CN105823459A - 测距方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测距装置和测距方法，所述测距方法包括以下步骤：发射测距光信号于待测物，且测距光信号具有包括至少一个光点的图样；获取测距光信号投射于待测物的测距图像，且测距图像具有至少一由光点投射于待测物所形成之投射光点；以及于测距图像的重心位置落于第一区间内时，根据第一映射关系来计算待测物与测距装置之间的距离，其中第一映射关系记录有多个第一参考重心位置与其所对应的多个第一参考距离倒数；以及于重心位置落于第二区间内时，根据第二映射关系来计算待测物与测距装置之间的距离，其中第二映射关系记录有多个第二参考重心位置与其所对应的多个第二参考距离。本发明能同时保留住远距离与近距离的距离量测的精确度。

Description

测距方法与装置

技术领域

本发明涉及一种测距方法与装置，特别涉及一种光学测距方法与装置。

背景技术

现有的光学感测系统，于距离测量上，无论于进行远距离测距或近距离测距时，均采用相同的倒数型对映方程式来进行距离的计算。然而，当所拍摄的测距影像的像素分辨率不足时，远距离的量测会因为倒数的特性造成很大的误差。

然而，目前许多家电设备或其他产业用设备于应用时，均需仰赖自动辨识与周围环境相隔的距离的功能，若因为所拍摄的测距影像的像素分辨率不足，导致远距离量测时产生些微的重心偏移量，加上倒数对映方程式的特性，而使得远距离的量测产生很大的误差，便容易使得设备因碰撞而造成损坏。

发明内容

本发明实施例提供一种测距方法，执行于测距装置。测距装置包括运算单元、光源单元、影像感测单元与存储单元。用以执行于测距装置的测距方法包括：使用光源单元发射测距光信号于待测物，其中测距光信号具有图样，且图样包括至少一个光点；使用影像感测单元获取测距光信号投射于待测物的测距图像，其中测距图像具有至少一个投射光点，且投射光点由光点投射于待测物所形成；以及于测距图像的重心位置落于第一区间内时，使用运算单元根据投射光点于测距图像的重心位置与存储单元所存储的第一映射关系来计算投射光点对应于待测物与测距装置之间的距离，其中第一映射关系记录有多个第一参考重心位置与其所对应的多个第一参考距离倒数；以及于重心位置落于第二区间内时，使用运算单元根据投射光点于测距图像的重心位置与存储单元所存储的第二映射关系来计算投射光点对应于待测物与测距装置之间的距离，其中第二映射关系记录有多个第二参考重心位置与其所对应的多个第二参考距离。

本发明实施例另提供一种测距装置，用以执行测距方法的测距装置包括运算单元、光源单元、影像感测单元与存储单元。光源单元用以发射测距光信号于待测物，其中测距光信号具有图样，且图样包括至少一个光点。影像感测单元用以获取测距光信号投射于待测物的测距图像，其中测距图像具有至少一个投射光点，且投射光点由光点投射于待测物所形成。存储单元用以记录第一映射关系与第二映射关系，其中第一映射关系记录有多个第一参考重心位置所对应的多个第一参考距离倒数，且第二映射关系记录有多个第二参考重心位置所对应的多个第二参考距离。运算单元于测距图像的重心位置落于第一区间内时，根据投射光点于测距图像的重心位置与第一映射关系来计算投射光点对应于待测物与测距装置之间的距离，并且于测距图像的重心位置落于第二区间内时，根据投射光点于测距图像的重心位置与第二映射关系来计算投射光点对应于待测物与测距装置之间的距离。

综上所述，本发明实施例所提出的测距方法与装置于测距图像的重心位置落于不同区间内时，根据不同的映射关系来计算投射光点对应于待测物与测距装置之间的距离。如此一来，透过本发明实施例所提出的测距方法与装置，便能减少远距离的距离量测时可能产生的误差值，进而同时保留住远距离与近距离的距离量测的精确度。

