TWI573432B - 掃描具有深度影像之物件之影像掃瞄方法及其系統 - Google Patents

Description

掃描具有深度影像之物件之影像掃瞄方法及其系統

本發明是有關一種影像掃瞄方法及其系統，特別是一種掃描具有深度影像之物件之影像掃瞄方法及其系統。

請參照圖1，物件A包含多個具有深度之目標影像A1、A2、A3，為了掃描包含目標影像A1、A2、A3之一輪廓影像，傳統的掃描技術通常是利用具有大面積且長景深的單透鏡T成像於一感光耦合元件(CCD)，以獲得目標影像A1、A2、A3在景深範圍內的清晰影像。

然而，使用大面積單透鏡T，將引起其他光學成像上的缺陷，舉例而言，目標影像A1側面所產生之具有不同景深之多個影像光L1、L2，透過單透鏡T之匯聚，將導致更模糊的輪廓影像，而無法真實呈現對應目標影像A1之輪廓影像。前述影像模糊的現象，特別容易發生在如圖1所示多個入射角較大之影像光L1、L2，因為多個影像光L1、L2之間具有明顯之光程差而成像模糊。此外，由目標影像之深度所導致之模糊影像，將依據入射角度以及目標影像相對於單透鏡中心位置之距離，而改變模糊影像範圍之大小或方向。此外，單透鏡往往需要較為複雜的光學設計，使得掃描系統的龐大而且生產成本昂貴。

綜上所述，如何提供一種簡便輕薄的掃描具有深度影像之物件之影像掃瞄方法及其系統便是目前極需努力的目標。

本發明提供一種掃描具有深度影像之物件之影像掃瞄方法及其系統，其是利用多個桿狀透鏡以限制一深度影像之模糊範圍，以供一影像擷取單元擷取可供辨識之一輪廓影像，較佳者，多個桿狀透鏡之直徑小於目標影像之最小寬度。

本發明一實施例之掃描具有深度影像之物件之影像掃瞄方法包含：以一光源照射一物件以產生具有不同景深之多個影像光，其中物件包含具有一深度之一目標影像；以多個桿狀透鏡接收多個桿狀透鏡之可視區域內之多個影像光，並輸出多個區域化影像光至多個影像區域內，其中多個桿狀透鏡之直徑及間距均小於目標影像之最小寬度，且每一該影像區域之大小均相同；以及以一影像擷取單元擷取多個區域化影像光以形成對應之一輪廓影像。

本發明另一實施例之掃描具有深度影像之物件之影像掃瞄系統包含：一光源、多個桿狀透鏡以及一影像擷取單元。光源照射一物件以產生具有不同景深之多個影像光，其中物件包含具有一深度之一目標影像。多個桿狀透鏡彼此併排設置且光軸互相平行，且多個桿狀透鏡接收多個桿狀透鏡之可視區域內之多個影像光，並輸出多個區域化影像光至多個影像區域內，其中多個桿狀透鏡之直徑及間距均小於目標影像之輪廓之平均寬度，且每一該影像區域之大小均相同。影像擷取單元設置於多個桿狀透鏡之出光側，且影像擷取單元擷取多個區域化影像光以形成對應之一輪廓影像。

以下藉由具體實施例配合所附的圖式詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

以下將詳述本發明之各實施例，並配合圖式作為例示。除了這些詳細說明之外，本發明亦可廣泛地施行於其它的實施例中，任何所述實施例的輕易替代、修改、等效變化都包含在本發明之範圍內，並以申請專利範圍為準。在說明書的描述中，為了使讀者對本發明有較完整的瞭解，提供了許多特定細節；然而，本發明可能在省略部分或全部特定細節的前提下，仍可實施。此外，眾所周知的步驟或元件並未描述於細節中，以避免對本發明形成不必要之限制。圖式中相同或類似之元件將以相同或類似符號來表示。特別注意的是，圖式僅為示意之用，並非代表元件實際之尺寸或數量，有些細節可能未完全繪出，以求圖式之簡潔。

請參照圖2，本發明之一實施例之掃描具有深度影像之物件之影像掃瞄系統包含：一光源10、多個桿狀透鏡20以及一影像擷取單元30。光源10照射一物件A以產生具有不同景深之多個影像光L1、L2，其中物件A具有半透光特性以及特定厚度，且物件A包含具有深度之一目標影像A1。於一實施例中，光源10可為一螢光燈管、一發光二極體或一激發光源，但不以此為限；舉例而言，激發光源10照射目標影像A1，並激發目標影像A1中之螢光物質，以產生螢光影像。

