双孔径测距系统及其运作方法技术方案

本发明专利技术提供一种双孔径测距系统及其运作方法，该测距系统包含：第一孔径光阑；第二孔径光阑；像素阵列，用以接收穿过第一孔径光阑及第二孔径光阑的光；以及处理单元，用以将图像帧的第一颜色子帧分别与多个第一模糊核进行卷积运算以产生多个模糊化第一子帧，将图像帧的第二颜色子帧分别与多个第二模糊核进行卷积运算以产生多个模糊化第二子帧，将对应第一相对物距时的模糊化第一子帧与模糊化第二子帧进行减法运算以得到第一差分帧，将对应第二相对物距时的模糊化第一子帧与模糊化第二子帧进行减法运算以得到第二差分帧，及选择第一差分帧与第二差分帧中，像素数值的总和最小者所相对应的一组模糊化第一子帧与模糊化第二子帧作为一组最佳匹配子帧。

Dual-aperture ranging system and its operation method

【技术实现步骤摘要】
双孔径测距系统及其运作方法本申请是申请号为201510715859.5、申请日为2015年10月29日、名称为“双孔径测距系统”的中国专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及一种光学系统，更特别涉及一种双孔径测距系统。
技术介绍
图像系统已成为目前行动装置上不可或缺的应用系统之一。所述图像系统所采集的信号除了纪录图像之外，还可应用于手势辨识(gesturerecognition)、近接感测(proximitysensing)或距离侦测等。在距离侦测的应用中，例如可使用飞行时间法(timeofflight)、结构光法(structurelight)、光场相机(lightfieldcamera)、编码孔径相机(aperturecodedcamera)等来计算深度。然而，上述方法皆有其限制。例如，飞行时间法及结构光法会消耗较高的功率，因而较不适用于行动装置。光场相机会降低图像分辨率。编码孔径相机则会降低信噪比(signal-to-noiseratio)。有鉴于此，有需要提出一种方案，以解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种双孔径测距系统，其比对绿光图像与多个模糊核(blurkernel)的卷积结果和红外光图像与多个模糊核的卷积结果，借以产生深度图。本专利技术的另一目的在于提供一种双孔径测距系统，其比对蓝光图像与多个模糊核的卷积结果和红外光图像与多个模糊核的卷积结果，借以产生深度图。为达上述目的，本专利技术说明提供一种测距系统，包含第一孔径光阑、第二孔径光阑、像素阵列以及处理单元。所述第一孔径光阑包含红外光截止滤光材质的薄片并具有第一光圈开口。所述第二孔径光阑包含不透光材质的薄片并具有第二光圈开口，其中所述第二光圈开口大于所述第一光圈开口。所述像素阵列由红外光像素及绿光像素所组成，或者由红外光像素及蓝光像素所组成，用以接收穿过所述第一孔径光阑及所述第二孔径光阑的光。所述处理单元用以：将所述像素阵列输出的图像帧的第一颜色子帧分别与依据不同相对物距所事先量测到的多个第一模糊核进行卷积运算以产生对应所述不同相对物距时的多个模糊化第一子帧，其中所述不同相对物距至少包含有第一相对物距及第二相对物距，所述第一颜色为绿色光或蓝色光；将所述图像帧的第二颜色子帧分别与依据所述不同相对物距所事先量测到的多个第二模糊核进行卷积运算以产生对应所述不同相对物距时的多个模糊化第二子帧，其中所述第二颜色为红外光；将对应所述第一相对物距时的模糊化第一子帧与模糊化第二子帧进行减法运算以得到第一差分帧；将对应所述第二相对物距时的模糊化第一子帧与模糊化第二子帧进行减法运算以得到第二差分帧；及选择所述第一差分帧与所述第二差分帧中，像素数值的总和最小者所相对应的一组模糊化第一子帧与模糊化第二子帧作为一组最佳匹配子帧。本专利技术说明还提供一种测距系统的运作方法。