反射面，将此光源所发出的光束入射至校正用的反射面，并借由拍摄模块取得反射后的光束。之后，借由比较飞行时间相机模块所测得的距离与校正用反射面的实际距离，即可校正飞行时间相机模块的拍摄模块的测量值的误差。
再者，现有的验证校正后的飞行时间相机模块的验证方法是采用绝对距离验证法。绝对距离验证法例如是使用线性平移载台(Linear Translation Stage，LTS)，将反射面沿着线性平移载台放置在距离飞行时间相机模块不同的位置，并分别对反射面进行拍摄以取得多组量测距离。此多组量测距离与反射面在线性平移载台的真实距离的误差值即可反应校正后的飞行时间相机模块是否通过验证。
然而，反射面的反射率会影响所取得的量测距离。再者，放置在线性平移载台的反射面必须是垂直于飞行时间相机模块的拍摄方向才能保证验证后的结果具有可靠性，但实际操作时却难以保证反射面是垂直于飞行时间相机模块的拍摄方向，或者若欲确保反射面垂直于拍摄方向会花费过多的时间。
发明内容
本发明是针对一种飞行时间相机模块的验证方法及其验证系统，其能以较方便、简单的方式来进行验证，且可有效缩短验证所需的时间。
根据本发明的实施例，飞行时间相机模块的验证方法包括：提供校正后的飞行时间相机模块；利用飞行时间相机模块拍摄验证治具，以取得多组分别位于不同距离的标记影像；利用飞行时间相机模块所测得的多组标记影像的三维坐标计算出多组标记影像的多个测得尺寸；以及比较这些测得尺寸与这些组标记影像的实际尺寸，以决定飞行时间相机模块是否通过验证。
根据本发明的实施例，飞行时间相机模块的验证系统用以验证飞行时间相机模块。验证系统包括验证治具以及运算电路。运算电路用以接收来自飞行时间相机模块的讯号，其中飞行时间相机模块拍摄验证治具，以取得多组分别位于不同距离的标记影像，并将多组标记影像的相关信息传递至运算电路，运算电路用以利用飞行时间相机模块所测得的多组标记影像的三维坐标计算出多组标记影像的多个测得尺寸，且比较这些测得尺寸与这些组标记影像的实际尺寸，以决定飞行时间相机模块是否通过验证。
基于上述，由于本发明实施例的验证方法以及验证系统可直接拍摄摆放至不同位置的验证治具即可决定飞行时间相机模块是否通过验证，因此，本发明实施例的验证方法以及验证系统能以较方便、简单的方式来进行验证，且可有效缩短验证所需的时间。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。
附图说明
包含附图以便进一步理解本发明，且附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图说明本发明的实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。
图1A是依据本发明的一实施例的飞行时间相机模块的验证系统的方块图；
图1B是依据本发明的一实施例的一种飞行时间相机模块与验证治具的示意图；
图2是依据本发明的一实施例的飞行时间相机模块的验证方法的流程图；
图3是依据本发明的一实施例的另一种飞行时间相机模块与验证治具的示意图；
图4是依据本发明的一实施例的一种验证治具的示意图；
图5是依据本发明的一实施例的另一种验证治具的示意图；
图6是依据本发明的一实施例的另一种验证治具的示意图。
附图标号说明
100：验证系统；
120、120a、120b、120c：验证治具；
122、122a1、122a2、122b1、122b2、122c1、122c2、122c3、122c4、122c5、122c6、122c7、122c8：标记；
124a1、124a2、124b1、124b2、124c1、124c2、124c3、124c4、124c5、124c6、124c7、124c8：反光区；
126a1、126a2：吸光环状区；
128b、128c1、128c2：吸光底色区；
140：运算电路；
200：飞行时间相机模块；
C1、C1’、C2、C2’：几何中心；
D、D’、L、L1、L2、L3：距离；
