CN115580761A - 影像获取装置、光学识别方法及光学识别系统 - Google Patents

Abstract

一种光学识别方法，其适用于光学识别装置，光学识别装置包含控制装置、空间光调节器以及光感测器，其中光学识别方法包含：利用光学识别装置自物理环境获取对应的第一影像；识别第一影像中至少一高亮度像素；控制空间光调节器依据至少一高亮度像素的位置产生第二影像，且第二影像的分辨率大于第一影像的分辨率；以及基于第二影像识别物理环境中的至少一复归反射器的图案。本发明还涉及一种影像获取装置和一种光学识别系统。

Description

影像获取装置、光学识别方法及光学识别系统

技术领域

本公开文件涉及一种影像获取装置、光学识别方法及光学识别系统，特别是一种关于单像素相机的影像获取装置、光学识别方法及光学识别系统。

背景技术

在目前光学识别的应用领域之中，经常利用光学相机来拍摄物理环境中的待定位物体，并通过识别所拍摄的相片中粘贴于待定位物体表面的二维条码，判断待定位物体的位置或是其他信息。

然而，上述的作法存在几种缺陷。举例来说，二维条码可能位于阴影之中而无法被清楚识别，亦或是拍摄的相片可能包含其他敏感信息导致有机密外流的风险。

发明内容

本公开文件提供一种影像获取装置，其包含镜头、空间光调节器、光感测器以及控制装置。镜头，包含一第一透镜，用以自物理环境接收复数个反射光线，且物理环境包含至少一复归反射器。空间光调节器用以自第一透镜接收反射光线，并选择性将反射光线传播至第二透镜。光感测器用以自第二透镜接收反射光线以产生感测结果。控制装置耦接空间光调节器以及光感测器，并用以：根据光感测器的感测结果产生对应于物理环境的第一影像；识别第一影像中复数个高亮度像素；控制空间光调节器依据高亮度像素的位置产生第二影像，且第二影像的分辨率大于第一影像的分辨率；以及基于第二影像识别至少一复归反射器的图案。

本公开文件提供一种光学识别方法，其适用于光学识别装置。光学识别装置包含控制装置、空间光调节器以及光感测器。光学识别方法包含以下流程：利用光学识别装置自物理环境获取对应的第一影像；识别第一影像中至少一高亮度像素；控制空间光调节器依据至少一高亮度像素的位置产生第二影像，且第二影像的分辨率大于第一影像的分辨率；以及基于第二影像识别物理环境中的至少一复归反射器的图案。

本公开文件提供一种光学识别系统，其位于物理环境中，且包含第一影像获取装置和第二影像获取装置。第一影像获取装置用于产生具有第一频率的第一光线。第二影像获取装置用于产生具有第二频率的第二光线，且第一频率不同于第二频率。当物理环境产生至少一反射光线时，第一影像获取装置与第二影像获取装置分别用以依据至少一反射光线中对应第一光线的部分和对应第二光线的部分执行以下运行：产生对应于物理环境的第一影像；识别第一影像中至少一高亮度像素；依据至少一高亮度像素的位置产生第二影像，其中第二影像的分辨率大于第一影像的分辨率；以及基于第二影像识别物理环境中至少一复归反射器的图案。