承接上述，請繼續參照圖2，多個桿狀透鏡20彼此併排設置且光軸互相平行。多個桿狀透鏡20接收多個桿狀透鏡20之可視區域B內之多個影像光L1、L2，並輸出多個區域化影像光L3、L4於一影像區域P內。其中，多個桿狀透鏡20之間距C及直徑D均小於目標影像A1之最小寬度E。於一實施例中，多個桿狀透鏡20之間距C及直徑D更是小於目標影像A1之深度。於另一實施例中，多個桿狀透鏡20之孔徑小於等於1.1mm，舉例而言，多個桿狀透鏡20對應可視區域B之可視角度為24度，因此多個桿狀透鏡20可接收影像光L1、L2之最大入射角僅為12度，則多個桿狀透鏡20之孔徑即為0.6mm。

請一併參照圖2及圖3，影像擷取單元30設置於多個桿狀透鏡20之出光側，且影像擷取單元30擷取多個區域化影像光L3、L4以形成對應之一輪廓影像。於一實施例中，掃描具有深度影像之物件之影像掃瞄系統更包含一平台40。平台40包含一透光材質，其中物件A設置於平台40上，光源10照射物件A以產生具有不同景深之多個影像光L1、L2。於另一實施例中，掃描具有深度影像之物件之影像掃瞄系統更包含一驅動單元50。驅動單元50驅動影像擷取單元30以及物件A彼此相對移動，以掃描物件A。舉例而言，驅動元單元50與平台40連接，且驅動單元50驅動平台40以帶動物件A，使物件A相對影像擷取單元30移動；或，驅動元單元50與影像擷取單元30連接，且驅動單元50驅動影像擷取單元30以掃描物件A。於在一實施例中，影像擷取單元30為一接觸式影像擷取單元，驅動單元50更包含一連桿組件(未繪示)與影像擷取單元30連接。較佳者，掃描光源10與連桿組件相連接，可與影像擷取單元30同步掃描含有螢光物質之物件A，以獲得更高亮度、高對比度之掃描影像。具有通常知識者當可自行修飾變換，但不此於限。

可以理解的是，本發明所採用之桿狀透鏡所需之光學設計空間較小，搭配影像擷取單元，即可實現一薄型化之掃描具有深度影像之物件之影像掃瞄系統，而無需龐大的單透鏡及感應耦合元件。

以下說明本發明一實施例之掃描具有深度影像之物件之影像掃瞄方法及其系統之工作原理。請繼續參照圖1，物件A包含多個具有深度之目標影像A1、A2、A3，傳統的掃描技術通常是利用具有大面積的單透鏡T成像於一感光耦合元件(CCD)。然而，目標影像A1側面所產生之具有不同景深之多個影像光L1、L2，將透過單透鏡之匯聚而一同形成於感光耦合元件，且入射角越大的影像光將形成越模糊的失焦影像。換言之，傳統的影像掃描系統是利用單透鏡接收全體目標影像A1、A2、A3所產生之具有不同景深之多個影像光，並匯聚全體目標影像所產生之影像光於單一模糊範圍內，互相干擾；而越偏離單透鏡中心位置的影像光，也將導致越嚴重的模糊現象，因此所形成之輪廓影像將難以識別目標影像A1、A2、A3之線條、輪廓或圖案。亦即，由目標影像之深度所導致之模糊影像，將依據入射角度以及目標影像相對於單透鏡中心位置之距離，而改變模糊影像範圍之大小或方向。

本發明一實施例之掃描具有深度影像之物件之影像掃瞄方法及其系統，採取了景深短淺的桿狀透鏡，雖然會產生因為深度影像遠離桿狀透鏡景深所造成模糊影像，但可理解的是，多個桿狀透鏡彼此併排設置且光軸互相平行，所以每一桿狀透鏡所產生之模糊影像僅侷限於較小的影像區域範圍，且每一影像區域之範圍大小均為相同。因此相較於習知之單一透鏡取像，本發明之掃描方法仍可產生可供識別之一輪廓影像，詳細說明如下。

