TW201638610A

TW201638610A - 測距系統及測量距離的方法

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Publication number: TW201638610A
Application number: TW104112385A
Authority: TW
Inventors: 楊恕先
Original assignee: 原相科技股份有限公司
Priority date: 2015-04-17
Filing date: 2015-04-17
Publication date: 2016-11-01
Also published as: US10126118B2; US20190033059A1; US20160305768A1; US10712146B2; TWI555997B

Abstract

一種測距系統及測量距離的方法，測距系統包括發光組件、光學元件、影像感測器以及運算單元。發光組件提供光束至待測物。其中被待測物所反射的部分光束適於通過光學元件，影像感測器具有影像感測區以接收光束。運算單元比較不同時間下影像感測區所接收通過光學元件之光束所產生的第一待測物影像與第二待測物影像之形變差異度，以獲得待測物的距離變化量。

Description

測距系統及測量距離的方法

本發明係有關於一種測距系統及測量距離的方法，且特別是能根據所擷取待測物影像而量測待測物距離的測距系統及測量距離的方法。

目前測量距離的方法有多種，一般可以透過聲波(Sound Wave)、紅外線(Infrared)、雷射(Laser)的應用，藉由已知的聲速、光速作為已知條件，量測聲波或光波碰到待測物之往返時間即能夠換算聲波或光波所行走的距離。另外，也可以藉由多個擺放於不同位置的影像感測器分別擷取同一待測物不同角度的影像，比對這些影像的相關性來定出影像上各點的相對位置以疊合這些影像，而後在已知這些影像感測器之間的間距與焦距長度的前提下，得以進一步判讀出待測物的位置。

不過，在上述幾種習知的方法中，透過聲波或紅外線等方式量測待測物之距離容易因為所發射的聲波或紅外線之波束發散而受到干擾，因此應用範圍較具限制。另外，透過多個擺放於不同位置的影像感測器來量測待測物距離之方法，容易因為這些影像感測器之間的擺放位置關係複雜而產生誤差，導致影像精度受到影響且量測的成本也較高。

本發明係有關於一種測距系統及測量距離的方法，且特別是能根據所擷取影像的形變區域相對於未形變區域的形變量而量測待測物距離的測距系統及測量距離的方法。

本發明其中一實施例所提供的一種測距系統，測距系統包括發光組件、光學元件、影像感測器以及運算單元。發光組件提供光束至待測物。光學元件位於被待測物所反射的光束之傳遞路徑上，其中該待測物所反射的光束適於通過該光學元件。影像感測器位於通過該光學元件的部份光束之傳遞路徑上，影像感測器具有影像感測區以接收通過該光學元件的部份光束及接收未通過光學元件的部份光束，其中光學元件部分重疊影像感測區，影像感測器用於從待測物擷取待測物影像，待測物影像包括由影像感測區所接收通過光學元件之部分光束所產生的形變區域與影像感測區所接收未通過該光學元件之部分光束所產生的未形變區域。運算單元比較待測物影像之形變區域與未形變區域之差異，以獲得待測物的距離變化量。

本發明第一實施例提供一種測量距離的方法，當待測物位於第一位置時，擷取第一待測物影像，第一待測物影像包括第一形變區域以及第一未形變區域。計算第一形變區域以及第一未形變區域的形變量據以獲得第一位置與測距系統之間的第一距離。

另外，本發明另一實施例提供另一種測量距離的方法，相對於第一實施例來說，當待測物由第一位置位移至第二位置時，運算單元能夠計算待測物位於第二位置之差值影像所包括的形變區域及未形變區域之間的相對形變量，從而獲得第二位置與測距系統之間的第二距離。運算單元將第二距離與第一距離相減以獲得第一位置以及第二位置之間的間距。

本發明係有關於一種測距系統及測量距離的方法，且特別是能根據不同時間下所擷取影像的相對形變量而量測待測物的距離變化。

本發明其中一實施例所提供的一種測距系統，測距系統包括發光組件、光學元件、影像感測器以及運算單元。發光組件提供光束至待測物。光學元件位於被待測物所反射的光束之傳遞路徑上，其中待測物所反射的光束適於通過該光學元件。影像感測器位於通過光學元件的部份光束之傳遞路徑上，影像感測器具有影像感測區以接收通過光學元件的部份光束及接收未通過光學元件的部份光束，其中光學元件部分重疊影像感測區。影像感測器用於從待測物影像擷取一待測物影像，待測物影像包括由影像感測區所接收通過光學元件之部分光束所產生的形變區域與影像感測區所接收未通過光學元件之部分光束所產生的未形變區域。運算單元比較比較該待測物影像之形變區域與未形變區域之差異，以獲得待測物的距離變化量。

本發明另一實施例所提供的一種測距系統，測距系統包括發光組件、光學元件、影像感測器以及運算單元。發光組件提供光束至待測物。光學元件位於被待測物所反射的光束之傳遞路徑上，其中待測物所反射的光束適於通過光學元件。影像感測器位於通過光學元件的光束之傳遞路徑上，影像感測器具有影像感測區以接收通過光學元件的光束。運算單元比較不同時間下影像感測區所接收通過該光學元件之光束所產生的第一待測物影像與第二待測物影像之形變差異度，以獲得待測物的距離變化量。

