TWI412731B - 測距系統、測距方法、電子裝置系統以及遙控器 - Google Patents

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測距系統、測距方法、電子裝置系統以及遙控器
本發明涉及一種測距系統，一種相應之測距方法，以及一種使用該測距系統、測距方法之電子裝置系統及遙控器。
目前，現有之測距方式除利用尺具直接測量外，還包括利用標竿配合儀器測量，藉由計算其對應角度而推算出距離之方法。惟，因尺具需要人力去丈量，而標竿配合儀器測量時，則需要一人插設標竿，另一人操控儀器，操作均不方便。
近年來，雷射測距法被廣泛應用於距離之測量上，而雷射測距儀亦成為距離測量之重要工具，其原理係由一雷射發射器對目標物發射出一脈衝訊號，再由一低雜訊、高敏感度之雷射接收器接收由該目標物反射回來之訊號，利用該接收到之反射訊號即可計算出目標物之距離。惟，雷射測距儀成本較為昂貴，其一般應用於太空測距領域中。
另，當今之電視機、遊戲機等電子裝置與其遙控器之間常有一距離限定，使用者需位於該限定距離範圍內，其手持之遙控器才能對電子裝置進行正常操控，故可測距之遙控器將會對使用者有很大幫助。具體可參閱Sasaki, T.等人於Intelligent Robots and Systems, 2004. (IROS 2004). Proceedings. 2004 IEEE/RSJ International Conference on Volume 1, 28 Sept.-2 Oct. 2004 Page(s):748-753 vol.1上發 表之Development of remote control system of construction machinery using pneumatic robot arm一文。
然而上述之測距方法或不便於使用，或由於使用於測距之儀器，例如雷射測距儀架構複雜，佔用空間大而不適合裝配於電視機、遊戲機等電子裝置中或其遙控器中。
有鑒於此，提供一種架構簡單之測距系統、測距方法，以及使用該測距系統、測距方法之電子裝置系統及遙控器實為必要。
一種測距系統，包括一光源；一影像感測裝置，該影像感測裝置包括一第一鏡頭、一第二鏡頭及一影像感測器，該第一鏡頭與該第二鏡頭間隔一定距離，該影像感測器分別與該第一及第二鏡頭相對設置，該第一鏡頭具有一第一焦距，該第二鏡頭具有一第二焦距，該光源分別發射光線至該第一與第二鏡頭，該影像感測器分別於對應於該第一與第二鏡頭之兩個感光位置上感測該光線，且該影像感測器具有分別對應於該第一與第二鏡頭中心之兩個中心感光點，該影像感測器感測兩個感光位置分別與該影像感測器之兩個中心感光點之間之距離，該光線與該第一及第二鏡頭之中心之間之連線分別定義一夾角；以及一訊號處理電路，該訊號處理電路分別處理得到該兩個距離與其所對應之第一及第二鏡頭之焦距之間之比值，並根據該兩個比值分別獲取該兩個夾角之數值，進而獲取該光源到該第一及第二鏡頭之連線之垂直距離。
一種測距方法，其包括如下步驟：將一光源設置於被測地點；於測距地點採用一影像感測裝置感測該光源發出之光線，該影像感測裝置包括一第一鏡頭、一第二鏡頭及一影像感測器，該第一鏡頭與該第二鏡頭間隔一定距離，該影像感測器分別與該第一及第二鏡頭相對設置，該第一鏡頭具有一第一焦距，該第二鏡頭具有一第二焦距，該光源分別發射光線至該第一與第二鏡頭，該影像感測器分別於對應於該第一與第二鏡頭之兩個感光位置上感測該光線，且該影像感測器具有分別對應於該第一與第二鏡頭中心之兩個中心感光點，該影像感測器感測兩個感光位置分別與該影像感測器之兩個中心感光點之間之距離，該光線與該第一及第二鏡頭之中心之間之連線分別定義一夾角；採用一訊號處理電路分別處理得到該兩個距離與其所對應之第一及第二鏡頭之焦距之間之比值，並根據該兩個比值分別獲取該兩個夾角之數值，進而獲取該光源到該第一及第二鏡頭之連線之垂直距離。分別計算該兩個距離與其所對應之焦距之比值，並根據該兩個比值分別獲取該兩個夾角之數值，進而獲取該光源到該第一及第二鏡頭之連線之垂直距離。
