CN110068307B - 测距系统及测量距离的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种测距系统及测量距离的方法，测距系统包括发光组件、光学元件、图像传感器、内建数据资料库以及运算单元。发光组件提供光束。反射的部分光束适于通过光学元件，图像传感器具有图像传感区以接收光束。内建数据资料库储存有多种不同的形变形式以及多种不同的该形变形式所对应的距离的数值。运算单元比较不同时间下图像传感区所接收通过光学元件的光束所产生的第一图像与第二图像的形变差异度，以获得待测物的距离变化量。

Description

测距系统及测量距离的方法

本申请是申请案号201510190600.3的分案申请，所述申请案是在2015年04月21日提出申请，并且，所述申请案的发明名称为测距系统及测量距离的方法。

技术领域

本发明有关于一种测距系统及测量距离的方法，且特别是能根据所撷取待测物的图像而测量待测物距离的测距系统及测量距离的方法。

背景技术

目前测量距离的方法有多种，一般可以透过声波(Sound Wave)、红外线(Infrared)、激光(Laser)的应用，通过已知的声速、光速作为已知条件，测量声波或光波碰到待测物的往返时间即能够换算声波或光波所行走的距离。另外，也可以通过多个摆放于不同位置的图像传感器分别撷取同一待测物不同角度的图像，比对这些图像的相关性来定出图像上各点的相对位置以叠合这些图像，而后在已知这些图像传感器之间的间距与焦距长度的前提下，得以进一步判读出待测物的位置。

不过，在上述几种现有的方法中，透过声波或红外线等方式测量待测物的距离容易因为所发射的声波或红外线的波束发散而受到干扰，因此应用范围较具限制。另外，透过多个摆放于不同位置的图像传感器来测量待测物距离的方法，容易因为这些图像传感器之间的摆放位置关系复杂而产生误差，导致图像精度受到影响且测量的成本也较高。

发明内容

本发明有关于一种测距系统及测量距离的方法，且特别是能根据所撷取图像的形变区域相对于未形变区域的形变量而测量待测物距离的测距系统及测量距离的方法。

本发明其中一实施例所提供的一种测距系统，测距系统包括发光组件、光学元件、图像传感器、内建数据资料库以及运算单元。发光组件提供光束。反射的部分光束适于通过该光学元件。图像传感器具有图像传感区以接收通过该光学元件的部份光束及接收未通过光学元件的部份光束而形成一图像，该图像包括由图像传感区所接收通过光学元件的部分光束所产生的形变区域与图像传感区所接收未通过该光学元件的部分光束所产生的未形变区域，其中该光学元件部分重叠该图像传感区。内建数据资料库储存有多种不同的形变形式以及多种不同的该形变形式所对应的距离的数值。运算单元比较图像的形变区域与未形变区域的差异，以获得待测物的距离变化量。

优选地，该图像传感器包括一控制单元，该控制单元控制发光组件提供该光束至该待测物，以及控制发光组件未提供该光束至该待测物。

优选地，当该待测物位于一第一位置时，该图像传感器在该光束入射至该待测物时撷取一第一亮图像，该图像传感器在该光束未入射至该待测物时撷取一第一暗图像，该图像传感器根据该第一亮图像及该第一暗图像以计算出一第一差值图像，该第一差值图像包括对应该光学元件所部分重叠的该图像传感区的第一形变区域及对应该光学元件所未重叠的该图像传感区的第一未形变区域。

优选地，当该待测物位于一第二位置时，该图像传感器在撷取一第二亮图像以及一第二暗图像，该图像传感器根据该第二亮图像以及该第二暗图像而计算一第二差值图像，该第二差值图像包括对应该光学元件所部分重叠的该图像传感区的第二形变区域及对应该光学元件所未重叠的该图像传感区的第二未形变区域。

优选地，该运算单元计算该第一形变区域相对于第一未形变区域的形变量以及计算该第二形变区域相对于第二未形变区域的形变量，据以获得该第一位置以及该第二位置的距离变化量，以获得该待测物的距离变化量。

本发明其中一实施例提供一种测量距离的方法，当待测物位于第一位置时，撷取第一图像，第一图像包括第一形变区域以及第一未形变区域。计算第一形变区域以及第一未形变区域的形变量据以获得第一位置与测距系统之间的第一距离。

优选地，所述测量距离的方法还包括：当该待测物位于一第二位置时，撷取一第二图像，该第二图像包括一第二形变区域以及一第二未形变区域；计算该第二形变区域以及该第二未形变区域的形变量据以获得该第二位置与该测距系统之间的一第二距离；以及计算该第一距离与该第二距离之间的差值，以获得该第一位置及该第二位置的间距。

优选地，该测量距离的方法适用于一测距系统，其中该测距系统包括一图像传感器、一光学元件、一发光组件以及一运算单元，该光学元件部分地遮蔽图像传感器的一图像传感区，其中该第一形变区域对应该光学元件所部分重叠的该图像传感区，该第一未形变区域对应光学元件所未重叠的图像传感区。