請繼續參照圖2，多個桿狀透鏡20彼此併排設置且光軸互相平行。桿狀透鏡20僅接收其可視區域B內之多個影像光L1、L2並輸出多個區域化影像光L3、L4至一影像區域P內，亦即桿狀透鏡20並不會接受全體目標影像A1、A2、A3所產生之具有不同景深之多個影像光，多個桿狀透鏡20所組成之陣列組合才能接受全部之影像光並輸出多個區域化影像光至多個影像區域內。因此，桿狀透鏡20所輸出之影像光L3、L4為一區域化(localized)影像光，即使區域化影像光所產生之輪廓影像是模糊的，也僅侷限於一影像區域P之微小模糊範圍內，且每一影像區域之範圍大小均為相同。因此，即使單一影像區域內之區域化影像光完全模糊，但其僅侷限於單一影像區域，藉由多個單一影像區域之色彩或灰階差異，仍可描繪出目標影像之輪廓。

需要注意的是，並非所有傳統的桿狀透鏡均可達到本案之技術效果，本發明所採用之多個桿狀透鏡20必須符合下述光學條件：多個桿狀透鏡20之間距C及直徑D均小於目標影像A1之平均寬度E。換言之，單一桿狀透鏡20也不會接受單一目標影像A1之全部影像光，而僅能接收其部分影像光，而藉由多個影像區域P所產生多個區域化影像光，以完整地形成對應目標影像A1之一輪廓影像。可以理解的是，對應相同面積大小之一目標影像A1，以10個桿狀透鏡或50個桿狀透鏡產生區域化影像光，兩者所產生之輪廓影像的模糊程度自有不同，其中50個桿狀透鏡所產生之輪廓影像應當較為清晰。亦即，多個桿狀透鏡20之直徑D若越小於目標影像A1之最小寬度E，將越能改善所產生之輪廓影像的模糊程度，因而有效改善桿狀透鏡景深淺短所造成的模糊影像。具有通常知識者當可自行修飾變換，但不以此為限。

以下說明本發明一實施例之掃描具有深度影像之物件之影像掃瞄方法，請參照圖1及圖4，其步驟包含：首先，以一光10源照射一物件A以產生具有不同景深之多個影像光L1、L2，其中物件A包含具有深度之一目標影像A1、A2、A3 (S41)。於一實施例中，以光源10照射物件A之步驟包含以一激發光源10照射物件A，並激發物件A中之螢光物質，以產生螢光影像，詳細技術內容或相關實施例已如前述，在此不再贅述。

接著，以多個桿狀透鏡20接收多個桿狀透鏡20之可視區域B內之多個影像光L1、L2並輸出多個區域化影像光L3、L4 (S42)，其中，多個桿狀透鏡20彼此併排設置且光軸互相平行，且多個桿狀透鏡20之間距C及直徑D均小於目標影像A1之最小寬度E。於一實施例中，多個桿狀透鏡20之間距C及直徑D更是小於目標影像A1之深度，詳細技術內容或相關實施例已如前述，在此不再贅述。

最後，以一影像擷取單元30擷取多個區域化影像光L3、L4以形成對應之一輪廓影像(S43)。於一實施例中，掃描具有深度影像之物件之影像掃瞄方法更包含提供一平台40，其包含一透光材質，其中物件A設置於平台40上，光源10照射物件A以產生具有不同景深之多個影像光L1、L2。於另一實施例中，掃描具有深度影像之物件之影像掃瞄方法更包含以一驅動單元50驅動影像擷取單元30以及物件A彼此相對移動，以掃描物件A。以上步驟之詳細說明及其相關實施例已如前所述，在此不再贅述。

綜合上述，本發明之掃描具有深度影像之物件之影像掃瞄方法及其系統，其是利用多個桿狀透鏡以限制一深度影像之影像區域模糊範圍，且每一影像區域之範圍大小均為相同，以形成可供辨識之一輪廓影像。較佳者，多個桿狀透鏡之直徑小於目標影像輪廓之平均寬度。此外，桿狀透鏡所需之光學設計空間較小，搭配影像擷取單元，即可實現一薄型化之掃描具有深度影像之物件之影像掃瞄系統，而無需龐大的單透鏡及感應耦合元件。