上述的光学识别装置以及光学识别方法的优点之一，在于能够去除相片可能包含的其他敏感信息，进而达到去识别化的技术效果。

上述的光学识别装置以及光学识别方法的优点之一，在于能够改善二维条码在阴影之中无法被清楚识别的问题。

附图说明

图1为根据本公开文件一些实施例所示出的光学识别装置的示意图。

图2A及图2B为根据本公开文件一些实施例所示出的空间光调节器的示意图。

图3为根据本公开文件一些实施例所示出的影像获取装置的前视图与侧视图。

图4为根据本公开文件一些实施例所示出的影像获取装置的操作示意图。

图5A～5C为根据本公开文件一些实施例所示出的复归反射器的示意图。

图6为根据本公开文件一些实施例所示出的光学识别方法的操作流程图。

图7A～7C为根据图6的实施例所示出的光学识别方法的操作示意图。

附图标记说明：

100：光学识别装置

110：第一透镜

120：空间光调节器

130：第二透镜

140：光感测器

150：控制装置

101：视野范围

102：平面影像

151：模拟数字转换器

152：信号处理器

153：存储器

154：重建单元

PX：显示像素

200：区域

300,300-1,300-2：影像获取装置

310：镜头

311：发光二极管

312：透镜

RF,RF1,RF2,RF3：复归反射器

Freq1,Freq2：频率

600：光学识别方法

S601～S603：流程

701,702,703：平面影像

具体实施方式

下文是举实施例配合附图作详细说明，但所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用来限定本发明，而结构操作的描述非用以限制其执行的顺序，任何由元件重新组合的结构，所产生具有均等技术效果的装置，皆为本发明公开内容所涵盖的范围。

在全篇说明书与权利要求所使用的用词(terms)，除有特别注明外，通常具有每个用词使用在此领域中、在此公开的内容中与特殊内容中的平常意义。某些用以描述本公开的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本公开的描述上额外的引导。

图1为根据本公开文件一些实施例所示出的光学识别装置100的示意图。如图1所示，光学识别装置100包含第一透镜110、空间光调节器120、第二透镜130、光感测器140以及控制装置150。

操作上，光学识别装置100可以通过第一透镜110以及空间光调节器120，自物理环境中获取对应于视野范围101的二维平面影像102。更详细地说，第一透镜110可以自物理环境中接收复数个反射光线，并将接收到的反射光线传至空间光调节器120。空间光调节器120则可以经由控制装置150的控制，将第一透镜110接收的反射光线选择性地朝第二透镜130传播，使得反射光线可以被第二透镜130聚焦于光感测器140。最后，控制装置150再依据光感测器140的感测结果，建立对应于视野范围101的物理环境的二维的平面影像102。

在一些实施例中，空间光调节器120可以由数字微镜装置(Digital micromirrordevice，简称DMD)来实现，且光学识别装置100可以是单像素相机(Single pixel camera)。

图2A及图2B为根据本公开文件一些实施例所示出的空间光调节器120的示意图。如图2A及2B所示，空间光调节器120包含由复数个微镜组成的反射阵列，且上述的每一个微镜的倾斜角度皆可以经由控制装置150控制，使得照射在微镜上的反射光线传播至第二透镜130，或是不传播至第二透镜130。

每一个微镜对应于平面影像102的一个显示像素PX。为便于说明，图2A及2B中空间光调节器120的反射阵列仅包含16个微镜，但本公开文件不以此为限。举例来说，空间光调节器120的反射阵列可以包含1024×768个微镜。若控制装置150控制空间光调节器120的每一个微镜转向第二透镜130的方向，照射在微镜上的反射光线皆可以被光感测器140检测。此时，反射阵列上的所有微镜皆可以被视为处于导通状态，且所有微镜皆可以用于传播反射光线至光感测器140，使得平面影像102的亮度达到最大。

另一方面，如图2B所示，控制装置150亦可以控制空间光调节器120的部分微镜转向与第二透镜130所在方向不同的其他方向，使得照射在该些微镜上的反射光线无法被光感测器140检测。此时，转向前述其他方向的微镜可以被视为处于关断状态(以网底表示)且不会传播反射光线至光感测器140。在本实施例中仅导通一部分的微镜等效于仅拍摄视野范围101的部分区域(对应于平面影像102中由虚线框标示的区域200)。通过等效地缩小拍摄面积，可以降低计算量，进而降低控制装置150重建平面影像102的困难度。

综上所述，控制装置150可以通过控制空间光调节器120的微镜的倾斜角度(以下称为空间光调节器120的反射图样)来选择性过滤特定区域的反射光线。

请再参照图1，在一些实施例中，控制装置150包含了模拟数字转换器151、信号处理器152、存储器153以及重建单元154。结构上，模拟数字转换器151电性连接光感测器140以及信号处理器152，而信号处理器152电性连接存储器153、重建单元154以及空间光调节器120。