为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，但是这些说明与附图仅用来说明本发明，而非对本发明的权利范围作任何的限制。

附图说明

图1A至图1C是本发明实施例中待测物与测距装置相隔不同距离下所拍摄的测距影像。

图2A是本发明实施例中测距影像里各像素位置上测距图像的重心位置与待测物与测距装置的距离倒数的关系曲线图。

图2B是本发明实施例中测距影像里各像素位置上测距图像的重心位置与待测物与测距装置的距离的关系曲线图。

图3是本发明实施例中测距方法的流程图。

图4是本发明实施例中测距装置的方框示意图。

其中，附图标记说明如下：

IM1、IM2、IM3：测距影像

ML1、ML2、ML3：测距图像

R21、R22：测距图像的两侧区域

R31、R32：测距图像的两侧区域

C21、C22、C23：曲线

C21’、C22’、C23’：曲线

S31～S36：步骤

4：测距装置

41：光源单元

42：运算单元

43：影像感测单元

44：存储单元

WL：多边形墙面

具体实施方式

在下文将参看附图更充分地描述各种例示性实施例，在附图中展示一些例示性实施例。然而，本发明概念可能以许多不同形式来体现，且不应解释为限于本文中所阐述的例示性实施例。确切而言，提供这些例示性实施例使得本发明将为详尽且完整，且将向本领域的技术人员充分传达本发明概念的范畴。在诸附图中，可为了清楚而夸示层及区的大小及相对大小。类似数字始终指示类似元件。

应理解，虽然本文中可能使用术语第一、第二、第三等来描述各种元件，但此等元件不应受这些术语限制。这些术语乃用以区分一元件与另一元件。因此，下文论述的第一元件可称为第二元件而不偏离本发明概念的教示。如本文中所使用，术语“及/或”包括相关联的列出项目中的任一者及一或多者的所有组合。

以下将以多种实施例配合附图来说明所述测距方法与装置，然而，下述实施例并非用以限制本发明。

〔测距方法的实施例〕

请参照图1A至图1C，图1A至图1C是本发明实施例中待测物与测距装置相隔不同距离下所拍摄的测距图像。如图1A所示，图1A为待测物与测距装置相隔距离D1下所拍摄的测距影像IM1，于测距影像IM1中，可见多个投射光点所形成的测距图像ML1。如图1B所示，图1B为待测物与测距装置相隔距离D2下所拍摄的测距影像IM2，于测距影像IM2中，可见多个投射光点所形成的测距图像ML2。如图1C所示，图1C为待测物与测距装置相隔距离D3下所拍摄的测距影像IM3，于测距影像IM3中，可见多个投射光点所形成的测距图像ML3。其中待测物与测距装置相隔的距离D3<距离D1<距离D2。例如：距离D1为10厘米、距离D2为25厘米且距离D3为3厘米，但本发明于此并不限制。

如图1A与图1B所示，相较于多个投射光点所形成的测距图像ML1，多个投射光点所形成的测距图像ML2于测距影像中的位置较低，并且如图1A与图1C所示，相较于多个投射光点所形成的测距图像ML1，多个投射光点所形成的测距图像ML3于测距影像中的位置较高。除此之外，如图1B与图1C所示，由于测距影像分辨率的不足与远距离时，信号噪声比较强，使得测距图像ML2的两侧区域R21、R22的投射光点的重心位置如采用倒数型对映方程式来进行距离的计算时，会比测距图像ML3的两侧区域R31、R32的投射光点的重心位置采用倒数型对映方程式来进行距离的计算呈现较大的偏离现象。

请接着参照图2A与图2B，图2A是本发明实施例中测距影像里各像素位置上测距图像的重心位置与待测物与测距装置的距离倒数的关系曲线图，且图2B是本发明实施例中测距影像里各像素位置上测距图像的重心位置与待测物与测距装置的距离的关系曲线图。

