TWI459238B - 位移感測方法與位移感測裝置 - Google Patents

Description

位移感測方法與位移感測裝置

本發明係關於一種位移感測機制，尤指一種根據一距離偵測結果來決定是否執行位移感測的位移感測方法與相關的位移感測裝置。

現今所發展的光學技術中，使用者已可利用雙手的移動等不同手勢，來操控遠端的可攜式電子裝置，為了達到無線光學控制的需求，可攜式電子裝置本身必須具備位移感測的功能，以感測使用者的手勢變化，然而，目前最大的不便在於使用者在操控時可能離該可攜式電子裝置太遠使得該可攜式電子裝置無法偵測到使用者，或是可能離該可攜式電子裝置太近而使得感測的結果有所偏差。此外，長時間持續對物件(例如使用者的手勢)進行位移感測將會極度消耗該可攜式電子裝置的電力，因此，如何改善操控的方便性以及提升對電力的有效利用顯然是現今習知技術所遭遇的難題。

所以，本發明的目的之一在於提供一種依據一距離偵測結果來決定是否執行光學位移感測的位移感測方法與相關的位移感測裝置，以提升操控方便性以及電力的有效利用。

依據本發明的一實施例，其係揭露一種對物件進行位移感測的方法。該方法包含有：接收一距離偵測結果，該距離偵測結果係指示出一位移感測裝置之鄰近區域之物件的距離偵測資訊；以及依據該距離偵測結果，選擇性地決定是否對該鄰近區域之該物件執行一光學位移感測。

依據本發明的實施例，其另揭露一種對物件進行位移感測的位移感測裝置。位移感測裝置包含有一接收電路與一位移感測電路，其中接收電路係用以接收一距離偵測結果，該距離偵測結果係指示出一位移感測裝置之一鄰近區域之一物件的距離偵測資訊，以及位移感測電路係耦接至接收電路並用以依據該距離偵測結果，選擇性地決定是否對該鄰近區域的物件執行一光學位移感測。

因此，依據上述，本發明的實施例根據物件的距離偵測資訊(或結果)，選擇性地啟動或關閉光學位移感測操作，可在光學位移感測操作的效能較差的情況下選擇關閉光學位移感測操作，而在光學位移感測操作的效能正常的情況下選擇啟動光學位移感測操作，因此，可達到有效利用電力(省電)的目的。此外，亦可增進使用者操控的方便性。

請參照第1圖，第1圖是本發明第一實施例之位移感測裝置100的示意圖。位移感測裝置100包含有一距離偵測電路105、一接收 電路110與一位移感測電路115，距離偵測電路105係用以執行一距離偵測操作，以偵測位移感測裝置100之一鄰近區域的一物件，產生一距離偵測結果SR，接收電路110係耦接至距離偵測電路105並用以接收距離偵測結果SR，而位移感測電路115係耦接至接收電路110而間接耦接至距離偵測電路105，並用以依據該距離偵測結果SR，選擇性地決定是否執行一光學位移感測操作。其中，當該距離偵測結果SR指示出該物件與位移感測裝置100的距離太遠或是太近時，亦即彼此的距離並未落入於一適當的距離範圍內時，位移感測電路115係決定不對該物件執行該光學位移感測操作。當該距離偵測結果SR指示出該物件與位移感測裝置100的距離落入於適當的距離範圍內時，位移感測電路110才決定對該物件執行該光學位移感測操作。因此，藉由使用距離偵測電路105來判斷該物件與位移感測裝置100彼此之間的距離，係使位移感測電路115選擇性地開啟(啟動)或關閉該光學位移感測操作。另外，需注意的是，如果該距離偵測結果SR指示出此時並未偵測到該物件，則位移感測電路115將不會啟動該光學位移感測操作。由於長時間維持啟動光學位移感測操作將浪費過多的電力(尤其是在位移感測裝置100設置於一可攜式電子裝置中)，所以藉由依據距離偵測結果SR來選擇性的啟動或關閉光學位移感測操作，可在光學位移感測操作的效能較差的情況下選擇關閉光學位移感測操作，而在光學位移感測操作的效能正常的情況下選擇啟動光學位移感測操作，因此，可達到有效利用電力(省電)的目的。一般而言，光學位移感測操作所指的是利用光感測器，連續偵測一表面反射自一光源的光線，並用以 追蹤該表面的移動軌跡，來進行位移感測操作；或者是指利用一物件遮斷一光源的光線，以使光感測器無法感測部份光線，並用以追蹤該物件的移動軌跡，來進行位移感測操作。