一種電子裝置系統，包括一電子裝置及一遙控器，該電子裝置包括一光源，該遙控器包括一影像感測裝置及一訊號處理電路，該影像感測裝置包括一第一鏡頭、一第二鏡頭及一影像感測器，該第一鏡頭與該第二鏡頭間隔一定距離，該影像感測器分別與該第一及第二鏡頭相對設置， 該第一鏡頭具有一第一焦距，該第二鏡頭具有一第二焦距，該光源分別發射光線至該第一與第二鏡頭，該影像感測器分別於對應於該第一與第二鏡頭之兩個感光位置上感測該光線，且該影像感測器具有分別對應於該第一與第二鏡頭中心之兩個中心感光點，該影像感測器感測兩個感光位置分別與該影像感測器之兩個中心感光點之間之距離，該光線與該第一及第二鏡頭之中心之間之連線分別定義一夾角；該訊號處理電路分別處理得到該兩個距離與其所對應之第一及第二鏡頭之焦距之間之比值，並根據該兩個比值分別獲取該兩個夾角之數值，進而獲取該光源到該第一及第二鏡頭之連線之垂直距離。
一種電子裝置系統，包括一電子裝置及一遙控器，該電子裝置包括一影像感測裝置及一訊號處理電路，該遙控器包括一光源，該影像感測裝置包括一第一鏡頭、一第二鏡頭及一影像感測器，該第一鏡頭與該第二鏡頭間隔一定距離，該影像感測器分別與該第一及第二鏡頭相對設置，該第一鏡頭具有一第一焦距，該第二鏡頭具有一第二焦距，該光源分別發射光線至該第一與第二鏡頭，該影像感測器分別於對應於該第一與第二鏡頭之兩個感光位置上感測該光線，且該影像感測器具有分別對應於該第一與第二鏡頭中心之兩個中心感光點，該影像感測器感測兩個感光位置分別與該影像感測器之兩個中心感光點之間之距離，該光線與該第一及第二鏡頭之中心之間之連線分別定義一夾角；該訊號處理電路分別處理得到該兩個距離與其所對 應之第一及第二鏡頭之焦距之間之比值，並根據該兩個比值分別獲取該兩個夾角之數值，進而獲取該光源到該第一及第二鏡頭之連線之垂直距離。
一種遙控器，用於搖控一電子裝置，該電子裝置包括一光源，該遙控器包括一影像感測裝置及一訊號處理電路，該影像感測裝置包括一第一鏡頭、一第二鏡頭及一影像感測器，該第一鏡頭與該第二鏡頭間隔一定距離，該影像感測器分別與該第一及第二鏡頭相對設置，該第一鏡頭具有一第一焦距，該第二鏡頭具有一第二焦距，該光源分別發射光線至該第一與第二鏡頭，該影像感測器分別於對應於該第一與第二鏡頭之兩個感光位置上感測該光線，且該影像感測器具有分別對應於該第一與第二鏡頭中心之兩個中心感光點，該影像感測器感測兩個感光位置分別與該影像感測器之兩個中心感光點之間之距離，該光線與該第一及第二鏡頭之中心之間之連線分別定義一夾角；該訊號處理電路分別處理得到該兩個距離與其所對應之第一及第二鏡頭之焦距之間之比值，並根據該兩個比值分別獲取該兩個夾角之數值，進而獲取該光源到該第一及第二鏡頭之連線之垂直距離。
一種遙控器，用於搖控一電子裝置，該電子裝置包括一影像感測裝置及一訊號處理電路，該遙控器包括一光源，該影像感測裝置包括一第一鏡頭、一第二鏡頭及一影像感測器，該第一鏡頭與該第二鏡頭間隔一定距離，該影像感測器分別與該第一及第二鏡頭相對設置，該第一鏡頭 具有一第一焦距，該第二鏡頭具有一第二焦距，該光源分別發射光線至該第一與第二鏡頭，該影像感測器分別於對應於該第一與第二鏡頭之兩個感光位置上感測該光線，且該影像感測器具有分別對應於該第一與第二鏡頭中心之兩個中心感光點，該影像感測器感測兩個感光位置分別與該影像感測器之兩個中心感光點之間之距離，該光線與該第一及第二鏡頭之中心之間之連線分別定義一夾角；該訊號處理電路分別處理得到該兩個距離與其所對應之第一及第二鏡頭之焦距之間之比值，並根據該兩個比值分別獲取該兩個夾角之數值，進而獲取該光源到該第一及第二鏡頭之連線之垂直距離。
相對於先前技術，該測距系統於測距時使用兩個距離已知之第一鏡頭與第二鏡頭，以及一影像感測器感測光源所於位置，從而可採用一訊號處理電路根據光路三角形函數關係計算出光源與包含該第一鏡頭、第二鏡頭、影像感測器之影像感測裝置之大致距離。由於該光源與該影像感測裝置均具有較為簡單之架構及較小之體積，故該測距系統適合安裝於電子產品中，以測量該電子產品所包含之兩個相對部件之大致距離。