本發明第二實施例提供一種測量距離的方法，當一待測物位於第一位置時，擷取第一待測物影像，第一待測物影像包括第一形變區域以及第一未形變區域。計算第一形變區域以及第一未形變區域的形變量據以獲得第一位置與測距系統之間的第一距離。

本發明第二實施例提供一種測量距離的方法，當一待測物位於第一位置時，擷取第一待測物影像。當待測物位於第二位置時，擷取第二待測物影像。計算第一待測物影像以及第二待測物影像的形變差異度據以獲得第一位置及第二位置之間的間距。

綜上所述，本發明第一實施例提供一種測距系統，其包括發光組件、光學元件、影像感測器以及運算單元。光學元件部分重疊影像感測器的影像感測區，而影像感測區得以接收來自待測物所反射且穿透光學元件的光束以及未穿透光學元件的光束。因此，影像感測器所拍攝的待測物之亮影像及暗影像以及影像感測器根據亮影像及暗影像所處理的差值影像皆包括對應光學元件所部分重疊之影像感測區之形變區域及對應光學元件所未重疊之影像感測區之未形變區域。

本發明第一實施例提供一種測量距離的方法，由於光學元件僅部分地重疊影像感測區，影像感測器所拍攝的待測物之亮影像以及暗影像包括對應光學元件所部分重疊之影像感測區之形變區域及對應光學元件所未重疊之影像感測區之未形變區域。運算單元可以計算第一差值影像之第一形變區域相對於第一未形變區域的形變量，從而得以獲得待測物與測距系統之間的第一距離。

另外，本發明另一實施例更提供另一種測量距離的方法，相對於第一實施例來說，當待測物由第一位置位移至第二位置時，運算單元能夠計算待測物位於第二位置之差值影像所包括的形變區域及未形變區域之間的相對形變量，從而獲得第二位置與測距系統之間的第二距離。運算單元將第二距離與第一距離相減以獲得第一位置以及第二位置之間的間距。

此外，本發明第二實施例提供一種測距系統，光學元件全面地重疊影像感測器的影像感測區，而影像感測區得以接收來自待測物所反射且穿透光學元件的光束。因此，影像感測器在不同時間或是不同位置所拍攝的待測物的影像皆對應光學元件所全面地重疊之影像感測區而產生形變。

本發明第二實施例提供一種測量距離的方法，透過運算單元比較在不同時間或是不同位置下影像感測區所接收通過光學元件之光束所產生的第一待測物影像與第二待測物影像之形變差異度，來獲得待測物移動的距離。

據此，本發明不會如同習知聲波或紅外線等量測法般容易受到應用上的限制，也不會因為習知方法因多個影像感測器之間的擺放位置關係複雜而導致影像精度受到影響。相較習知技術而言，測距系統僅需透過一個影像感測器即能以獲得影像感測器和待測物之間距，不僅量測的成本較低且應用範圍較不會受到限制。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與附圖，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