优选地，所述测量距离的方法还包括：当该待测物位于该第一位置时，透过交错地提供一光束入射至该待测物和未提供该光束入射至该待测物；撷取一第一亮图像；撷取一第一暗图像；分析该第一亮图像以及该第一暗图像的灰度值；以及对该第一亮图像以及该第一暗图像执行图像相减，以产生一第一差值图像，该第一差值图像包括该第一形变区域以及该第一未形变区域。

优选地，所述测量距离的方法还包括：当该待测物位于该第二位置时，透过交错地提供一光束入射至该待测物和未提供该光束入射至该待测物；撷取一第二亮图像；撷取一第二暗图像；分析该第二亮图像以及该第二暗图像的灰度值；对该第二亮图像以及该第二暗图像执行图像相减，以产生一第二差值图像，该第二差值图像包括该第二形变区域以及该第二未形变区域。

本发明有关于一种测距系统及测量距离的方法，且特别是能根据不同时间下所撷取图像的相对形变量而测量待测物的距离变化。

本发明另一实施例所提供的一种测距系统，测距系统包括发光组件、光学元件、图像传感器、内建数据资料库以及运算单元。发光组件提供光束。反射的光束适于通过光学元件。图像传感器具有图像传感区以接收通过光学元件的光束。内建数据资料库储存有多种不同的形变形式以及多种不同的该形变形式所对应的距离的数值。运算单元比较不同时间下图像传感区所接收通过该光学元件的光束所产生的第一图像与第二图像的形变差异度，以获得待测物的距离变化量。

优选地，该待测物分别于不同的时间位于一第一位置及一第二位置，该待测物的距离变化量为该第一位置及该第二位置的间距。

优选地，当该待测物位于该第一位置时，该图像传感器撷取一第一亮图像以及一第一暗图像，当该待测物位于该第二位置时，该图像传感器在撷取一第二亮图像以及一第二暗图像，该图像传感器根据该第一亮图像以及该第一暗图像而计算一第一差值图像且根据该第二亮图像以及该第二暗图像而计算一第二差值图像。

优选地，该运算单元比较该第一差值图像与该第二差值图像的形变差异度。

本发明另一实施例提供一种测量距离的方法，当一待测物位于第一位置时，撷取第一图像。当待测物位于第二位置时，撷取第二图像。计算第一图像以及第二图像的形变差异度据以获得第一位置及第二位置之间的间距。

优选地，该测量距离的方法适用于一测距系统，其中该测距系统包括一图像传感器、一光学元件、一发光组件、一内建数据资料库以及一运算单元，该光学元件全面地遮蔽该图像传感器的一图像传感区。

优选地，撷取该第一图像的步骤还包括：提供一光束入射至该待测物；撷取一第一亮图像；未提供该光束入射至该待测物；撷取一第一暗图像；分析该第一亮图像以及该第一暗图像的灰度值；以及对该第一亮图像以及该第一暗图像执行图像相减，以产生一第一差值图像。

优选地，撷取该第二图像的步骤还包括：提供该光束入射至该待测物；撷取一第二亮图像；未提供该光束入射至该待测物；撷取一第二暗图像；分析该第二亮图像以及该第二暗图像的灰度值；对该第二亮图像以及该第二暗图像执行图像相减，以产生一第二差值图像；以及计算该第一差值图像以及该第二差值图像的形变差异度据以获得该间距。

综上所述，本发明第一实施例提供一种测距系统，包括发光组件、光学元件、图像传感器以及运算单元。光学元件部分重叠图像传感器的图像传感区，而图像传感区得以接收来自待测物所反射且穿透光学元件的光束以及未穿透光学元件的光束。因此，图像传感器所拍摄的待测物的亮图像及暗图像以及图像传感器根据亮图像及暗图像所处理的差值图像皆包括对应光学元件所部分重叠的图像传感区的形变区域及对应光学元件所未重叠的图像传感区的未形变区域。

本发明第一实施例提供一种测量距离的方法，由于光学元件仅部分地重叠图像传感区，图像传感器所拍摄的待测物的亮图像以及暗图像包括对应光学元件所部分重叠的图像传感区的形变区域及对应光学元件所未重叠的图像传感区的未形变区域。运算单元可以计算第一差值图像的第一形变区域相对于第一未形变区域的形变量，从而得以获得待测物与测距系统之间的第一距离。

另外，本发明另一实施例更提供另一种测量距离的方法，相对于第一实施例来说，当待测物由第一位置位移至第二位置时，运算单元能够计算待测物位于第二位置的差值图像所包括的形变区域及未形变区域之间的相对形变量，从而获得第二位置与测距系统之间的第二距离。运算单元将第二距离与第一距离相减以获得第一位置以及第二位置之间的间距。

此外，本发明第二实施例提供一种测距系统，光学元件全面地重叠图像传感器的图像传感区，而图像传感区得以接收来自待测物所反射且穿透光学元件的光束。因此，图像传感器在不同时间或是不同位置所拍摄的待测物的图像皆对应光学元件所全面地重叠的图像传感区而产生形变。

本发明第二实施例提供一种测量距离的方法，透过运算单元比较在不同时间或是不同位置下图像传感区所接收通过光学元件的光束所产生的第一图像与第二图像的形变差异度，来获得待测物移动的距离。

