影像测距系统、光源模块及影像感测模块技术方案

技术编号:15389223 阅读:146 留言:0更新日期:2017-05-19 03:15
一种影像测距系统包含至少一光源模块与至少一影像感测模块;光源模块包括光源器件与光源镜头,光源器件发射一光信号,信号通过光源镜头而后射向物体,由物体反射产生反射信号,光信号之强度分布I

Image distance measuring system, light source module and image sensing module

An image measurement system includes at least one light source module and at least one image sensing module; the light source module comprises a light source device and the light source lens, light source device emits a light signal, the signal source through the lens and then fired objects, produce a reflected signal reflected by the object, the optical signal intensity distribution I

【技术实现步骤摘要】
影像测距系统、光源模块及影像感测模块
本专利技术涉及一种影像测距系统、光源模块及影像感测模块,尤指一种光信号之强度分布与光信号的出射角度,以及影像之成像高度、影像感测镜头之焦距与反射信号入射角度具有特殊设计,可提高影像感测元件感光能力并可提高立体测距精确度之影像测距系统、光源模块及影像感测模块。
技术介绍
近年来穿戴装置薄型化之需求崛起,以手势感测取代触控屏幕的需求增加,因此业者相继投入景深感测镜头模块技术。然而,传统触控屏幕无法感测Z轴高度的变化,因此只有二维空间的控制模式,至于三维空间的控制,例如:旋转3D立体模型,则无法在触控屏幕上进行控制。请参阅图9所示一已知影像测距系统,一红外线信号由光源1照射至物体2,此时可视为一点光源入射至一物体,物体边缘与物体中心的照度比为距离平方的反比再乘上入射角度的余弦比,如下式所示:E(θ)/E(0)=((L×cosθ)2/(L)2)×(cosθ/cos0°)=cos3θ其中,E(θ)为物体2边缘的照度;E(0)为物体2中心的照度;L为光源1至物体2边缘的距离;θ为光源1至物体2边缘与物体2法线的夹角。光源1沿着物体2之法线的方向与物体2的交点视为物体2的中心点,经由物体2反射后,考虑物体2的反射面为一朗伯表面(lambertiansurface),则光线反射的强度和cosθ成正比,影像感测元件接收来自物体边缘和物体中心反射的光线,其照度比为距离平方的反比,且还要再乘上入射角度的余弦比,则最后接收来自物体边缘和物体中心反射光线的照度比为:cos3θ×cosθ×cos3θ=cos7θ传统的设计将红外线信号的强度分布I0设计为I0=1/(cosθ)4。因此所接收到的信号强度就变为:(1/(cosθ)4)×cos7θ=cos3θ此时,影像感测元件接收来自物体2边缘和物体2中心之反射光线的照度和成cos3θ正比,亦即,照度分布较为不均匀。其次,请参阅图10所示,当物体2与镜头3的连线与影像感测镜头3的光轴夹一个小角度θ时,以时间感测(TimeofFlight;TOF)技术计算出物体2与影像感测镜头3之间的距离z’可近似为物体2与影像感测镜头3之间的纵向距离z,此时考虑物体2与影像感测镜头3之间的距离z远大于影像感测镜头3的焦距f,则物体2成像的位置约在影像感测镜头3的焦平面上,则可以计算出物体2相对于影像感测镜头3的横向距离H约为:H~z×tanθ=z×(h/f)但是当物体2与影像感测镜头3的连线与影像感测镜头3光轴夹的角度θ较大时,以时间感测(TimeofFlight;TOF)技术计算出物体2与影像感测镜头3之间的距离z’并不能近似为z,则计算出的横向距离H必须修正为:H=z′×tanθ=(z/cosθ)×(h/f)据此可知,若采用传统光源信号强度分布设计(例如:I0=1/(cosθ)4),传统影像成像高度与影像感测镜头焦距的比值设计,并无法精确地感测出物体之立体景深。
技术实现思路
在一实施例中,本专利技术提出一种影像测距系统,适于感测一物体的立体景深信息,该影像测距系统包含:至少一光源模块,包括一光源器件与一光源镜头,光源器件发射一光信号,光信号通过光源镜头而后射向物体,并由物体反射产生一反射信号,光信号之强度分布I1与光信号的出射角度θ之关系为I1=1/cos7θ;以及至少一影像感测模块,包括一影像感测元件与一影像感测镜头,反射信号以相同于光信号的出入射角度θ入射于影像感测镜头,并于影像感测元件形成该物体之一影像,影像之成像高度h1与影像感测镜头之焦距f的比值(h1/f)正比于sinθ。在一实施例中,本专利技术提出一种光源模块,其包含:一光源器件,用以发射一光信号;以及一光源镜头,该光信号通过该光源镜头而后射向一物体,并由该物体反射产生一反射信号,该光信号通过该光源镜头之强度分布I1与该光信号的出射角度θ之关系为:I1=1/cos7θ。在一实施例中,本专利技术提出一种影像感测模块,其包含:一影像感测元件,用以使一物体成像于其上;以及一影像感测镜头,提供一反射信号入射该影像感测镜头,该反射信号系由该物体反射一光信号而产生,该反射信号以一入射角度θ入射该影像感测镜头,并于该影像感测元件形成一该物体之影像,该影像之成像高度h1与该影像感测镜头之焦距f的比值(h1/f)正比于sinθ。附图说明图1为本专利技术之系统架构示意图。图2为光信号之强度分布I1=1/cos7θ时的强度分布曲线图。图3为本专利技术之光源模块之一实施例结构示意图。图4至图6为本专利技术之不同光源模块实施例与光信号之强度分布I1=1/cos7θ之曲线关系图。图7为本专利技术之红外线影像感测镜头之结构示意图。图8为本专利技术之影像感测模块影像实施例之成像高度与影像感测镜头之焦距的比值(h1/f)与sinθ成正比之曲线关系图。图9为已知影像测距系统之架构示意图。图10为已知感测物体立体景深之系统架构示意图。具体实施方式请参阅图1所示,本专利技术之一种影像测距系统100,包含一光源模块110与一影像感测模块120,适于感测一物体130的立体景深信息。光源镜头110与影像感测模块120可以相同的工艺进行加工与成形,例如晶圆级透镜工艺。光源模块110包括光源器件111与光源镜头112,光源器件111可采用激光器件或发光二极管器件。光源器件111可发射一光信号SA,该光信号SA可为红外线、可见光或UV光,且可为单一脉冲信号、短脉冲信号或是连续脉冲信号其中之一。其波长范围不限,以红外线光信号为例,其波长范围可为700-1400nm。光信号通过光源镜头112而后射向物体130,由物体130反射产生反射信号SB。光信号SA之强度分布I1与光信号SA的出射角度θ之关系为I1=1/cos7θ。影像感测模块120包括影像感测元件121与影像感测镜头122。反射信号SB以相同于光信号SA的出射角度θ入射于影像感测镜头122,并于影像感测元件121形成物体130之影像,影像之成像高度h1与影像感测镜头122之焦距f的比值(h1/f)正比于sinθ,或可简称为,影像感测镜头122为一sinθ镜头,亦即,物体130在影像感测元件121上之成像高度h1与sinθ成正比。影像感测模块120以时间感测(TimeofFlight;TOF)技术,计算出物体130与影像感测镜头122之间的景深信息。本实施例仅采用一光源模块110与一影像感测模块120,然除此之外,亦可采用多个光源模块为与多个影像感测模块。本专利技术将光信号SA的强度分布设计为I1=1/cos7θ,经由物体130反射后再由影像感测元件121所接收到的信号强度为:(1/cos7θ)×(cos7θ)=1此时影像感测元件121接收来自物体130边缘和物体130中心反射信号SB的照度和入射角度θ无关,因此就可以提高所接收到的信号灵敏度,以光源器件111为±30度之出射角度而言,1/cos7θ的强度分布曲线,如图2所示,中心强度约为边缘强度的36.5%。其次,如图1所示,本专利技术将物体130在影像感测元件121上成像的高度降为h1,但影像感测镜头122的焦距f不变,而两者之间的关系变为:h1/f=sinθ以时间感测(TimeofFlight;TOF)技术计算:(z/cosθ)×(h1/f)=(z/cosθ)×sinθ=z×t本文档来自技高网
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影像测距系统、光源模块及影像感测模块

