CN105872392A - 具有动态曝光时间的光学测距*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学测距***，包含图像传感器及处理单元。所述处理单元根据所述图像传感器所获取的至少一幅图像产生待计算图像；其中所述待计算图像的不同图像区域对应不同的曝光时间，藉以增加距离计算的精确度。

Description

具有动态曝光时间的光学测距***

技术领域

本发明涉及一种测距***，具体地，涉及一种具有动态曝光时间的光学测距***。

背景技术

光学测距***可采用三角测量方法计算对象的距离。例如，光学测距器***可包含光源以及照相机。所述光源朝向待测物投射光线，所述照相机接收来自所述待测物的反射光以形成图像帧。当所述光源与所述照相机的空间关系为已知时，根据所述图像帧中的对象图像位置即能够根据三角测量计算出所述待测物的距离。

然而，当空间中同时存在不同距离的多个待测物时，近距离的待测物可能会有过曝光(over exposure)的情形，而远距离的待测物可能会有曝光不足(under exposure)的情形，光学测距***的计算精确度可能会因此而降低。尤其，当远距离待测物的曝光不足时，会出现无法计算远距离待测物的对象距离的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种可在图像帧中同时保留远近待测物信息的光学测距***，以增加计算精确度。

本发明提供一种使用时间复用曝光机制的光学测距***。

本发明提供一种使用时间复用曝光机制并可降低耗能的光学测距***。

本发明提供一种光学测距***，包含光源、图像传感器以及处理单元。所述光源以操作频率发光。所述图像传感器以第一曝光时间在所述光源点亮时获取第一亮图像及在所述光源熄灭时获取第一暗图像并以第二曝光时间在所述光源点亮时获取第二亮图像及在所述光源熄灭时获取第二暗图像，其中所述第二曝光时间大于所述第一曝光时间。所述处理单元用于接收所述第一亮图像、所述第一暗图像、所述第二亮图像及所述第二暗图像，并根据所述第一暗图像的第一平均亮度调整所述第一曝光时间并根据所述第二暗图像的第二平均亮度调整所述第二曝光时间。

本发明还提供一种光学测距***，包含光源、图像传感器以及处理单元。所述光源以操作频率发光。所述图像传感器以第一曝光时间在所述光源点亮时获取第一亮图像及在所述光源熄灭时获取第一暗图像并以第二曝光时间在所述光源点亮时获取第二亮图像及在所述光源熄灭时获取第二暗图像，其中所述第二曝光时间大于所述第一曝光时间。所述处理单元用于接收所述第一亮图像、所述第一暗图像、所述第二亮图像及所述第二暗图像，并根据所述第二暗图像中对象图像尺寸调整所述第二曝光时间。

本发明还提供一种光学测距***，包含图像传感器以及处理单元。所述图像传感器以参考曝光时间获取参考暗图像、以第一曝光时间获取第一图像并以第二曝光时间获取第二图像，其中所述第二曝光时间大于所述第一曝光时间。所述处理单元用于当判断所述参考暗图像中存在对象图像时，控制所述图像传感器交替地以所述第一曝光时间获取所述第一图像并以所述第二曝光时间获取所述第二图像；以及当判断所述参考暗图像中不存在任何对象图像时，控制所述图像传感器以所述参考曝光时间获取另一参考暗图像。

为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显，下文将配合所附图示，详细说明如下。此外，在本发明的说明中，相同的元件以相同的符号表示，于此先述明。

附图说明

图1为本发明一实施例的光学测距***的框图。

图2为本发明一实施例的光学测距***示意图。

图3为本发明第一实施例的光学测距***的测距方法流程图。

图4A为本发明第一实施例的光学测距***的操作示意图。

图4B为本发明第一实施例的光学测距***的另一操作示意图。

图5为本发明第二实施例的光学测距***的操作示意图。

图6为本发明第二实施例的光学测距***中阈值设定的示意图。

图7为本发明第二实施例的光学测距***的另一操作示意图。

图8为本发明第二实施例的光学测距***中决定对象图像尺寸的示意图。

图9A～9B为本发明第三实施例的光学测距***的操作示意图。

具体实施方式

如图1所示，其为本发明一实施例的光学测距***的框图。光学测距***1包含图像传感器11以及处理单元13。所述图像传感器11优选为主动式图像传感器，例如互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，但并不限于此，其可改变获取图像F时的曝光时间(exposure time)(举例详述于后)。