100、200‧‧‧測距系統

110‧‧‧發光組件

120、220‧‧‧光學元件

130、230‧‧‧影像感測器

132‧‧‧感光元件

134‧‧‧控制單元

136‧‧‧影像處理單元

140、240‧‧‧運算單元

150A‧‧‧第一形變區域

150B‧‧‧第一未形變區域

150A’‧‧‧第二形變區域

150B’‧‧‧第二未形變區域

B1、B1’‧‧‧背景物

E1‧‧‧第一位置

E2‧‧‧第二位置

H1‧‧‧第一距離

H2‧‧‧第二距離

H3‧‧‧間距

L1、L1a、L1b‧‧‧光束

M1‧‧‧影像感測區

S1、S1’‧‧‧待測物

P1a‧‧‧第一亮影像

P1’a‧‧‧第二亮影像

P1b‧‧‧第一暗影像

P1’b‧‧‧第二暗影像

P1c‧‧‧第一差值影像

P1’c‧‧‧第二差值影像

P2a‧‧‧第一亮影像

P2’a‧‧‧第一亮影像

P2b‧‧‧第一暗影像

P2’b‧‧‧第二暗影像

P2c‧‧‧第一差值影像

P2’c‧‧‧第二差值影像

S101~S106‧‧‧步驟

S201~S213‧‧‧步驟

S301~S311‧‧‧步驟

圖1A是本發明第一實施例的測距系統的架構示意圖。

圖1B是本發明第一實施例的測距系統的功能方塊圖。

圖1C是本發明第一實施例提供的測量距離方法的流程示意圖。

圖1D是本發明第一實施例提供的影像感測器所擷取的待測物影像示意圖。

圖2A是本發明另一實施例的測距系統的架構示意圖。

圖2B是本發明另一實施例提供的測量距離方法的流程示意圖。

圖2C是本發明另一實施例提供的影像感測器所擷取的待測物影像示意圖。

圖3A是本發明第二實施例的測距系統的架構示意圖。

圖3B是本發明第二實施例提供的測量距離方法的流程示意圖。

圖3C是本發明第二實施例提供的影像感測器所擷取的待測物影像示意圖。

在隨附圖式中展示一些例示性實施例，而在下文將參閱隨附圖式以更充分地描述各種例示性實施例。值得說明的是，本發明概念可能以許多不同形式來體現，且不應解釋為限於本文中所闡述之例示性實施例。確切而言，提供此等例示性實施例使得本發明將為詳盡且完整，且將向熟習此項技術者充分傳達本發明概念的範疇。在每一圖式中，為了使得所繪示的各層及各區域能夠清楚明確，而可誇示其相對大小的比例，而且類似數字始終指示類似元件。

圖1A是本發明第一實施例的測距系統的架構示意圖，圖1B是本發明第一實施例的測距系統的功能方塊圖。請參閱圖1A與圖1B，測距系統100包括發光組件110、光學元件120、影像感測器130以及運算單元140。發光組件110提供光束L1至待測物S1。光學元件120配置於影像感測器130上並部分重疊影像感測器130，如此一來，影像感測器130所拍攝的待測物影像便會具有對應光學元件120所重疊之形變區域及對應光學元件120所未重疊之未形變區域。運算單元140透過分析影像感測器130所拍攝的待測物影像的灰度值以取得形變區域及未形變區域的形變量，藉此以獲得待測物S1的距離變化量。

發光組件110能夠提供光束L1至待測物S1，其中待測物S1適於反射部分光束L1a、L1b。此外，發光組件110適於透過交錯地提供光束L1以及未提供光束L1對待測物S1進行照明，以使影像感測器130能分別擷取亮影像(有打光)以及暗影像(未打光)，便於在後續運算分析中獲得待測物S1的外觀特徵。於實務上，發光組件110可以是發光二極體(Light Emitting Diode，LED)、氙氣閃光燈(High intensity Discharge Lamp)或者是鹵素燈泡(Halogen Lamp)等。需要說明的是，圖1A是繪示發光組件110整合於影像感測器130之中，於其他實施例中，發光組件110可獨立於影像感測器130之外，圖1A僅是用以說明，但不限於此。

光學元件120位於被待測物S1所反射的光束L1a、L1b之傳遞路徑上，而且被待測物S1所反射的光束L1b適於通過光學元件120。待測物S1可以透過光學元件120而成像，其成像會視光學元件120的特性以及待測物S1與測距系統100的距離(第一距離H1)而產生形狀變化，例如是縮放、傾斜、扭曲、旋轉或錯位等。於實務上，光學元件120的種類可以是透鏡、稜鏡、平面鏡等，而光學元件120的材料可以是玻璃、塑膠等可使光束L1b通過的材料。

影像感測器130具有影像感測區M1且影像感測器130包括感光元件132、控制單元134及影像處理單元136。感光元件132位於影像感測區M1內且用以感應光束L1a、L1b以擷取待測物S1影像，所擷取的影像能顯示出待測物S1以及位於成像範圍內的背景物等。控制單元134用於控制發光組件110提供光束L1與否，也就是說，控制單元134控制發光組件110提供光束L1照明待測物S1以及未提供光束L1照明待測物S1。影像處理單元136則是用來將分別擷取到的待測物S1之亮影像及暗影像進行影像處理，以獲得待測物S1的外觀特徵。在本實施例中，控制單元134與影像處理單元136可以是透過將演算法整合於電路之中，而與感光元件形成一單晶片，又或是另外獨立的硬體元件進行控制與計算，此為本發明所欲涵蓋之範圍。

具體而言，影像感測器130位於未通過光學元件120的光束L1a及通過光學元件120的光束L1b之傳遞路徑上，光學元件120部分重疊影像感測區M1，而影像感測區M1得以接收來自待測物S1所反射且穿透光學元件120的光束L1b以及未穿透光學元件120的光束L1a，因此，影像感測器130所拍攝的影像便會包含兩個區域，一個區域定義為光束L1b通過光學元件120而成像於影像感測器130上所產生的影像形變區域，另一個區域定義則為光束L1a未通過光學元件120而成像於影像感測器130上所產生的影像未形變區域。

在本實施例中，上述的運算單元140可以是數位訊號處理器(Digital Signal Processor，DSP)或者是中央處理器(Central Processing Unit，CPU)，其中運算單元140可以根據影像感測器130所拍攝的待測物影像進行處理，例如是根據上述所提及之影像形變區域與影像未形變區域之形變變化量，來計算出待測物S1的距離變化量。

於實務上，影像感測器130可以是一種具有攝像鏡頭的影像感測裝置，其可裝設於相機、智慧型手機或是電腦等電子裝置上，而感光元件132可以是互補式金屬氧化物半導體感測元件(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Sensor，CMOS sensor)或電荷耦合元件(Charge-Coupled Device，CCD)。光學元件120可以裝設於攝像鏡頭上且部分遮蔽所述攝像鏡頭，從而光學元件120得以部分重疊影像感測區M1。

