TWI510770B - 用於決定影像感測器之傾斜的方法 - Google Patents

Description

用於決定影像感測器之傾斜的方法

本發明係關於一種用於決定在相機中之影像感測器之傾斜之方法。

來自相機(且尤其是監測及監視相機)之影像之品質增加，且甚至更高品質之影像需求亦增加。此等需求除其他外已導致具有增加之像素數目及減小之像素節距之影像感測器在相機中實施。然而，為達成更高品質之影像，應考慮除像素數目及像素節距之外的其他特徵。

例如，影像感測器中像素之數目增加及像素節距之減小使得影像捕獲裝置對影像感測器與光學器件(其等對影像感測器提供展現場景之光)之間之未對準愈加敏感。因此，若影像感測器不以高精度安裝，則增加像素數目的品質可能惡化。

目前使用多種不同方法以量測影像感測器相對於相機光軸之傾斜，即，安裝至相機之透鏡之光軸。

一方法包含使用「黃金光學器件」，即，大體上無瑕疵之光學器件。特定目標之影像係使用該「黃金光學器件」捕獲，且接著感測器之傾斜可藉由分析所捕獲之影像而決定。在另一方法中，利用顯微鏡中的極短景深而使用顯微鏡量測傾斜。在又另一方法中，將一雷射光束沿著相機之光軸引導至影像感測器上，且依反射情況檢測相對於光軸之偏移。此方法之一問題係當沿著光軸朝向影像感測器照 射雷射時，隨著產生複數個反射而從影像感測器識別反射，且判定反射之哪一者係源自影像感測器較困難。

本發明之一目的係提供一種用於決定安裝於相機中之影像感測器之傾斜之改良方法。

該目的係藉助於一種根據技術方案1之決定在相機之影像感測器表面平面內之傾斜之方法而達成。此外，本發明之實施例在附屬技術方案中呈現。

更明確言之，根據一實施例，一種用於決定相機中之影像感測器表面平面相對於該相機之透鏡參考平面之傾斜之方法包括將光發送至該影像感測器上，接收從該影像感測器反射之光，在所反射之光中識別一干涉圖案，識別該干涉圖案之一特徵，及基於該干涉圖案中識別之特徵之位置而決定影像感測器表面平面之傾斜。

基於該干涉圖案之特徵決定該影像感測器之傾斜之優點在於該決定變得更可靠。增加之可靠性係源自該影像感測器自身上之反射之干涉圖案之結果，而非來自可配置於朝向該影像感測器之光路徑中之任何其他反射表面。因此，執行量測源自除影像感測器之外之其他表面或構件的特徵之風險降到最小。

根據一實施例，該特徵係該干涉圖案之干涉位置。

根據另一實施例，該特徵係該干涉圖案中之第零階干涉。

在一實施例中，該識別該第零階干涉係基於與來自發送 至該影像感測器之光之路徑上之反射表面的鏡面反射之接近。藉此，促成識別該干涉圖案中之第零階干涉。

在另一實施例中，該識別該第零階干涉係基於從不傾斜影像感測器至該第零階干涉之預期位置之接近。此實施例之一優點在於其促成在該干涉圖案內識別第零階干涉。

在一進一步實施例中，該影像感測器表面平面之傾斜係藉由量測對於不傾斜影像感測器表面平面之干涉之特徵之位置與干涉之特徵之預期位置之間的距離而決定。

根據另一實施例，該影像感測器表面平面之傾斜係藉由量測干涉之特徵之位置與一預定中央點之間的距離而決定，該點係在正常操作期間安裝於相機上之透鏡光軸與一分析表面相交之點。

根據一實施例，決定該影像感測器表面平面之傾斜包括決定所識別之干涉特徵之一第一位置，將該相機繞垂直於透鏡參考平面之一軸大體上轉180度，在該旋轉該相機之後，確定該干涉特徵之一第二位置，及基於該干涉特徵之第一位置與第二位置之間之距離而決定該影像感測器表面平面之傾斜。此實施例之優點在於可在不需要識別關於該干涉特徵之位置以決定傾斜的一精確中央點之下決定傾斜。藉此，可因此避免關於此中央點之精度之不確定性，且結果可更可靠。

在一進一步實施例中，該透鏡參考平面係垂直於在正常操作期間安裝至相機之一透鏡之光軸的平面。

在一實施例中，該方法進一步包括將該相機附接至一測 試台，該測試台將該透鏡參考平面大體上平行於一分析表面而配置。

根據另一實施例，一干涉特徵之位置係在一分析表面上決定。

在一實施例中，該分析表面包含一表面，其致能自相機反射之光之可見呈現。可見呈現之優點在於可藉由人看向表面而執行分析，且該分析可在適度不複雜的裝置中達成。因此，此裝置之成本可較低。