所述处理单元13例如可为数字信号处理器(DSP)、单片机(MCU)、中央处理器(CPU)、特定用途集成电路(ASIC)等，用于接收所述图像传感器11所输出的图像F以进行后续处理，并控制所述图像传感器11的图像获取。某些实施例中，所述处理单元13可包含曝光控制单元131、复用模块133以及距离计算单元135；其中，所述曝光控制单元131、所述复用模块133及所述距离计算单元135为所述处理单元13内的数据处理单元，其可以软件或硬件的方式实现，并无特定限制。可以理解的是，虽然图1中将所述处理单元13分割为不同工作模块以便于说明，所述处理单元13内的各工作模块所执行的所有功能，均可以说是由所述处理单元13所执行的。

所述曝光控制单元131用于控制所述图像传感器11以不同曝光时间获取不同图像F的所有图像区域(即一张图像对应一个曝光时间)。所述复用模块133利用时间复用处理所述处理单元13所接收的图像F并产生待计算图像Fm(例如后述的组合图像)。所述距离计算单元135则利用预设算法根据所述待计算图像Fm计算至少一个对象距离，例如利用三角测量方法(triangulation)计算所述对象距离。

如图2所示，其为本发明一实施例的光学测距***的示意图。光学测距***1还可包含光源15，用于投射二维光区域(例如具有预设宽度的光线条)至待测物9；其中，所述光源15例如可为相干光源、部分相干光源或非相干光源，并无特定限制，其用于发出可辨识光谱，例如可见光或不可见光。必须说明的是，虽然图2中所述光源15所投射的二维光区域显示为非连续，然其仅用以说明，并非用以限定本发明，所述光源15可以扫描的方式投射所述二维光区域或直接投射一个二维光区域。

所述图像传感器11接收来自所述待测物9的反射光后，产生包含反射光图像I9的图像F，并将该图像F传送至所述处理单元13。所述图像传感器11例如包含像素矩阵，其由多个像素排列而成，而所述图像F则为所述多个像素所输出的灰度值矩阵数据。

所述处理单元13首先利用本发明的复用机制(举例详述于后)根据所述图像F产生待计算图像Fm，并根据所述待计算图像Fm计算至少一个对象距离D；其中，所述待计算图像Fm同样包含反射光图像I9。更具体地，所述待计算图像Fm的不同图像区域所对应的多个曝光时间的至少一部分可彼此不同(举例详述于后)，以使每一个图像区域中的反射光图像I9的亮度适于计算所述至少一个对象距离D。此外，在某些实施例中，所述处理单元13可有线或无线地输出所述待计算图像Fm以供外部装置进行后续处理，例如输出至外部主机(host)。

在一实施例中，所述处理单元13可包含存储单元(未绘示)，用以储存对照表，其包含反射光图像I9的位置与对象距离D的关系。藉此，当所述处理单元13求得所述待计算图像Fm中反射光图像I9的位置后，即可直接对照所述对照表以求得至少一个对象距离D；其中，所述对照表根据所述光源15与所述图像传感器11的空间关系(例如距离L)以及所述光源15的照明角度所计算，并事先储存于所述存储单元中。在另一实施例中，所述处理单元13的存储单元可储存有距离算法而非对照表，当求得所述待计算图像Fm中反射光图像I9的位置后，即可利用所述距离算法计算出至少一个对象距离D。

本发明说明中，由于所述光源15用于投射二维光区域，因此所述图像传感器11所输出的图像F中包含线性反射光图像I9，所述处理单元13可同时计算多个对象距离(例如，不同待测物对应不同的反射光图像的区段且位于不同位置)，故具有较好的适用性。最后，所述处理单元13将所计算的所述至少一个对象距离D输出以进行相应控制，例如输出至主机或计算机***；其中，所述对象距离D对应的控制功能则根据不同应用而定。

如图3所示，其为本发明第一实施例的光学测距***的测距方法流程图，包含下列步骤：以第一曝光时间获取第一图像(步骤S31)；以第二曝光时间获取第二图像(步骤S32)；将所述第一图像分割为多个第一图像区域并计算所述多个第一图像区域中每一者的第一信号特征(步骤S33)；将所述第二图像分割为多个第二图像区域并计算所述多个第二图像区域中每一者的第二信号特征(步骤S34)；比较所述多个第一信号特征与所述多个第二信号特征(步骤S35)；以及将所述第一信号特征大于所述第二信号特征的所述多个第一图像区域与所述第二信号特征大于所述第一信号特征的所述多个第二图像区域组合成组合图像(步骤S36)。