EM：调变光；
I：标记影像；
S：测得尺寸；
S100、S120、S122、S140、S142、S144、S160、S162：步骤。
具体实施方式
现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同元件符号在图式和描述中用来表示相同或相似部分。
图1A是依据本发明的一实施例的飞行时间相机模块的验证系统的方块图。图1B是依据本发明的一实施例的一种飞行时间相机模块与验证治具的示意图。请参照图1A与图1B，本实施例的飞行时间相机模块的验证系统100用以验证校正后的飞行时间相机模块200。验证系统100包括验证治具120以及运算电路140。运算电路140用以接收来自飞行时间相机模块200的讯号，其中飞行时间相机模块200拍摄验证治具120的标记122，以取得多组分别位于不同距离L的标记影像I，并将多组标记影像I的相关信息传递至运算电路140，运算电路140用以利用飞行时间相机模块200所测得的多组标记影像I的三维坐标计算出多组标记影像I的多个测得尺寸S，且比较这些测得尺寸S与这些组标记影像I的实际尺寸，以决定飞行时间相机模块200是否通过验证。
上述的运算电路140例如是包括中央处理单元(central processing unit,CPU)、微处理器(microprocessor)、数字信号处理器(digital signal processor,DSP)、可程序化控制器、可程序化逻辑设备(programmable logic device,PLD)或其他类似装置或这些装置的组合，本发明并不加以限制。此外，在一实施例中，运算电路140的各功能可被实作为多个程序代码。这些程序代码会被储存在一个内存中，由运算电路140来执行这些程序代码。或者，在一实施例中，运算电路140的各功能可被实作为一或多个电路。本发明并不限制用软件或硬件的方式来实作运算电路140的各功能。
图2是依据本发明的一实施例的飞行时间相机模块的验证方法的流程图。请参照图2，具体而言，利用本实施例的飞行时间相机模块的验证系统100的验证方法包括：提供校正后的飞行时间相机模块200(步骤S100)；利用飞行时间相机模块200拍摄验证治具120，以取得多组分别位于不同距离的标记影像I(步骤S120)；利用飞行时间相机模块200所测得的多组标记影像I的三维坐标计算出多组标记影像I的多个测得尺寸S(步骤S140)；以及比较这些测得尺寸S与这些组标记影像I的实际尺寸，以决定飞行时间相机模块200是否通过验证(步骤S160)。
请再参考图1A、图1B与图2，步骤S120包括利用飞行时间相机模块200分别在多个不同的距离(即飞行时间相机模块200与校正治具120之间的距离L)拍摄验证治具120，以分别取得多组位于不同距离的标记影像I(步骤S122)。举例而言，可先将验证治具120摆放于某一个距离(例如图1B，使得飞行时间相机模块200与验证治具120之间的距离为L)，然后利用飞行时间相机模块200拍摄验证治具120一次，以取得一组标记影像I。然后，再将验证治具120摆放于另一个不同的距离，然后再利用飞行时间相机模块200再拍摄验证治具一次，以取得另一组标记影像I。如此重复移动验证治具120至另一个不同的位置然后对其拍摄，直到取得了所有的这些组分别位于不同距离的标记影像I。
详细来说，飞行时间相机模块200先发出调变光EM至验证治具120，例如是飞行时间相机模块200的光源发出调变光EM，而调变光EM例如红外光或其他波段的光。验证治具120具有多个标记122。入射至多个标记122的调变光EM会被多个标记122反射，被反射的调变光EM再由飞行时间相机模块200接收而形成标记影像I。此外，飞行时间相机模块200除了可像一般相机一样拍摄出验证治具120上的多个标记122的影像(即二维影像)之外，还可以测得影像的各像素的距离值(即此像素所对应的验证治具120上的点至飞行时间相机模块200的距离)。因此，前述飞行时间相机模块200所拍摄到的标记影像I所位于的距离即对应至验证治具120上的标记122至飞行时间相机模块200的距离。
