CN102298149A - 提高精确度、移动侦测效率、省电的时差测距系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可提高测量精确度的时差测距的系统及方法，该方法利用光源朝对象发射不可见光；该不可见光经该对象反射后产生反射光，并由传感器接收；处理器耦接于该传感器，用以记录该不可见光由该光源发射至该对象以及经由该对象反射后到达该传感器的时间间隔。然后该处理器根据该时间间隔估计该对象的测量距离，且根据该测量距离，调整该光源的发射周期、该传感器的曝光周期、该不可见光的发射强度及/或该传感器的重点感测范围。
Description
技术领域
本发明是有关于一种时差测距系统及其方法，尤指一种根据侦测光往返待测对象的时间以提高测量精确度、省电及/或能提高移动侦测效率的时差测距系统及其方法。
背景技术
在现有技术中，时差测距系统(time of flight，TOF)是对待测对象发射侦测光，并接收由待测物反射侦测光所产生的反射光。时差测距系统可通过量测侦测光往返测距装置与待测对象之间所需的时间，以推算时差测距系统与待测对象之间的距离。然而，现有技术的时差测距系统并不会因为待测对象的距离而动态调整时差测距系统的距离侦测范围，亦不会动态调整测距系统内的传感器的曝光时间，所以范围量测的精确度较低。另外，现有技术的时差测距系统不会因为待测对象的距离而动态调整投射光源的强度，因此较耗电。除上述缺点之外，现有技术的时差测距系统亦不会因为待测对象的距离而动态调整测距系统内的传感器的重点感测范围，所以传感器需要感测的范围较大，导致移动侦测率(motion detection rate)较低。
发明内容
本发明的一实施例提供一种可提高测量精确度的时差测距的方法。该方法包括发射不可见光侦测对象；记录该不可见光经该对象反射后到达传感器的时间间隔；及根据该时间间隔调整该不可见光的发射周期及该传感器的曝光周期。
本发明的还一实施例提供一种可提高测量精确度的时差测距系统。该时差测距系统包括光源、传感器及处理器。该光源是用以朝对象发射不可见光；该传感器是用以接收来自该对象的反射光；及该处理器是耦接于该传感器，用以记录该不可见光经该对象反射后到达该传感器的时间间隔，以及根据该时间间隔调整该光源的发射周期及该传感器的曝光周期。
本发明的还一实施例提供一种省电的时差测距的方法。该方法包括发射不可见光侦测对象；记录该不可见光经该对象反射后到达传感器的时间间隔；及根据该时间间隔调整该不可见光的发射强度。
本发明的还一实施例提供一种省电的时差测距系统。该时差测距系统包括光源、传感器及处理器。该光源是用以朝对象发射不可见光；该传感器是用以接收来自该对象的反射光；及该处理器是耦接于该传感器，用以记录该不可见光经该对象反射后到达该传感器的时间间隔，以及根据该时间间隔调整该不可见光的发射强度。
本发明的还一实施例提供一种能提高移动侦测效率的时差测距的方法。该方法包括发射不可见光侦测对象；记录该不可见光经该对象反射后到达传感器的时间间隔；及根据该时间间隔调整该传感器的重点感测范围。
本发明的还一实施例提供一种能提高移动侦测效率的时差测距系统。该时差测距系统光源、传感器及处理器。该光源是用以朝对象发射不可见光；该传感器是用以接收来自该对象的反射光；及该处理器是耦接于该传感器，用以记录该不可见光经该对象反射后到达该传感器的时间间隔，以及根据该时间间隔调整该传感器的重点感测范围。
本发明所提供的一种时差测距系统，其包括的处理器是根据不可见光往返该时差测距系统与对象之间的时间间隔和光速估计待测对象和时差测距系统之间的距离。然后，该处理器可根据该对象和该时差测距系统之间的距离，调整该不可见光的发射周期、传感器的曝光周期、调整光源的发射强度及/或该传感器的重点感测范围。因此该时差测距系统可提高测量精确度、降低噪声、节省电能及/或提高移动侦测效率。
附图说明
图1是为本发明的一实施例说明一种可提高测量精确度的时差测距系统的示意图。
图2是说明记录不可见光从光源发射经待测对象反射后到达传感器的时间间隔，以及根据时间间隔调整光源的发射周期及传感器的曝光周期的示意图。
图3是本发明还一实施例说明一种可提高测量精确度的时差测距的方法的流程图。
图4是本发明还一实施例说明一种省电的时差测距的方法的流程图。
图5是说明处理器根据待测对象的大小和活动范围决定传感器的重点感测范围的示意图。
图6是本发明还一实施例说明一种能提高移动侦测效率的时差测距的方法的流程图。
图7是本发明还一实施例说明一种可提高测量精确度、省电及/或能提高移动侦测效率的时差测距的方法的流程图。
其中，附图标记说明如下：
100 时差测距系统
102 光源
103 待测对象
104 传感器
106 处理器
108 第一镜头