實作上，光學位移感測操作在一物件距離位移感測裝置100過遠或過近時所得到的感測結果相對來說皆較差，以反射光形式的光學位移感測操作為例，距離過遠時，光學位移感測操作不易感測到反射光訊號，其感測結果易有偏差，而距離過近時，則因所感測到的反射光訊號過強，其感測結果也容易產生偏差，因此，在本發明的實施例中，係在該物件與位移感測裝置100的距離落入於適當的距離範圍內時，才啟動後續的光學感測操作。對距離偵測電路105的操作來說，其距離偵測操作可以是光學的距離偵測操作或是非光學原理的距離偵測操作，舉例來說，該距離偵測操作例如是三角測距操作、飛行時間測距(Time of Flight,TOF)操作、相位差測距操作、微波測距操作或是音波測距操作的至少其中之一，換言之，距離偵測電路105的距離偵測操作也可以是上述多種測距操作的組合，然而，上述的測距操作僅是用以解釋本發明之實施例的運作，而並非是本發明的限制。請參照第2圖，第2圖是第1圖所示之距離偵測電路105的操作示意圖。在本發明的較佳實施例中，距離偵測電路105使用的是三角測距操作，如第2圖所示，當物件所在的位置遠近不同時，感測器上所感測到之反射光的影像位置也會有所不同，而三角測距操作即是藉由參考所感測到之反射光的影像位置來計算或估計該物件的距離，舉例來說，當該物件位於第2圖所示 的位置P1時，光源205所發射之第一光源訊號(其光強度可由距離偵測電路105的設定來控制)的光路徑係如第2圖中的虛線所標示，第一光源訊號在位置P1處產生反射，反射光依照著虛線所標示路徑反射至鏡片組210，通過鏡片組210，成像於感測器215的位置S1上；藉由成像的位置S1，距離偵測電路105可估計出該物件係位於位置P1上，因此可得到物件與位移感測裝置100之間的距離，來產生距離偵測結果SR。而在另一例子中，當該物件位於第2圖所示的位置P2時，光源205所發射之第一光源訊號(其光強度可由距離偵測電路105的設定來控制)的光路徑係如第2圖中的實線所標示，第一光源訊號在位置P2處產生反射，反射光依照著實線所標示路徑反射至鏡片組210，通過鏡片組210，成像於感測器215的位置S2上；藉由成像的位置S2，距離偵測電路105可估計出該物件係位於位置P2上，因此可得到物件與位移感測裝置100之間的距離，來產生距離偵測結果SR。因此，藉由參考感測器215上成像的相對位置，距離偵測電路105可得到物件與位移感測裝置100之間的距離資訊。換言之，上述實施例係藉由發射第一光源訊號、接收一相對應的反射光訊號以及根據該反射光訊號於一光學感測器上的一成像位置，判斷所接收之該反射光訊號是否落入一位置範圍來產生距離偵測結果SR；當所接收之反射光訊號落入該位置範圍時，距離偵測結果SR係指示出該物件與位移感測裝置100之間的特定距離係落入一距離範圍，以及當反射光訊號並未落入該位置範圍時，距離偵測結果SR係指示出該特定距離並未落入該距離範圍。

