CN112702488A - 测试结构件、ToF装置以及镜头脏污检测方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种测试结构件、ToF装置以及ToF装置的镜头脏污检测方法，能够提升ToF模组摄制的图像的准确性。所述测试结构件用于设置到ToF模组的出光方向上，以检测所述ToF模组的透明盖板表面的镜头脏污情况，所述测试结构件包括两个子件，所述子件具有反射面，且所述两个子件的反射面的反射率差值大于等于预设阈值。

Description

测试结构件、ToF装置以及镜头脏污检测方法

技术领域

本申请涉及ToF领域，具体涉及测试结构件、ToF装置以及ToF装置的镜头脏污检测方法。

背景技术

飞行时间(ToF，Time of Flight)相机通过传感器发出的脉冲信号从发射到接收的时间间隔或激光往返被测物体一次所产生的相位来实现对被测物体的距离、三维结构或三维轮廓的测量。ToF传感器可同时获得灰度图像和距离图像，广泛应用在体感控制、行为分析、监控、自动驾驶、人工智能、机器视觉和自动3D建模等诸多领域。

人们通常使用ToF模组摄制待检测区域中的深度图像或者灰度图像，以便针对该待检测区域进行分析，从而进行后续规划，如进行路径规划等。因此，ToF模组摄制的图像的准确性是非常重要的。

亟需提出一种能够提升ToF模组摄制的图像的准确性的技术。

发明内容

鉴于此，本申请提供一种测试结构件、ToF装置以及镜头脏污检测方法，能够提升ToF模组摄制的图像的准确性。

本申请提供的一种测试结构件，用于设置到ToF模组的出光方向上，以检测所述ToF模组的透明盖板表面的镜头脏污情况，所述测试结构件包括两个子件，所述子件具有反射面，且所述两个子件的反射面的反射率差值大于等于预设阈值。

可选的，所述两个子件的反射面分布于同一平面内，且所述两个子件的反射面相接，所述预设阈值为50％。

可选的，所述子件包括反射面的反射率为85％至95％的第一子件，以及反射面的反射率为5％至10％的第二子件。

可选的，所述第一子件与第二子件的反射面具有不同颜色，从而具有不同的反射率，且所述第一子件的反射面包括白色反射面，所述第二子件反射面包括黑色反射面。

本申请还提供了一种ToF装置，包括所述的测试结构件，以及ToF模组，其中，所述ToF模组包括：

ToF传感器件，用于发射检测光信号以及接收反射光信号，以获取灰度图像；

透明盖板，设置在所述ToF传感器件的出光方向上，用于保护所述ToF传感器件；

所述ToF模组被配置为朝向所述反射面发射检测光信号以及接收所述反射光信号，以进行镜头脏污检测。

可选的，所述ToF传感器件包括传感阵列，所述两个子件的反射面相接，且进行镜头脏污检测时，所述两个子件的反射面的面积之和大于等于所述传感阵列的面积。

可选的，还包括控制器，所述控制器被配置为：

控制所述ToF传感器件朝向所述测试结构件出射所述检测光信号，以及控制所述ToF传感器件接收所述反射光信号，并根据所述反射光信号获取标准灰度图像，以及获取实测灰度图像；

比较所述标准灰度图像以及所述实测灰度图像，并根据比较结果输出状态值。

可选的，还包括报警单元，连接至控制器，用于根据所述状态值发出警报。

本申请还提供了一种所述ToF装置的镜头脏污检测方法，包括以下步骤：

获取提前配置的标准灰度图像；

控制ToF传感器件朝向所述测试结构件出射所述检测光信号，并接收所述反射光信号，根据所述反射光信号获取所述测试结构件的实测灰度图像；

比较所述标准灰度图像以及所述实测灰度图像，并根据比较结果判断所述透明盖板上是否存在镜头脏污。

可选的，比较所述标准灰度图像以及所述实测灰度图像时，包括以下步骤：

根据所述子件分割所述标准灰度图像和实测灰度图像，获取与各个子件对应的标准区块和实测区块；

获取各个标准区块以及各个实测区块中所有像素点的灰度值均值，作为各个子件的标准均值和实测均值；

比较各个子件的标准均值以及实测均值，从而获取所述比较结果。

可选的，所述子件包括第一子件以及第二子件，且所述第一子件的反射面的反射率高于所述第二子件的反射面的反射率，比较各个子件的标准均值以及实测均值，从而获取所述比较结果时，若第一子件的标准均值大于实测均值，且所述第二子件的标准均值小于实测均值，则判定所述透明盖板表面存在镜头脏污，否则无镜头脏污。