110 第二镜头
1042 红外线滤波器
300-314、400-412、600-614、700 步骤
-712
具体实施方式
请参照图1，图1是为本发明的一实施例说明一种可提高测量精确度的时差测距系统100的示意图。时差测距系统100包括光源102、传感器104及处理器106。光源102是用以朝待测对象103发射不可见光，其中光源102是为红外线发光二极管或是红外线雷射光源。传感器104是为感测数组，用以接收来自待测对象103的反射光。当光源102对待测对象103的表面发射红外光时，传感器104中的感测数组接收反射光后，可根据反射光判断待测对象103的外型。另外，传感器104还包括红外线滤波器1042，用以阻止红外线以外的光线进入传感器104。处理器106是耦接于传感器104，用以记录不可见光经待测对象103反射后到达传感器104的时间间隔T，以及根据时间间T隔调整光源102的发射周期及传感器104的曝光周期。
当光源102为红外线发光二极管时，差测距系统100还包括第一镜头108安装于光源102及待测对象103之间，用以将光源102所发出的红外线光汇聚至待测对象103的表面，且汇聚后的红外线光经待测对象103的表面反射后形成反射光。另外，时差测距系统100还包括第二镜头110安装于传感器104及待测对象103之间，用以将反射光汇聚至传感器104。但是当光源102是红外线雷射光源时，在此情况下，时差测距系统100就不须利用第一镜头108和第二镜头110聚光。
请参照图2，图2是说明记录不可见光从光源102发射经待测对象103反射后到达传感器104的时间间隔T，以及根据时间间隔T调整光源102的发射周期及传感器104的曝光周期的示意图。当光源102开始依照发射周期连续发射不可见光侦测待测对象103时，传感器104用以感测来自待测对象103的反射光。然后，处理器106记录不可见光从光源102发射后经待测对象103反射到达传感器104的时间间隔T，以及根据时间间隔T调整光源102的发射周期及传感器104的曝光周期，其中光源102调整后的发射周期及传感器104调整后的曝光周期略大于处理器106记录的时间间隔T。
光源102连续发射不可见光侦测待测对象103，处理器106通过传感器104所感测的多次反射光辨识待测对象103的外型(例如游戏中使用者的脸)，以及根据时间间隔T和光速决定待测对象103和时差测距系统100之间的距离D。其中时差测距系统100开始是侦测传感器104前方预定距离之后的范围，例如，如果时差测距系统100是交互式游戏，则时差测距系统100会从传感器前方60cm之后的距离开始侦测，但本发明的应用并不受限于交互式游戏，亦不受限于60cm，只要是利用时差测距观念执行3D特定距离的侦测，皆为本发明的范围。当不可见光的发射周期经由处理器106调整后，则时差测距系统100的侦测范围将会限缩至待测对象103所在的位置前后左右，例如待测对象103和时差测距系统100距离3m，则时差测距系统100的侦测范围将会限缩至3m前后附近的范围。另外，经由处理器106调整后的不可见光的发射周期将会适度的缩短(亦即不可见光的发射频率变高)，所以，处理器106经由反射光所能得到待测对象103的信息就越多。再者，如图2所示，经由处理器106调整后的传感器104的曝光周期亦会适度的缩短，且只须在传感器104感测到反射光时开启快门，所以可减少接收外界的噪声。
图3是本发明还一实施例说明一种可提高测量精确度的时差测距的方法的流程图。图3的方法是通过图1所示的时差测距系统100说明，其步骤详述如下：
步骤300：开始；
步骤302：光源102发射不可见光侦测待测对象103，且通过第一镜头108将侦测光汇聚至待测对象103的表面；
步骤304：第二镜头110将经由待测对象103表面反射的反射光汇聚至传感器104；
步骤306：处理器106记录不可见光从光源102发射经待测对象103反射后到达传感器104的时间间隔T；
步骤308：处理器106根据时间间隔T和光速估计待测对象103和时差测距系统100之间的距离D；
步骤310：处理器106根据待测对象103和时差测距系统100之间的距离D调整不可见光的发射周期及传感器104的曝光周期；
步骤312：处理器106根据不可见光的占空比(duty cycle)调整传感器104的占空比；
步骤314：结束。
在步骤304中，传感器104包括的红外线滤波器1042可阻止反射光以外的光线进入传感器104。在步骤310中，处理器106是根据距离D调整不可见光的发射周期及传感器104的曝光周期。如此，经由处理器106调整后的不可见光的发射周期将会适度的缩短(亦即不可见光的发射频率变高)，所以处理器106经由反射光所能得到待测对象103的信息就越多。在步骤312中(如图2所示)，处理器106是根据不可见光的占空比(duty cycle)调整传感器104的占空比，其中不可见光的占空比是与传感器104的占空比相同。而传感器104的占空比调整后，只须在传感器104感测到反射光时开启快门，所以可减少接收外界的噪声。