需注意的是，第2圖所示的三角測距操作僅用於解釋本發明其中一種實施例的運作方式，而並非是本發明的限制，此外，使用三角測距操作等光學測距操作可使距離偵測電路105與後續的位移感測電路115共用同一光學感測器，如此一來，可達到節省電路製作成本的功效。另外，本發明中為了使光學測距操作具有高效率，係將該光學測距操作使用於偵測位移感測裝置100之一特定方向(例如正前方)上的物件之距離，此外也可以將光學測距操作所偵測的範圍從一特定方向上擴大為一扇形的視角範圍(廣角鏡頭或針孔孔徑皆可)。另外，使用非光學的測距操作則具有可偵測位移感測裝置100之周遭方向上之物件距離的優點，舉例來說，微波測距操作或音波測距操作可適用於偵測位移感測裝置100之周遭方向上之物件的距離，來產生距離偵測結果SR。

在產生上述的距離偵測結果SR之後，接收電路110係接收距離偵測結果SR並將距離偵測結果SR轉送至位移感測電路115，使得位移感測電路115可依據距離偵測結果SR所指示的內容來決定接著是否執行光學位移感測操作。在另一實施例中，接收電路110與位移感測電路115也可實作為同一電路功能方塊。此外，實作上，位移感測電路110係包含有一光源控制單元1101、一影像擷取單元1102、一處理單元1103、一傳輸介面單元1104及一記憶單元1105，其中光源控制單元1101係用以控制、調整或產生位移感測裝置100所發射出的光學訊號，舉例來說，光源控制單元1101可控制光學位移感測操作執行時所產生的光學訊號，此外，當距離偵測操作係使 用光學距離偵測操作時，光源控制單元1101也可控制距離偵測操作執行時所產生的光學訊號，舉例來說，如第2圖所示三角測距操作，光源205所產生的第一光源訊號之強度係由光源控制單元1101依據距離偵測電路105的設定所控制產生的。當位移感測電路115的光學位移感測操作執行時，光源控制單元1101則依據位移感測電路115的設定，產生第二光源訊號，並控制第二光源訊號的光強度，其中第二光源訊號的光強度可實質上相同於第一光源訊號的光強度，或亦可不同於第一光源訊號的光強度。換言之，光源控制單元1101係動態地依照不同的設定來控制所發射之光源訊號的強度。

對位移感測電路110的位移感測操作來說，其係藉由使用光源控制單元1101所控制產生的第二光源訊號之反射光，動態補償環境光的干擾，之後再藉由影像擷取的方式來計算周遭物件的位移。舉例來說，在光源控制單元1101依據位移感測電路115的設定產生第二光源訊號來補償環境光源時，影像擷取單元1102係開始進行多張影像的擷取，實作上，影像擷取單元1102係對物件所在的某一方向進行光學影像的感測，例如是在一特定的視角範圍內持續進行影像感測，以擷取出不同時間點的多張影像畫面，之後由處理單元1103比較不同時間點的多張影像畫面(例如進行多張影像畫面的關聯性比對)，以判斷所感測到的物件是否發生位移以及物件的位移狀況，例如，如果物件是人的雙手，則處理單元1103除了可偵測出雙手發生位移外，亦可判別出雙手手勢的不同。而在產生物件的位移判斷結果後，處理電路1103可將位移判斷結果或是先前擷取出的影像畫 面儲存於記憶單元1105，方便之後進行其他的運算，此外，處理單元1103亦可將位移判斷結果或是先前擷取出的影像畫面傳送至傳輸介面單元1104，利用傳輸介面單元1104將該些資訊發送至其他電子裝置作為其他應用，此外，處理單元1103亦可根據位移判斷結果或是先前擷取出的影像畫面，發出命令控制光源控制單元1101，以調整目前光源所發射之光源訊號的光強度。