圖1C是本發明第一實施例提供的測量距離方法的流程示意圖。圖1D是本發明第一實施例提供的影像感測器所擷取的待測物影像示意圖。透過本發明第一實施例提供的測量距離方法，可以量測待測物S1與測距系統100之間的第一距離H1，亦即第一位置E1與測距系統100之間的間距。請參閱圖1C及圖1D，以及配合參閱圖1A及圖1B。

執行步驟S101，當待測物S1位於第一位置E1時，待測物S1與測距系統100之間的間距為第一距離H1，控制單元134控制發光組件110提供光束L1至待測物S1，而待測物S1反射部分光束L1a、L1b。

接著，執行步驟S102，當控制單元134控制發光組件110提供光束L1至待測物S1時，影像感測器130擷取第一亮影像P1a。如圖1D(a)所繪示，第一亮影像P1a顯示出待測物S1的影像以及位於成像範圍內的背景物B1，第一亮影像P1a包括形變區域及未形變區域，其中形變區域對應光學元件120所部分重疊之影像感測區M1及未形變區域對應光學元件120所未重疊之影像感測區M1。第一亮影像P1a可以是灰階影像(gray-scale image)，適於分析識別。以8位元256色灰度值為例，灰度值由純黑至灰最後到純白的變化被量化為256個顏色，而灰度值的範圍為0至255。

值得說明的是，在未形變區域內所顯示的待測物S1的影像以及背景物B1的影像為未透過光學元件120而成像的正常顯示的影像，其所顯示出待測物S1的影像形狀大小與測距系統100之間的第一距離H1成比例。在形變區域內所顯示的影像為透過光學元件120而成像的變形影像，而形變的特性取決於光學元件120的種類以及材質等。舉例來說，在本實施例中，形變區域的影像相對於未形變區域內所顯示的影像是呈現放大的形變形式。

接著，執行步驟S103，當控制單元134控制發光組件110未提供光束L1至待測物S1時，影像感測器120擷取第一暗影像P1b。如圖1D(b)所繪示，在未提供光束L1來照亮待測物S1時，第一暗影像P1b未顯示出待測物S1的影像，若背景物B1為主動發光物件時，第一暗影像P1b則能夠顯示出背景物B1。其中，第一暗影像P1b亦包括形變區域及未形變區域，同樣地，第一暗影像P1b亦可以是灰階影像(gray-scale image)。

接著，執行步驟S104，分析第一亮影像P1a以及第一暗影像P1b的灰度值。詳細而言，運算單元140分別分析第一亮影像P1a以及第一暗影像P1b的灰度值分佈，可以得知在第一亮影像P1a以及第一暗影像P1b之中具有不同灰度值的像素所分佈的位置、形狀以及範圍。

接著，執行步驟S105，對第一亮影像P1a以及第一暗影像P1b執行影像相減(Image Subtraction)。具體來說，將第一亮影像P1a以及第一暗影像P1b相對應位置之像素的灰度值相減，將會得到的此兩幅影像的第一差值影像P1c，而第一差值影像P1c的差異灰度值將介於-255至255之間。如圖1D(c)所繪示，透過影像相減的步驟，可以將第一亮影像P1a以及第一暗影像P1b的背景物B1的影像濾除，從而所獲得的第一差值影像P1c得以顯示出待測物S1的影像。同樣地，第一差值影像P1c所包括的第一形變區域150A及第一未形變區域150B都是對應第一亮影像P1a以及第一暗影像 P1b的形變區域及未形變區域。依此，第一形變區域150A對應光學元件120所部分重疊之影像感測區M1，而第一未形變區域150B則對應光學元件120所未重疊之影像感測區M1。

執行步驟S106，計算第一形變區域150A相對於第一未形變區域150B的形變量，以獲得待測物S1的距離變化量。詳細而言，在第一形變區域150A的待測物S1影像形變形式可以是相對於第一未形變區域150B而縮放、傾斜、扭曲、旋轉或錯位等多種形式，而這些形變的形式是視光學元件120的特性以及第一距離H1等因素所產生的形狀變化，其中本實施例係以縮放作為實施態樣，如圖1D(c)所繪示，但不限於此。測距系統100可以更包括一內建數據資料庫，內建數據資料庫儲存有多種不同的形變形式(例如是，縮放、傾斜、扭曲、旋轉或錯位等)以及這些不同的形變形式所對應的第一距離H1的數值。透過比對內建數據資料庫，運算單元140能夠根據不同的形變形式所產生的形狀變化而對應獲得待測物S1與測距系統100之間的第一距離H1。

基於上述，透過本發明一實施例的測量距離方法，由於光學元件120僅部分地重疊影像感測區M1，影像感測器130所拍攝的待測物S1之亮影像以及暗影像包括對應光學元件120所部分重疊之影像感測區M1之形變區域及對應光學元件120所未重疊之影像感測區M1之未形變區域。運算單元140可以計算第一差值影像P1c之第一形變區域150A相對於第一未形變區域150B的形變量，從而得以獲得待測物S1與測距系統100之間的第一距離H1。據此，本發明不會如同習知聲波或紅外線等量測法般容易受到應用上的限制，也不會因為習知方法因多個影像感測器之間的擺放位置關係複雜而導致影像精度受到影響。相較習知技術而言，測距系統100僅需透過一個影像感測器130即能以獲得影像感測器130和待測物S1之間距，不僅量測的成本較低且應用範圍較不會受到限制。