据此，本发明不会如同现有声波或红外线等测量法般容易受到应用上的限制，也不会因为现有方法因多个图像传感器之间的摆放位置关系复杂而导致图像精度受到影响。相较现有技术而言，测距系统仅需透过一个图像传感器即能以获得图像传感器和待测物的间距，不仅测量的成本较低且应用范围较不会受到限制。

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，然而所附附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制者。

附图说明

图1A是本发明第一实施例的测距系统的架构示意图。

图1B是本发明第一实施例的测距系统的功能方块图。

图1C是本发明第一实施例提供的测量距离方法的流程示意图。

图1D是本发明第一实施例提供的图像传感器所撷取的待测物的图像的示意图。

图2A是本发明另一实施例的测距系统的架构示意图。

图2B是本发明另一实施例提供的测量距离方法的流程示意图。

图2C是本发明另一实施例提供的图像传感器所撷取的待测物的图像的示意图。

图3A是本发明第二实施例的测距系统的架构示意图。

图3B是本发明第二实施例提供的测量距离方法的流程示意图。

图3C是本发明第二实施例提供的图像传感器所撷取的待测物的图像的示意图。

【符号说明】

100、200 测距系统

110 发光组件

120、220 光学元件

130、230 图像传感器

132 感光元件

134 控制单元

136 图像处理单元

140、240 运算单元

150A 第一形变区域

150B 第一未形变区域

150A’ 第二形变区域

150B’ 第二未形变区域

B1、B1’ 背景物

E1 第一位置

E2 第二位置

H1 第一距离

H2 第二距离

H3 间距

L1、L1a、L1b 光束

M1 图像传感区

S1、S1’ 待测物

P1a 第一亮图像

P1’a 第二亮图像

P1b 第一暗图像

P1’b 第二暗图像

P1c 第一差值图像

P1’c 第二差值图像

P2a 第一亮图像

P2’a 第一亮图像

P2b 第一暗图像

P2’b 第二暗图像

P2c 第一差值图像

P2’c 第二差值图像

S101～S106 步骤

S201～S213 步骤

S301～S311 步骤

具体实施方式

在随附附图中展示一些例示性实施例，而在下文将参阅随附附图以更充分地描述各种例示性实施例。值得说明的是，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，提供此等例示性实施例使得本发明将为详尽且完整，且将向熟习此项技术者充分传达本发明概念的范畴。在每一附图中，为了使得所绘示的各层及各区域能够清楚明确，而可夸示其相对大小的比例，而且类似数字始终指示类似元件。

图1A是本发明第一实施例的测距系统的架构示意图，图1B是本发明第一实施例的测距系统的功能方块图。请参阅图1A与图1B，测距系统100包括发光组件110、光学元件120、图像传感器130以及运算单元140。发光组件110提供光束L1至待测物S1。光学元件120配置于图像传感器130上并部分重叠图像传感器130，如此一来，图像传感器130所拍摄的待测物的图像便会具有对应光学元件120所重叠的形变区域及对应光学元件120所未重叠的未形变区域。运算单元140透过分析图像传感器130所拍摄的待测物的图像的灰度值以取得形变区域及未形变区域的形变量，借此以获得待测物S1的距离变化量。

发光组件110能够提供光束L1至待测物S1，其中待测物S1适于反射部分光束L1a、L1b。此外，发光组件110适于透过交错地提供光束L1以及未提供光束L1对待测物S1进行照明，以使图像传感器130能分别撷取亮图像(有打光)以及暗图像(未打光)，便于在后续运算分析中获得待测物S1的外观特征。于实务上，发光组件110可以是发光二极体(LightEmitting Diode，LED)、氙气闪光灯(High intensity Discharge Lamp)或者是卤素灯泡(Halogen Lamp)等。需要说明的是，图1A是绘示发光组件110整合于图像传感器130之中，于其他实施例中，发光组件110可独立于图像传感器130之外，图1A仅是用以说明，但不限于此。

光学元件120位于被待测物S1所反射的光束L1a、L1b的传递路径上，而且被待测物S1所反射的光束L1b适于通过光学元件120。待测物S1可以透过光学元件120而成像，其成像会视光学元件120的特性以及待测物S1与测距系统100的距离(第一距离H1)而产生形状变化，例如是缩放、倾斜、扭曲、旋转或错位等。于实务上，光学元件120的种类可以是透镜、棱镜、平面镜等，而光学元件120的材料可以是玻璃、塑胶等可使光束L1b通过的材料。

图像传感器130具有图像传感区M1且图像传感器130包括感光元件132、控制单元134及图像处理单元136。感光元件132位于图像传感区M1内且用以感应光束L1a、L1b以撷取待测物S1图像，所撷取的图像能显示出待测物S1以及位于成像范围内的背景物等。控制单元134用于控制发光组件110提供光束L1与否，也就是说，控制单元134控制发光组件110提供光束L1照明待测物S1以及未提供光束L1照明待测物S1。图像处理单元136则是用来将分别撷取到的待测物S1的亮图像及暗图像进行图像处理，以获得待测物S1的外观特征。在本实施例中，控制单元134与图像处理单元136可以是透过将算法整合于电路之中，而与感光元件形成一单片，又或是另外独立的硬件元件进行控制与计算，此为本发明所欲涵盖的范围。