如图1～3以及图4A～4B所示，接着说明本发明第一实施例的详细实施方式。在一实施例中，所述处理单元13控制所述光源15在所述图像传感器11获取图像F时点亮，以使所述图像传感器11所获取的图像F中包含来自所述待测物9的反射光图像I9，藉以计算所述待测物9的对象距离D。

步骤S31：所述图像传感器11受控于所述处理单元13的所述曝光控制单元131，以第一曝光时间ET_L获取第一图像F_L。

步骤S32：接着，所述图像传感器11受控于所述处理单元13(或所述曝光控制单元131)，以第二曝光时间ET_H获取第二图像F_H；其中，所述第一图像F_L与所述第二图像F_H可为所述图像传感器11所连续或者相隔至少一张图像所获取的两张图像F，且所述第一曝光时间ET_L不同于所述第二曝光时间ET_H；其中，所述相隔的至少一张图像例如为暗图像(即取像时所述光源15不点亮)，用于与所述第一图像F_L及所述第二图像F_H相减以消除环境光。必须说明的是，虽然图4A中显示所述第一曝光时间ET_L小于所述第二曝光时间ET_H，但本发明并不以此为限。在某些实施例中，所述第一曝光时间ET_L大于所述第二曝光时间ET_H。在一实施例中，所述处理单元13控制所述图像传感器11交替地以所述第一曝光时间ET_L及所述第二曝光时间ET_H进行图像获取。

步骤S33：所述处理单元13接收所述第一图像F_L后，所述复用模块133以预设方式将所述第一图像F_L分割为多个第一图像区域，例如A1～A4(图4B)，并计算所述多个第一图像区域A1～A4中每一者的第一信号特征C1～C4(图4B)；其中，所述多个第一图像区域A1～A4中每一者可为所述第一图像F_L的一个列像素区域、多个列像素区域、一个行像素区域、多个行像素区域或矩形像素区域，并不限于图4B所示。在一实施例中，所述多个信号特征C1～C4分别为所述多个第一图像区域A1～A4的信噪比(SNR)；例如，所述复用模块133根据所述多个第一图像区域A1～A4中每一者的动态阈值区分信号数据(signal data)及噪声数据(noise data)，并根据所述信号数据及所述噪声数据计算所述信噪比，例如计算所述多个第一图像区域A1～A4中每一者所有信号数据的能量值总合与所有噪声数据的能量值总合的比值(ratio)，以作为所述信噪比。在一实施例中，所述动态阈值例如选择为一个第一图像区域中的最大能量值与平均能量值总合的平均值，但本发明并不以此为限，因此所述多个第一图像区域A1～A4中每一者均可求得一阈值。由于所述多个第一图像区域A1～A4中每一者的阈值是根据所获取的当前图像数据所计算，因此彼此可能不同，故本发明说明中称之为动态阈值。

步骤S34：同理，所述处理单元13接收所述第二图像F_H后，所述复用模块133以所述预设方式(与步骤S33相同)将所述第二图像F_H分割为多个第二图像区域，例如A1'～A4'(图4B)，并计算所述多个第二图像区域A1'～A4'中每一者的第二信号特征C1'～C4'(图4B)；其中，所述多个第二图像区域A1'～A4'中每一者可为所述第二图像FH的一个列像素区域、多个列像素区域、一个行像素区域、多个行像素区域或矩形像素区域，并不限于图4B所示。同理，所述多个信号特征C1'～C4'可分别为所述多个第二图像区域A1'～A4'的信噪比(SNR)；例如，所述复用模块133根据所述多个第二图像区域A1'～A4'中每一者的动态阈值区分信号数据及噪声数据，并根据所述信号数据及所述噪声数据计算所述信噪比，例如计算所有信号数据的能量值总合与所有噪声数据的能量值总合的比值，以作为所述信噪比。所述动态阈值的决定方式如步骤S33所述，故于此不再赘述。

步骤S35：接着，所述复用模块133比较相对应的所述多个第一图像区域A1～A4与所述多个第二图像区域A1'～A4'的信号特征，例如比较所述第一图像区域A1的第一信号特征C1与所述第二图像区域A1'的第二信号特征C1'；比较所述第一图像区域A2的第一信号特征C2与所述第二图像区域A2'的第二信号特征C2'；比较所述第一图像区域A3的第一信号特征C3与所述第二图像区域A3'的第二信号特征C3'；以及比较所述第一图像区域A4的第一信号特征C4与所述第二图像区域A4'的第二信号特征C4'。