因此，如果位移感測電路115決定執行光學位移感測操作，則將啟動光源控制單元1101、影像擷取單元1102、處理單元1103、傳輸介面單元1104及記憶單元1105的運作，而如果位移感測電路110決定不執行光學位移感測操作，則可關閉上述至少其中之一電路單元的運作，而達到省電的目的，舉例來說，至少關閉可影像擷取單元1102的運作，使得目前不進行光學影像畫面的感測擷取，以進行省電。因此，當距離偵測結果SR指示出該物件與位移感測裝置100之間的一特定距離係落入一距離範圍時，位移感測電路115才啟動上述電路元件的運作，以對該物件執行光學位移感測，而當距離偵測結果SR指示出該特定距離並未落入該距離範圍時，位移感測電路115不執行該光學位移感測。

此外，實作上，在產生前述的距離偵測結果SR時，距離偵測電路105也可被用來偵測出是否有物件的存在，並以距離偵測結果SR來表示之，舉例來說，距離偵測電路105可先控制光源205發射出第一光源訊號，接著監控一特定時間內所接收之一反射光訊號強 度，以及判斷所接收之該反射光訊號強度是否低於一臨界值，如果反射光訊號強度低於臨界值(例如最小臨界值)，則距離偵測電路105係判定距離偵測操作的結果係並未偵測到該物件。換言之，當反射光的訊號強度太弱或是並未接收到反射光的訊號時，距離偵測電路105所產生的距離偵測結果SR係指示並未偵測到該物件，而根據所產生的距離偵測結果SR，後續的位移感測電路115即可適當地決定是否執行光學位移感測操作，而在此實施例中，由於並未偵測到該物件，所以位移感測電路115係決定不執行光學位移感測操作。

除了上述所提及的省電優點外，本發明上述實施例中的位移感測裝置100另可達到與使用者進行適當互動的效果。舉例來說，位移感測裝置100的傳輸介面單元1104可具備互動功能，當距離偵測結果SR指示出該物件(例如使用者本身)過遠或過近而並未落入於一特定適當的距離範圍時，可藉由利用傳輸介面單元1104發出訊號(例如一語音的警告訊息(warring message))通知使用者改變與位移感測裝置100之間的距離，使得後續在執行距離偵測操作時可得到使用者與位移感測裝置100之間的距離落入一適當距離範圍的結果，方便使用者進行對電子裝置的操控。例如，位移感測裝置100可設置於一模型車或是其他可攜式的電子玩具中，使用者藉由手勢通過位移感測裝置100來控制可攜式的電子玩具的行為，當使用者與其所操控之可攜式的電子玩具的距離過遠時，具備距離偵測操作的位移感測裝置100即可偵測出此時彼此的距離過遠並通知使用 者，因此，可方便使用者對可攜式的電子玩具的操控。

另外，在其他實施例中，位移感測裝置亦可不包括距離偵測電路與相關的操作，換言之，此時的距離偵測結果係由位移感測裝置外部的電路元件所產生。請參照第3圖，第3圖是本發明第二實施例之位移感測裝置300的示意圖。位移感測裝置300包含有一接收電路310與一位移感測電路315，而不包括一距離偵測電路，其中接收電路310與位移感測電路315的功能與操作係相同於前述第1圖所示之接收電路110與位移感測電路315的功能與操作，為了避免篇幅過於冗長，在此不另贅述。

此外，為了使讀者更能清楚掌握本發明的發明精神，請參照第4圖，第4圖是第1圖所示之位移感測裝置100的簡化操作流程示意圖。倘若大體上可達到相同的結果，並不需要一定照第4圖所示之流程中的步驟順序來進行，且第4圖所示之步驟不一定要連續進行，亦即其他步驟亦可插入其中。流程步驟的說明係描述於下：步驟405：開始；步驟410：執行一距離偵測操作，以偵測位移感測裝置100之鄰近區域的一物件，產生距離偵測結果SR；步驟415：根據距離偵測結果SR，判斷是否該物件與位移感測裝置100之間的距離係在一特定適當的距離範圍？若是，則進行步驟420，反之，進行步驟410，繼續執行距離偵測操作； 步驟420：進行光源控制以產生並發射一光源訊號，以補償環境光的影響；步驟425：在不同時間點的執行影像擷取，以產生用以判斷是否物件發生位移及其位移資訊的感測影像畫面；步驟430：根據該些所感測到的影像畫面，進行該物件的位移感測；以及步驟435：結束。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