具体而言，图像传感器130位于未通过光学元件120的光束L1a及通过光学元件120的光束L1b的传递路径上，光学元件120部分重叠图像传感区M1，而图像传感区M1得以接收来自待测物S1所反射且穿透光学元件120的光束L1b以及未穿透光学元件120的光束L1a，因此，图像传感器130所拍摄的图像便会包含两个区域，一个区域定义为光束L1b通过光学元件120而成像于图像传感器130上所产生的图像形变区域，另一个区域定义则为光束L1a未通过光学元件120而成像于图像传感器130上所产生的图像未形变区域。

在本实施例中，上述的运算单元140可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessor，DSP)或者是中央处理器(Central Processing Unit，CPU)，其中运算单元140可以根据图像传感器130所拍摄的待测物的图像进行处理，例如是根据上述所提及的图像形变区域与图像未形变区域的形变变化量，来计算出待测物S1的距离变化量。

于实务上，图像传感器130可以是一种具有摄像镜头的图像传感装置，其可装设于相机、智能型手机或是电脑等电子装置上，而感光元件132可以是互补式金属氧化物半导体传感元件(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Sensor，CMOS sensor)或电荷耦合元件(Charge-Coupled Device，CCD)。光学元件120可以装设于摄像镜头上且部分遮蔽所述摄像镜头，从而光学元件120得以部分重叠图像传感区M1。

图1C是本发明第一实施例提供的测量距离方法的流程示意图。图1D是本发明第一实施例提供的图像传感器所撷取的待测物的图像的示意图。透过本发明第一实施例提供的测量距离方法，可以测量待测物S1与测距系统100之间的第一距离H1，亦即第一位置E1与测距系统100之间的间距。请参阅图1C及图1D，以及配合参阅图1A及图1B。

执行步骤S101，当待测物S1位于第一位置E1时，待测物S1与测距系统100之间的间距为第一距离H1，控制单元134控制发光组件110提供光束L1至待测物S1，而待测物S1反射部分光束L1a、L1b。

接着，执行步骤S102，当控制单元134控制发光组件110提供光束L1至待测物S1时，图像传感器130撷取第一亮图像P1a。如图1D(a)所绘示，第一亮图像P1a显示出待测物S1的图像以及位于成像范围内的背景物B1，第一亮图像P1a包括形变区域及未形变区域，其中形变区域对应光学元件120所部分重叠的图像传感区M1及未形变区域对应光学元件120所未重叠的图像传感区M1。第一亮图像P1a可以是灰阶图像(gray-scale image)，适于分析识别。以8位元256色灰度值为例，灰度值由纯黑至灰最后到纯白的变化被量化为256个颜色，而灰度值的范围为0至255。

值得说明的是，在未形变区域内所显示的待测物S1的图像以及背景物B1的图像为未透过光学元件120而成像的正常显示的图像，其所显示出待测物S1的图像形状大小与测距系统100之间的第一距离H1成比例。在形变区域内所显示的图像为透过光学元件120而成像的变形图像，而形变的特性取决于光学元件120的种类以及材质等。举例来说，在本实施例中，形变区域的图像相对于未形变区域内所显示的图像是呈现放大的形变形式。

接着，执行步骤S103，当控制单元134控制发光组件110未提供光束L1至待测物S1时，图像传感器120撷取第一暗图像P1b。如图1D(b)所绘示，在未提供光束L1来照亮待测物S1时，第一暗图像P1b未显示出待测物S1的图像，若背景物B1为主动发光物件时，第一暗图像P1b则能够显示出背景物B1。其中，第一暗图像P1b亦包括形变区域及未形变区域，同样地，第一暗图像P1b亦可以是灰阶图像(gray-scale image)。

接着，执行步骤S104，分析第一亮图像P1a以及第一暗图像P1b的灰度值。详细而言，运算单元140分别分析第一亮图像P1a以及第一暗图像P1b的灰度值分布，可以得知在第一亮图像P1a以及第一暗图像P1b之中具有不同灰度值的像素所分布的位置、形状以及范围。

接着，执行步骤S105，对第一亮图像P1a以及第一暗图像P1b执行图像相减(ImageSubtraction)。具体来说，将第一亮图像P1a以及第一暗图像P1b相对应位置的像素的灰度值相减，将会得到的此两幅图像的第一差值图像P1c，而第一差值图像P1c的差异灰度值将介于-255至255之间。如图1D(c)所绘示，透过图像相减的步骤，可以将第一亮图像P1a以及第一暗图像P1b的背景物B1的图像滤除，从而所获得的第一差值图像P1c得以显示出待测物S1的图像。同样地，第一差值图像P1c所包括的第一形变区域150A及第一未形变区域150B都是对应第一亮图像P1a以及第一暗图像P1b的形变区域及未形变区域。依此，第一形变区域150A对应光学元件120所部分重叠的图像传感区M1，而第一未形变区域150B则对应光学元件120所未重叠的图像传感区M1。