另外，图3的实施例亦可利用红外线雷射光做为光源，在此情况下，则不须利用第一镜头108和第二镜头110聚光。
本发明的还一实施例是通过图1说明一种省电的时差测距系统。时差测距系统100是用以记录不可见光从光源102发射经待测对象103反射后到达传感器104的时间间隔T，以及根据时间间隔T和光速估计出待测对象103和时差测距系统100之间的距离D。然后，处理器106根据距离D调整光源102的发射强度。由于可随着距离D动态调整光源102的发射强度，所以时差测距系统100可节省电能。
图4是本发明还一实施例说明一种省电的时差测距的方法的流程图。图4的方法是通过图1所示的时差测距系统100说明，其步骤详述如下：
步骤400：开始；
步骤402：光源102发射不可见光侦测待测对象103，且通过第一镜头108将侦测光汇聚至待测对象103的表面；
步骤404：第二镜头110将经由待测对象103表面反射的反射光汇聚至传感器104；
步骤406：处理器106记录不可见光从光源102发射经待测对象103反射后到达传感器104的时间间隔T；
步骤408：处理器106根据时间间隔T和光速估计待测对象103和时差测距系统100之间的距离D；
步骤410：处理器106根据距离D调整光源102的发射强度；
步骤412：结束。
另外，图4的实施例亦可利用红外线雷射光做为光源，在此情况下，则不须利用第一镜头108和第二镜头110聚光。
本发明的还一实施例是通过图1说明一种能提高移动侦测效率的时差测距系统。时差测距系统100的处理器106是记录不可见光从光源102发射经待测对象103反射后到达传感器104的时间间隔T，以及根据时间间隔T和光速估计出待测对象103和时差测距系统100之间的距离D。请参照图5，图5是说明处理器106根据待测对象103的大小和活动范围决定传感器104的重点感测范围的示意图。如图5所示，当处理器106估计出待测对象103的大小以及距离D后，可根据待测对象103的大小和待测对象103的活动范围限缩传感器104的重点感测范围，其中传感器104在重点感测范围所感测的像素数目大于传感器104在重点感测范围外所感测的像素数目，且传感器104的重点感测范围会随着待测对象103而动态移动。因为传感器104仅在重点感测范围内感测较多的像素，所以可降低传感器104输出的像素数目、节省电能以及提高移动侦测效率。
图6是本发明还一实施例说明一种能提高移动侦测效率的时差测距的方法的流程图。图6的方法是通过图1所示的时差测距系统100说明，其步骤详述如下：
步骤600：开始；
步骤602：光源102发射不可见光侦测待测对象103，且通过第一镜头108将侦测光汇聚至待测对象103的表面；
步骤604：第二镜头110将经由待测对象103表面反射的反射光汇聚至传感器104；
步骤606：处理器106记录不可见光从光源102发射经待测对象103反射后到达传感器104的时间间隔T；
步骤608：处理器106根据时间间隔T估计待测对象103和时差测距系统100之间的距离D；
步骤610：处理器106根据距离D，决定待测对象103的大小和活动范围；
步骤612：处理器106根据待测对象103的大小和活动范围，调整传感器104的重点感测范围；
步骤614：结束。
另外，图6的实施例亦可利用红外线雷射光做为光源，在此情况下，则不须利用第一镜头108和第二镜头110聚光。
本发明的还一实施例是通过图1说明一种可提高测量精确度、省电及/或能提高移动侦测效率的时差测距系统。时差测距系统100的处理器106是记录不可见光从光源102发射经待测对象103反射后到达传感器104的时间间隔T，以及根据时间间隔T和光速估计出待测对象103和时差测距系统100之间的距离D。然后，处理器106根据距离D调整光源102的发射强度、不可见光的发射周期、传感器104的曝光周期及/或传感器104的重点感测范围。经由处理器106调整后的不可见光的发射周期将会适度的缩短(亦即不可见光的发射频率变高)，因此，处理器106经由反射光所能得到待测对象103的信息就越多。传感器104的占空比调整后，只须在传感器104感测到反射光时开启快门，所以可减少接收外界的噪声。由于可随着距离D动态调整光源102的发射强度，所以时差测距系统100可节省电能。另外，因为传感器104仅在重点感测范围内感测较多的像素，所以可降低传感器104输出的像素数目、节省电能以及提高移动侦测效率。