圖2A是本發明另一實施例的測距系統的架構示意圖，圖2B是本發明另一實施例提供的測量距離方法的流程示意圖。圖2C是本發明另一實施例提供的影像感測器所擷取的待測物影像示意圖。透過本發明另一實施例提供的測量距離方法，可以量測待測物S1位在第一位置E1與位在第二位置E2之間的間距H3。於第二實施例中，可在前述第一實施例待測物S1位在第一位置E1時量測出第一距離H1後，在待測物S1位移至第二位置E2後，再進一步執行測量距離的步驟。第一距離H1的量測步驟如同前述第一實施例所述，於此不再贅述。請參閱圖2A至圖2B，以及配合參閱圖1B。

首先，當待測物S1位於第一位置E1時，執行步驟S201至步驟S206，以獲得位於第一位置E1的待測物S1與測距系統100之間的第一距離H1。其中，步驟S201至步驟S206的實施細節皆與步驟S101至步驟S106相同，因此於此不再贅述。另外，在本實施例中，形變區域的影像相對於未形變區域內所顯示的影像是呈現旋轉扭曲的形變形式。不過，本發明並不對形變區域所呈現的形變形式加以限定。

接下來，執行步驟S207，當待測物S1’由第一位置E1位移至第二位置E2時，待測物S1’與測距系統100之間的間距為第二距離H2，控制單元134控制發光組件110提供光束L1至待測物S1’，而待測物S1’反射部分光束L1a。

接著，執行步驟S208，當控制單元134控制發光組件110提供光束L1至待測物S1’時，影像感測器130擷取第二亮影像P1’a。如圖2C(d)所繪示，第二亮影像P1’a顯示出待測物S1’的影像以及位於成像範圍內的背景物B1’。透過將光學元件120部分地重疊影像感測區M1，所擷取的第二亮影像P1’a包括對應光學元件120所部分重疊之影像感測區M1的形變區域及對應光學元件120所未重疊之影像感測區M1的未形變區域。第二亮影像P1’a為灰階影像。

值得說明的是，在未形變區域內所顯示的待測物S1’的影像以及背景物B1’的影像為並未透過光學元件120而成像，其所顯示出待測物S1’的影像形狀大小與測距系統100之間的第二距離H2成比例。在形變區域內所顯示的待測物S1’的影像以及背景物B1’的影像透過光學元件120而成像，而形變的特性取決於光學元件120的種類以及材質等。同樣地，形變區域的影像相對於未形變區域內所顯示的影像仍是呈現旋轉扭曲的形變形式。

接著，執行步驟S209，當控制單元134控制發光組件110未提供光束L1至待測物S1’時，影像感測器120擷取第二暗影像P1’b。如圖2C(e)所繪示，若背景物B1為主動發光物件時，第二暗影像P1’b能夠顯示出背景物B1’，第二暗影像P1’b亦包括形變區域及未形變區域。值得說明的是，第二暗影像P1’b亦可以是灰階影像。

接著，執行步驟S210，分析第二亮影像P1’a以及第二暗影像P1’b的灰度值。詳細而言，運算單元140分別分析第二亮影像P1’a以及第二暗影像P1’b的灰度值分佈，可以得知在第二亮影像P1’a以及第二暗影像P1’b之中具有不同灰度值的像素所分佈的位置、所呈現的形狀以及其範圍。

接著，執行步驟S211，對第二亮影像P1’a以及第二暗影像P1’b執行影像相減，以將第一亮影像P1’a以及第二暗影像P1’b相對應位置之像素的灰度值相減，據以獲得的此兩幅影像的第二差值影像P1’c。如圖2C(f)所繪示，同樣地，第二差值影像P1’c所包括的第二形變區域150A’及第二未形變區域150B’都是對應第二亮影像P1’a以及第二暗影像P1’b的形變區域及未形變區域。其中，第二形變區域150A’對應光學元件120所部分重疊之影像感測區M1及第二未形變區域150B’對應光學元件120所未重疊之影像感測區M1。

接著，執行步驟S212，計算第二形變區域150A’相對於第二未形變區域150B’的形變量，以獲得待測物S1’在第二位置E2時與測距系統100的距離變化量。本實施例係以旋轉扭曲的形變形式作為實施態樣。透過比對內建數據資料庫，運算單元140能夠根據旋轉扭曲的形變形式所產生的形狀變化而對應獲得待測物S1’與測距系統100之間的第二距離H2。

不過，於其他實施例中，視光學元件120的特性以及第二距離H2等因素，第二形變區域150A’的影像相對於第二未形變區域150B’的影像而呈現縮放、傾斜、扭曲、旋轉或錯位等多種形式。