100、300‧‧‧位移感測裝置

105‧‧‧距離偵測電路

110、310‧‧‧接收電路

115、315‧‧‧位移感測電路

205‧‧‧光源

210‧‧‧鏡片組

215‧‧‧感測器

1101‧‧‧光源控制單元

1102‧‧‧影像擷取單元

1103‧‧‧處理單元

1104‧‧‧傳輸介面單元

1105‧‧‧記憶單元

第1圖為本發明第一實施例之位移感測裝置的示意圖。

第2圖為第1圖所示之距離偵測電路的操作示意圖。

第3圖為本發明第二實施例之位移感測裝置的示意圖。

第4圖為第1圖所示之位移感測裝置的簡化操作流程示意圖。

100‧‧‧位移感測裝置

105‧‧‧距離偵測電路

110‧‧‧接收電路

115‧‧‧位移感測電路

1101‧‧‧光源控制單元

1102‧‧‧影像擷取單元

1103‧‧‧處理單元

1104‧‧‧傳輸介面單元

1105‧‧‧記憶單元

Claims (22)

1. 一種對物件進行位移感測的方法，其包含有：接收一距離偵測結果，該距離偵測結果係指示出一位移感測裝置之一鄰近區域之一物件的距離偵測資訊；依據該距離偵測結果，選擇性地決定是否對該鄰近區域之該物件執行一光學位移感測；當該物件與該位移感測裝置之間的一特定距離並未落入一距離範圍內時，關閉光源控制與影像擷取的至少其中一操作；以及當該特定距離落入該距離範圍內時，動態調整一光源訊號之一強度以補償環境光干擾以及對該物件執行該影像擷取。
2. 如申請專利範圍第1項所述之位移感測方法，另包含有：執行一距離偵測操作，以偵測該位移感測裝置之該鄰近區域之該物件，產生該距離偵測結果。
3. 如申請專利範圍第1項所述之位移感測方法，其中偵測該位移感測裝置之該鄰近區域之該物件的步驟包含有：偵測該位移感測裝置之一特定方向上之該物件。
4. 如申請專利範圍第3項所述之位移感測方法，其中該距離偵測操作係包含一三角測距操作、一飛行時間測距(Time of Flight,TOF)操作及一相位差測距操作的至少其中之一。
5. 如申請專利範圍第2項所述之位移感測方法，其中偵測該位移感測裝置之該鄰近區域之該物件的步驟包含有：偵測該位移感測裝置之一周遭方向上之該物件。
6. 如申請專利範圍第5項所述之位移感測方法，其中該距離偵測操作係一微波測距操作及一音波測距操作的至少其中之一。
7. 如申請專利範圍第1項所述之位移感測方法，其中：當該距離偵測結果指示出該物件與該位移感測裝置之間的該特定距離係落入該距離範圍時，對該物件執行該光學位移感測；以及當該距離偵測結果指示出該特定距離並未落入該距離範圍時，不執行該光學位移感測。
8. 如申請專利範圍第1項所述之位移感測方法，其中執行該距離偵測操作來產生該距離偵測結果的步驟包含有：發射一第一光源訊號；接收一反射光訊號；以及根據該反射光訊號於一感測器上的一成像位置，判斷所接收之該反射光訊號是否落入一位置範圍，產生該距離偵測結果。
9. 如申請專利範圍第8項所述之位移感測方法，其中產生該距離偵 測結果的步驟包含有：當所接收之該反射光訊號落入該位置範圍時，產生該距離偵測結果，以指示出該物件與該位移感測裝置之間的該特定距離係落入該距離範圍；以及當所接收之該反射光訊號並未落入該位置範圍時，產生該距離偵測結果，以指示出該特定距離並未落入該距離範圍。