图7是本发明还一实施例说明一种可提高测量精确度、省电及/或能提高移动侦测效率的时差测距的方法的流程图。图7的方法是通过图1所示的时差测距系统100说明，其步骤详述如下：
步骤700：开始；
步骤702：光源102发射不可见光侦测待测对象103，且通过第一镜头108将侦测光汇聚至待测对象103的表面；
步骤704：第二镜头110将经由待测对象103表面反射的反射光汇聚至传感器104；
步骤706：处理器106记录不可见光从光源102经待测对象103反射后到达传感器104的时间间隔T；
步骤708：处理器106根据时间间隔T估计待测对象103和时差测距系统100之间的距离D；
步骤710：处理器106根据距离D调整光源102的发射强度、不可见光的发射周期、传感器104的曝光周期及/或传感器104的重点感测范围；
步骤712：结束。
另外，图7的实施例亦可利用红外线雷射光做为光源，在此情况下，则不须利用第一镜头108和第二镜头110聚光。
综上所述，本发明所提供的可提高测量精确度的时差测距系统、省电的时差测距系统、能提高移动侦测效率的时差测距系统以及可提高测量精确度、省电及/或能提高移动侦测效率的时差测距系统，其中所包括的处理器是根据不可见光往返时差测距系统与待测对象之间的时间间隔和光速估计待测对象和时差测距系统之间的距离。然后，本发明所提供的可提高测量精确度的时差测距系统，其处理器是根据待测对象和时差测距系统之间的距离，调整不可见光的发射周期、传感器的曝光周期，因此可提高测量精确度以及降低噪声；本发明所提供的省电的时差测距系统，其处理器是根据待测对象和时差测距系统之间的距离，调整光源的发射强度，因此可节省电能；本发明所提供的能提高移动侦测效率的时差测距系统，其处理器是根据待测对象和时差测距系统之间的距离，调整传感器的重点感测范围，因此可节省电能以及提高移动侦测效率；本发明所提供的可提高测量精确度、省电及/或能提高移动侦测效率的时差测距系统，其处理器是根据待测对象和时差测距系统之间的距离，调整不可见光的发射周期、传感器的曝光周期、光源的发射强度及/或传感器的重点感测范围，因此可提高测量精确度以及降低噪声、可节省电能以及提高移动侦测效率。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (29)
1.一种可提高测量精确度的时差测距的方法，其特征在于，包括：
发射不可见光侦测对象；及
记录该不可见光经该对象反射后到达传感器的时间间隔；
该方法的特征在于还包括：
根据该时间间隔调整该不可见光的发射周期及该传感器的曝光周期。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括利用该时间间隔估计该对象的测量距离；其中根据该时间间隔调整该不可见光的发射周期及该传感器的曝光周期是为根据该对象的测量距离调整该不可见光的发射周期及该传感器的曝光周期。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据该时间间隔调整该不可见光的发射周期及该传感器的曝光周期是将该不可见光的发射周期及该传感器的曝光周期调整为略大于该时间间隔。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括根据该不可见光的占空比调整该传感器的占空比，其中该不可见光的发射占空比是与该传感器的占空比相同，且该不可见光的开始发射时间是领先于该传感器的开始曝光时间，该不可见光的停止发射时间是领先于该传感器的停止曝光时间。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，该不可见光的占空比是为在该不可见光的发射周期内该不可见光的光源开启时间占该不可见光的发射周期的百分比，以及该传感器的占空比是为在该传感器的曝光周期内该传感器的快门开启时间占该传感器的曝光周期的百分比。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该不可见光是为红外线，且该传感器还包括红外线滤波器，用以阻止红外线以外的光线进入该传感器。
7.一种可提高测量精确度的时差测距系统，包括：
光源，用以朝对象发射不可见光；及
传感器，用以接收来自该对象的反射光；及
该时差测距系统的特征在于还包括：
处理器，耦接于该传感器，用以记录该不可见光经该对象反射后到达该传感器的时间间隔，以及根据该时间间隔调整该光源的发射周期及该传感器的曝光周期。
8.如权利要求7所述的时差测距系统，其特征在于，该处理器利用该时间间隔估计该对象的测量距离，并根据该对象的测量距离调整该不可见光的发射周期及该传感器的曝光周期。
9.如权利要求7所述的时差测距系统，其特征在于，该处理器将该不可见光的发射周期及该传感器的曝光周期调整为略大于该时间间隔。