执行步骤S106，计算第一形变区域150A相对于第一未形变区域150B的形变量，以获得待测物S1的距离变化量。详细而言，在第一形变区域150A的待测物S1图像形变形式可以是相对于第一未形变区域150B而缩放、倾斜、扭曲、旋转或错位等多种形式，而这些形变的形式是视光学元件120的特性以及第一距离H1等因素所产生的形状变化，其中本实施例以缩放作为实施方式，如图1D(c)所绘示，但不限于此。测距系统100可以还包括一内建数据资料库，内建数据资料库储存有多种不同的形变形式(例如是，缩放、倾斜、扭曲、旋转或错位等)以及这些不同的形变形式所对应的第一距离H1的数值。透过比对内建数据资料库，运算单元140能够根据不同的形变形式所产生的形状变化而对应获得待测物S1与测距系统100之间的第一距离H1。

基于上述，透过本发明一实施例的测量距离方法，由于光学元件120仅部分地重叠图像传感区M1，图像传感器130所拍摄的待测物S1的亮图像以及暗图像包括对应光学元件120所部分重叠的图像传感区M1的形变区域及对应光学元件120所未重叠的图像传感区M1的未形变区域。运算单元140可以计算第一差值图像P1c的第一形变区域150A相对于第一未形变区域150B的形变量，从而得以获得待测物S1与测距系统100之间的第一距离H1。据此，本发明不会如同现有声波或红外线等测量法般容易受到应用上的限制，也不会因为现有方法因多个图像传感器之间的摆放位置关系复杂而导致图像精度受到影响。相较现有技术而言，测距系统100仅需透过一个图像传感器130即能以获得图像传感器130和待测物S1的间距，不仅测量的成本较低且应用范围较不会受到限制。

图2A是本发明另一实施例的测距系统的架构示意图，图2B是本发明另一实施例提供的测量距离方法的流程示意图。图2C是本发明另一实施例提供的图像传感器所撷取的待测物的图像的示意图。透过本发明另一实施例提供的测量距离方法，可以测量待测物S1位在第一位置E1与位在第二位置E2之间的间距H3。于第二实施例中，可在前述第一实施例待测物S1位在第一位置E1时测量出第一距离H1后，在待测物S1位移至第二位置E2后，再进一步执行测量距离的步骤。第一距离H1的测量步骤如同前述第一实施例所述，于此不再赘述。请参阅图2A至图2B，以及配合参阅图1B。

首先，当待测物S1位于第一位置E1时，执行步骤S201至步骤S206，以获得位于第一位置E1的待测物S1与测距系统100之间的第一距离H1。其中，步骤S201至步骤S206的实施细节皆与步骤S101至步骤S106相同，因此于此不再赘述。另外，在本实施例中，形变区域的图像相对于未形变区域内所显示的图像是呈现旋转扭曲的形变形式。不过，本发明并不对形变区域所呈现的形变形式加以限定。

接下来，执行步骤S207，当待测物S1’由第一位置E1位移至第二位置E2时，待测物S1’与测距系统100之间的间距为第二距离H2，控制单元134控制发光组件110提供光束L1至待测物S1’，而待测物S1’反射部分光束L1a。

接着，执行步骤S208，当控制单元134控制发光组件110提供光束L1至待测物S1’时，图像传感器130撷取第二亮图像P1’a。如图2C(d)所绘示，第二亮图像P1’a显示出待测物S1’的图像以及位于成像范围内的背景物B1’。透过将光学元件120部分地重叠图像传感区M1，所撷取的第二亮图像P1’a包括对应光学元件120所部分重叠的图像传感区M1的形变区域及对应光学元件120所未重叠的图像传感区M1的未形变区域。第二亮图像P1’a为灰阶图像。

值得说明的是，在未形变区域内所显示的待测物S1’的图像以及背景物B1’的图像为并未透过光学元件120而成像，其所显示出待测物S1’的图像形状大小与测距系统100之间的第二距离H2成比例。在形变区域内所显示的待测物S1’的图像以及背景物B1’的图像透过光学元件120而成像，而形变的特性取决于光学元件120的种类以及材质等。同样地，形变区域的图像相对于未形变区域内所显示的图像仍是呈现旋转扭曲的形变形式。

接着，执行步骤S209，当控制单元134控制发光组件110未提供光束L1至待测物S1’时，图像传感器120撷取第二暗图像P1’b。如图2C(e)所绘示，若背景物B1为主动发光物件时，第二暗图像P1’b能够显示出背景物B1’，第二暗图像P1’b亦包括形变区域及未形变区域。值得说明的是，第二暗图像P1’b亦可以是灰阶图像。

接着，执行步骤S210，分析第二亮图像P1’a以及第二暗图像P1’b的灰度值。详细而言，运算单元140分别分析第二亮图像P1’a以及第二暗图像P1’b的灰度值分布，可以得知在第二亮图像P1’a以及第二暗图像P1’b之中具有不同灰度值的像素所分布的位置、所呈现的形状以及其范围。

接着，执行步骤S211，对第二亮图像P1’a以及第二暗图像P1’b执行图像相减，以将第一亮图像P1’a以及第二暗图像P1’b相对应位置的像素的灰度值相减，据以获得的此两幅图像的第二差值图像P1’c。如图2C(f)所绘示，同样地，第二差值图像P1’c所包括的第二形变区域150A’及第二未形变区域150B’都是对应第二亮图像P1’a以及第二暗图像P1’b的形变区域及未形变区域。其中，第二形变区域150A’对应光学元件120所部分重叠的图像传感区M1及第二未形变区域150B’对应光学元件120所未重叠的图像传感区M1。