執行步驟S213，運算單元140根據第一位置E1與測距系統100之間的第一距離H1以及第二位置E2與測距系統100之間的第二距離H2進行計算，據以獲得第一位置E1以及第二位置E2之間的間距H3。

基於上述，透過本發明另一實施例的測量距離方法，當待測物S1位於第一位置E1時，藉由光學元件120使得所拍攝的待測物S1之亮影像以及暗影像包括形變區域及未形變區域，以量測出位在第一位置E1的待測物S1與測距系統100之間的第一距離H1。同樣地，當待測物S1由第一位置E1位移至第二位置E2時，藉由光學元件120使得所拍攝的待測物S1之亮影像以及暗影像包括形變區域及未形變區域，以再度量測位在第二位置E2的待測物S1’與測距系統100之間的第二距離H2。運算單元140將第二距離H2與第一距離H1相減便可獲得第一位置E1以及第二位置E2之間的間距H3。

應用上述步驟流程，本發明可提供測量距離方法之實施例。需強調的是，在本發明的核心精神下，各步驟的順序可視不同量測條件而調整。例如，本發明所提供的測量距離方法亦可以先擷取暗影像再擷取亮影像。或者，第一亮影像P1a、第一暗影像P1b、第二亮影像P1’a以及第二暗影像P1’b可以依照影像感測器130 的種類而皆是彩色影像。本發明並不對可視不同量測條件而能夠調整的步驟順序加以限定。

圖3A是本發明第二實施例的測距系統的架構示意圖。本發明又一實施例與的測距系統200與上述的測距系統100的差異在於，測距系統200的光學元件220覆蓋整個影像感測區M1。也就是說，光學元件220全部遮蔽影像感測區M1，因此，影像感測器130所擷取的待測物影像皆是對應被光學元件220所重疊之影像感測區M1的形變區域。另外，影像感測器230及運算單元240的運作在下面詳細說明，其餘元件如同前述第一實施例所述，於此不再贅述。

影像感測器230位於通過光學元件220的光束L1b之傳遞路徑上，光學元件220全面地重疊影像感測區M1，而影像感測區M1得以接收來自待測物S1所反射且穿透光學元件220的光束L1b。因此，影像感測器230在不同時間或是不同位置所拍攝的待測物S1的影像皆對應光學元件220所全面地重疊之影像感測區M1而產生形變。

運算單元240透過分析在不同時間或是不同位置之影像感測器230所拍攝的待測物影像的灰度值，以取得對應光學元件220所全面地重疊之影像感測區M1之形變區域的形變量(形變差異度)，藉此以獲得待測物S1的距離變化量。

圖3B是本發明第二實施例提供的測量距離方法的流程示意圖。圖3C是本發明第二實施例提供的影像感測器所擷取的待測物影像示意圖。本發明第二實施例的測量距離方法與本發明第一實施例的測量距離方法的差異在於，本發明第二實施例的測量距離方法是比較影像感測區M1所接收通過光學元件220之光束在不同時間或是不同位置下所產生的第一待測物影像與第二待測物影像之形變差異度，來獲得待測物S1的距離變化量。透過全面地遮蔽影像感測區M1之光學元件220來使影像感測器230所擷取不同位置下的待測物影像產生不同程度的形變。

執行步驟S301，當待測物S1位於第一位置E1時，待測物S1與測距系統200之間的間距為第一距離H1，控制單元134控制發光組件110提供光束L1至待測物S1，而待測物S1反射部分光束L1b。

接著，執行步驟S302，發光組件110提供光束L1至待測物S1時，影像感測器130擷取第一亮影像P2a。如圖3C(a)所繪示，第一亮影像P2a顯示出待測物S1的影像以及位於成像範圍內的背景物B1，第一亮影像P2a對應光學元件220所全面地重疊之影像感測區M1而產生形變，而形變的特性取決於光學元件220的種類以及材質等。其中，本實施例係以旋轉扭曲的形變形式作為實施態樣，如圖3C(a)所繪示，但不限於此。

接著，執行步驟S303，當發光組件110未提供光束L1至待測物S1時，影像感測器120擷取第一暗影像P2b。如圖3C(b)所繪示，第一暗影像P2b顯示出位於成像範圍內的背景物B1，第一暗影像P1b亦對應光學元件220所全面地重疊之影像感測區M1而產生形變。

接著，執行步驟S304，運算單元240分別分析第一亮影像P2a以及第一暗影像P2b的灰度值分佈，可以得知在第一亮影像P2a以及第一暗影像P2b之中具有不同灰度值的像素所分佈的位置、形狀以及範圍。

接著，執行步驟S305，對第一亮影像P2a以及第一暗影像P2b執行影像相減，以得到此兩幅影像的第一差值影像P2c。如圖3C(c)所繪示，所獲得的第一差值影像P2c得以顯示出待測物S1的影像。同樣地，第一差值影像P2c對應光學元件220所全面地重疊之影像感測區M1而產生形變。

