TWI384203B - 測距系統及測距方法 - Google Patents

Description

測距系統及測距方法

本發明係關於一種測距系統及測距方法，特別是一種利用輸出灰階值與接收亮度值之間的關係計算出距離的測距系統及測距方法。

在先前技術中，通常係利用超音波或紅外線以進行測距。然而上述兩種技術均須透過發射器與接受器的方式進行。因此上述兩種技術若應用在現有架構的電子裝置上，即必須於電子裝置添加發送端與接收端，此將造成成本提高且製作過於麻煩。

再者，採用超音波或紅外線等技術進行距離量測，其訊號的傳遞不僅容易受到環境的干擾，而且超過一定距離後其傳遞訊號的強度也會遞減，因此從會影響量測的準確性與量測上的限制。

有鑑於此，本發明係提供一種測距系統及測距方法，以改善先前技術所存在如成本高且易產生量測誤差等問題。

本發明之主要目的係在提供可測量兩物體間之距離之測距系統及測距方法。

為達成上述之目的，本發明之測距系統包括訊號設定元件、亮度偵測元件、記憶體及資料分析模組。其中訊號設定元件係用以設定顯示器之輸出訊號的輸出灰階值；亮度偵測元件係用以偵測接收自輸出訊號之接收亮度值；記憶體係用以儲存輸出訊號之亮度-距離對應關係資料；且資料分析模組係連接訊號設定元件、亮度偵測元件以及記憶體，其中資料分析模組係藉由輸出灰階值與接收亮度值之間的關係而從亮度-距離對應關係資料比對出亮度偵測元件與顯示器之距離。

在本發明之一實施例中，輸出訊號係為靜態圖像及動態影像其中之一。

為達成上述之目的，本發明再提供一種測距系統，包括訊號設定元件、亮度偵測元件、記憶體及資料分析模組。其中訊號設定元件係用以設定顯示器之輸出訊號的輸出灰階值；亮度偵測元件係用以偵測輸出訊號經反光體而反射之反射訊號的反射亮度值；記憶體係用以儲存反射訊號之亮度-距離對應關係資料；以及資料分析模組，其係連接訊號設定元件、亮度偵測元件以及記憶體，其中資料分析模組係藉由輸出灰階值與反射亮度值之間的關係而從亮度-距離對應關係資料比對出亮度偵測元件與反光體之距離。

為達成上述之目的，本發明再提供一種測距系統，包括亮度偵測元件、記憶體及資料分析模組。其中亮度偵測元件係用以偵測發光元件之輸出亮度值；記憶體係用以儲存發光元件之亮度-距離對應關係資料；資料分析模組，其係連接亮度偵測元件及記憶體，其中資料分析模組係藉由比對輸出亮度值與亮度-距離對應關係資料，藉以得出亮度偵測元件與發光元件之距離。

在本發明之一實施例中，發光元件係來自於顯示裝置，且輸出亮度值係在顯示裝置的特定灰階輸出值下所偵測。

為達成上述之目的，本發明提供一種測距方法包括下列步驟：(1)取得顯示器之輸出灰階值；(2)以亮度偵測器偵測該輸出灰階值之輸出亮度值；以及(3)提供顯示器之亮度-距離對應關係資料，透過輸出灰階值與該輸出亮度值之間的關係而從亮度-距離對應關係資料比對出顯示器與亮度偵測器之間的距離。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

以下請一併參考圖1至圖3，其係關於本發明之測距系統之第一實施例。

如圖1所示，本發明之測距系統1a包括訊號設定元件20a、亮度偵測元件30a、記憶體40a、資料分析模組50a及環境光源校正元件60a。其中訊號設定元件20a係用以設定顯示器81a(如圖2所示)之輸出訊號的輸出灰階值或亮度值；亮度偵測元件30a係用以偵測接收自輸出訊號之接收亮度值；記憶體40a係用以儲存輸出訊號之亮度-距離對應關係資料41a；且資料分析模組50a係連接訊號設定元件20a、亮度偵測元件30a以及記憶體40a。其中，該亮度-距離對應關係資料41a係包含該輸出訊號在一特定輸出灰階值下其被偵測之接收亮度值所對應之距離資料，藉此，該資料分析模組50a係藉由輸出灰階值與接收亮度值之間的關係而從亮度-距離對應關係資料41a比對出亮度偵測元件30a與顯示器81a之距離。