接着，执行步骤S212，计算第二形变区域150A’相对于第二未形变区域150B’的形变量，以获得待测物S1’在第二位置E2时与测距系统100的距离变化量。本实施例以旋转扭曲的形变形式作为实施方式。透过比对内建数据资料库，运算单元140能够根据旋转扭曲的形变形式所产生的形状变化而对应获得待测物S1’与测距系统100之间的第二距离H2。

不过，于其他实施例中，视光学元件120的特性以及第二距离H2等因素，第二形变区域150A’的图像相对于第二未形变区域150B’的图像而呈现缩放、倾斜、扭曲、旋转或错位等多种形式。

执行步骤S213，运算单元140根据第一位置E1与测距系统100之间的第一距离H1以及第二位置E2与测距系统100之间的第二距离H2进行计算，据以获得第一位置E1以及第二位置E2之间的间距H3。

基于上述，透过本发明另一实施例的测量距离方法，当待测物S1位于第一位置E1时，通过光学元件120使得所拍摄的待测物S1的亮图像以及暗图像包括形变区域及未形变区域，以测量出位在第一位置E1的待测物S1与测距系统100之间的第一距离H1。同样地，当待测物S1由第一位置E1位移至第二位置E2时，通过光学元件120使得所拍摄的待测物S1的亮图像以及暗图像包括形变区域及未形变区域，以再度测量位在第二位置E2的待测物S1’与测距系统100之间的第二距离H2。运算单元140将第二距离H2与第一距离H1相减便可获得第一位置E1以及第二位置E2之间的间距H3。

应用上述步骤流程，本发明可提供测量距离方法的实施例。需强调的是，在本发明的核心精神下，各步骤的顺序可视不同测量条件而调整。例如，本发明所提供的测量距离方法亦可以先撷取暗图像再撷取亮图像。或者，第一亮图像P1a、第一暗图像P1b、第二亮图像P1’a以及第二暗图像P1’b可以依照图像传感器130的种类而皆是彩色图像。本发明并不对可视不同测量条件而能够调整的步骤顺序加以限定。

图3A是本发明第二实施例的测距系统的架构示意图。本发明又一实施例与的测距系统200与上述的测距系统100的差异在于，测距系统200的光学元件220覆盖整个图像传感区M1。也就是说，光学元件220全部遮蔽图像传感区M1，因此，图像传感器130所撷取的待测物的图像皆是对应被光学元件220所重叠的图像传感区M1的形变区域。另外，图像传感器230及运算单元240的运作在下面详细说明，其余元件如同前述第一实施例所述，于此不再赘述。

图像传感器230位于通过光学元件220的光束L1b的传递路径上，光学元件220全面地重叠图像传感区M1，而图像传感区M1得以接收来自待测物S1所反射且穿透光学元件220的光束L1b。因此，图像传感器230在不同时间或是不同位置所拍摄的待测物S1的图像皆对应光学元件220所全面地重叠的图像传感区M1而产生形变。

运算单元240透过分析在不同时间或是不同位置的图像传感器230所拍摄的待测物的图像的灰度值，以取得对应光学元件220所全面地重叠的图像传感区M1的形变区域的形变量(形变差异度)，借此以获得待测物S1的距离变化量。

图3B是本发明第二实施例提供的测量距离方法的流程示意图。图3C是本发明第二实施例提供的图像传感器所撷取的待测物的图像的示意图。本发明第二实施例的测量距离方法与本发明第一实施例的测量距离方法的差异在于，本发明第二实施例的测量距离方法是比较图像传感区M1所接收通过光学元件220的光束在不同时间或是不同位置下所产生的第一图像与第二图像的形变差异度，来获得待测物S1的距离变化量。透过全面地遮蔽图像传感区M1的光学元件220来使图像传感器230所撷取不同位置下的待测物的图像产生不同程度的形变。

执行步骤S301，当待测物S1位于第一位置E1时，待测物S1与测距系统200之间的间距为第一距离H1，控制单元134控制发光组件110提供光束L1至待测物S1，而待测物S1反射部分光束L1b。

接着，执行步骤S302，发光组件110提供光束L1至待测物S1时，图像传感器130撷取第一亮图像P2a。如图3C(a)所绘示，第一亮图像P2a显示出待测物S1的图像以及位于成像范围内的背景物B1，第一亮图像P2a对应光学元件220所全面地重叠的图像传感区M1而产生形变，而形变的特性取决于光学元件220的种类以及材质等。其中，本实施例以旋转扭曲的形变形式作为实施方式，如图3C(a)所绘示，但不限于此。

接着，执行步骤S303，当发光组件110未提供光束L1至待测物S1时，图像传感器120撷取第一暗图像P2b。如图3C(b)所绘示，第一暗图像P2b显示出位于成像范围内的背景物B1，第一暗图像P1b亦对应光学元件220所全面地重叠的图像传感区M1而产生形变。