以上所述之實施例僅是為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。

A‧‧‧物件
A1、A2、A3‧‧‧目標影像
B‧‧‧可視區域
C‧‧‧間距
D‧‧‧直徑
E‧‧‧最小寬度
P‧‧‧影像區域
L1、L2‧‧‧影像光
L3、L4‧‧‧區域化影像光
T‧‧‧單透鏡
10‧‧‧光源
20‧‧‧桿狀透鏡
30‧‧‧影像擷取單元
40‧‧‧平台
50‧‧‧驅動單元
S41~S43‧‧‧步驟

圖1為一示意圖，顯示習知具有單透鏡之影像掃描系統。 圖2為一示意圖，顯示本發明一實施例之掃描具有深度影像之物件之影像掃瞄系統。 圖3為一示意圖，顯示本發明另一實施例之掃描具有深度影像之物件之影像掃瞄系統。 圖4為一示意圖，顯示本發明一實施例之掃描具有深度影像之物件之影像掃瞄方法。

A‧‧‧物件

A1‧‧‧目標影像

B‧‧‧可視區域

C‧‧‧間距

D‧‧‧直徑

E‧‧‧最小寬度

P‧‧‧影像區域

L1、L2‧‧‧影像光

L3、L4‧‧‧區域化影像光

10‧‧‧光源

20‧‧‧桿狀透鏡

30‧‧‧影像擷取單元

Claims (12)

1. 一種掃描具有深度影像之物件之影像掃瞄方法，包含： 以一光源照射一物件以產生具有不同景深之多個影像光，其中該物件包含具有一深度之一目標影像； 以多個桿狀透鏡接收該多個桿狀透鏡之可視區域內之該多個影像光，並輸出多個區域化影像光至多個影像區域內，其中該多個桿狀透鏡之直徑及間距均小於該目標影像之輪廓之平均寬度，且每一該影像區域之大小均相同；以及 以一影像擷取單元擷取該多個區域化影像光以形成對應之一輪廓影像。
2. 如請求項1所述之掃描具有深度影像之物件之影像掃瞄方法，其中該多個桿狀透鏡之直徑及間距均小於該目標影像之該深度。
3. 如請求項1所述之掃描具有深度影像之物件之影像掃瞄方法，其中該多個桿狀透鏡之孔徑小於等於1.1mm。
4. 如請求項1所述之掃描具有深度影像之物件之影像掃瞄方法，其中以該光源照射該物件之步驟包含以一激發光源照射該物件，並激發該物件中之螢光物質。
5. 如請求項1所述之掃描具有深度影像之物件之影像掃瞄方法，更包含： 提供一平台，包含一透光材質，其中該物件設置於該平台上。
6. 如請求項1所述之掃描具有深度影像之物件之影像掃瞄方法，更包含： 以一驅動單元驅動該影像擷取單元以及該物件彼此相對移動，以掃描該物件。
7. 一種掃描具有深度影像之物件之影像掃瞄系統，包含： 一光源，用以照射一物件以產生具有不同景深之多個影像光，其中該物件包含具有一深度之一目標影像； 多個桿狀透鏡，彼此併排設置且光軸互相平行，用以接收該多個桿狀透鏡之可視區域內之該多個影像光至多個影像區域內，並輸出多個區域化影像光，其中該多個桿狀透鏡之直徑及間距均小於該目標影像之輪廓之平均寬度，且每一該區域化影像光之模糊範圍大小均為相同；以及 一影像擷取單元，設置於該多個桿狀透鏡之出光側，用以擷取該多個區域化影像光以形成對應之一輪廓影像。
8. 如請求項7所述之掃描具有深度影像之物件之影像掃瞄系統，其中該多個桿狀透鏡之直徑及間距均小於該目標影像之該深度。
9. 如請求項7所述之掃描具有深度影像之物件之影像掃瞄系統，其中該多個桿狀透鏡之孔徑小於等於1.1mm。
10. 如請求項7所述之掃描具有深度影像之物件之影像掃瞄系統，其中該光源包含一激發光源，用以照射該物件，並激發該物件中之螢光物質。
11. 如請求項7所述之掃描具有深度影像之物件之影像掃瞄系統，更包含： 一平台，包含一透光材質，其中該物件設置於該平台上。
12. 如請求項7所述之掃描具有深度影像之物件之影像掃瞄系統，更包含： 一驅動單元，用以驅動該影像擷取單元以及該物件彼此相對移動，以掃描該物件。