所述测距系统包含第一孔径光阑、第二孔径光阑、图像传感器及系统光源。所述第一孔径光阑为红外光截止滤光材质，所述第二孔径光阑为不透光材质，所述第二孔径光阑的光圈开口大于所述第一孔径光阑的光圈开口。所述运作方法包含下列步骤：以所述图像传感器接收穿过所述第一孔径光阑及所述第二孔径光阑在所述系统光源点亮时的光来产生第一图像帧；以所述图像传感器接收穿过所述第一孔径光阑及所述第二孔径光阑在所述系统光源熄灭时的光来产生第二图像帧；计算所述第一图像帧与所述第二图像帧的差分图像帧；分别计算所述差分图像帧的第一颜色子帧与多个第一模糊核的卷积以产生多个模糊化第一子帧，所述第一颜色为绿色光或蓝色光；分别计算所述差分图像帧的第二颜色子帧与多个第二模糊核的卷积以产生多个模糊化第二子帧，所述第二颜色为红外光；对所述多个模糊化第一子帧与所述多个模糊化第二子帧进行最佳化匹配以求得一组最佳匹配子帧；以及根据所述组最佳匹配子帧求得深度。为了让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能更明显，下文将配合所附图示，详细说明如下。此外，于本专利技术的说明中，相同的构件以相同的符号表示，于此先述明。附图说明图1为本专利技术说明实施例的双孔径测距系统的剖视图。图2为不同色光的相对光谱响应。图3A及3B为本专利技术说明实施例的像素阵列的像素分布的示意图。图4A及4B为本专利技术说明实施例的像素阵列的像素分布的另一示意图。图5为本专利技术说明实施例的测距系统的方块示意图。图6为应用于本专利技术说明实施例的测距系统的模糊核的示意图。图7为本专利技术说明实施例的测距系统的运作方法的流程图。附图标记说明1测距系统10基板11第一孔径光阑12第二孔径光阑13透镜支架141～143透镜15图像传感器150像素阵列16红外光截止滤光片17透镜屏障L1、L2光束具体实施方式请参照图1，其为本专利技术说明实施例的双孔径测距系统的剖视图。本实施例的测距系统1包含基板10、第一孔径光阑11、第二孔径光阑12、透镜支架13、透镜组(此处例如显示包含三个透镜141～143，但并不限于此)、图像传感器15、红外光截止滤光片16以及透镜屏障17。所述透镜支架13例如大致具有一圆柱状结构，所述多个透镜141～143、所述第一孔径光阑11及所述第二孔径光阑12则设置于所述透镜支架13内；其中，图1所示的所述透镜组所包含透镜的数目及种类(例如凸透镜或凹透镜)仅为例示，其数目及种类根据不同应用而定，并无特定限制。所述透镜屏障17用以保护设置于所述透镜支架13内的所述透镜组，并具有开孔供外部光线进入所述透镜支架13而传播至位于所述透镜支架13的所述图像传感器15。所述第一孔径光阑(aperturestop)11包含红外光截止滤光材质的薄片(sheet)并具有第一光圈开口；其中，所述薄片例如为环状(ringshape)并用以阻挡红外光。更详言之，所述第一光圈开口为所述薄片的开口，且大致位于所述薄片的中央，但不以此为限。所述第一光圈开口例如大致为一圆形开口，但并不以此为限。一实施例中，所述红外光截止滤光材质的截止波长为550～650纳米，以阻挡所述截止波长以上的光束(例如L2)穿透所述薄片；其中，所述截止波长根据所述图像传感器15所要接收的可见光光谱决定。请参照图2所示，其为不同色光的相对光谱响应。例如，当所述图像传感器15主要用以感测蓝光(blue)时，所述截止波长可选择较短(例如约为550纳米)，而当所述图像传感器15主要用以感测绿光(green)时，所述截止波长可选择较长(例如约为650纳米)，以消除与红外光间的干扰。所述第二孔径光阑12包含不透光材质的薄片并具有第二光圈开口；其中，所述薄片例如为环状用以阻挡全部色光(例如阻挡图2所显示的所有光谱)。更详言的，所述第二光圈开口为所述薄片的开口，且大致位于所述薄片的中央，但不以此为限。所述第二光圈开口例如大致为圆形开口，但并不以此为限。