接着，执行步骤S304，运算单元240分别分析第一亮图像P2a以及第一暗图像P2b的灰度值分布，可以得知在第一亮图像P2a以及第一暗图像P2b之中具有不同灰度值的像素所分布的位置、形状以及范围。

接着，执行步骤S305，对第一亮图像P2a以及第一暗图像P2b执行图像相减，以得到此两幅图像的第一差值图像P2c。如图3C(c)所绘示，所获得的第一差值图像P2c得以显示出待测物S1的图像。同样地，第一差值图像P2c对应光学元件220所全面地重叠的图像传感区M1而产生形变。

执行步骤S306，当待测物S1’由第一位置E1位移至第二位置E2时，待测物S1’与测距系统200之间的间距为第二距离H2，发光组件110提供光束L1至待测物S1’，而待测物S1’反射部分光束L1b。

接着，执行步骤S307，当发光组件110提供光束L1至待测物S1’时，图像传感器230撷取第一亮图像P2’a。如图3C(d)所绘示，第二亮图像P2’a显示出待测物S1’的图像以及位于成像范围内的背景物B1’，第二亮图像P2’a对应光学元件220所全面地重叠的图像传感区M1而产生形变。值得说明的是，当待测物S1’由第一位置E1位移至第二位置E2，图像传感器230所撷取的待测物的图像会随着不同的位置而产生不同的形变量(形变差异度)。也就是说，第二亮图像P2’a的形变量不同于第一亮图像P2a的形变量。形变特性取决于光学元件220的种类以及材质等。

接着，执行步骤S308，当发光组件110未提供光束L1至待测物S1’时，图像传感器120撷取第二暗图像P2’b。如图3C(e)所绘示，若背景物B1为主动发光物件时，第二暗图像P2’b能够显示出背景物B1’，第二暗图像P2’b对应光学元件220所全面地重叠的图像传感区M1而产生形变。同样地，第二暗图像P2’b的形变量不同于第一暗图像P2b的形变量。值得说明的是，第二暗图像P2’b亦可以是灰阶图像。

接着，执行步骤S309，运算单元240分别分析第二亮图像P2’a以及第二暗图像P2’b的灰度值分布，可以得知在第二亮图像P2’a以及第二暗图像P2’b之中具有不同灰度值的像素所分布的位置、所呈现的形状以及其范围。

接着，执行步骤S310，对第二亮图像P1’a以及第二暗图像P1’b执行图像相减，以获得此两幅图像的第二差值图像P2’c。如图3C(f)所绘示，同样地，第二差值图像P2’c对应光学元件220所全面地重叠的图像传感区M1而产生形变，其中第二差值图像P2’c的形变量不同于第一差值图像P2c的形变量。

接着，执行步骤S311，计算第二差值图像P2’c相对于第一差值图像P2c的形变量，以获得第二位置E2时与第一位置E1的间距H3。详细而言，本实施例以旋转扭曲的形变形式作为实施方式，当待测物S1’由第一位置E1位移至第二位置E2时，在第二差值图像P2’c的待测物S1’图像的旋转扭曲形变相对于第一差值图像P2c产生不同的形变量。透过比对内建数据资料库，运算单元240能够根据旋转扭曲的形变形式所产生的形状变化而对应获得的间距H3。

基于上述，透过本发明第二实施例的测量距离方法，图像传感器130所拍摄的在不同时间或是不同位置下的待测物S1图像对应光学元件220所全面地重叠的图像传感区M1而产生形变。运算单元240可以计算第二差值图像P2’c相对于第一差值图像P2c的形变量，从而得以获得待测物S1移动的距离。据此，本发明不会如同现有声波或红外线等测量法般容易受到应用上的限制，也不会因为现有方法因多个图像传感器之间的摆放位置关系复杂而导致图像精度受到影响。相较现有技术而言，测距系统200仅需透过一个图像传感器230即能以获得图像传感器和待测物之间距，不仅测量的成本较低且应用范围较不会受到限制。

综上所述，本发明第一实施例提供一种测距系统，其包括发光组件、光学元件、图像传感器以及运算单元。光学元件部分重叠图像传感器的图像传感区，而图像传感区得以接收来自待测物所反射且穿透光学元件的光束以及未穿透光学元件的光束。因此，图像传感器所拍摄的待测物的亮图像及暗图像以及图像传感器根据亮图像及暗图像所处理的差值图像皆包括对应光学元件所部分重叠的图像传感区的形变区域及对应光学元件所未重叠的图像传感区的未形变区域。

本发明第一实施例提供一种测量距离的方法，由于光学元件仅部分地重叠图像传感区，图像传感器所拍摄的待测物的亮图像以及暗图像包括对应光学元件所部分重叠的图像传感区的形变区域及对应光学元件所未重叠的图像传感区的未形变区域。运算单元可以计算第一差值图像的第一形变区域相对于第一未形变区域的形变量，从而得以获得待测物与测距系统之间的第一距离。

另外，本发明另一实施例更提供另一种测量距离的方法，相对于第一实施例来说，当待测物由第一位置位移至第二位置时，运算单元能够计算待测物位于第二位置的差值图像所包括的形变区域及未形变区域之间的相对形变量，从而获得第二位置与测距系统之间的第二距离。运算单元将第二距离与第一距离相减以获得第一位置以及第二位置之间的间距。