于图2A中的曲线图中，曲线C21、C22与C23分别表示于测距影像中三个不同的像素位置上所计算出测距图像的投射光点的重心位置，以及待测物与测距装置的距离倒数间的关系。

进一步说明，根据图2A所示的曲线，进行距离测量时，便可通过各像素值上所计算出测距图像的投射光点的重心位置，根据图2A中曲线所示的关系，计算出对应此像素值上待测物与测距装置的距离。值得注意的是，根据图2A中以三个不同的像素值所绘示的曲线，可以看出，由于倒数的特性，若以相同的重心位置偏移量来作计算，于待测物与测距装置的距离为10厘米以上的区间里(即待测物与测距装置的距离倒数为0.1以下的区间)所计算出的距离差值，会远大于待测物与测距装置的距离为10厘米以下的区间里(即待测物与测距装置的距离倒数为0.1以上的区间)所计算出的距离差值。

换句话说，当进行光学二维远距离测距时，由于分辨率不足与信号噪声比较强，将容易产生投射光点的重心位置的偏移，再加上图2A所示的曲线图中倒数的特性，将使得所计算出的待测物与测距装置的距离产生很大的误差。

另一方面，于图2B中的曲线图中，曲线C21’、C22’与C23’分别表示于测距影像中三个不同的像素位置上所计算出测距图像的投射光点的重心位置，以及待测物与测距装置的距离间的关系。进一步说明，图2B所示的曲线图为图2A所示的曲线图将横坐标的距离倒数转换成距离所绘示的曲线图。因此，在进行距离测量时，亦可通过各像素值上所计算出测距图像的投射光点的重心位置，根据图2B中曲线所示的关系，计算出对应此像素值上待测物与测距装置的距离。

值得注意的是，如图2B所示，由于曲线关系图的横坐标已转换为距离，而非原先使用的距离倒数，故于待测物与测距装置的距离为10厘米以上的区间，由于投射光点的重心位置偏移所造成的待测物与测距装置的距离计算上的误差便会减少。也就是说，当进行远距离测距时，利用图2B所示的曲线关系图计算待测物与测距装置的距离，便可减少进行远距离测距时可能产生的误差值。

接下来要进一步教示的是，进一步说明本实施例的测距方法的工作原理。

根据前述图2A所示的测距图像的重心位置与待测物与测距装置的距离倒数的关系曲线图，以及前述图2B所示的测距图像的重心位置与待测物与测距装置的距离的关系曲线图，本实施例提供了一种测距方法。

请参照图3，图3是本发明实施例中测距方法的流程图。如图3所示，测距方法包括以下步骤：使用光源单元发射测距光信号于待测物，其中测距光信号具有图样，且图样包括至少一个光点(步骤S31)；使用影像感测单元获取测距光信号投射于待测物的测距图像，其中测距图像具有至少一个投射光点，且投射光点由光点投射于待测物所形成(步骤S32)；计算投射光点于测距图像的重心位置(步骤S33)；判断投射光点于测距图像的重心位置落入第一区间或第二区间内(步骤S34)；若测距图像的重心位置落入第一区间，则根据投射光点于测距图像的重心位置与存储单元所存储的第一映射关系，来计算投射光点对应于待测物与测距装置之间的距离(步骤S35)；以及若测距图像的重心位置落入第二区间，则根据投射光点于测距图像的重心位置与存储单元所存储的第二映射关系，来计算投射光点对应于待测物与测距装置之间的距离(步骤S36)。

于本实施例中，步骤S35所述的第一映射关系记录有多个第一参考重心位置与其所对应的多个第一参考距离倒数，例如图2A所示的关系曲线图，且步骤S36所述的第二映射关系记录有多个第二参考重心位置与其所对应的多个第二参考距离，例如图2B所示的关系曲线图。

于一实施例中，根据图2A与图2B所示的曲线关系，于步骤S34中，重心位置的第一区间所对应的待测物与测距装置之间的距离范围可为3～10厘米，且重心位置的第二区间所对应的待测物与测距装置之间的距离范围可为10～25厘米，然本发明于此并不限制。