在进行步骤S140之前，步骤S120更包括利用运算电路140从飞行时间相机模块200所拍摄到的画面辨识出多组标记影像I。
接着，飞行时间相机模块200的验证方法执行步骤S140。步骤S140包括：利用运算电路140计算出每一组标记影像I中的每一个标记影像I的几何中心(步骤S142)；以及利用每一组标记影像I中的多个标记影像I的多个几何中心所分别对应的三维坐标，计算出每一组标记影像I中的这些几何中心的距离，其中多组标记影像I中的这些几何中心的多个距离分别为这些测得尺寸S(步骤S144)。
再者，步骤S160包括计算出这些测得尺寸S分别相对于这些组标记影像I的实际尺寸的多个误差，并根据这些误差决定飞行时间相机模块200是否通过验证(步骤S162)。
也就是说，依据在上述的步骤S120所取得的标记影像I的各像素的位置及各像素对应的距离值(即深度值)，可计算出验证治具120上的标记122的几何中心的三维坐标。再借由标记122的几何中心的三维坐标可计算出多组标记122之间的距离(即测得尺寸S)。由于多组标记122之间的实际距离(实际尺寸)是已知的，借由比较标记122之间的测得尺寸S与实际尺寸，本实施例的验证方法可决定飞行时间相机模块200是否通过验证。
举例来说，在一实施例中，将验证治具120依次摆放至距离校正后的飞行时间相机模块200的m/n、2*m/n、…、n*m/n公尺处，其中n为正整数，且m公尺为飞行时间相机模块200的可量测范围，并依次取得n组位于不同距离的标记影像I(也就是步骤S120)。接着，再依序完成步骤S140至S160，使用者即可决定校正后的飞行时间相机模块200是否通过验证。
图3是依据本发明的一实施例的另一种飞行时间相机模块与验证治具的示意图。请参照图3，图3的实施例具有6个标记122，任意两个标记122即可作为一组标记，但在本实施例中仅简单的示意出其中三组，此三组标记122与飞行时间相机模块200之间的距离分别是L1、L2与L3。在另一实施例中，验证治具120可具有n组标记122，其中n为正整数。此n组标记122与飞行时间相机模块200之间的距离可不同。因此，飞行时间相机模块200可拍摄一次就能取得n组位于不同距离的标记影像I(也就是步骤S120)。接着，再依序完成步骤S140至S180，使用者即可决定校正后的飞行时间相机模块200是否通过验证。
图4是依据本发明的一实施例的一种验证治具的示意图。图5是依据本发明的一实施例的另一种验证治具的示意图。图6是依据本发明的一实施例的另一种验证治具的示意图。请参照图4、图5与图6，详细来说，本发明实施例的验证治具120a、120b、120c具有多个标记，多组标记影像I是由拍摄这些标记所得，这些标记的每一者具有反光区，且反光区为圆形反光区。
例如，图4的验证治具120a具有标记122a1、122a2。标记122a1具有一反光区124a1与吸光环状区126a1，且标记122a2具有反光区124a2与吸光环状区126a2。吸光环状区126a1、126a2分别环绕反光区124a1、124a2。反光区124a1的几何中心为C1，且反光区124a2的几何中心为C2。两个几何中心C1、C2之间的距离D即为前述的实际尺寸。此外，飞行时间相机模块200对标记122a1、122a2拍摄而得到标记影像I。运算电路140再计算出标记影像I的两个标记的几何中心之间的距离，即可计算出测得尺寸S。因此，根据距离D与测得尺寸S的误差可决定飞行时间相机模块200是否通过验证。
例如，图5的验证治具120b具有标记122b1、122b2。标记122b1、122b2分别具有反光区124b1、124b2。再者，验证治具120b更具有吸光底色区128b，这些标记122b1、122b2的多个反光区124b1、124b2分布于吸光底色区128b中。反光区124b1的几何中心为C1’，且反光区124b2的几何中心为C2’。两个几何中心C1’、C2’之间的距离D’即为前述的实际尺寸。