在另一實施例中，該分析表面包含一影像感測器，其經配置以偵測從相機反射之光。此實施例之優點在於沒有人需要監測及分析結果。

根據一實施例，發送至該影像感測器之光係單色光。

根據另一實施例，發送至該影像感測器之光係雷射光。

本發明之適用性之進一步範疇將從以下詳細之描述變得顯而易見。然而，應理解，在說明本發明之較佳實施例時，詳細描述及特定實例僅經由例證而給出，因為本發明之範疇內的多種變化及修改將對於熟習此項技術者從此詳細描述變得顯而易見。因此，應理解，本發明不限於所描述之裝置之特定組件部分或所描述之方法之步驟，因為此等裝置及方法可改變。亦應理解，本文中使用之術語係出於僅描述特定實施例之目的，且並不意欲為限制性的。必須注意，如在本說明書及隨附申請專利範圍中所使用者，除非內文中另有明確指示，否則冠詞「一(「a」、「an」)」、「該(「the」及「said」)」意欲意味著一個或多 個元件。因此，例如，對「一感測器」或「該感測器」之提及可包含若干感測器及類似物。此外，詞語「包括」不排除其他元件或步驟。

本發明之其他特徵及優點將參考附圖而從當前較佳實施例之以下詳細描述變得顯而易見。

此外，圖中相同參考字符貫穿若干圖指示相同或對應部分。

本發明係關於檢驗相機，且尤其係關於檢查相機中之影像感測器之傾斜之程序。現參考圖1，根據本發明之一實施例檢查相機12中之影像感測器10之傾斜包含透過影像捕獲開口16在相機本體18內發送光14，且發送至影像感測器10上。取決於相機設計，光14可透過一個或複數個透明板或物體20而行進。發送至影像捕獲開口中之光14接著將由該影像感測器10及透明板20反射，反射光22係以自影像感測器10及透明板20返回之箭頭繪示於圖中。接著在一分析表面24上捕獲反射，在分析表面24可分析反射之所得圖案。

發送至該相機12中及該影像感測器10上之光14可藉助於一窄頻帶光源、一單色光源或一雷射而傳輸至該影像感測器上。

根據一實施例，光14沿著具有垂直於透鏡參考平面26之方向之一軸發送至該相機中。在本發明之內文中，該透鏡參考平面26係垂直於在正常操作期間安裝至該相機之透鏡 之光軸之平面。因此，該透鏡參考平面在許多情況中可與相機之透鏡架座有關，其定義安裝至該相機之透鏡之光軸方向。

本發明之基本思想係檢查該影像感測器10相對於透鏡參考平面26之傾斜，以確保相機12之品質。若該影像感測器10之傾斜太大，則由該影像感測器捕獲之影像品質將較差。將傾斜量視為導致較差品質影像係主觀的。然而，在許多監視應用中，傾斜該影像感測器0.5至1度通常導致對於實際使用太差的品質。藉助於本發明，可偵測0.1度數量級之傾斜角。此類型之檢查可對於一系列中或一隨機樣品之每個單一相機而執行。

根據一實施例，檢查該影像感測器10之傾斜係藉由將光14發送至該影像感測器10上且接著從來自該影像感測器10之光反射22決定影像感測器10之傾斜而執行，見圖2。當該影像感測器之光偵測平面不平行於透鏡參考平面時，決定影像感測器10將要傾斜。感測器之此傾斜可藉由偵測發送至該影像感測器10上之光14與此光之反射22之間之偏差而決定。在圖2中，從該影像感測器反射之光相對於朝向該影像感測器發送之光14以一角度2α反射。藉由偵測發送至該影像感測器10上之光14與該反射22之間之此角度，可決定該影像感測器10相對於透鏡參考平面26之傾斜角。若發送至該影像感測器上之光14以垂直於該透鏡參考平面之方向發送，則該影像感測器相對於該透鏡參考平面之傾斜角α係朝向該影像感測器10而發送之光14與該反射光22之

間之角度2α的一半。傾斜角α與距離l及距離r之間之關係可如下表示，其中距離l係影像感測器10與分析表面之間之距離，距離r係從該影像感測器10反射之光之理想位置28與從該影像感測器10反射之光之實際位置30之間之距離： 因此，該影像感測器之傾斜角α可表示為：