于一实施例中，光源单元所发射于待测物上的测距光信号的图样包括有多个光点，且多个光点形成一条横线。此外，根据测距图像中不同的像素位置，多个光点对应不同的多个第一映射关系，例如图2A所示的关系曲线图所绘示的多条关系曲线C21～C23，且根据测距图像中不同的像素位置，多个光点亦对应不同的多个第二映射关系，例如图2B所示的关系曲线图所绘示的多条关系曲线C21’～C23’。

于一实施例中，在利用投射光点的重心位置于根据第一映射关系计算待测物与测距装置之间的距离时，若投射光点的重心位置落在相邻两个第一参考重心位置，则可透过内插算法根据相邻两个第一参考重心位置对应的两个第一参考距离倒数，计算出此投射光点的重心位置所对应的距离倒数，接着，再根据所计算出的距离倒数计算出待测物与测距装置之间的距离。另一方面，在利用投射光点的重心位置于根据第二映射关系计算待测物与测距装置之间的距离时，若投射光点的重心位置落在相邻两个第二参考重心位置，则亦可透过内插算法根据相邻两个第二参考重心位置对应的两个第二参考距离，计算出此投射光点的重心位置所对应的待测物与测距装置之间的距离。

〔测距装置的实施例〕

请参照图4，图4是本发明实施例中测距装置的方框示意图。如图4所示，用以执行测距方法的测距装置4包括光源单元41、运算单元42、影像感测单元43与存储单元44。关于光源单元41与影像感测单元43，如图4所绘示的箭头方向所示，光源单元41用以发射测距光信号于待测物，如多边形墙面WL，其中测距光信号具有图样，且图样包括至少一个光点。另外，影像感测单元43用以获取测距光信号投射于待测物的测距图像(如图1A至图1C所示的测距图像IM1～IM3)，其中测距图像具有至少一个投射光点，且投射光点由测距光信号的图样的光点投射于待测物所形成。

关于存储单元44，存储单元44用以记录第一映射关系与第二映射关系，其中第一映射关系记录有多个第一参考重心位置所对应的多个第一参考距离倒数(如图2A所示，不同像素位置上测距图像中投射光点的重心位置与待测物与测距装置4的距离倒数的多条关系曲线C21～C23)，且第二映射关系记录有多个第二参考重心位置所对应的多个第二参考距离(如图2B所示，不同像素位置上测距图像中投射光点的重心位置与待测物与测距装置4的距离的多条关系曲线C21’～C23’)。

关于运算单元42，当测距图像中投射光点的重心位置落于第一区间内时，运算单元42根据投射光点于测距图像的重心位置与第一映射关系来计算投射光点对应于待测物与测距装置4之间的距离倒数，进而计算出待测物与测距装置4之间的距离。另一方面，当测距图像中投射光点的重心位置落于第二区间内时，运算单元44根据投射光点于测距图像的重心位置与第二映射关系来计算投射光点对应于待测物与测距装置4之间的距离。

于一实施例中，根据图2A与图2B所示的曲线关系，重心位置的第一区间所对应的待测物与测距装置4之间的距离范围可为3～10厘米，且重心位置的第二区间所对应的待测物与测距装置之间的距离范围可为10～25厘米，然本发明于此并不限制。

于一实施例中，光源单元41所发射于待测物上的测距光信号的图样包括有多个光点，且多个光点系形成一条横线。此外，根据测距图像中不同的像素位置，多个光点对应不同的多个第一映射关系，例如图2A所示的关系曲线图所绘示的多条关系曲线C21～C23，且根据测距图像中不同的像素位置，多个光点亦对应不同的多个第二映射关系，例如图2B所示的关系曲线图所绘示的多条关系曲线C21’～C23’。