可选的，还包括以下步骤：

获取所述第一子件或第二子件的实测均值与所述标准均值的比值；

根据所述比值的大小，判断所述透明盖板表面的镜头脏污程度。

可选的，使用所述第一子件的比值判断所述镜头脏污程度时，所述比值与所述镜头脏污程度负相关。

可选的，使用所述第二子件的比值判断所述镜头脏污程度时，所述比值与所述镜头脏污程度正相关。

本申请的测试结构件、ToF装置以及ToF装置的镜头脏污检测方法使用测试结构件来输出一个标准灰度图像，在实测过程中，只需将实测灰度图像与标准灰度图像对比，即可获取当前所述ToF模组的透明盖板表面的镜头脏污情况，简单方便。这样，可以获知所述ToF模组的透明盖板表面是否有镜头脏污，在有镜头脏污时，可以及时除尘，从而提升摄制出来的图像的准确性，优化图像效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一实施例中所述测试结构件的结构示意图。

图2为一实施例中所述ToF装置的结构示意图。

图3a为一实施例中所述标准灰度图像的示意图。

图3b为一实施例中有镜头脏污时所述实测灰度图像的示意图。

图4为一实施例中所述的镜头脏污检测方法的步骤流程示意图。

图5为一实施例中比较所述标准灰度图像以及所述实测灰度图像时的步骤流程示意图。

图6为一实施例中根据所述减一结果值输出的灰度图像。

具体实施方式

发明人研究发现，现有技术中，影响ToF模组摄制的图片的准确性的一大因素，就是ToF模组的透明盖板上的镜头脏污对摄制的图片的准确性的影响，镜头脏污包括镜头上附着的灰尘等。

为了克服上述问题，发明人提出了一种测试结构件、ToF装置以及ToF装置的镜头脏污检测方法，来检测所述透明盖板上的镜头脏污，以便人们及时透明盖板上的镜头脏污，优化摄制的图片的准确性。

请参阅图1，为一实施例中所述测试结构件的结构示意图。

在该实施例中，所述测试结构件101用于设置到ToF模组的出光方向上，以反射所述ToF模组出射的检测光信号，从而检测所述ToF模组的透明盖板表面的镜头脏污情况。所述测试结构件包括至少两个具有不同的反射率的子件，反射率差值至少为预设阈值。

使用所述测试结构件101进行镜头脏污检测时，原理如下：

使用ToF模组对反射面的反射率不同的两个子件发射检测光信号时，若所述ToF模组的透明盖板表面存在镜头脏污，则镜头脏污会改变所述子件的反射率，使得具有较大反射率的子件其反射率减小，对应的图像区块的灰度值均值变小，又会使得具有较小反射率的子件其反射率增大，对应的图像区块的灰度值均值变大。

需要注意的是，在使用所述测试结构件101来判断所述ToF模组的透明盖板上是否有镜头脏污时，需要调整所述ToF模组与所述测试子件的距离，使得所述ToF模组能够获取到清晰的灰度图像。并且，在使用所述测试结构件101获取标准灰度图像与实测灰度图像时，所述测试结构件与所述ToF模组的距离要相同。

所述两个子件的反射面设置在同一平面，在使用该测试结构件101检测ToF模组的透明盖板是否有镜头脏污时，可以直接将所述ToF模组放置在所述反射面前方，使得所述ToF模组的检测光信号出射时，所述检测光信号的中心轴垂直于所述两个子件的反射面，便于对检测结果进行分析。

在该实施例中，所述子件包括反射板，所述反射板的一侧表面作为反射面，当设置所述两个子件时，将两个反射板设置在同一平面，并且通过第一边缘相接，这时，所述两个反射面的也相接，中间不存在缝隙。实际上，也可根据需要使得所述两个子件的反射面存在具有缝隙。