然而，來自該影像感測器之此反射可能較難識別，因為發送至該影像感測器10上之光導致複數個反射，且並非均從影像感測器10反射。此等反射之至少一些可能源自從光行進之路徑上存在之透明材料之光反射。在一些相機中，光學路徑中存在玻璃盤或板，且一個此種盤可在光進入該玻璃盤之表面處較好地產生一反射，及在光從該玻璃盤出去之表面處較好地產生一反射。

根據本發明之一實施例識別一干涉圖案。該干涉圖案係從該影像感測器反射之光之結果，其包含複數個密集封裝之光偵測單元。此等單元接著使得該影像感測器運作為產生干涉圖案之反射光柵。在影像感測器之情況中，所得干涉圖案形成干涉斑塊之矩陣，見圖3。在一些影像感測器中，額外反射及圖案可從影像感測器反射。在干涉圖案中，該干涉圖案之斑塊之一者對應於一直接反射或換句話說一鏡面反射，在圖3中稱為「0^th 」。此直接反射0^th 通常稱為第零階干涉。鄰近該第零階干涉0^th 之斑塊稱為第一階干 涉1^st ，且鄰近該第一階干涉1^st 但遠離第零階干涉0^th 之斑塊稱為第二階干涉2^nd 。

相應地，該干涉圖案係由該影像感測器產生之反射，且因此可能可使用該干涉圖案中之斑塊之任何一者，以決定該影像感測器之傾斜。然而，根據本發明之一實施例，該第零階干涉用於決定該影像感測器之傾斜，因為其對應於在該影像感測器表面處之直接反射，例如，作為從鏡子表面之直接反射，且因此該第零階干涉可使用於計算上文展現之傾斜之方程式中。現參考圖4，區分從來自該光路徑中之其他表面之所有反射32a至32d的影像感測器的反射之問題可藉由利用來自該影像感測器之第零階干涉30係該干涉圖案之部分的事實而解決，且可藉此在其他反射之間識別。此可藉由將此等反射之各者與由該影像感測器產生之干涉圖案之部分的光斑塊相關，且識別最可能形成該干涉圖案之部分之反射而達成。將此等反射之各者與光斑塊相關之動作可與識別連接該干涉圖案在線34及行36中之干涉位置的假想線34、36，且接著在複數個反射之間識別反射一樣簡單。

因此，識別第零階干涉以決定影像感測器之傾斜角之一方式係找到反射叢集，因為該第零階干涉可能比其他階干涉之任何者更接近此等其他反射。當已找到可能之候選者時，你只需識別該叢集之反射之哪一者屬於該干涉圖案。該第零階干涉接近於其他反射之原因在於導致反射之該影像感測器及其他表面之傾斜角度非常小，且該干涉圖案中 之干涉位置之間之距離大體上大於該等反射與源自此等表面之傾斜之第零階干涉之間之距離。

識別該第零階干涉之又另一方式係識別最接近於中央標記40之光路徑，該中央標記係識別來自不傾斜表面或影像感測器之理想反射將照亮分析表面之位置，見圖5。此係有效假設，因為該影像感測器之傾斜角度不太可能為比該第零階干涉更接近該中央標記之該等反射干涉之另一者之位置的此種量值。

當已識別源自影像感測器之反射或反射干涉時，接著可基於源自照射至該影像感測器上之光之一個或複數個此等特徵而決定該影像感測器之傾斜。

根據本發明之一實施例，該影像感測器之傾斜角度可指示為從一中央標記40至該第零階干涉30之距離r，見圖5。該距離r可用於計算傾斜角度，或可替代地，可為表示可接收傾斜角(其不被超過)之r的值。

根據另一實施例，見圖6，識別及登記該第零階干涉之位置30，接著將相機繞垂直於該透鏡參考平面之軸(例如，安裝於該相機上之透鏡之光軸)轉180度，以將光聚焦於該影像感測器上。藉此，該干涉圖案亦變得轉180度，見圖6中之虛線斑塊，且當相機轉180度時，登記該第零階干涉之位置42。各自零階干涉之兩個位置30、42之間之距離d對應於上文之方程式及實施例中使用之距離r之兩倍。因此，在此實施例中，距離d=2r，且從不傾斜影像感測器之反射之理想點應為所登記之零階干涉之兩個位置30、42 之間之距離的一半。接著，從此類型之測量的結果可以上文描述之方式使用，以決定傾斜角，或是否該傾斜角超過某一預定值。