此外，本发明第二实施例提供一种测距系统，光学元件全面地重叠图像传感器的图像传感区，而图像传感区得以接收来自待测物所反射且穿透光学元件的光束。因此，图像传感器在不同时间或是不同位置所拍摄的待测物的图像皆对应光学元件所全面地重叠的图像传感区而产生形变。

本发明第二实施例提供一种测量距离的方法，透过运算单元比较在不同时间或是不同位置下图像传感区所接收通过光学元件的光束所产生的第一图像与第二图像的形变差异度，来获得待测物移动的距离。

据此，本发明不会如同现有声波或红外线等测量法般容易受到应用上的限制，也不会因为现有方法因多个图像传感器之间的摆放位置关系复杂而导致图像精度受到影响。相较现有技术而言，测距系统仅需透过一个图像传感器即能以获得图像传感器和待测物的间距，不仅测量的成本较低且应用范围较不会受到限制。

以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，非因此局限本发明的专利范围，故举凡运用本发明说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种测距系统，其特征在于，包括：

一发光组件，提供一光束；

一光学元件，被一待测物所反射的部分该光束适于通过该光学元件；

一图像传感器，具有一图像传感区以接收通过该光学元件的部分该光束及接收未通过该光学元件的部分该光束而形成一图像，该图像包括由该图像传感区所接收通过该光学元件的部分该光束所产生的一形变区域与该图像传感区所接收未通过该光学元件的部分该光束所产生的一未形变区域，其中该光学元件部分重叠该图像传感区；

一内建数据资料库，储存有多种不同的形变形式以及多种不同的该形变形式所对应的距离的数值；以及

一运算单元，根据所述内建数据资料库所储存的数据，比较该图像的该形变区域与该未形变区域的差异，以获得该待测物的距离变化量；

其中，当该待测物位于一第一位置时，该图像传感器在该光束入射至该待测物时撷取一第一亮图像，该图像传感器在该光束未入射至该待测物时撷取一第一暗图像，该图像传感器根据该第一亮图像及该第一暗图像以计算出一第一差值图像，该第一差值图像包括对应该光学元件所部分重叠的该图像传感区的第一形变区域及对应该光学元件所未重叠的该图像传感区的第一未形变区域。

2.如权利要求1所述的测距系统，其特征在于，该图像传感器包括一感光元件、一控制单元及一图像处理单元。

3.如权利要求1所述的测距系统，其特征在于，当该待测物位于一第二位置时，该图像传感器在撷取一第二亮图像以及一第二暗图像，该图像传感器根据该第二亮图像以及该第二暗图像而计算一第二差值图像，该第二差值图像包括对应该光学元件所部分重叠的该图像传感区的第二形变区域及对应该光学元件所未重叠的该图像传感区的第二未形变区域。

4.如权利要求3所述的测距系统，其特征在于，该运算单元计算该第一形变区域相对于第一未形变区域的形变量以及计算该第二形变区域相对于第二未形变区域的形变量，据以获得该第一位置以及该第二位置的距离变化量，以获得该待测物的距离变化量。

5.一种测量距离的方法，其特征在于，包括：

当一待测物位于一第一位置时，撷取一第一图像，该第一图像包括一第一形变区域以及一第一未形变区域；以及

根据多种不同的形变形式以及多种不同的该形变形式所对应的距离的数值，计算该第一形变区域以及该第一未形变区域的形变量据以获得该第一位置与一测距系统之间的一第一距离；

其中，该测量距离的方法适用于一测距系统，其中该测距系统包括一图像传感器、一光学元件、一发光组件以及一运算单元，该光学元件部分地遮蔽图像传感器的一图像传感区，其中该第一形变区域对应该光学元件所部分重叠的该图像传感区，该第一未形变区域对应光学元件所未重叠的图像传感区；

其中，所述测量距离的方法还包括：

当该待测物位于一第二位置时，撷取一第二图像，该第二图像包括一第二形变区域以及一第二未形变区域；

计算该第二形变区域以及该第二未形变区域的形变量据以获得该第二位置与该测距系统之间的一第二距离；以及

计算该第一距离与该第二距离之间的差值，以获得该第一位置及该第二位置的间距。

6.如权利要求5所述的测量距离的方法，其特征在于，所述测量距离的方法还包括：

当该待测物位于该第一位置时，透过交错地提供一光束入射至该待测物和未提供该光束入射至该待测物；

撷取一第一亮图像；

撷取一第一暗图像；

分析该第一亮图像以及该第一暗图像的灰度值；以及

对该第一亮图像以及该第一暗图像执行图像相减，以产生一第一差值图像，该第一差值图像包括该第一形变区域以及该第一未形变区域。

7.如权利要求6所述的测量距离的方法，其特征在于，所述测量距离的方法还包括：

当该待测物位于该第二位置时，透过交错地提供一光束入射至该待测物和未提供该光束入射至该待测物；

撷取一第二亮图像；

撷取一第二暗图像；

分析该第二亮图像以及该第二暗图像的灰度值；以及

对该第二亮图像以及该第二暗图像执行图像相减，以产生一第二差值图像，该第二差值图像包括该第二形变区域以及该第二未形变区域。

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