步骤S36：接着，所述复用模块133利用时间复用机制(time multiplexingmechanism)将所述第一图像F_L(此处显示为先获取图像)的部分图像区域与所述第二图像F_H(此处显示为后获取图像)的部分图像区域进行重组以产生组合图像以作为所述待计算图像Fm。在一实施例中，所述复用模块133将信号特征较大的所述多个第一图像区域与信号特征较大的所述多个第二图像区域结合为组合图像。例如，假设所述多个第一信号特征C1及C4分别大于所述多个第二信号特征C1'及C4'，表示所述多个第一图像区域A1及A4相较于所述多个第二图像区域A1'及A4'较适用于计算正确的对象距离；并假设所述多个第一信号特征C2及C3分别小于所述多个第二信号特征C2'及C3'，表示所述多个第二图像区域A2'及A3'相较于所述多个第一图像区域A2及A3较适用于计算正确的对象距离。所述复用模块133则重组组合图像(即所述待计算图像Fm)，其包含图像区域A1、A2'、A3'及A4，如图4B所示。

可以理解的是，虽然图4B显示组合图像Fm分别包含了所述第一图像F_L的部分图像区域(例如A1、A4)并包含了所述第二图像F_H的部分图像区域(例如A2'、A3')，但本发明并不以此为限。根据所述图像传感器11实际获取的图像F，所述组合图像Fm可能与所述第一图像F_L或所述第二图像F_H相同。此外必须说明的是，图3中步骤S32并不限定为早于步骤S33，步骤S32可位于步骤S33之后而位于步骤S34之前。

最后，所述处理单元13的距离计算单元135则根据所述组合图像Fm计算至少一个对象距离D。必须说明的是，本实施例中的至少一个对象距离的个数例如可根据组合图像Fm的像素列的数目决定，例如每一像素列均求得相对应的对象距离或每多个像素列(例如2～5列)均求得相对应的对象距离，视其判断分辨率而定。所述距离计算单元135并可根据所求出的多个对象距离判断待测物个数并将关于相同待测物的对象距离合并为同一对象距离，因此所述距离计算单元135最后仅输出与待测物数目相对应数目的对象距离D。

此外，虽然图4A及图4B中显示所述处理单元13是比较两张图像F_L及F_H的不同图像区域的信号特征并产生组合图像Fm，但本发明并不以此为限。某些实施例中，所述处理单元13可比较两张以上的图像F的不同图像区域的信号特征并产生组合图像，其实施方式只需于步骤S36中选择所述两张以上的图像中，相对应图像区域中信号特征最大者以产生组合图像Fm即可，其它步骤S31～S35则与上述第一实施例相类似，仅另需增加以不同的至少一曝光时间获取图像F即可，故于此不再赘述。换句话说，本实施例的复用模块133将所述图像传感器11所获取的每张图像F区分为相同的(例如相同位置及相同尺寸)图像区域，以使组合图像Fm与图像F具有相同尺寸。此外，所述组合图像Fm还可为所述图像F中的欲处理图像区域(window ofinterest)，其可仅包含所述图像F的一部分。

综而言之，在第一实施例中，所述处理单元13可根据不同部分图像区域的图像质量，将不同图像帧中的不同部分图像区域重新组合为组合图像，以根据所述组合图像计算至少一个对象距离D，其中，所述部分图像区域的形状与尺寸并无特定限制。例如，处理单元13可根据图像质量(例如信号特征)，将所述第一图像F_L中的部分图像区域，例如A1～A4的一部分，与所述第二图像F_H中的部分图像区域，例如A1'～A4'的一部分，重新组合为组合图像Fm。

此外，为了进一步消除环境光的影响，所述处理单元13还可用于控制所述光源15以一操作频率相对所述图像传感器11的图像获取而点亮及熄灭，例如在所述光源15点亮时获取一张亮图像并在所述光源15熄灭时获取一张暗图像。所述处理单元13还可计算所述亮图像及所述暗图像的差分图像以作为上述第一实施例的所述第一图像F_L及所述第二图像F_H；也即，上述第一实施例中，所述第一图像F_L可为第一差分图像而所述第二图像F_H可为第二差分图像。

在某些实施例中，由于环境亮度变化与对象反射系数差异皆会导致侦测的动态范围改变，为了能让本发明说明的光学测距***1实现更广的动态范围侦测，可进一步分别改变所述第一曝光时间ET_L及所述第二曝光时间ET_H。