所述两个反射板的尺寸相同，所述两个反射面的尺寸也相同。实际上，也可根据需要设置所述子件的具体结构，例如将两个子件设置成不同形状的物体，以适应不同的需求，以及根据需要设置所述反射面的具体尺寸，如将两个反射面设置成一大一小，或一小一大，或相同大小，只要能够满足反射率差值的要求即可。

所述两个子件的反射面的材质相同，均为塑料板或玻璃板，且两个子件的反射面表面粗糙，从而进行漫反射。实际上，只要所述测试结构件101中各个子件的反射率已知，并且具有一定的反射率差值，就可以实现镜头脏污检测效果，因此，在实际实践过程中，本领域的技术人员可以根据需要设置所述子件的反射面的材料。

所述预设阈值为50％，以使得所述镜头脏污对两个子件的反射率的影响相反。实际上，也可根据需要设置所述两个子件的反射率差值，两个子件的反射率差值越大，镜头脏污对两个子件的影响的差别越大。

所述子件包括反射率为85％至95％的第一子件1011，以及反射率为5％至10％的第二子件1012。

在一些实施例中，两个子件的反射面颜色不同，材质相同，通过颜色的区别来使得所述两个子件的反射面具有不同的反射率。例如，所述第一子件1011的反射面包括白色反射面，所述第二子件1012反射面包括黑色反射面。所述白色反射面和黑色反射面的反射率差值至少有70％，大于所述预设阈值。

本申请的实施例中还提供了一种ToF装置。

请参阅图2，为一实施例中所述ToF装置的结构示意图。

在该实施例中，所述ToF装置包括所述的测试结构件101(请参考图1)以及ToF模组200。

所述ToF模组200包括ToF传感器件201以及透明盖板202。

所述ToF传感器件201用于发射检测光信号以及接收反射光信号，以获取灰度图像，包括ToF发射单元以及传感阵列，其中所述ToF发射单元用于发射检测光信号，所述传感阵列用于接收外界反射回来的反射光信号，以获取深度图像或灰度图像中的至少一种。

所述透明盖板202设置在所述ToF传感器件201的出光方向上，用于保护所述ToF传感器件201，防止所述ToF传感器件201被碰撞，发生毁损。在一些实施例中，所述透明盖板202为透明玻璃盖板，实际上，所述透明盖板202也可以是透明塑料盖板，只要透明且具有一定的硬度，能够保护所述ToF传感器件201即可。

ToF发射单元以及传感阵列被配置为朝向所述反射面发射检测光信号以及接收所述反射光信号，以进行镜头脏污检测。所述两个子件的反射面相接，且进行镜头脏污检测时，所述两个子件的反射面的面积之和大于等于所述传感阵列投影到所述反射面的视野面积，只要距离合适，所述两个子件可以接收到所有来自所述ToF发射单元的检测光信号，经所述两个子件反射回去的反射光信号强度更高，镜头脏污检测结果更准确。

由于所有自ToF发射单元发出的检测光信号，以及所述传感阵列接收的反射光信号都会穿过所述透明盖板202，因此所述透明盖板202的表面镜头脏污情况会直接影响到所述ToF装置摄制的图像的质量，所述ToF装置需要利用所述测试结构件101来检测所述透明盖板202表面的镜头脏污情况，以便及时清理所述透明盖板202表面的镜头脏污，保证所述ToF装置摄制的图像质量。

在该实施例中，所述ToF装置还包括控制器，所述控制器被配置为：控制所述ToF发射单元朝向所述测试结构件出射所述检测光信号，以及控制所述ToF传感器件接收所述反射光信号，并根据接受到的反射光信号获取标准灰度图像以及实测灰度图像；比较所述标准灰度图像以及所述实测灰度图像，并根据比较结果输出状态值。

具体的，在有镜头脏污时，输出第一状态值，表示当前所述透明盖板202表面存在镜头脏污，在没有镜头脏污时，输出第二状态值，表示当前所述透明盖板202表面不存在镜头脏污。其他连接至所述控制器的外接设备可以根据所述状态值进行进一步的计算规划。