例如，图6的验证治具120c具有标记122c1、…、122c8。标记122c1、…、122c8分别具有反光区124c1、…、124c8。再者，验证治具120c更具有吸光底色区128c1、128c2。标记122c1、…、122c4的反光区124c1、…、124c4分布于吸光底色区128c1，且标记122c5、…、122c8的反光区124c5、…、124c8分布于吸光底色区128c2中。
值得一提的是，图6的验证治具120c为凸面体。验证治具120c具有多组分别位于不同距离的标记122c1、…、122c8。相较于上述的验证治具120a与120b，验证治具120c增加了可测试的距离(飞行时间相机模块200分别与标记122c1、…、122c8之间的距离)。图6简单地以二面体示意，本发明不以此为限。
再者，上述的验证治具120a、120b、120c的表面可以不用与拍摄方向垂直，这是因为运算电路140是借由计算标记影像I的几何中心的三维位置来得到两个标记122的几何中心的距离，因此不论验证治具120的表面倾斜或垂直于拍摄方向，都可计算出测得尺寸S，如此可增进验证的方便性，且有效地缩短验证时间。
此外，为了减少噪声(noise)对验证的影响，在本实施例中，上述的验证治具120a、120b、120c的反光区可为高反射率的材质，例如是具高反射率的白色涂层或是金属镜面。但本发明不以此为限，也可依需求而使用不同灰阶的反光区。再者，吸光环状区与吸光底色区可为高吸收率的材质，例如是具有高吸收率的黑色涂层，但本发明不以此为限。
再者，为了克服验证治具120的反光区的反光特性与飞行时间相机模块200在校正时所采用的反光面的反光特性不同所带来的验证结果的问题，在一实施例中，反光区的反光特性相同于飞行时间相机模块200在校正时所采用的反光面的反光特性。在另一实施例中，反光区的材质相同于飞行时间相机模块200在校正时所采用的反光面的材质。
综上所述，由于本发明实施例的验证方法以及验证系统可直接拍摄摆放至不同位置的验证治具即可决定飞行时间相机模块是否通过验证，因此，本发明实施例的验证方法以及验证系统能以较方便、简单的方式来进行验证，且可有效缩短验证所需的时间。再者，由于本发明实施例的验证治具上的标记的反光区为圆形反光区，借由验证系统所计算出来的标记的几何中心不会随着拍摄的位置的不同而使得计算出来的几何中心不同。验证治具的摆放位置与角度较不会影响验证结果。因此，采用本发明实施例的验证治具可取得更可靠的验证结果。
此外，由于本发明实施例的验证治具的反光区的反光特性相同于飞行时间相机模块在校正时所采用的反光面的反光特性，或反光区的材质相同于飞行时间相机模块在校正时所采用的反光面的材质，因此，本发明实施例的验证方法以及验证系统可克服反光区的反光特性与反光面的反光特性不同所带来的验证结果的问题。再者，本发明的一实施例的验证治具为凸面体，验证治具具有多组分别位于不同距离的标记，增加了可测试的距离(飞行时间相机模块分别与标记之间的距离)。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (16)

1.一种飞行时间相机模块的验证方法，其特征在于，包括：
提供验证后的飞行时间相机模块；
利用所述飞行时间相机模块拍摄验证治具，以取得多组分别位于不同距离的标记影像；
利用所述飞行时间相机模块所测得的所述多组标记影像的三维坐标计算出所述多组标记影像的多个测得尺寸；以及
比较所述多个测得尺寸与所述多组标记影像的实际尺寸，以决定所述飞行时间相机模块是否通过验证。
2.根据权利要求1所述的飞行时间相机模块的验证方法，其特征在于，利用所述飞行时间相机模块拍摄所述验证治具的步骤包括利用所述飞行时间相机模块分别在多个不同的距离拍摄所述验证治具，以分别取得所述多组位于不同距离的标记影像。
3.根据权利要求1所述的飞行时间相机模块的验证方法，其特征在于，所述验证治具具有多组分别位于不同距离的标记。