如图5所示，其为本发明说明第二实施例的光学测距***的操作示意图。在第二实施例中，所述光学测距***同样包含所述图像传感器11、所述处理单元13以及所述光源15，如图1～2。本实施例与上述第一实施例的差异在于，上述第一实施例中，所述第一曝光时间ET_L与所述第二曝光时间ET_H为固定；而第二实施例中，所述第一曝光时间(例如显示为L1～L5)与所述第二曝光时间(例如显示为H1～H5)可调，或者所述第一曝光时间为固定而所述第二曝光时间可调；其中，所述第二曝光时间仍显示为大于所述第一曝光时间。

本实施例中，以差分图像来进行说明。如前所述，本实施例的差分图像也可适用于上述第一实施例的第一图像F_L及第二图像F_H。

如图5所示，所述光源15以一操作频率发光。所述图像传感器11以第一曝光时间(例如显示为L1～L5)在所述光源15点亮(on)时获取第一亮图像F_b1及在所述光源15熄灭(off)时获取第一暗图像F_d1并以第二曝光时间(例如显示为H1～H5)相对所述光源15点亮时获取第二亮图像F_b2及相对所述光源15熄灭时获取第二暗图像F_d2。与上述第一实施例类似，所述处理单元13用于接收所述第一亮图像F_b1、所述第一暗图像F_d1、所述第二亮图像F_b2及所述第二暗图像F_d2，以计算所述第一亮图像F_b1与所述第一暗图像F_d1的第一差分图像、计算所述第二亮图像F_b2与所述第二暗图像F_d2的第二差分图像、将所述第一差分图像分割为多个第一图像区域(如图4B A1～A4)、将所述第二差分图像分割为多个第二图像区域(如图4B A1'～A4')、比较相对应的所述多个第一图像区域与所述多个第二图像区域的信号特征；以及将所述信号特征较大的所述多个第一图像区域与所述信号特征较大的所述多个第二图像区域组合为组合图像。本实施例中，除了计算所述第一差分图像及所述第二差分图像外，其它部分均与上述第一实施例相类似，故于此不再赘述。在一实施例中，所述差分图像将亮图像与暗图像进行像素对像素(pixel-by-pixel)的减法而得。

在第二实施例中，可利用两种实施方式调整曝光时间。

在一种实施方式中，所述处理单元13例如计算所述第一暗图像F_d1的第一平均亮度及所述第二暗图像F_d2的第二平均亮度。如前所述，第二实施例的目的是通过调整曝光时间来消除环境光的影响，因此利用暗图像(即光源熄灭时所获取者)的平均亮度评价环境光。所述处理单元13根据所述第一暗图像F_d1的第一平均亮度(例如图5的B_L1～B_L4)调整所述第一曝光时间(例如图5的L1～L5)并根据所述第二暗图像F_d2的第二平均亮度(例如图5的B_H1～B_H4)调整所述第二曝光时间(例如图5的H1～H5)。

例如图5中，所述处理单元13根据所述第一暗图像F_d1的第一平均亮度B_L1将第一曝光时间L1调整为L2，根据所述第一暗图像F_d1的第一平均亮度B_L2将第一曝光时间L2调整为L3，依此类推；所述处理单元13根据所述第二暗图像F_d2的第二平均亮度B_H1将第二曝光时间H1调整为H2，根据所述第二暗图像F_d2的第二平均亮度B_H2将第二曝光时间H2调整为H3，依此类推。必须说明的是，虽然图5中显示第一曝光时间与第二曝光时间每次均被调整，然其仅用以说明，并非用以限定本发明，依实际所获取的图像F，第一曝光时间与第二曝光时间可能不被调整。

参考图6所示，其为本发明说明第二实施例的光学测距***中阈值设定的示意图。所述处理单元11用于将所述第一平均亮度(例如B_L1～B_L4)与第一上阈值及第一下阈值比较以调整所述第一曝光时间(例如L1～L5)；其中，当所述第一平均亮度大于所述第一上阈值时调短获取下一张图像时的所述第一曝光时间，当所述第一平均亮度小于所述第一下阈值时调长获取下一张图像时的所述第一曝光时间，否则维持所述第一曝光时间。所述处理单元11用于将所述第二平均亮度(例如B_H1～B_H4)与第二上阈值及第二下阈值比较以调整所述第二曝光时间(例如H1～H5)；其中，当所述第二平均亮度大于所述第二上阈值时调短获取下一张图像时的所述第二曝光时间，当所述第二平均亮度小于所述第二下阈值时调长获取下一张图像时的所述第二曝光时间，否则维持所述第二曝光时间。在一实施例中，所述第一上阈值可设定为大于所述第二下阈值，以避免暗图像的平均亮度位于阈值附近时的振荡。