所述标准灰度图像如图3a所示。图3a为一实施例中所述标准灰度图像的示意图。从该图3a中可以看出，对反射率较大的第一子件1011而言，其标准灰度图像的灰度值较大，因此所述标准均值也较大。对射率较小的第二子件1012而言，其标准灰度图像的灰度值较小，因此所述标准均值也较小。

请参考图3b，为一实施例中有镜头脏污时所述实测灰度图像的示意图。

在图3b所示的实施例中，由于透明盖板202上的镜头脏污对第一子件1011和第二子件1012的反射率的模糊，会使得第一子件1011的较高反射率被模糊，也会使得所述第二子件1012的较低的反射率被模糊，因此，对第一子件1011而言，实测灰度图像的对应区块的灰度值均值会变小，对第二子件1012而言，实测灰度图像的对应区块的灰度值均值会变大。

因此，在使用所述测试结构件进行镜头脏污检测时，通过判断两个对应区块的灰度值均值是否发生符合上述描述的变化，就可以检测到当前所述透明盖板202表面是否有镜头脏污，非常的简单方便。

所述ToF模组200可以应用到扫地机、拖地机等设备时，由于这些设备需要随时摄取当前场景的图像信息以进行路径规划，因此需要时刻关注这些设备上装配的ToF模组200的透明盖板202上的镜头脏污情况。这时，可以将所述测试结构件101装配到这些扫地机、拖地机等设备的充电点，每当设备运动到充电点，就可以使用所述测试结构件进行镜头脏污检测101，以便用户及时维护所述ToF模组200，从而摄制出更清晰的图像信息，实现更精准的路径规划分析。

在一些实施例中，所述ToF装置在出厂之前获取一次标准灰度图像，且对应的ToF模组200与测试结构件101的距离已知。出厂后，可以控制所述ToF模组200在每一次上电时都获取一次实测灰度图像，以保证每次重启所述ToF装置时都能够对所述透明盖板202表面的镜头脏污情况进行检测和分析，保证能进行及时的维护。实际上，本领域的技术人员也可根据需要设置获取实测灰度图像的时机和频次。例如，在所述ToF模组200长期开启的情况下，每隔一定时长获取一次实测灰度图像，这也能保证用户对所述ToF装置的及时维护。

所述测试结构件101安装在固定位置，与所述ToF模组200分立。在进行镜头脏污检测时，需要调整所述ToF模组200朝向所述测试结构件101，并且保证ToF模组200与测试结构件101的距离为已知距离即可。所述控制器能够根据已知的距离计算判定所述透明盖板202的表面是否有镜头脏污。

在一些优选的实施例中，所述ToF模组200与测试结构件101的距离与标准灰度图像对应的检测距离相同，这样无需所述控制器针对不同的检测距离做更多的计算，能够有效减少所述控制器的计算量。

在一些其他的实施例中，所述ToF模组200与所述测试结构件101也可装配在同一壳体上，因此可以保证所述ToF模组200与所述测试结构件101的相对位置可变。

在进行镜头脏污检测时，所述ToF传感器件201与所述测试结构件101的距离至少为10cm，所述测试结构件101的结构如图1所示，具有第一子件1011和第二子件1012，且所述第一子件1011和第二子件1012的反射面设置在同一平面上，并且具有一条相接的边。两个子件组成的测试结构件的中心轴与所述ToF传感器件201发出的检测光信号的中心轴重合。

所述ToF装置还包括报警单元，所述报警单元连接至控制器，用于根据所述状态值发出警报，这样每次检测到所述透明盖板202表面有镜头脏污时，都可以及时通知到用户进行维护，擦去所述透明盖板202表面的镜头脏污。

所述报警单元包括蜂鸣器和LED灯中的至少一种。实际上，也可根据需要设置所述报警单元的具体结构。

本申请的一实施例中还提供了一种使用所述ToF装置进行镜头脏污检测方法。

请参阅图4，为一实施例中所述的镜头脏污检测方法的步骤流程示意图。

在该实施例中，所述镜头脏污检测方法包括以下步骤：

步骤S301：获取提前配置的标准灰度图像。

提前配置的标准灰度图像可以是在ToF装置出厂前就配置好的，也可以是在出厂后，在用户的控制下配置的。在获取标准灰度图像时，需要确定所述透明盖板表面无镜头脏污。

步骤S302：控制ToF传感器件朝向所述测试结构件101(详见图1)出射所述检测光信号，并接收所述反射光信号，根据所述反射光信号获取所述测试结构件101的实测灰度图像，以获取所述测试结构件的实测灰度图像；