在本發明之一實施例中，亮度偵測元件30a可為光偵測器(photo sensor)及影像擷取裝置其中之一，但本發明不以此為限。在本發明之一實施例中，影像擷取裝置係數位照相機、數位攝影機、個人數位助理或照相手機，但本發明不以此為限。

在本發明之一實施例中，輸出訊號係為靜態圖像及動態影像其中之一，但本發明不以此為限。舉例來說，靜態圖像可為圖片；且動態影像可為電影。

如圖2所示，在本發明之一實施例中，使用者可藉由訊號設定元件20a(圖2未示，請參考圖1)調整顯示器81a之輸出訊號的輸出灰階值，其中輸出灰階值係0~255階。亮度偵測元件30a偵測接收自輸出訊號之接收亮度值，接著由資料分析模組50a比對輸出灰階值與接收亮度值之間的關係而從亮度-距離對應關係資料41a找出亮度偵測元件30a與顯示器81a之距離。

如圖3所示，在本發明之一實施例中，亮度-距離對應關係資料41a係可能包含複數個方程式，每一方程式係代表顯示器81a與亮度偵測元件30a間特定距離下的接收亮度值與輸出灰階值之間的關係。其中橫軸為輸出灰階值(通常為0~255灰階值)，縱軸為接收亮度值(亮度值，勒克司(lux))。且如圖中所示，代表一特定距離之每一方程式可由各個曲線來代表各個方程式表示，在本發明之一實施例中，各個方程式所代表之特定距離係分別為10公分(cm)、30公分(cm)、50公分(cm)、70公分(cm)及90公分(cm)。如此，該資料分析模組50a藉由將所偵測獲得之輸出灰階值與接收亮度值輸入比對各個圖上最接近之方程式中，資料分析模組50a可比對出最符合該輸出灰階值與接收亮度值之方程式，並以此方程式所代表之距離即作為顯示器81a與亮度偵測元件30a間之特定距離。

在一具體實施例中，若當該所偵測獲得之輸出灰階值與接收亮度值並不屬於任何一條對應一特定距離之特定方式而係介於兩條對應不同距離之方程式之間時，則透過內插的方式同樣可推測出該輸出灰階值與接收亮度值所對應的距離值。

在本發明之一替代實施例中，亮度-距離對應關係資料41a係亦可由一查找表(圖未示)來表示。同樣的，該查找表亦根據接收亮度值與輸出灰階值決定顯示器81a與亮度偵測元件30a間之距離。且前述之內插方式同樣可以用來處理接收亮度值與輸出灰階值介於兩個不同距離之間時的距離推算。

以下請參考圖4，其係關於本發明之測距系統之第二實施例。

如圖4所示，本實施例與上述實施例具有幾乎完全相同的構件組成，且其同樣係以一訊號設定元件設定顯示器之輸出訊號的輸出灰階值，但其最大的不同在於顯示器以設定好之輸出灰階值之輸出訊號係先經過反光體82b，再由亮度偵測元件30b係偵測顯示器81b照射至一反光體82b而反射接收自反光體82b反射之反射訊號的反射亮度值，接著才由資料分析模組比對從輸出灰階值與反射亮度值之間的關係比對儲存在記憶體中的亮度-距離對應關係資料，進而得到該亮度偵測元件30b與反光體82b之距離。在此實施例中，該亮度-距離對應關係資料係包含在該顯示器之一特定輸出灰階值下，該反射訊號被偵測到之反射亮度值所對應之距離資料。同樣的，該亮度-距離對應關係資料亦可由複數方程式或查找表所構成。

此外，在本發明之另一實施例中，該顯示器81b可以是投影機，而反光體82b係一投影幕白板，但本發明不以此為限。舉例來說，反光體82b亦可係鏡子、黑/白板、投影幕或牆壁等等。且該亮度偵測元件30b係可以整合在投影機上，以藉由前述之方法得出該投影機與投影幕(鏡子、黑/白板、投影幕或牆壁等)之距離。或者是，在另一替代例中，該顯示器81b係表示一電視機而該亮度偵測元件30b係整合於該電視機中，而該反光體則係代表顯示器觀看者之人臉，藉此可得到電視機與人臉之距離。前述透過反射訊號偵測距離之方式還可應用於不同的實施方式中，不以前述用來說明的具體實施例為限。