執行步驟S306，當待測物S1’由第一位置E1位移至第二位置E2時，待測物S1’與測距系統200之間的間距為第二距離H2，發光組件110提供光束L1至待測物S1’，而待測物S1’反射部分光束L1b。

接著，執行步驟S307，當發光組件110提供光束L1至待測物S1’時，影像感測器230擷取第一亮影像P2’a。如圖3C(d)所繪示，第二亮影像P2’a顯示出待測物S1’的影像以及位於成像範圍內的背景物B1’，第二亮影像P2’a對應光學元件220所全面地重疊之影像感測區M1而產生形變。值得說明的是，當待測物S1’由第一位置E1位移至第二位置E2，影像感測器230所擷取的待測物影像會隨著不同的位置而產生不同的形變量(形變差異度)。亦即，第二亮影像P2’a的形變量不同於第一亮影像P2a的形變量。形變特性取決於光學元件220的種類以及材質等。

接著，執行步驟S308，當發光組件110未提供光束L1至待測物S1’時，影像感測器120擷取第二暗影像P2’b。如圖3C(e)所繪示，若背景物B1為主動發光物件時，第二暗影像P2’b能夠顯示出背景物B1’，第二暗影像P2’b對應光學元件220所全面地重疊之影像感測區M1而產生形變。同樣地，第二暗影像P2’b的形變量不同於第一暗影像P2b的形變量。值得說明的是，第二暗影像P2’b亦可以是灰階影像。

接著，執行步驟S309，運算單元240分別分析第二亮影像P2’a以及第二暗影像P2’b的灰度值分佈，可以得知在第二亮影像P2’a以及第二暗影像P2’b之中具有不同灰度值的像素所分佈的位置、所呈現的形狀以及其範圍。

接著，執行步驟S310，對第二亮影像P1’a以及第二暗影像P1’b執行影像相減，以獲得此兩幅影像的第二差值影像P2’c。如圖3C(f)所繪示，同樣地，第二差值影像P2’c對應光學元件220所全面地重疊之影像感測區M1而產生形變，其中第二差值影像P2’c的形變量不同於第一差值影像P2c的形變量。

接著，執行步驟S311，計算第二差值影像P2’c相對於第一差值影像P2c的形變量，以獲得第二位置E2時與第一位置E1的間距H3。詳細而言，本實施例係以旋轉扭曲的形變形式作為實施態樣，當待測物S1’由第一位置E1位移至第二位置E2時，在第二差值影像P2’c的待測物S1’影像的旋轉扭曲形變相對於第一差值影像P2c產生不同的形變量。透過比對內建數據資料庫，運算單元240能夠根據旋轉扭曲的形變形式所產生的形狀變化而對應獲得的間距H3。

基於上述，透過本發明第二實施例的測量距離方法，影像感測器130所拍攝的在不同時間或是不同位置下之待測物S1影像對應光學元件220所全面地重疊之影像感測區M1而產生形變。運算單元240可以計算第二差值影像P2’c相對於第一差值影像P2c的形變量，從而得以獲得待測物S1移動的距離。據此，本發明不會如同習知聲波或紅外線等量測法般容易受到應用上的限制，也不會因為習知方法因多個影像感測器之間的擺放位置關係複雜而導致影像精度受到影響。相較習知技術而言，測距系統200僅需透過一個影像感測器230即能以獲得影像感測器和待測物之間距，不僅量測的成本較低且應用範圍較不會受到限制。

以上所述僅為本發明的較佳可行實施例，非因此侷限本發明的專利範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的保護範圍內。