現參考圖7，用於執行決定相機中之影像感測器之傾斜之一測試台46之一實施例包含一分析表面24；一相機介面48，以將該相機安裝至該測試台46；一光源50；一半透明鏡子52，以從該光源50反射光14至該相機12中，且至該相機12之影像感測器10上，且使從該相機12反射之光22經過該鏡子52至該分析表面24。該相機12安裝於該測試台中，使得該相機12之透鏡參考平面26大體上平行於該分析表面24。達成平行於分析螢幕之透鏡參考平面之一方式係使用該透鏡座架或相機之其他透鏡固定構件而將該相機安裝至該測試台。

可手動操作該測試台。在手動操作中，該分析螢幕可由操作者監測，且可量測決定該影像感測器10之傾斜中使用之特徵。或者，該分析螢幕24可展現一測試圖案，其指示第零階干涉之可接受位置，及與一個其他階干涉相關之位置斑塊，以藉由將該第零階干涉與該干涉圖案之剩餘部分之至少一部分相關而找到第零階干涉。

一個此種測試圖案描繪於圖8中。該圖案包含一中央傾斜指示區70，及對準點72：1-8。若該第零階干涉之位置在指示區70之中央傾斜內，則該中央傾斜指示區70可為指示可接受傾斜之此種形狀及尺寸。若該中央傾斜指示區70係圓形，則此圓之半徑可使用上文之方程式1決定，將長度l 設定為等於該分析表面與該感測器表面之間之距離，且將該傾斜角度α設為最大可接受傾斜之角度。為確認所研究之光斑塊係該第零階干涉，可將該第一階干涉圖案與該等對準點72：1-8對準。

根據另一實施例，彎曲圖7之分析表面，且根據一特定實施例，該表面球形地彎曲。

根據又另一實施例，圖7之分析表面包含一影像感測器，其經配置以偵測所反射之光，且致能自動執行分析測試。

此外，圖7中之測試台之光源可替代地配置於該分析表面後方，且將其光透過該分析表面中之小孔發送。在此一實施例中，將不需要半透明鏡子。

下文描述用於決定一相機之影像感測器之傾斜之方法之一特定實施例。首先，移除安裝於該相機上之任何透鏡。使待測試相機之透鏡螺紋與台之螺紋接觸而定位。該台之螺紋具有圓柱表面，以引導所測試之相機。該相機被擰緊至該螺紋上。所提及之透鏡螺紋可替代地為任何其他透鏡安裝結構。一目標(圖9中之測試圖案)定位於該分析表面上。在中間之圓80用於標記來自相機之中央點出現在何處。在左下角之圓84(亦稱為接受圓)標記在此特定實施例中之接受標準。其內之較小的陰影圓86係標記該接受標準之角度之一半。正方形82：1、82：3、82：5標記測量點之角點將要定位之處，且三角形82：2、82：4、82：6、82：7標記側面點將在何處。在一實施例中，與測試圖案上之標記 82：1-7相關之此等點屬於該第一階干涉。然而，可使用更高階干涉點。相機輪廓88用於定向目標，使得可決定誤差在什麽方向。在分析表面上將具有若干點。一光圈遮蓋(未作圖式)減少點數目，但仍然將有一些不相關點。由於該台之內部鏡子中之孔，中央點有時不見或部分不見。

增加使用正確點量測之可能性之一方式為遵循以下步驟。將該相機輪廓88定向，使得其擬合被量測之相機定向。大約繞該等中間點放置中間圓80。將該圓84之中央置於最接近的角點。調整目標使得對角線相對於該圓84中之角點的角點在線上，且在正方形82：3中。檢查其他角點在正方形82：1、82：5中，且側面點在三角形82：2,4,6,7中。再次檢查該圓84中之角點恰好在該圓84之中央。接著將該相機繞該相機之光軸(即，垂直於該透鏡參考平面之軸)轉180度，且藉此亦垂直於該分析表面。不容許該單元從螺紋鬆開。注意該等點之新位置。透過當前點畫出之兩條假想線應平行於該目標中之長線90、92。若該等假想線不平行於該等長線90、92，則該單元沒有轉180°，或已移動目標或沒有正確放置目標。若發生此情況，則量測無效，且必須再次執行。

若假想線平行於該等長線90、92，則注意現在角點之位置最接近圓84。若此點在圓84內，則證明相機相對於影像感測器傾斜。若此點在圓84外，則證明相機未相對於影像感測器傾斜。