惟須注意的是，在本發明之第二實施例中，在建立該亮度-距離對應關係資料需納入將反光體82b之反射參數列入考慮(圖未示)。舉例來說，當反光體82b接收輸出訊號時，反光體82b係僅將部分之輸出訊號之輸出灰階值反射可以是人臉、鏡子、牆壁或黑/白板等，再由亮度偵測元件30b獲得反射之輸出訊號的反射亮度值，但本發明不以此為限，但各種反光體之反射參數並不相同，故必須視每一應用情況之反光體為何而對其反射參數加以調整，以獲得更精準的反射亮度值，才能據以獲得更精確的距離量測值。

接下來請參考圖5，其係關於本發明之測距系統之第三實施例。

如圖5所示，本實施例與上述實施例最大的不同在於該測距系統係在顯示器輸出一固定輸出灰階值之輸出訊號下，由該偵測亮度偵測元件30c偵測該輸出訊號之輸出亮度值，在由該輸出亮度值比對出對應的距離資料，決定該偵測亮度偵測元件30c與發光元件83c之距離。此一實施例中的構件與前述第一實施例之構件相同，其中，亮度偵測元件30c係用以偵測一發光元件83c之輸出亮度值；記憶體係用以儲存發光元件83c之亮度-距離對應關係資料；資料分析模組係連接亮度偵測元件30c及記憶體，其中資料分析模組係藉由比對輸出亮度值與亮度-距離對應關係資料，藉以得出亮度偵測元件30c與發光元件83c之距離。

在本發明此一實施例中，發光元件83c係無須設定輸出灰階值或亮度值之顯示器，但本發明不以此為限。舉例來說，任何無須設定輸出灰階值之固定光源裝置或是外接光源裝置皆可為本發明之發光元件83c，並且發光元件83c之輸出灰階值係固定及為已知。同樣的，此實施例之量測方法亦可應用於如前述第二實施例之反光體之反射亮度的偵測方式中。

以下請參考圖6，其係關於本發明之測距方法之步驟流程圖。

首先進行步驟S71：偵測並儲存環境光源之亮度值。

如圖1所示，在本發明之一實施例中，亮度偵測元件30a先偵測並儲存環境光源之亮度值。

接著進行步驟S72：取得顯示器之輸出灰階值。

在本發明之一實施例中，訊號設定元件20a係用以設定顯示器81a之輸出訊號的輸出灰階值，且此輸出灰階值係可由一特定圖案之影像所提供，輸出灰階值可藉由改變特定圖案之亮態與暗態之區域而加以調整，但本發明不以此為限，使用者亦可自行設定其他靜態圖像或動態影像。

接著進行步驟S73：以亮度偵測器偵測輸出灰階值之輸出亮度值。

在本發明之一實施例中，亮度偵測器30a係偵測在步驟S72中所取得之輸出灰階值之輸出亮度值。

接著進行步驟S74：提供顯示器之亮度-距離對應關係資料，其中，該亮度-距離對應關係資料係包含該輸出訊號在一特定輸出灰階值下其被偵測之接收亮度值所對應之距離資料，藉此，以比對出顯示器與亮度偵測器之間的距離。

在本發明之一實施例中，亮度-距離對應關係資料41a係方程式組或查找表。亮度-距離對應關係資料41a已在上述實施例說明，故在此不再贅述。

惟須注意的是，在本發明之一實施例中，環境光源校正元件60a可根據環境光源之亮度值以校正環境光源之亮度值對於輸出亮度值之影響，增加準確性。舉例來說，當環境光源校正元件60a可將亮度偵測器30a所偵測之輸出亮度值先扣掉環境光源之亮度值再進行比對亮度-距離對應關係資料41a，但本發明不以此為限。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1a．．．測距系統

20a．．．訊號設定元件

30a、30b、30c．．．亮度偵測元件

40a．．．記憶體

41a．．．亮度-距離對應關係資料

50a、50b、50c．．．資料分析模組

60a．．．環境光源校正元件

81a．．．顯示器

83c．．．發光元件

圖1係關於本發明之測距系統之功能方塊圖。

圖2係關於本發明之測距系統之第一實施例之示意圖。

圖3係關於本發明之測距系統之亮度-距離對應關係資料之示意圖。

圖4係關於本發明之測距系統之第二實施例之示意圖。

圖5係關於本發明之測距系統之第三實施例之示意圖。

圖6係關於本發明之測距方法之步驟流程圖。

1a．．．測距系統

20a．．．訊號設定元件

30a．．．亮度偵測元件

40a．．．記憶體

41a．．．亮度-距離對應關係資料

50a．．．資料分析模組

60a．．．環境光源校正元件

Claims (14)