下面將結合圖式對本發明提供之測距系統、測距方法、電子裝置系統以及遙控器作進一步地詳細說明。
請參閱圖1，本發明實施例提供之測距系統100，其包括一光源10、一影像感測裝置20及一訊號處理電路50。
該光源10可為鹵素燈、螢光燈或發光二極體。
該影像感測裝置20包括一第一鏡頭22、一第二鏡頭32及一影像感測器24。具體地，該第一鏡頭22與該第二鏡頭32之間間隔一定距離L，該第一鏡頭22具有一第一焦距F1 ，該第二鏡頭32具有一第二焦距F2 。該影像感測器24分別與該第一及第二鏡頭22、32相對設置，其可選自電荷耦合器件Charge Coupled Device,簡稱CCD或互補金屬氧化物半導體電晶體Complementary Metal Oxide Semiconductor Transistor,簡稱CMOS。
該訊號處理電路50與該影像感測器24電性連接。
該測距系統100可採用如下方法測量被測地點A與測距地點B之距離；(1)將該光源10設置於被測地點A。
(2)於測距地點B採用該影像感測裝置20感測該光源10發出之光線，包括圖1中透射過第一及第二鏡頭22，32之光線C1 ，C2 ，該影像感測器24於分別於對應於該第一與第二鏡頭22，32之兩個感光位置26，36上感測該光線C1 ，C2 ，該影像感測器24具有分別對應於該第一與第二鏡頭22，32之兩個中心感光點，該兩個感光位置26，36與該影像感測器24之兩個中心感光點各相距一距離D1 ，D2 。
(3)採用該訊號處理電路50分別處理得到該兩個距離D1 ，D2 與其所對應之第一及第二鏡頭22，32之焦距F1 ，F2 之間之比值，即D1 /F1 ，D2 /F2 。
於上述測距步驟中，由於該影像感測裝置20中之第一 及第二鏡頭22，32，其與影像感測器24之間之距離可分別設計得很短小，故被測地點A與測距地點B之垂直距離即光源10到該影像感測裝置20之垂直距離便可看成係該光源10到該第一及第二鏡頭22，32之連線C3 之垂直距離X。
而於求該垂直距離X時可依據如下原理：當該光源10與該第一及第二鏡頭22，32之距離，即成像之物距足夠遠時，成像之像距會近似於焦距F1 ，F2 。故，將該影像感測器24設置於近似於焦距F1 ，F2 之位置，即可較清晰感測到一定長度距離以外之光，而無需裝設對焦驅動結構。進一步地，根據三角形函數關係，該D1 /F1 ，D2 /F2 之數值分別近似等於該光線C1 ，C2 與該鏡頭22，32之中心之間之連線C3 之夾角θ1 ，θ2 之餘角θ3 ，θ4 之正切值，從而該夾角θ1 ，θ2 便可求解得到。而再次根據三角形原理，即可推導得出上述距離X為。
該測距系統100之測距原理簡單，且其所使用之硬體，包括該光源10，該影像感測裝置20均具有較為簡單之架構及較小之體積，故該測距系統100適合安裝於電子產品中，以測量該電子產品所包含之兩個相對部件之大致距離。
另，於上述利用測距系統100測量被測地點A與測距地點B之距離之過程中，為使光線C1 ，C2 於透射過該第一鏡頭22與該第二鏡頭32時，其不會因為第一鏡頭22與第二鏡頭32之光學特性，如一定程度上之反射等而發生相互干擾，於採用該影像感測裝置20感測該光源10發出之光線前，可提供一吸光板28，並將該吸光板28設置於該第一 與第二鏡頭22，32之間，由此，當該第一鏡頭22或該第二鏡頭32反射光至該吸光板28上時，該吸光板28可吸收該反射光，從而最大限度地降低反射光於測量過程中對第一及第二鏡頭22，32之干擾作用。
請參閱圖2，該測距系統100可應用於電子裝置200與遙控器400所組成之電子產品中，該電子裝置200可為遊戲機或電視機等，其具有顯示功能，該遙控器400與該電子裝置200可採用紅外訊號相電性連接以進行相關操控。具體地，該測距系統100之光源10裝設於該電子裝置200中，而該測距系統100所包含之影像感測裝置20及訊號處理電路50則裝設於該遙控器400中。當使用者手持該遙控器400並位於該電子裝置200前之某一位置時，其可操控該遙控器400，以檢驗該遙控器400與該電子裝置200是否可進行紅外訊號連接，即該電子裝置200是否位於該遙控器400之正常操控範圍內。