4.根据权利要求1所述的飞行时间相机模块的验证方法，其特征在于，利用所述飞行时间相机模块拍摄所述验证治具，以取得所述多组分别位于不同距离的标记影像的步骤还包括利用运算电路从飞行时间相机模块所拍摄到的画面辨识出多组标记影像。
5.根据权利要求1所述的飞行时间相机模块的验证方法，其特征在于，利用所述飞行时间相机模块所测得的所述多组标记影像的三维坐标计算出所述多组标记影像的所述多个测得尺寸的步骤包括：
计算出每一组标记影像中的每一个标记影像的几何中心；以及
利用每一组标记影像中的多个标记影像的多个几何中心所分别对应的三维坐标，计算出每一组标记影像中的所述多个几何中心的距离，其中所述多组标记影像中的所述多个几何中心的多个距离分别为所述多个测得尺寸。
6.根据权利要求1所述的飞行时间相机模块的验证方法，其特征在于，所述验证治具具有多个标记，所述多组标记影像是由拍摄所述多个标记所得，所述多个标记的每一者具有反光区，且所述反光区的反光特性相同于所述飞行时间相机模块在验证时所采用的反光面的反光特性。
7.根据权利要求1所述的飞行时间相机模块的验证方法，其特征在于，所述验证治具具有多个标记，所述多组标记影像是由拍摄所述多个标记所得，所述多个标记的每一者具有反光区，且所述反光区为圆形反光区。
8.根据权利要求1所述的飞行时间相机模块的验证方法，其特征在于，所述验证治具具有多个标记，所述多组标记影像是由拍摄所述多个标记所得，所述多个标记的每一者具有反光区与吸光环状区，所述吸光环状区环绕所述反光区。
9.根据权利要求1所述的飞行时间相机模块的验证方法，其特征在于，所述验证治具具有多个标记，所述多组标记影像是由拍摄所述多个标记所得，所述多个标记的每一者具有反光区，所述验证治具具有吸光底色区，所述多个标记的多个反光区分布于所述吸光底色区中。
10.一种飞行时间相机模块的验证系统，用以验证校正后的飞行时间相机模块，其特征在于，包括：
验证治具；以及
运算电路，用以接收来自所述飞行时间相机模块的讯号，其中所述飞行时间相机模块拍摄所述验证治具，以取得多组分别位于不同距离的标记影像，并将所述多组标记影像的相关信息传递至运算电路，所述运算电路用以利用所述飞行时间相机模块所测得的所述多组标记影像的三维坐标计算出所述多组标记影像的多个测得尺寸，且比较所述多个测得尺寸与所述多组标记影像的实际尺寸，以决定所述飞行时间相机模块是否通过验证。
11.根据权利要求10所述的飞行时间相机模块的验证系统，其特征在于，所述多组分别位于不同距离的标记影像是由所述飞行时间相机模块分别在多个不同的距离拍摄所述验证治具所得到的。
12.根据权利要求10所述的飞行时间相机模块的验证系统，其特征在于，所述验证治具具有多组分别位于不同距离的标记。
13.根据权利要求10所述的飞行时间相机模块的验证系统，其特征在于，所述运算电路用以计算出每一组标记影像中的每一个标记影像的几何中心，且利用每一组标记影像中的多个标记影像的多个几何中心所分别对应的三维坐标，计算出每一组标记影像中的所述多个几何中心的距离，其中所述多组标记影像中的所述多个几何中心的多个距离分别为所述多个测得尺寸。
14.根据权利要求10所述的飞行时间相机模块的验证系统，其特征在于，所述验证治具具有多个标记，所述多组标记影像是由拍摄所述多个标记所得，所述多个标记的每一者具有反光区，且所述反光区为圆形反光区。
15.根据权利要求10所述的飞行时间相机模块的验证系统，其特征在于，所述验证治具具有多个标记，所述多组标记影像是由拍摄所述多个标记所得，所述多个标记的每一者具有反光区与吸光环状区，所述吸光环状区环绕所述反光区。
16.根据权利要求10所述的飞行时间相机模块的验证系统，其特征在于，所述验证治具具有多个标记，所述多组标记影像是由拍摄所述多个标记所得，所述多个标记的每一者具有反光区，所述验证治具具有吸光底色区，所述多个标记的多个反光区分布于所述吸光底色区中。
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