于一实施例中，运算单元42在利用投射光点的重心位置于根据第一映射关系计算待测物与测距装置4之间的距离时，若投射光点的重心位置落在相邻两个第一参考重心位置，则可透过内插算法根据相邻两个第一参考重心位置对应的两个第一参考距离倒数，计算出此投射光点的重心位置所对应的距离倒数，接着，再根据所计算出的距离倒数计算出待测物与测距装置4之间的距离。另一方面，运算单元42在利用投射光点的重心位置于根据第二映射关系计算待测物与测距装置4之间的距离时，若投射光点的重心位置落在相邻两个第二参考重心位置，则亦可透过内插算法根据相邻两个第二参考重心位置对应的两个第二参考距离，计算出此投射光点的重心位置所对应的待测物与测距装置4之间的距离。

值得注意的是，如图4所示的实施例中，由于待测物为多边形墙面WL，故测距装置4需同时精确地量测其与多边形墙面WL相隔较近与相隔较远的距离。而由前述内容可知，由于本发明所提供的用以执行测距方法的测距装置能减少远距离的距离量测时可能产生的误差值，故进而能同时保留住远距离与近距离的距离量测的精确度。如此一来，于本实施例中，测距装置4与多边形墙面WL相隔较近与相隔较远的距离均可精确地被量测出来。举例来说，当测距装置4应用于具有防撞模组的设备时，通过精确地量测出测距装置4与多边形墙面WL相隔较近与相隔较远的距离，便可有效地避免设备与外界环境之间的碰撞，延长设备的使用寿命。

〔实施例的可能功效〕

综上所述，本发明实施例所提出的测距方法与装置于测距图像的重心位置落于不同区间内时，根据不同的映射关系来计算投射光点对应于待测物与测距装置之间的距离。如此一来，透过本发明实施例所提出的测距方法与装置，便能减少远距离的距离量测时可能产生的误差值，进而同时保留住远距离与近距离的距离量测的精确度。

以上所述仅为本发明的实施例，其并非用以局限本发明的专利范围。

Claims (12)

1.一种测距方法，执行于一测距装置，该测距装置包括一运算单元、一光源单元、一影像感测单元与一存储单元，且其特征在于该测距方法包括：

使用该光源单元发射一测距光信号于一待测物，其中该测距光信号具有一图样，且该图样包括至少一光点；

使用该影像感测单元获取该测距光信号投射于该待测物的一测距图像，其中该测距图像具有至少一投射光点，且该投射光点由该光点投射于该待测物所形成；以及

于该测距图像的一重心位置落于一第一区间内时，使用该运算单元根据该投射光点于该测距图像的该重心位置与该存储单元所存储的一第一映射关系来计算该投射光点对应于该待测物与该测距装置之间的一距离，其中该第一映射关系记录有多个第一参考重心位置与其所对应的多个第一参考距离倒数；以及

于该重心位置落于一第二区间内时，使用该运算单元根据该投射光点于该测距图像的该重心位置与该存储单元所存储的一第二映射关系来计算该投射光点对应于该待测物与该测距装置之间的一距离，其中该第二映射关系记录有多个第二参考重心位置与其所对应的多个第二参考距离。

2.如权利要求1所述的测距方法，其中该第一区间所对应的该距离的范围为3厘米至10厘米，且该第二区间所对应的该距离的范围为10厘米至25厘米。

3.如权利要求1所述的测距方法，其中该图样包括多个光点，且所述多个光点形成一横线。

4.如权利要求3项所述的测距方法，其中所述多个光点对应不同的多个第一映射关系，且亦对应不同的多个第二映射关系。

5.如权利要求1项所述的测距方法，其中当该重心位置落在该相邻两个第一参考重心位置时，则透过一内插算法根据该相邻两个第一参考重心位置对应的该两个第一参考距离倒数计算出该重心位置所对应的一距离倒数，再根据该距离倒数计算出该距离；以及当该重心位置落在该相邻两个第二参考重心位置时，则透过该内插算法根据该相邻两个第二参考重心位置对应的该两个第二参考距离计算出该重心位置所对应的该距离。