在另一实施方式中，所述处理单元13根据所述第二暗图像F_d2中对象图像尺寸调整所述第二曝光时间(例如H1～H5)。

例如参考图7所示，所述处理单元13根据所述第二暗图像F_d2的对象图像尺寸IS₁将所述第二曝光时间H1调整为H2，根据所述第二暗图像F_d2的对象图像尺寸IS₂将所述第二曝光时间H2调整为H3，依此类推。本实施例中，所述第一曝光时间(例如L1～L5)维持固定。同理，虽然图7中显示第二曝光时间每次均被调整，然其仅用以说明，并非用以限定本发明，依实际所获取的图像F，第二曝光时间可能不被调整。

如图8所示，其为本发明第二实施例的光学测距***中决定对象图像尺寸的示意图。本实施方式中，所述对象图像尺寸可为二维尺寸，也即对象图像的像素数目；或者，所述对象图像尺寸可为一维尺寸，也即对象图像的宽度W1和/或高度W2。图8中，可将像素序列中，灰度值大于灰度阈值I_TH的像素设为”1”，而将灰度值小于所述灰度阈值I_TH的像素设为”0”，藉以计算对象图像的有效宽度W1_eff和/或有效高度W2_eff，以作为所述对象图像尺寸。此外，为节省资源，可不处理整张暗图像F的数据而仅处理欲处理图像区域WOI范围内的像素数据，并忽略所述欲处理图像区域WOI以外的像素数据；其中，所述欲处理图像区域WOI的范围可根据实际量测时对象图像可能出现的位置而定。

本实施方式中，所述处理单元13可当所述对象图像尺寸大于上阈值时，调短所述第二曝光时间(例如H1～H5)；而当所述对象图像尺寸小于下阈值时，调长所述第二曝光时间(例如H1～H5)。

参考图9A及9B所示，其为本发明说明第三实施例的光学测距***的操作示意图。相对于公知技术，上述第一实施例及第二实施例利用长短不同曝光时间获取的两张图像F重新组合一张待计算图像Fm，所以具有较高的帧率(frame rate)。因此，第三实施例是用于节省***耗能及资源，并可应用于上述第一实施例及第二实施例中。

本实施例中，所述光学测距***同样包含所述图像传感器11、所述处理单元13以及所述光源15，如图1～2。

所述图像传感器11可以一参考曝光时间ETr获取参考暗图像Frd(即光源熄灭时所获取)、以第一曝光时间ET_L获取第一图像F_L并以第二曝光时间ET_H获取一第二图像F_H；其中，所述参考暗图像Frd用于判定是否开始进入上述第一实施例或第二实施例的操作模式。如前所述，所述第一图像F_L及所述第二图像F_H可为差分图像，以消除环境光的影响。在一实施例中，所述参考曝光时间ETr可与所述第二曝光时间ET_H相同，如图9A所示。在另一实施例中，所述参考曝光时间ETr可与所述第二曝光时间H1～H5不相同，如图9B所示。

所述处理单元13则用于当判断所述参考暗图像Frd中存在对象图像时，控制所述图像传感器11交替地以所述第一曝光时间ET_L获取所述第一图像F_L并以所述第二曝光时间ET_H获取所述第二图像F_H；而当判断所述参考暗图像Frd中不存在任何对象图像时，控制所述图像传感器11以所述参考曝光时间ETr获取另一参考暗图像Frd以重新进行判断。更具体地，当所述处理单元13判断根据所述参考曝光时间ETr(例如第二曝光时间ET_H)获取的所述参考暗图像Frd中存在对象时，才开始进入上述第一实施例或第二实施例之光学测距方法；否则，所述光学测距***1进入一闲置模式；其中，判断图像中是否存在对象的方式已为公知，例如判断是否有预设数目的像素灰度值大于预设阈值，故于此不再赘述。

此外，此处所谓闲置模式可为熄灭光源、在所述第一曝光时间(例如短曝光时间)停止获取图像、不根据两张图像F重组一张待计算图像Fm、不计算对象距离等至少其中的一者，藉以降低***耗能及资源。