10.如权利要求7所述的时差测距系统，其特征在于，该处理器根据该不可见光的占空比调整该传感器的占空比，其中该不可见光的占空比是与该传感器的占空比相同，且该不可见光的开始发射时间是领先于该传感器的开始曝光时间，该不可见光的停止发射时间是领先于该传感器的停止曝光时间。
11.如权利要求10所述的时差测距系统，其特征在于，该不可见光的占空比是为在该不可见光的发射周期内该不可见光的光源开启时间占该不可见光的发射周期的百分比，以及该传感器的占空比是为在该传感器的曝光周期内该传感器的快门开启时间占该传感器的曝光周期的百分比。
12.如权利要求7所述的时差测距系统，其特征在于，该光源是为红外线发光二极管或红外线雷射光源，且该传感器还包括红外线滤波器，用以阻止红外线以外的光线进入该传感器。
13.一种省电的时差测距的方法，包括：
发射不可见光侦测对象；及
记录该不可见光经该对象反射后到达传感器的时间间隔；及
该方法的特征在于还包括：
根据该时间间隔调整该不可见光的发射强度。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括利用该时间间隔估计该对象的测量距离；其中根据该时间间隔调整该不可见光的发射强度是为根据该对象的测量距离调整该不可见光的发射强度。
15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，该不可见光是为红外线，且该传感器还包括红外线滤波器，用以阻止红外线以外的光线进入该传感器。
16.一种省电的时差测距系统，包括：
光源，用以朝对象发射不可见光；及
传感器，用以接收来自该对象的反射光；
该时差测距系统的特征在于还包括：
处理器，耦接于该传感器，用以记录该不可见光经该对象反射后到达该传感器的时间间隔，以及根据该时间间隔调整该不可见光的发射强度。
17.如权利要求16所述的时差测距系统，其特征在于，该处理器利用该时间间隔估计该对象的测量距离，并根据该对象的测量距离调整该光源发出该不可见光的发射强度。
18.如权利要求16所述的时差测距系统，其特征在于，该光源是为红外线发光二极管或红外线雷射光源，且该传感器还包括红外线滤波器，用以阻止红外线以外的光线进入该传感器。
19.一种能提高移动侦测效率的时差测距的方法，包括：
发射不可见光侦测对象；及
记录该不可见光经该对象反射后到达传感器的时间间隔；
该方法的特征在于还包括：
根据该时间间隔调整该传感器的重点感测范围。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，还包括根据该时间间隔调整该不可见光的发射周期及该传感器的曝光周期，及根据该时间间隔调整该不可见光的发射强度。
21.如权利要求19所述的方法，其特征在于，还包括利用该时间间隔估计该对象的测量距离；其中根据该时间间隔调整该传感器的重点感测范围是为根据该对象的测量距离调整该传感器的重点感测范围。
22.如权利要求19所述的方法，其特征在于，根据该时间间隔调整该传感器的重点感测范围是利用该时间间隔决定该对象的大小和活动范围，并根据该对象的大小和活动范围决定该传感器的重点感测范围。
23.如权利要求19所述的方法，其特征在于，该传感器在该重点感测范围所感测的像素数目大于该传感器在该重点感测范围外所感测的像素数目。
24.如权利要求19所述的方法，其特征在于，该不可见光是为红外线，且该传感器还包括红外线滤波器，用以阻止红外线以外的光线进入该传感器。
25.一种能提高移动侦测效率的时差测距系统，包括：
光源，用以朝对象发射不可见光；及
传感器，用以接收来自该对象的反射光；
该时差测距系统的特征在于还包括：
处理器，耦接于该传感器，用以记录该不可见光经该对象反射后到达该传感器的时间间隔，以及根据该时间间隔调整该传感器的重点感测范围。
26.如权利要求25所述的时差测距系统，其特征在于，该处理器利用该时间间隔估计该对象的测量距离，并根据该对象的测量距离调整该传感器的重点感测范围。
27.如权利要求25所述的时差测距系统，其特征在于，该处理器利用该时间间隔决定该对象的大小和活动范围，并根据该对象的大小和活动范围决定该传感器的重点感测范围。
28.如权利要求25所述的时差测距系统，其特征在于，该传感器在该重点感测范围内所感测的像素数目大于该传感器在该重点感测范围外所感测的像素数目。
29.如权利要求25所述的时差测距系统，其特征在于，该光源是为红外线发光二极管或红外线雷射光源，且该传感器还包括红外线滤波器，用以阻止红外线以外的光线进入该传感器。
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