6.一种测距装置，其特征在于该测距装置包括：

一光源单元，用以发射一测距光信号于一待测物，其中该测距光信号具有一图样，且该图样包括至少一光点；

一影像感测单元，用以获取该测距光信号投射于该待测物的一测距图像，其中该测距图像具有至少一投射光点，且该投射光点由该光点投射于该待测物所形成；

一存储单元，用以记录一第一映射关系与一第二映射关系，其中该第一映射关系记录有多个第一参考重心位置所对应的多个第一参考距离倒数，且该第二映射关系记录有多个第二参考重心位置所对应的多个第二参考距离；以及

一运算单元，于该重心位置落于一第一区间内时，根据该投射光点于该测距图像的一重心位置与该第一映射关系来计算该投射光点对应于该待测物与该测距装置之间的一距离，以及于该重心位置落于一第二区间内时，根据该投射光点于该测距图像的该重心位置与该第二映射关系来计算该投射光点对应于该待测物与该测距装置之间的一距离。

7.如权利要求6所述的测距装置，其中该第一区间所对应的该距离的范围为3厘米至10厘米，且该第二区间所对应的该距离的范围为10厘米至25厘米。

8.如权利要求6所述的测距装置，其中该图样包括多个光点，且所述多个光点形成一横线。

9.如权利要求8所述的测距装置，其中所述多个光点对应不同的多个第一映射关系，且亦对应不同的多个第二映射关系。

10.如权利要求6所述的测距装置，其中当该重心位置落在该相邻两个第一参考重心位置时，则该运算单元透过一内插算法根据该相邻两个第一参考重心位置对应的该两个第一参考距离倒数计算出该重心位置所对应的一距离倒数，再根据该距离倒数计算出该距离；以及当该重心位置落在该相邻两个第二参考重心位置时，则该运算单元透过该内插算法根据该相邻两个第二参考重心位置对应的该两个第二参考距离倒数计算出该重心位置所对应的该距离。

11.一种测距方法，其特征在于该测距方法包括：

发射一测距光信号于一待测物，其中该测距光信号具有一图样，且该图样包括至少一光点；

获取该测距光信号投射于该待测物的一测距图像，其中该测距图像具有至少一投射光点，且该投射光点由该光点投射于该待测物所形成；以及

于该测距图像的一重心位置落于一第一区间内时，根据该投射光点于该测距图像的该重心位置与一第一映射关系来计算该投射光点对应于该待测物与该测距装置之间的一距离，其中该第一映射关系记录有多个第一参考重心位置与其所对应的多个第一参考距离倒数；以及

于该重心位置落于一第二区间内时，根据该投射光点于该测距图像的该重心位置与一第二映射关系来计算该投射光点对应于该待测物与该测距装置之间的一距离，其中该第二映射关系记录有多个第二参考重心位置与其所对应的多个第二参考距离。

12.一种测距装置，其特征在于该测距装置包括：

一光源单元，用以发射一测距光信号于一待测物，其中该测距光信号具有一图样，且该图样包括至少一光点；

一影像感测单元，用以获取该测距光信号投射于该待测物的一测距图像，其中该测距图像具有至少一投射光点，且该投射光点系由该光点投射于该待测物所形成；以及

一运算单元，于该重心位置落于一第一区间内时，根据该投射光点于该测距图像的一重心位置与一第一映射关系来计算该投射光点对应于该待测物与该测距装置之间的一距离，以及于该重心位置落于一第二区间内时，根据该投射光点于该测距图像的该重心位置与一第二映射关系来计算该投射光点对应于该待测物与该测距装置之间的一距离，

其中该第一映射关系记录有多个第一参考重心位置所对应的多个第一参考距离倒数，且该第二映射关系记录有多个第二参考重心位置所对应的多个第二参考距离。