如图9A所示，当第三实施例应用于第一实施例时且当离开闲置模式而进入操作模式(即如图4A所示)后，若所述处理单元13根据所述第二暗图像(即以所述第二曝光时间ET_H相对所述光源15熄灭时所获取的图像)判断不存在对象图像(例如对象离开所述图像传感器11的视野范围)，所述光学测距***1再进入所述闲置模式。

如图9B所示，当第三实施例应用于第二实施例时且当离开闲置模式而进入操作模式(即如图5所示)后，若所述处理单元13根据所述第二暗图像(例如F_d2)判断不存在对象图像(例如对象离开所述图像传感器11的视野范围)，所述光学测距***1再进入闲置模式。

上述各实施例中，所述处理单元13的复用模块133用于分割多个图像F并计算不同图像区域(如图4B所示)的信号特征，例如信噪比或平均亮度，以输出待计算图像Fm供所述距离计算单元135计算至少一个对象距离D。第一实施例中，所述曝光控制单元131以预设的曝光时间控制所述图像传感器11获取不同图像(例如F_L及F_H)，且所述曝光控制单元131控制所述图像传感器11获取不同图像的曝光时间为预设的固定值(例如图4A的ET_L、ET_H)。第二实施例中，所述曝光控制单元131控制所述图像传感器11获取不同图像(例如F_b1、F_d1、F_b2、F_d2)的短曝光时间(例如L1～L5)及长曝光时间(例如H1～H5)为可变值，以进一步增加可侦测动态范围。第三实施例中，当一参考曝光时间ETr所获取的参考暗图像Frd未包含对象图像时，所述光学测距***1则操作于闲置模式，或者在操作模式时未侦测到以长曝光时间(例如第二曝光时间ET_H或H1～H5)所获取的暗图像包含对象图像时，所述光学测距***1则再度进入所述闲置模式，以节省***耗能及资源。

综上所述，现有的光学测距***存在无法精确测量不同位置的多个待测物距离的问题，尤其在测量远距离待测物时可能出现无法测量的情形。因此，本发明提供一种光学测距***(图1、2)及光学测距方法(图4A～4B、5、7、9A～9B)，其通过时间复用曝光机制以同时保留不同距离的待测物的图像数据，藉以增加计算精确度。

虽然本发明已通过上述实例公开，但是其并非用于限定本发明，任何本发明所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与修改。因此本发明的保护范围当以所附权利要求书所限定范围为准。

Claims (20)

1.一种光学测距***，包含：

光源，以操作频率发光；

图像传感器，以第一曝光时间在所述光源点亮时获取第一亮图像及在所述光源熄灭时获取第一暗图像并以第二曝光时间在所述光源点亮时获取第二亮图像及在所述光源熄灭时获取第二暗图像，其中所述第二曝光时间大于所述第一曝光时间；以及

处理单元，用于接收所述第一亮图像、所述第一暗图像、所述第二亮图像及所述第二暗图像，并根据所述第一暗图像的第一平均亮度调整所述第一曝光时间并根据所述第二暗图像的第二平均亮度调整所述第二曝光时间。

2.根据权利要求1所述的光学测距***，其中所述处理单元还用于

计算所述第一亮图像与所述第一暗图像的第一差分图像；

计算所述第二亮图像与所述第二暗图像的第二差分图像；

将所述第一差分图像分割为多个第一图像区域；

将所述第二差分图像分割为多个第二图像区域；

比较相对应的所述多个第一图像区域与所述多个第二图像区域的信号特征；以及

将所述信号特征较大的所述第一图像区域与所述信号特征较大的所述第二图像区域组合为组合图像。

3.根据权利要求2所述的光学测距***，其中所述处理单元还根据所述组合图像计算至少一个对象距离。

4.根据权利要求2所述的光学测距***，其中所述多个第一图像区域及所述多个第二图像区域中，根据动态阈值区分信号数据及噪声数据，所述信号数据及所述噪声数据用于计算信噪比以作为所述信号特征。