操作上，模拟数字转换器151会取样光感测器140所检测到的光强度，并将取样结果经由信号处理器152传送至存储器153以及重建单元154。在一些实施例中，信号处理器152包含用于处理取样结果的放大电路与滤波电路。

举例来说，控制装置150可以控制空间光调节器120于一秒中内随机变换M次的反射图样。当空间光调节器120呈现第一反射图样时，光感测器140会检测到对应的第一光强度。当空间光调节器120呈现第二反射图样时，光感测器140会检测到对应的第二光强度，依此类推。当空间光调节器120呈现第M反射图样时，光感测器140会检测到对应的第M光强度。此时，模拟数字转换器151会按序取样上述对应于M个反射图样的M个光强度而产生M个取样结果。M个取样结果经由信号处理器152处理后会存储于存储器153，或是被传送至重建单元154，以使重建单元154依据空间光调节器120的M个反射图样产生对应的平面影像102。

图3为根据本公开文件一些实施例所示出的影像获取装置300的前视图与侧视图。如图3所示，影像获取装置300的镜头310包含了复数个发光二极管311以及透镜312。发光二极管311设置于透镜312周围。在一实施例中，发光二极管311用于以预设频率的光线照射物理环境中的至少一复归反射器(Retroreflector)，例如图4的多个复归反射器RF1、RF2及RF3。为方便说明，本公开文件以复归反射器RF指称复归反射器RF1、RF2及RF3中不特定的任一者。

一般来说，复归反射器RF具有能够在产生最小散射的情况下，将光线朝入射方向反射的物理特性。也就是说，复归反射器RF的反射光线强度会明显高于物理环境中其他反射光线的光强度，使得复归反射器RF于平面影像102中的亮度会明显高于物理环境中的其他物件。

在一些实施例中，光学识别装置100可以设置于影像获取装置300内部，而使得影像获取装置300的透镜312可以由图1的第一透镜110来实现，且影像获取装置300另包含空间光调节器120、第二透镜130、光感测器140以及控制装置150。值得注意的是，为了使附图简洁，影像获取装置300的其他组件并未示出于图3之中。

图4为根据本公开文件一些实施例所示出的多个影像获取装置300-1和300-2的操作示意图，其中影像获取装置300-1和300-2皆可由影像获取装置300来实现，亦即影像获取装置300-1和300-2各自可包含光学识别装置100。如图4所示，影像获取装置300-1及300-2的视角形成了视野范围101。视野范围101内的物理环境包含了多个复归反射器RF1、RF2及RF3，且影像获取装置300-1及300-2分别用于以不同频率的光线照射视野范围101内的复归反射器RF1、RF2及RF3。在一些实施例中，前述光线是由影像获取装置300-1及300-2上的发光二极管311所产生。

更详细地说，影像获取装置300-1会以具有频率Freq1的光线410照射复归反射器RF1及RF2，而影像获取装置300-2会以具有频率Freq2的光线420照射复归反射器RF2及RF3。换言之，复归反射器RF1会产生具有频率Freq1的反射光线，复归反射器RF2会产生具有频率Freq1和频率Freq2的反射光线，而复归反射器RF3会产生具有频率Freq2的反射光线。在一些实施例中，影像获取装置300-1的信号处理器152的中心频率设置为与频率Freq1相同，通过带通滤波，影像获取装置300-1便能自复归反射器RF1及RF2接收具有频率Freq1的反射光线，并有效滤除来自复归反射器RF2的具有频率Freq2的反射光线以降低干扰。类似地，若将影像获取装置300-2的信号处理器152的中心频率设置为与频率Freq2相同，通过带通滤波，影像获取装置300-2便能自复归反射器RF2及RF3接收具有频率Freq2的反射光线，并有效滤除来自复归反射器RF2的具有频率Freq1的反射光线以降低干扰。