1. 一種測距系統，包括：一訊號設定元件，用以設定一顯示器之一輸出訊號的一輸出灰階值；一亮度偵測元件，用以偵測接收自該輸出訊號之一接收亮度值；一記憶體，用以儲存該輸出訊號之一亮度-距離對應關係資料，其中該亮度-距離對應關係資料係包含該輸出訊號在一特定輸出灰階值下其被偵測之接收亮度值所對應之距離資料；以及一資料分析模組，其係連接該訊號設定元件、該亮度偵測元件以及該記憶體，其中該資料分析模組係藉由該輸出灰階值與該接收亮度值之間的關係而從該亮度-距離對應關係資料比對出該亮度偵測元件與該顯示器之距離。
2. 如申請專利範圍第1項所述之測距系統，其中該輸出訊號係為一靜態圖像及一動態影像其中之一。
3. 如申請專利範圍第1項所述之測距系統，其中該亮度-距離對應關係資料係包含複數個方程式，每一方程式係代表該顯示器與該亮度偵測元件間一特定距離下的接收亮度值與該輸出灰階值之間的關係。
4. 如申請專利範圍第1項所述之測距系統，其中該亮度-距離對應關係資料係包含一查找表，該查找表係根據該接收亮度值與該輸出灰階值決定該顯示器與該亮度偵測元件間之距離。
5. 如申請專利範圍第1項所述之測距系統，其更包含一環 境光源校正元件，以校正該接收光度值中受到環境光源影像的偏差值。
6. 如申請專利範圍第1項所述之測距系統，該亮度偵測元件係一光偵測器及一影像擷取裝置其中之一。
7. 如申請專利範圍第6項所述之測距系統，該影像擷取裝置係一數位照相機及一數位攝影機其中之一。
8. 一種測距系統，包括：一訊號設定元件，用以設定一顯示器之一輸出訊號的一輸出灰階值；一亮度偵測元件，用以偵測該輸出訊號經一反光體而反射之反射訊號的一反射亮度值；一記憶體，用以儲存該反射訊號之一亮度-距離對應關係資料，其中該亮度-距離對應關係資料係包含在一特定輸出灰階值下該反射訊號被偵測之反射亮度值所對應之距離資料；以及一資料分析模組，其係連接該訊號設定元件、該亮度偵測元件以及該記憶體，其中該資料分析模組係藉由該輸出灰階值與該反射亮度值之間的關係而從該亮度-距離對應關係資料比對出該亮度偵測元件與該反光體之距離。
9. 一種測距系統，包括：一亮度偵測元件，用以偵測一發光元件之一輸出亮度值；以及一記憶體，用以儲存該發光元件之一亮度-距離對應關係資料；以及一資料分析模組，其係連接該亮度偵測元件及該記憶體，其中該資料分析模組係藉由比對該輸出亮度值與該亮度-距離對應關係資料，藉以得出該亮度偵測元件與該發光元件之距離。
10. 如申請專利範圍第9項所述之測距系統，其中該發光元件係一顯示器。
11. 一種測距方法，包括下列步驟：(1)取得一顯示器之一輸出灰階值；(2)以一亮度偵測器偵測該輸出灰階值之一輸出亮度值；以及(3)提供該顯示器之一亮度-距離對應關係資料，透過該輸出灰階值與該輸出亮度值之間的關係而從該亮度-距離對應關係資料比對出該顯示器與該亮度偵測器之間的距離。
12. 如申請專利範圍第12項所述之測距方法，其中該輸出灰階值可藉由改變該特定圖案之亮態與暗態之區域而加以調整。
13. 如申請專利範圍第12項所述之測距方法，更包括下列步驟：在偵測該輸出亮度值之前，先偵測並儲存環境光源之亮度值，並據以校正該環境光源之亮度值對於該輸出亮度值之影響。
14. 如申請專利範圍第12項所述之測距方法，該亮度-距離對應關係資料係一方程式組及一查找表其中之一。