【技术保护点】
一种影像测距系统,适于感测一物体的立体景深信息,该影像测距系统包含:至少一光源模块,包括一光源器件与一光源镜头,该光源器件发射一光信号,该光信号通过该光源镜头而后射向该物体,并由该物体反射产生一反射信号,该光信号通过该光源镜头之强度分布I

【技术特征摘要】
2015.11.09 TW 1041368821.一种影像测距系统,适于感测一物体的立体景深信息,该影像测距系统包含:至少一光源模块,包括一光源器件与一光源镜头,该光源器件发射一光信号,该光信号通过该光源镜头而后射向该物体,并由该物体反射产生一反射信号,该光信号通过该光源镜头之强度分布I1与该光信号的一出射角度θ之关系为:I1=1/cos7θ;以及至少一影像感测模块,包括一影像感测元件与一影像感测镜头,该反射信号以相同于该光信号的该出射角度θ入射于该影像感测镜头,并于该影像感测元件形成该物体之一影像,该影像之成像高度h1与该影像感测镜头之焦距f的比值(h1/f)正比于sinθ。2.如权利要求1所述的影像测距系统,其中该光源器件为激光器件或发光二极管器件。3.如权利要求1所述的影像测距系统,其中该光信号为红外线、可见光或UV光其中之一。4.如权利要求1所述的影像测距系统,其中该光信号之波长范围为700-1400nm。5.如权利要求1所述的影像测距系统,其中该光信号为单一脉冲信号、短脉冲信号或是连续脉冲信号其中之一。6.如权利要求1所述的影像测距系统,其中该光源器件系封装于该光源镜头内,该光源镜头包括一球体部分和一柱状部分,该球体部分系为曲率半径不同之一第一圆弧与一第二圆弧...

【专利技术属性】
技术研发人员:林俊廷郑陈嵚
申请(专利权)人:财团法人工业技术研究院
类型:发明
国别省市:中国台湾,71

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