步骤S303：比较所述标准灰度图像以及所述实测灰度图像，并根据比较结果判断所述透明盖板上是否存在镜头脏污。

所述测试结构件101包括反射率较高的第一子件1011(详见图1)，以及反射率较低的第二子件1012(详见图2)，所述第一子件1011和第二子件1012的反射率差值大于等于50％。

在一些实施例中，通过设置所述子件的反射面的颜色，来保证各个子件的反射面间具有不同反射率。例如，设置具有白色反射面的第一子件和具有黑色反射面的第二子件，所述第一子件对检测光信号的反射率较高，大约在90％左右，所述第二子件对检测光信号的反射率较低，大约在10％左右，所述第一子件和第二子件的反射率差值至少为70％，满足反射率差值大于等于所述预设阈值的要求。实际上，也可设置所述子件的反射面具有其他颜色，如深灰色、浅灰色等，来调整所述子件的反射面的反射率。

请参阅图5，为一实施例中比较所述标准灰度图像以及所述实测灰度图像时的步骤流程示意图。在该实施例中，在比较所述标准灰度图像以及所述实测灰度图像时，包括以下步骤：

步骤S401：根据所述子件分割所述标准灰度图像和实测灰度图像，获取与各个子件对应的标准区块和实测区块；

步骤S402：获取各个标准区块以及各个实测区块中所有像素点的灰度值均值，作为各个子件的标准均值和实测均值；

步骤S403：比较各个子件的标准均值以及实测均值，从而获取所述比较结果。

所述子件包括第一子件1011(详见图1)以及第二子件1012(详见图1)，且所述第一子件1011的反射面的反射率高于所述第二子件1012的反射面的反射率，比较各个子件的标准均值以及实测均值，从而获取所述比较结果时，若第一子件1011的标准均值大于实测均值，且所述第二子件1012的标准均值小于实测均值，则判定所述透明盖板202(详见图2)表面存在镜头脏污，否则无镜头脏污。

在进行镜头脏污检测时，还包括以下步骤：获取所述第一子件1011或第二子件的实测均值与所述标准均值的比值；根据所述比值的大小，判断所述透明盖板202表面的镜头脏污程度。

由于所述第一子件1011对检测光信号的反射率较大，在有镜头脏污时，该第一子件1011的实测均值变小；且镜头脏污越多，所述实测均值越小。因此，所述实测均值与标准均值的比值越小，则说明镜头脏污越多，所述比值与所述镜头脏污程度负相关。

由于所述第二子件1012对检测光信号的反射率较小，在有镜头脏污时，该第二子件1012的实测均值变大；且镜头脏污越多，均值越大，因此，所述实测均值与标准均值的比值越大，则说明镜头脏污越多，所述比值与所述镜头脏污程度正相关。

在进行镜头脏污检测时，还包括以下步骤：获取各个子件对应的实测区块与标准区块的各个像素点的像素值比值，并将获取到的所述像素值比值减一，并根据减一值输出灰度图像。此处请参阅图6，为一实施例中根据所述减一结果值输出的灰度图像。可以看出，在对比度区间比较窄时，所述第一子件1011的减一结果值输出的灰度图像整体灰度较小，颜色较深，而所述第二子件1012的减一结果值输出的灰度图像整体灰度较大，颜色较浅。

本申请的测试结构件、ToF装置以及ToF装置的镜头脏污检测方法使用测试结构件来输出一个标准灰度图像，在实测过程中，只需将实测灰度图像与标准灰度图像对比，即可获取当前所述ToF模组的透明盖板表面的镜头脏污情况，从而方便用户维护所述ToF模组，能够在所述透明盖板表面有镜头脏污时及时擦除，提高所述ToF模组获取的深度图像或者灰度图像的准确性。