在一些实施例中，复归反射器RF、RF1、RF2及RF3包含印刷于特殊材质的二维条码(QR code)。

图5A～5C为根据本公开文件一些实施例所示出的复归反射器RF的示意图。如图5A所示，复归反射器RF的二维条码的图案可以设计为包含一高灰阶(例如，白色)矩形边框、一低灰阶(例如，黑色)矩形边框以及复数个矩形区域。该些矩形区域被低灰阶矩形边框环绕，而低灰阶矩形边框被高灰阶矩形边框环绕。该些矩形区域可以是高灰阶、低灰阶、或是部分为高灰阶且部分为低灰阶。

在一些实施例中，复归反射器RF的二维条码包含位置检测图形(Positiondetection pattern)或对齐图形(Alignment pattern)。因此，复归反射器RF的二维条码在不同观测视角下(例如，旋转90度、180度及270度)依然能够被识别为同一种二维条码。举例来说，如图5B及图5C所示，图5B的二维条码与图5C的二维条码可以视为同一个二维条码，使得影像获取装置300能够依据图5B及图5C的二维条码判断复归反射器RF的位置信息。

图6为根据本公开文件一些实施例所示出的光学识别方法600的操作流程图。图7A～7C为根据图6的实施例所示出的光学识别方法600的操作示意图。为了方便说明，以下将搭配图7A、图7B、图7C来说明图6的操作流程，但不以其为限。

于流程S601，利用光学识别装置100自物理环境获取对应的影像701。举例来说，经由控制装置150的控制，第一透镜110以及空间光调节器120会对整个视野范围101内的物理环境进行拍摄以产生影像701。

在一些实施例中，影像701可以是图1中由光学识别装置100建立的二维平面影像102。

于流程S602，利用光学识别装置100识别影像701中的至少一高亮度像素，并控制空间光调节器120依据影像701中高亮度像素的位置产生影像702，且影像702的分辨率会大于影像701的分辨率。举例来说，影像701中包含对应于三个不同的复归反射器RF1、RF2及RF3的高亮度像素。此时，为了要识别复归反射器RF3的二维条码，光学识别装置100可以提高分辨率，并控制空间光调节器120仅导通对应于复归反射器RF3的高亮度像素周遭的微镜，以仅拍摄复归反射器RF3及其周遭区域，以产生如图7B所示的平面影像702。

在一些实施例中，提高分辨率会降低光感测器140的信号噪声比。此时控制装置150可以控制空间光调节器120降低切换反射图样的频率，以延长每种反射图样的曝光时间，进而补偿(提升)光感测器140的信号噪声比。

于流程S603，光学识别装置100可以基于影像702识别物理环境中的至少一复归反射器上的图案。举例来说，光学识别装置100可以基于平面影像702识别复归反射器RF3上的多个矩形边框以及多个矩形区域，以识别复归返射器RF3上的二维条码。

在一些实施例中，光学识别装置100亦可以先基于影像702中多个矩形边框以及多个矩形区域的位置产生信噪比更佳的影像703。接着，光学识别装置100可以依据影像703中多个矩形区域各自的亮度(灰阶)识别出复归反射器RF3的二维条码。

总而言之，光学识别装置100可以于流程S601先以低分辨率进行短时间曝光的全景拍摄，以快速识别平面影像701的高亮度像素区域。接着，再于流程S602，以高分辨率进行长时间曝光的局域拍摄，以于流程S603中清楚识别复归反射器RF的二维条码。通过提高分辨率但缩小拍摄区域的方式，可以在清楚识别复归反射器RF的二维条码的前提下，降低影像重建的困难度。

虽然本公开内容已以实施方式公开如上，然其并非用以限定本公开内容，任何本领域具通常知识者，在不脱离本公开内容的构思和范围内，当可作各种的变动与润饰，因此本公开内容的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (10)