S101~S106‧‧‧步驟

Claims

一種測距系統，包括：一發光組件，提供一光束至一待測物；一光學元件，位於被該待測物所反射的該光束之傳遞路徑上，其中被該待測物所反射的部分該光束適於通過該光學元件；一影像感測器，位於通過該光學元件的該部份光束之傳遞路徑上，該影像感測器具有一影像感測區以接收通過該光學元件的該部份光束及接收未通過該光學元件的該部份光束，其中該光學元件部分重疊該影像感測區，該影像感測器用於從該待測物擷取一待測物影像，該待測物影像包括由該影像感測區所接收通過該光學元件之該部分光束所產生的一形變區域與該影像感測區所接收未通過該光學元件之該部分光束所產生的一未形變區域；以及一運算單元，比較該待測物影像之該形變區域與該未形變區域之差異，以獲得該待測物的距離變化量。
如請求項1所述之測距系統，其中該影像感測器包括一控制單元，該控制單元控制發光組件提供該光束至該待測物，以及控制發光組件未提供該光束至該待測物。
如請求項2所述之測距系統，其中當該待測物位於該第一位置時，該影像感測器在該光束入射至該待測物時擷取一第一亮影像，該影像感測器在該光束未入射至該待測物時擷取一第一暗影像，該影像感測器根據該第一亮影像及該第一暗影像以計算出一第一差值影像，該第一差值影像包括對應該光學元件所部分重疊之該影像感測區之該第一形變區域及對應該光學元件所未重疊之該影像感測區之該第一未形變區域。
如請求項3所述之測距系統，其中當該待測物位於該第二位置時，該影像感測器在擷取一第二亮影像以及一第二暗影像，該影像感測器根據該第二亮影像以及該第二暗影像而計算一第二差值影像，該第二差值影像包括對應該光學元件所部分重疊之該影像感測區之該第二形變區域及對應該光學元件所未重疊之該影像感測區之該第二未形變區域。
如請求項4所述之測距系統，其中該運算單元計算該第一形變區域相對於第一未形變區域的形變量以及計算該第二形變區域相對於第二未形變區域的形變量，據以獲得該第一位置以及該第二位置的距離變化量，以獲得該待測物的距離變化量。
一種測距系統，包括：一發光組件，提供一光束至一待測物；一光學元件，位於被該待測物所反射的該光束之傳遞路徑上，其中被該待測物所反射的該光束適於通過該光學元件；一影像感測器，位於通過該光學元件的該光束之傳遞路徑上，該影像感測器具有一影像感測區以接收通過該光學元件的該光束；以及一運算單元，比較不同時間下該影像感測區所接收通過該光學元件之該光束所產生的一第一待測物影像與一第二待測物影像之形變差異度，以獲得該待測物的距離變化量。
如請求項6所述之測距系統，其中該待測物分別於不同的時間位於一第一位置及一第二位置，該待測物的距離變化量為該第一位置及該第二位置的間距。
如請求項7所述之測距系統，其中當該待測物位於一第一位置時，該影像感測器擷取一第一亮影像以及一第一暗影像，當該待測物位於一第二位置時，該影像感測器在擷取一第二亮影像以及一第二暗影像，該影像感測器根據該第一亮影像以及該第一暗影像而計算一第一差值影像且根據該第二亮影像以及該第二暗影像而計算一第二差值影像。
如請求項8所述之測距系統，其中該運算單元比較該第一差值影像與一第二差值影像之形變差異度。
一種測量距離的方法，包括：當一待測物位於一第一位置時，擷取一第一待測物影像，該第一待測物影像包括一第一形變區域以及一第一未形變區域；以及計算該第一形變區域以及該第一未形變區域的形變量據以獲得該第一位置與該測距系統之間的一第一距離。
如請求項10所述之測量距離的方法，更包括：當該待測物位於一第二位置時，擷取一第二待測物影像，該第二待測物影像包括一第二形變區域以及一第二未形變區域；計算該第二形變區域以及該第二未形變區域的形變量據以獲得該第二位置與該測距系統之間的一第二距離；以及計算該第一距離與該第二距離之間的差值，以獲得該第一位置及該第二位置的該間距。
如請求項10所述之測量距離的方法，其適用於一測距系統，其中該測距系統包括一影像感測器、一光學元件、一發光組件以及一運算單元，該光學元件部分地遮蔽影像感測器的一影像感測區，其中該第一形變區域對應該光學元件所部分重疊之該影像感測區，該第一未形變區域對應光學元件所未重疊之影像感測區。
如請求項10所述之測量距離的方法，更包括：當該待測物位於該第一位置時，提供一光束入射至該待測物；擷取一第一亮影像；擷取一第一暗影像；分析該第一亮影像以及該第一暗影像的灰度值；以及對該第一亮影像以及該第一暗影像執行影像相減，以產生一第一差值影像，該第一差值影像包括該第一形變區域以及該第一未形變區域。
如請求項11所述之測量距離的方法，更包括：當該待測物位於該第二位置時，提供一光束入射至該待測物；擷取一第二亮影像；擷取一第二暗影像；分析該第二亮影像以及該第二暗影像的灰度值；對該第二亮影像以及該第二暗影像執行影像相減，以產生一第二差值影像，該第二差值影像包括該第二形變區域以及該第二未形變區域。
一種測量距離的方法，包括：當一待測物位於一第一位置時，擷取一第一待測物影像；當該待測物位於該第二位置時，擷取一第二待測物影像；計算該第一待測物影像以及該第二待測物影像的形變差異度據以獲得該第一位置及該第二位置之間的一間距。
如請求項15所述之測量距離的方法，其適用於一測距系統，其中該測距系統包括一影像感測器、一光學元件、一發光組件以及一運算單元，該光學元件全面地遮蔽該影像感測器的一影像感測區。
如請求項15所述之測量距離的方法，其中擷取該第一待測物影像之步驟更包括：提供一光束入射至該待測物；擷取一第一亮影像；未提供該光束入射至該待測物；擷取一第一暗影像；分析該第一亮影像以及該第一暗影像的灰度值；以及對該第一亮影像以及該第一暗影像執行影像相減，以產生一第一差值影像。
如請求項15所述之測量距離的方法，其中擷取該第二待測物影像之步驟更包括：提供一光束入射至該待測物；擷取一第二亮影像；未提供該光束入射至該待測物；擷取一第二暗影像；分析該第二亮影像以及該第二暗影像的灰度值；對該第二亮影像以及該第二暗影像執行影像相減，以產生一第二差值影像；以及計算該第一差值影像以及該第二差值影像的形變差異度據以獲得該間距。