5.根据权利要求2至4中任意一项权利要求所述的光学测距***，其中

所述多个第一图像区域中每一者为所述第一差分图像的一个列像素区域、多个列像素区域、一个行像素区域、多个行像素区域或矩形像素区域；以及

所述多个第二图像区域中每一者为所述第二差分图像的一个列像素区域、多个列像素区域、一个行像素区域、多个行像素区域或矩形像素区域。

6.根据权利要求1所述的光学测距***，其中所述处理单元还用于控制所述图像传感器交替地以所述第一曝光时间及所述第二曝光时间进行图像获取。

7.根据权利要求1所述的光学测距***，其中所述处理单元用于将所述第一平均亮度与第一上阈值及第一下阈值比较以调整所述第一曝光时间，并将所述第二平均亮度与第二上阈值及第二下阈值比较以调整所述第二曝光时间。

8.根据权利要求7所述的光学测距***，其中所述第一上阈值大于所述第二下阈值。

9.根据权利要求1所述的光学测距***，其中当所述处理单元根据所述第二暗图像判断不存在对象图像时，所述光学测距***进入闲置模式。

10.一种光学测距***，包含：

光源，以操作频率发光；

图像传感器，以第一曝光时间在所述光源点亮时获取第一亮图像及在所述光源熄灭时获取第一暗图像并以第二曝光时间在所述光源点亮时获取第二亮图像及在所述光源熄灭时获取第二暗图像，其中所述第二曝光时间大于所述第一曝光时间；以及

处理单元，用于接收所述第一亮图像、所述第一暗图像、所述第二亮图像及所述第二暗图像，并根据所述第二暗图像中对象图像尺寸调整所述第二曝光时间。

11.根据权利要求10所述的光学测距***，其中所述处理单元还用于

计算所述第一亮图像与所述第一暗图像的第一差分图像；

计算所述第二亮图像与所述第二暗图像的第二差分图像；

将所述第一差分图像分割为多个第一图像区域；

将所述第二差分图像分割为多个第二图像区域；

比较相对应的所述多个第一图像区域与所述多个第二图像区域的信号特征；以及

将所述信号特征较大的所述第一图像区域与所述信号特征较大的所述第二图像区域组合为组合图像。

12.根据权利要求11所述的光学测距***，其中所述处理单元还根据所述组合图像计算至少一个对象距离。

13.根据权利要求11所述的光学测距***，其中所述多个第一图像区域及所述多个第二图像区域中，根据动态阈值区分信号数据及噪声数据，所述信号数据及所述噪声数据用于计算信噪比以作为所述信号特征。

14.根据权利要求11至13中任意一项权利要求所述的光学测距***，其中

所述多个第一图像区域中每一者为所述第一差分图像的一个列像素区域、多个列像素区域、一个行像素区域、多个行像素区域或矩形像素区域；以及

所述多个第二图像区域中每一者为所述第二差分图像的一个列像素区域、多个列像素区域、一个行像素区域、多个行像素区域或矩形像素区域。

15.根据权利要求10所述的光学测距***，其中所述处理单元还用于控制所述图像传感器交替地以所述第一曝光时间及所述第二曝光时间进行图像获取，且所述第一曝光时间固定。

16.根据权利要求10所述的光学测距***，其中

当所述对象图像尺寸大于上阈值时，调短所述第二曝光时间；以及

当所述对象图像尺寸小于下阈值时，调长所述第二曝光时间。

17.根据权利要求10所述的光学测距***，其中当所述处理单元根据所述第二暗图像判断不存在对象图像时，所述光学测距***进入闲置模式。

18.一种光学测距***，包含：

图像传感器，以参考曝光时间获取参考暗图像、以第一曝光时间获取第一图像并以第二曝光时间获取第二图像，其中所述第二曝光时间大于所述第一曝光时间；

处理单元，用于

当判断所述参考暗图像中存在对象图像时，控制所述图像传感器交替地以所述第一曝光时间获取所述第一图像并以所述第二曝光时间获取所述第二图像；以及

当判断所述参考暗图像中不存在任何对象图像时，控制所述图像传感器以所述参考曝光时间获取另一参考暗图像。

19.根据权利要求18所述的光学测距***，其中所述处理单元还用于：

将所述第一图像分割为多个第一图像区域并计算所述多个第一图像区域中每一者的第一信号特征；

将所述第二图像分割为多个第二图像区域并计算所述多个第二图像区域中每一者的第二信号特征；

比较所述多个第一图像区域中每一者的所述第一信号特征与相对应的所述第二图像区域的所述第二信号特征；以及

将所述第一信号特征大于所述第二信号特征的所述第一图像区域与所述第二信号特征大于所述第一信号特征的所述第二图像区域组合成组合图像。

20.根据权利要求18所述的光学测距***，其中所述参考曝光时间等于所述第二曝光时间。