1.一种影像获取装置，包含：

一镜头，包含一第一透镜，用以自一物理环境接收复数个反射光线，且该物理环境包含至少一复归反射器；

一空间光调节器，用以自该第一透镜接收该些反射光线，并选择性将该些反射光线传播至一第二透镜；

一光感测器，用以自该第二透镜接收该些反射光线以产生一感测结果；以及

一控制装置，耦接该空间光调节器以及该光感测器，并用以：

根据该感测结果产生对应于该物理环境的一第一影像；

识别该第一影像中至少一高亮度像素；

控制该空间光调节器依据该至少一高亮度像素的位置产生一第二影像，其中该第二影像的分辨率大于该第一影像的分辨率；以及

基于该第二影像识别该至少一复归反射器的一图案。

2.如权利要求1所述的影像获取装置，其中该镜头还包含：

复数个发光二极管，用于以一预设频率的光线照射该物理环境，以使该物理环境产生该些反射光线。

3.如权利要求2所述的影像获取装置，其中该空间光调节器包含：

复数个反射微镜；

其中当该控制装置控制该空间光调节器依据该至少一高亮度像素的位置产生该第二影像时，该控制装置降低该空间光调节器切换该些反射微镜的倾斜角度的频率。

4.如权利要求1所述的影像获取装置，其中当该控制装置基于该第二影像识别该至少一复归反射器的该图案时，该控制装置被设置为执行：

识别该图案中复数个矩形区域；以及

依据该些矩形区域各自的灰阶识别图案中的一二维条码。

5.一种光学识别方法，适用于一光学识别装置，其中该光学识别装置包含一控制装置、一空间光调节器以及一光感测器，且该光学识别方法包含：

利用该光学识别装置自一物理环境获取对应的一第一影像；

识别该第一影像中至少一高亮度像素；

控制该空间光调节器依据该至少一高亮度像素的位置产生一第二影像，其中该第二影像的分辨率大于该第一影像的分辨率；以及

基于该第二影像识别该物理环境中的至少一复归反射器的一图案。

6.如权利要求5所述的光学识别方法，其中该光学识别装置自该物理环境获取对应的该第一影像包含：

接收该物理环境的复数个反射光线，其中该些反射光线是由复数个发光二极管以一预设频率的光线照射该物理环境而产生；

利用一第一透镜将该些反射光线传递至该空间光调节器；以及

利用该空间光调节器选择性将该些反射光线传播至该光感测器。

7.如权利要求6所述的光学识别方法，其中该空间光调节器包含复数个反射微镜，且控制该空间光调节器依据该至少一高亮度像素的位置产生该第二影像包含：

降低该空间光调节器切换该些反射微镜的倾斜角度的频率。

8.如权利要求5所述的光学识别方法，其中基于该第二影像识别该物理环境中的该至少一复归反射器的该图案包含：

识别该图案中复数个矩形区域；以及

依据该些矩形区域各自的灰阶识别该图案中的一二维条码。

9.一种光学识别系统，位于一物理环境，且包含：

一第一影像获取装置，用于产生具有一第一频率的一第一光线；以及

一第二影像获取装置，用于产生具有一第二频率的一第二光线，其中该第一频率不同于该第二频率；

其中当该物理环境产生至少一反射光线时，该第一影像获取装置与该第二影像获取装置分别用以依据该至少一反射光线中对应该第一光线的部分和对应该第二光线的部分执行以下运行：

产生对应于该物理环境的一第一影像；

识别该第一影像中至少一高亮度像素；

依据该至少一高亮度像素的位置产生一第二影像，其中该第二影像的分辨率大于该第一影像的分辨率；以及

基于该第二影像识别该物理环境中至少一复归反射器的一图案。

10.如权利要求9所述的光学识别系统，其中，该第一影像获取装置的一信号处理器的一中心频率相同于该第一频率以过滤出该至少一反射光线中对应该第一光线的部分，该第二影像获取装置的一信号处理器的一中心频率相同于该第二频率以过滤出该至少一反射光线中对应该第二光线的部分。

Images