10. 如申請專利範圍第8項所述之位移感測方法，其另包含有：當該反射光訊號之一訊號強度低於一臨界值時，產生該距離偵測結果以指示並未偵測到該物件。
11. 如申請專利範圍第8項所述之位移感測方法，另包含有：當決定對該物件執行該光學位移感測時，發射不同於該第一光源訊號之一第二光源訊號至該物件；擷取複數張感測到的影像；以及依據該些感測到的影像，決定該物件之一位移。
12. 一種對物件進行位移感測的位移感測裝置，其包含有：一接收電路，用以接收一距離偵測結果，該距離偵測結果係指示出一位移感測裝置之一鄰近區域之一物件的距離偵測資訊；以及一位移感測電路，耦接至該接收電路，用以依據該距離偵測結果，選擇性地決定是否對該鄰近區域之該物件執行一光學 位移感測；其中當該物件與該位移感測裝置之間之一特定距離並未落入一距離範圍內時，該位移感測電路所包含之光源控制與影像擷取的至少其中一操作係被關閉；以及，當該特定距離落入該距離範圍內時，該位移感測電路係用以動態調整一光源訊號之一強度以補償環境光干擾以及對該物件執行該影像擷取。
13. 如申請專利範圍第12項所述之位移感測裝置，另包含有：一距離偵測電路，耦接至該接收電路，用以執行一距離偵測操作，以偵測該位移感測裝置之該鄰近區域之該物件，產生該距離偵測結果。
14. 如申請專利範圍第12項所述之位移感測裝置，其中該距離偵測電路係偵測該位移感測裝置之一特定方向上之該物件。
15. 如申請專利範圍第14項所述之位移感測裝置，其中該距離偵測操作係包含一三角測距操作、一飛行時間測距操作及一相位差測距操作的至少其中之一。
16. 如申請專利範圍第13項所述之位移感測裝置，其中該距離偵測電路係偵測該位移感測裝置之一周遭方向上之該物件。
17. 如申請專利範圍第16項所述之位移感測裝置，其中該距離偵測操作係一微波測距操作及一音波測距操作的至少其中之一。
18. 如申請專利範圍第12項所述之位移感測裝置，其中：當該距離偵測結果指示出該物件與該位移感測裝置之間的該特定距離係落入該距離範圍時，該位移感測電路係對該物件執行該光學位移感測；以及，當該距離偵測結果指示出該特定距離並未落入該距離範圍時，該位移感測電路係不執行該光學位移感測。
19. 如申請專利範圍第12項所述之位移感測裝置，其中該距離偵測電路係發射一第一光源訊號、接收一反射光訊號以及根據該反射光訊號於一感測器上的一成像位置，判斷所接收之該反射光訊號是否落入一位置範圍，產生該距離偵測結果。
20. 如申請專利範圍第19項所述之位移感測裝置，其中，當所接收之該反射光訊號落入該位置範圍時，該距離偵測電路係產生該距離偵測結果，以指示出該物件與該位移感測裝置之間的該特定距離係落入該距離範圍；以及，當所接收之該反射光訊號並未落入該位置範圍時，該距離偵測電路係產生該距離偵測結果，以指示出該特定距離並未落入該距離範圍。
21. 如申請專利範圍第19項所述之位移感測裝置，其中當該反射光訊號之一訊號強度低於一臨界值時，該距離偵測電路係產生該距 離偵測結果，以指示並未偵測到該物件。
22. 如申請專利範圍第19項所述之位移感測裝置，其中當決定對該物件執行該光學位移感測時，該位移感測電路係發射不同於該第一光源訊號之一第二光源訊號至該物件、擷取複數張感測到的影像以及依據該些感測到的影像，決定該物件之一位移。