10‧‧‧影像感測器

12‧‧‧相機

14‧‧‧光

16‧‧‧影像捕獲開口

18‧‧‧相機本體

20‧‧‧透明板

22‧‧‧反射光

24‧‧‧分析表面

26‧‧‧透鏡參考平面

28‧‧‧反射光理想位置

30‧‧‧反射光實際位置/第零階干涉

32a‧‧‧反射

32b‧‧‧反射

32c‧‧‧反射

32d‧‧‧反射

34‧‧‧線

36‧‧‧行

40‧‧‧中央標記

42‧‧‧位置

46‧‧‧測試台

48‧‧‧相機介面

50‧‧‧光源

52‧‧‧半透明鏡子

70‧‧‧中央傾斜指示區

72：1-8‧‧‧對準點

80‧‧‧圓

82：1‧‧‧正方形

82：2‧‧‧三角形

82：3‧‧‧正方形

82：4‧‧‧三角形

82：5‧‧‧正方形

82：6‧‧‧三角形

82：7‧‧‧三角形

84‧‧‧圓

86‧‧‧小陰影圓

88‧‧‧相機輪廓

90‧‧‧長線

92‧‧‧長線

圖1係描繪根據本發明之一實施例之結構及光路徑之一示意圖，圖2係描繪從一傾斜表面(例如影像感測器)反射之一光束上之效果的一示意圖，圖3係描繪一干涉圖案之一中央部分之一示意圖，圖4係描繪一干涉圖案之一中央部分，及來自朝向該影像感測器而發送之光之路徑中的其他表面的反射之一示意圖，圖5係展示根據本發明之一實施例而將要量測之一距離之一示意圖，圖6係展示根據本發明之另一實施例而將要量測之一距離之一示意圖，圖7係用於根據一實施例執行本發明之一配置之一示意圖，圖8係展示根據本發明之一實施例之將要使用之測試圖案之一示意圖，及圖9係展示根據本發明之另一實施例之將要使用之測試圖案之一示意圖。

30‧‧‧反射光實際位置/第零階干涉

32a‧‧‧反射

32b‧‧‧反射

32c‧‧‧反射

32d‧‧‧反射

34‧‧‧線

36‧‧‧行

40‧‧‧中央標記

Claims (13)

1. 一種用於決定在一相機中之一影像感測器表面平面相對於該相機之一透鏡參考平面之一傾斜之方法，該方法包括：將光發送至該影像感測器上，接收從該影像感測器反射之光，識別該反射光中之一干涉圖案，識別該干涉圖案之一特徵，決定該識別之干涉特徵之一第一位置，將該相機繞垂直於該透鏡參考平面之一軸轉實質上180度，在該旋轉該相機之後，決定該干涉特徵之一第二位置，及基於該干涉特徵之該第一位置與該第二位置之間之距離決定該影像感測器表面平面之該傾斜。
2. 如請求項1之方法，其中該特徵係該干涉圖案中之第零階干涉。
3. 如請求項2之方法，其中該識別該第零階干涉係基於與來自發送至該影像感測器上之該光之路徑中之反射表面的鏡面反射之接近。
4. 如請求項2之方法，其中該識別該第零階干涉係基於與來自一不傾斜影像感測器之該第零階干涉之一預期位置之接近。
5. 如請求項1至4中任一項之方法，其中該影像感測器表面 平面之該傾斜係藉由量測對於一不傾斜影像感測器表面平面之該干涉之該特徵之位置與該干涉之該特徵之一預期位置之間之距離而決定。
6. 如請求項1至4中任一項之方法，其中該影像感測器表面平面之該傾斜係藉由量測該干涉之該特徵之該位置與一預定中央點之間之距離而決定，該預定中央點為在正常操作期間安裝於該相機上之一透鏡之一光軸與一分析表面相交之點。
7. 如請求項1至4中任一項之方法，其中該透鏡參考平面係垂直於在正常操作期間安裝至該相機之一透鏡之一光軸的一平面。
8. 如請求項1至4中任一項之方法，其進一步包括將該相機附接至一測試台，其將該透鏡參考平面實質上平行於一分析表面而配置。
9. 如請求項1至4中任一項之方法，其中一干涉特徵之位置係在一分析表面上決定。
10. 如請求項9之方法，其中該分析表面包含一表面，其致能從該相機反射之光之可見呈現(visible presentation)。
11. 如請求項9之方法，其中該分析表面包含一影像感測器，其經配置以偵測從該相機反射之光。
12. 如請求項1至4中任一項之方法，其中發送至該影像感測器上之光係單色光。
13. 如請求項1至4中任一項之方法，其中發送至該影像感測器上之光係雷射光。