如圖3所示，於另一實施例中，該光源10裝設於一遙控器500中，而該影像感測裝置20，以及該訊號處理電路50則裝設於一電子裝置300中。使用者同樣可藉由操控該遙控器500，以檢驗該電子裝置300是否位於該遙控器500之正常操控範圍內。
綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆 應涵蓋於以下申請專利範圍內。
光源‧‧‧10
影像感測裝置‧‧‧20
鏡頭‧‧‧22、32
影像感測器‧‧‧24
感光位置‧‧‧26、36
吸光板‧‧‧28
訊號處理電路‧‧‧50
測距系統‧‧‧100
電子裝置‧‧‧200、300
遙控器‧‧‧400、500
被測地點‧‧‧A
測距地點‧‧‧B
夾角‧‧‧θ1 、θ2
餘角‧‧‧θ3 、θ4
光線‧‧‧C1 、C2
連線‧‧‧C3
焦距‧‧‧F1 、F2
距離‧‧‧X、L、D1 、D2
圖1係本發明實施例提供之測距系統光路示意圖。
圖2及圖3均係圖1提供之測距系統應用於電子裝置及遙控器之示意圖。
光源‧‧‧10
影像感測裝置‧‧‧20
鏡頭‧‧‧22、32
影像感測器‧‧‧24
感光位置‧‧‧26、36
吸光板‧‧‧28
訊號處理電路‧‧‧50
測距系統‧‧‧100
被測地點‧‧‧A
測距地點‧‧‧B
夾角‧‧‧θ1 、θ2
餘角‧‧‧θ3 、θ4
光線‧‧‧C1 、C2
連線‧‧‧C3
焦距‧‧‧F1 、F2
距離‧‧‧X、L、D1 、D2

Claims (10)

  1. 一種測距系統，包括：一光源；一影像感測裝置，該影像感測裝置包括一第一鏡頭、一第二鏡頭及一影像感測器，該第一鏡頭與該第二鏡頭間隔一定距離，該影像感測器分別與該第一及第二鏡頭相對設置，該第一鏡頭具有一第一焦距，該第二鏡頭具有一第二焦距，該光源分別發射光線至該第一與第二鏡頭，該影像感測器分別於對應於該第一與第二鏡頭之兩個感光位置上感測該光線，且該影像感測器具有分別對應於該第一與第二鏡頭中心之兩個中心感光點，該影像感測器感測兩個感光位置分別與該影像感測器之兩個中心感光點之間之距離，該光線與該第一及第二鏡頭之中心之間之連線分別定義一夾角；以及一訊號處理電路；該訊號處理電路分別處理得到該兩個距離與其所對應之第一及第二鏡頭之焦距之間之比值，並根據該兩個比值分別獲取該兩個夾角之數值，進而獲取該光源到該第一及第二鏡頭之連線之垂直距離。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之測距系統，其中，該光源包括鹵素燈、螢光燈或發光二極體。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之測距系統，其中，該影像感測器選自電荷耦合器件或互補金屬氧化物半導體電晶體。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之測距系統，其中，該第一 與第二鏡頭之間設置有一吸光板。
  5. 一種測距方法，其包括如下步驟：將一光源設置於被測地點；於測距地點用一影像感測裝置感測該光源發出之光線，該影像感測裝置包括一第一鏡頭、一第二鏡頭及一影像感測器，該第一鏡頭與該第二鏡頭間隔一定距離，該影像感測器分別與該第一及第二鏡頭相對設置，該第一鏡頭具有一第一焦距，該第二鏡頭具有一第二焦距，該光源分別發射光線至該第一與第二鏡頭，該影像感測器分別於對應於該第一與第二鏡頭之兩個感光位置上感測該光線，且該影像感測器具有分別對應於該第一與第二鏡頭中心之兩個中心感光點，該影像感測器感測兩個感光位置分別與該影像感測器之兩個中心感光點之間之距離，該光線與該第一及第二鏡頭之中心之間之連線分別定義一夾角；採用一訊號處理電路分別處理得到該兩個距離與其所對應之第一及第二鏡頭之焦距之間之比值，並根據該兩個比值分別獲取該兩個夾角之數值，進而獲取該光源到該第一及第二鏡頭之連線之垂直距離。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之測距方法，其中，於採用該影像感測裝置感測該光源發出之光線之前，提供一吸光板，並將該吸光板設置於該於該第一與第二鏡頭之間。