以上所述仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，例如各实施例之间技术特征的相互结合，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (14)

1.一种测试结构件，其特征在于，用于设置到ToF模组的出光方向上，以检测所述ToF模组的透明盖板表面的镜头脏污情况，所述测试结构件包括两个子件，所述子件具有反射面，且所述两个子件的反射面的反射率差值大于等于预设阈值。

2.根据权利要求1所述的测试结构件，其特征在于，所述两个子件的反射面分布于同一平面内，且所述两个子件的反射面相接，所述预设阈值为50％。

3.根据权利要求1所述的测试结构件，其特征在于，所述子件包括反射面的反射率为85％至95％的第一子件，以及反射面的反射率为5％至10％的第二子件。

4.根据权利要求3所述的测试结构件，其特征在于，所述第一子件与第二子件的反射面具有不同颜色，从而具有不同的反射率，且所述第一子件的反射面包括白色反射面，所述第二子件反射面包括黑色反射面。

5.一种ToF装置，其特征在于，包括如权利要求1所述的测试结构件，以及ToF模组，其中，所述ToF模组包括：

ToF传感器件，用于发射检测光信号以及接收反射光信号，以获取灰度图像；

透明盖板，设置在所述ToF传感器件的出光方向上，用于保护所述ToF传感器件；

所述ToF模组被配置为朝向所述反射面发射检测光信号以及接收所述反射光信号，以进行镜头脏污检测。

6.根据权利要求5所述的ToF装置，其特征在于，所述ToF传感器件包括传感阵列，所述两个子件的反射面相接，且进行镜头脏污检测时，所述两个子件的反射面的面积之和大于等于所述传感阵列的面积。

7.根据权利要求5所述的ToF装置，其特征在于，还包括控制器，所述控制器被配置为：

控制所述ToF传感器件朝向所述测试结构件出射所述检测光信号，以及控制所述ToF传感器件接收所述反射光信号，并根据所述反射光信号获取标准灰度图像，以及获取实测灰度图像；

比较所述标准灰度图像以及所述实测灰度图像，并根据比较结果输出状态值。

8.根据权利要求7所述的ToF装置，其特征在于，还包括报警单元，连接至控制器，用于根据所述状态值发出警报。

9.一种权利要求5所述的ToF装置的镜头脏污检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取提前配置的标准灰度图像；

控制ToF传感器件朝向所述测试结构件出射所述检测光信号，并接收所述反射光信号，根据所述反射光信号获取所述测试结构件的实测灰度图像；

比较所述标准灰度图像以及所述实测灰度图像，并根据比较结果判断所述透明盖板上是否存在镜头脏污。

10.根据权利要求9所述的镜头脏污检测方法，其特征在于，比较所述标准灰度图像以及所述实测灰度图像时，包括以下步骤：

根据所述子件分割所述标准灰度图像和实测灰度图像，获取与各个子件对应的标准区块和实测区块；

获取各个标准区块以及各个实测区块中所有像素点的灰度值均值，作为各个子件的标准均值和实测均值；

比较各个子件的标准均值以及实测均值，从而获取所述比较结果。

11.根据权利要求10所述的镜头脏污检测方法，其特征在于，所述子件包括第一子件以及第二子件，且所述第一子件的反射面的反射率高于所述第二子件的反射面的反射率，比较各个子件的标准均值以及实测均值，从而获取所述比较结果时，若第一子件的标准均值大于实测均值，且所述第二子件的标准均值小于实测均值，则判定所述透明盖板表面存在镜头脏污，否则无镜头脏污。

12.根据权利要求11所述的镜头脏污检测方法，其特征在于，还包括以下步骤：

获取所述第一子件或第二子件的实测均值与所述标准均值的比值；

根据所述比值的大小，判断所述透明盖板表面的镜头脏污程度。

13.根据权利要求12所述的镜头脏污检测方法，其特征在于，使用所述第一子件的比值判断所述镜头脏污程度时，所述比值与所述镜头脏污程度负相关。

14.根据权利要求12所述的镜头脏污检测方法，其特征在于，使用所述第二子件的比值判断所述镜头脏污程度时，所述比值与所述镜头脏污程度正相关。

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