本实施例中，为了形成双孔径，所述第二光圈开口大于所述第一光圈开口。藉此，红外光经过的孔径则不同于绿/蓝色光所经过的孔径。例如图1中，光束L1为包含红光、绿光、蓝光及红外光成分的光束，而光束L2主要包含绿光及蓝光成分但不包含红外光成分(被所述第二孔径光阑12所阻隔)或所包含的红外光成分相对绿/蓝光成分的比例非常低。因此，红外光的有效光圈为所述第一光圈开口；而绿光及蓝光的有效光圈为所述第二光圈开口。从图2可知，红光(Red)与红外光(I本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测距系统，包含：第一孔径光阑，包含红外光截止滤光材质的薄片并具有第一光圈开口；第二孔径光阑，包含不透光材质的薄片并具有第二光圈开口，其中所述第二光圈开口大于所述第一光圈开口；像素阵列，由红外光像素及绿光像素所组成，或者由红外光像素及蓝光像素所组成，用以接收穿过所述第一孔径光阑及所述第二孔径光阑的光；以及处理单元，用以将所述像素阵列输出的图像帧的第一颜色子帧分别与依据不同相对物距所事先量测到的多个第一模糊核进行卷积运算以产生对应所述不同相对物距时的多个模糊化第一子帧，其中所述不同相对物距至少包含有第一相对物距及第二相对物距，所述第一颜色为绿色光或蓝色光，将所述图像帧的第二颜色子帧分别与依据所述不同相对物距所事先量测到的多个第二模糊核进行卷积运算以产生对应所述不同相对物距时的多个模糊化第二子帧，其中所述第二颜色为红外光，将对应所述第一相对物距时的模糊化第一子帧与模糊化第二子帧进行减法运算以得到第一差分帧，将对应所述第二相对物距时的模糊化第一子帧与模糊化第二子帧进行减法运算以得到第二差分帧，及选择所述第一差分帧与所述第二差分帧中，像素数值的总和最小者所相对应的一组模糊化第一子帧与模糊化第二子帧作为一组最佳匹配子帧。...

【技术特征摘要】
1.一种测距系统，包含：第一孔径光阑，包含红外光截止滤光材质的薄片并具有第一光圈开口；第二孔径光阑，包含不透光材质的薄片并具有第二光圈开口，其中所述第二光圈开口大于所述第一光圈开口；像素阵列，由红外光像素及绿光像素所组成，或者由红外光像素及蓝光像素所组成，用以接收穿过所述第一孔径光阑及所述第二孔径光阑的光；以及处理单元，用以将所述像素阵列输出的图像帧的第一颜色子帧分别与依据不同相对物距所事先量测到的多个第一模糊核进行卷积运算以产生对应所述不同相对物距时的多个模糊化第一子帧，其中所述不同相对物距至少包含有第一相对物距及第二相对物距，所述第一颜色为绿色光或蓝色光，将所述图像帧的第二颜色子帧分别与依据所述不同相对物距所事先量测到的多个第二模糊核进行卷积运算以产生对应所述不同相对物距时的多个模糊化第二子帧，其中所述第二颜色为红外光，将对应所述第一相对物距时的模糊化第一子帧与模糊化第二子帧进行减法运算以得到第一差分帧，将对应所述第二相对物距时的模糊化第一子帧与模糊化第二子帧进行减法运算以得到第二差分帧，及选择所述第一差分帧与所述第二差分帧中，像素数值的总和最小者所相对应的一组模糊化第一子帧与模糊化第二子帧作为一组最佳匹配子帧。2.根据权利要求1所述的测距系统，其中，所述红外光截止滤光材质的截止波长为550～650纳米。3.根据权利要求1所述的测距系统，其中，所述处理单元还用以对所述第一颜色子帧及所述第二颜色子帧进行滤波处理及透镜阴影补偿处理至少其中之一。4.根据权利要求1所述的测距系统，其中，所述处理单元还用以对所述图像帧进行内插运算以产生所述第一颜色子帧及所述第二颜色子帧。5.根据权利要求1所述的测距系统，其中，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王国振，陈以雷，
申请(专利权)人：原相科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71