  7. 一種電子裝置系統，包括一電子裝置及一遙控器，其中，該電子裝置包括一光源，該遙控器包括一影像感測裝置及一訊號處理電路，該影像感測裝置包括一第一鏡頭、 一第二鏡頭及一影像感測器，該第一鏡頭與該第二鏡頭間隔一定距離，該影像感測器分別與該第一及第二鏡頭相對設置，該第一鏡頭具有一第一焦距，該第二鏡頭具有一第二焦距，該光源分別發射光線至該第一與第二鏡頭，該影像感測器分別於對應於該第一與第二鏡頭之兩個感光位置上感測該光線，且該影像感測器具有分別對應於該第一與第二鏡頭中心之兩個中心感光點，該影像感測器感測兩個感光位置分別與該影像感測器之兩個中心感光點之間之距離，該光線與該第一及第二鏡頭之中心之間之連線分別定義一夾角；該訊號處理電路分別處理得到該兩個距離與其所對應之第一及第二鏡頭之焦距之間之比值，並根據該兩個比值分別獲取該兩個夾角之數值，進而獲取該光源到該第一及第二鏡頭之連線之垂直距離。
  8. 一種電子裝置系統，包括一電子裝置及一遙控器，其中，該遙控器包括一光源，該電子裝置包括一影像感測裝置及一訊號處理電路，該影像感測裝置包括一第一鏡頭、一第二鏡頭及一影像感測器，該第一鏡頭與該第二鏡頭間隔一定距離，該影像感測器分別與該第一及第二鏡頭相對設置，該第一鏡頭具有一第一焦距，該第二鏡頭具有一第二焦距，該光源分別發射光線至該第一與第二鏡頭，該影像感測器分別於對應於該第一與第二鏡頭之兩個感光位置上感測該光線，且該影像感測器具有分別對應於該第一與第二鏡頭中心之兩個中心感光點，該影像感測器感測兩個感光位置分別與該影像感測器之兩個中心感光點之間之距 離，該光線與該第一及第二鏡頭之中心之間之連線分別定義一夾角；該訊號處理電路分別處理得到該兩個距離與其所對應之第一及第二鏡頭之焦距之間之比值，並根據該兩個比值分別獲取該兩個夾角之數值，進而獲取該光源到該第一及第二鏡頭之連線之垂直距離。
  9. 一種遙控器，用於遙控一電子裝置，其中，該電子裝置包括一光源，該遙控器包括一影像感測裝置及一訊號處理電路，該影像感測裝置包括一第一鏡頭、一第二鏡頭及一影像感測器，該第一鏡頭與該第二鏡頭間隔一定距離，該影像感測器分別與該第一及第二鏡頭相對設置，該第一鏡頭具有一第一焦距，該第二鏡頭具有一第二焦距，該光源分別發射光線至該第一與第二鏡頭，該影像感測器分別於對應於該第一與第二鏡頭之兩個感光位置上感測該光線，且該影像感測器具有分別對應於該第一與第二鏡頭中心之兩個中心感光點，該影像感測器感測兩個感光位置分別與該影像感測器之兩個中心感光點之間之距離，該光線與該第一及第二鏡頭之中心之間之連線分別定義一夾角；該訊號處理電路分別處理得到該兩個距離與其所對應之第一及第二鏡頭之焦距之間之比值，並根據該兩個比值分別獲取該兩個夾角之數值，進而獲取該光源到該第一及第二鏡頭之連線之垂直距離。
  10. 一種遙控器，用於遙控一電子裝置，其中，該遙控器包括一光源，該電子裝置包括一影像感測裝置及一訊號處理電路，該影像感測裝置包括一第一鏡頭、一第二鏡頭及一 影像感測器，該第一鏡頭與該第二鏡頭間隔一定距離，該影像感測器分別與該第一及第二鏡頭相對設置，該第一鏡頭具有一第一焦距，該第二鏡頭具有一第二焦距，該光源分別發射光線至該第一與第二鏡頭，該影像感測器分別於對應於該第一與第二鏡頭之兩個感光位置上感測該光線，且該影像感測器具有分別對應於該第一與第二鏡頭中心之兩個中心感光點，該影像感測器感測兩個感光位置分別與該影像感測器之兩個中心感光點之間之距離，該光線與該第一及第二鏡頭之中心之間之連線分別定義一夾角；該訊號處理電路分別處理得到該兩個距離與其所對應之第一及第二鏡頭之焦距之間之比值，並根據該兩個比值分別獲取該兩個夾角之數值，進而獲取該光源到該第一及第二鏡頭之連線之垂直距離。
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