測距系統及測距方法

2023-05-24 04:40:51

專利名稱：測距系統及測距方法
技術領域：
本發明涉及一種測距系統及測距方法，尤其涉及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。
背景技術：
在現有技術中，通常利用超音波或紅外線以進行測距。然而上述兩種技術均須通 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結構的電子裝置上，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測量，其信號的傳遞不僅容易受到環 境的幹擾，而且超過一定距離後其傳遞信號的強度也會遞減，因此會影響測量的準確性與 測量上的限制。

發明內容
有鑑於此，本發明提供一種測距系統及測距方法，以改善現有技術所存在如成本 高且易產生測量誤差等問題。本發明的主要目的在於提供可測量兩物體間的距離的測距系統及測距方法。為達成上述的目的，本發明的測距系統包括信號設定元件、亮度檢測元件、存儲器 及數據分析模塊。其中信號設定元件用以設定顯示器的輸出信號的輸出灰階值；亮度檢測 元件用以檢測接收自輸出信號的接收亮度值；存儲器用以存儲輸出信號的亮度_距離對應 關係數據；且數據分析模塊連接初始信號設定元件、亮度檢測元件以及存儲器，其中數據分 析模塊藉由輸出灰階值與接收亮度值之間的關係而從亮度-距離對應關係數據比對出亮 度檢測元件與顯示器的距離。在本發明的一個實施例中，輸出信號為靜態圖像及動態圖像其中之一。為達成上述的目的，本發明再提供一種測距系統，包括信號設定元件、亮度檢測元 件、存儲器及數據分析模塊。其中信號設定元件用以設定顯示器的輸出信號的輸出灰階值； 亮度檢測元件用以檢測輸出信號經反光體而反射的反射信號的反射亮度值；存儲器用以存 儲反射信號的亮度-距離對應關係數據；以及數據分析模塊，其連接初始信號設定元件、亮 度檢測元件以及存儲器，其中數據分析模塊藉由輸出灰階值與反射亮度值之間的關係而從 亮度_距離對應關係數據比對出亮度檢測元件與反光體的距離。為達成上述的目的，本發明再提供一種測距系統，包括亮度檢測元件、存儲器及數 據分析模塊。其中亮度檢測元件用以檢測發光元件的輸出亮度值；存儲器用以存儲發光元 件的亮度_距離對應關係數據；數據分析模塊，其連接亮度檢測元件及存儲器，其中數據分 析模塊藉由比對輸出亮度值與亮度-距離對應關係數據，藉以得出亮度檢測元件與發光元 件的距離。在本發明的一個實施例中，發光元件來自於顯示裝置，且輸出亮度值在顯示裝置 的特定灰階輸出值下所檢測。
為達成上述的目的，本發明提供一種測距方法，包括下列步驟(1)取得顯示器的 輸出灰階值；(2)以亮度檢測器檢測該輸出灰階值的輸出亮度值；以及(3)提供顯示器的亮 度-距離對應關係數據，通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 關係數據比對出顯示器與亮度檢測器之間的距離。本發明可提高測量的準確性，以及降低測量上的限制。


圖1是關於本發明的測距系統的功能方框圖。圖2是關於本發明的測距系統的第一實施例的示意圖。圖3是關於本發明的測距系統的亮度-距離對應關係數據的示意圖<圖4是關於本發明的測距系統的第二實施例的示意圖。圖5是關於本發明的測距系統的第三實施例的示意圖。圖6是關於本發明的測距方法的步驟流程圖並且，上述附圖中的附圖標記說明如下la測距系統20a信號設定元件30a、30b、30c亮度檢測元件40a存儲器41a亮度_距離對應關係數據50a、50b、50c數據分析模塊60a環境光源校正元件81a顯示器83c發光元件
具體實施例方式為讓本發明的上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出優選實施 例，並配合附圖，作詳細說明如下。以下請一併參考圖1至圖3，其為關於本發明的測距系統的第一實施例。如圖1所示，本發明的測距系統la包括信號設定元件20a、亮度檢測元件30a、存 儲器40a、數據分析模塊50a及環境光源校正元件60a。其中信號設定元件20a用以設定顯 示器81a(如圖2所示)的輸出信號的輸出灰階值或亮度值；亮度檢測元件30a用以檢測 接收自輸出信號的接收亮度值；存儲器40a用以存儲輸出信號的亮度-距離對應關係數據 41a ；且數據分析模塊50a連接初始信號設定元件20a、亮度檢測元件30a以及存儲器40a。 其中，該亮度-距離對應關係數據41a包含該輸出信號在一特定輸出灰階值下被檢測的接 收亮度值所對應的距離數據，藉此，該數據分析模塊50a藉由輸出灰階值與接收亮度值之 間的關係而從亮度-距離對應關係數據41a比對出亮度檢測元件30a與顯示器81a的距離。在本發明的一個實施例中，亮度檢測元件30a可為光檢測器(photo sensor)及圖 像提取裝置其中之一，但本發明不以此為限。在本發明的一個實施例中，圖像提取裝置是數 碼照相機、數碼攝影機、個人數字助理或照相手機，但本發明不以此為限。
在本發明的一個實施例中，輸出信號為靜態圖像及動態圖像其中之一，但本發明 不以此為限。舉例來說，靜態圖像可為圖片；且動態圖像可為電影。如圖2所示，在本發明的一個實施例中，使用者可藉由信號設定元件20a(圖2未 示出，請參考圖1)調整顯示器81a的輸出信號的輸出灰階值，其中輸出灰階值是0 255 階。亮度檢測元件30a檢測接收自輸出信號的接收亮度值，接著由數據分析模塊50a比對 輸出灰階值與接收亮度值之間的關係而從亮度-距離對應關係數據41a找出亮度檢測元件 30a與顯示器81a的距離。如圖3所示，在本發明的一個實施例中，亮度-距離對應關係數據41a可能包含多 個方程式，每一方程式代表顯示器81a與亮度檢測元件30a間在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，代表一特定距離的每一方程式可由各個 曲線來代表各個方程式表示，在本發明的一個實施例中，各個方程式所代表的特定距離分 別為10釐米(cm)、30釐米、50釐米、70釐米及90釐米。如此，該數據分析模塊50a藉由將 所檢測獲得的輸出灰階值與接收亮度值輸入比對各個圖上最接近的方程式中，數據分析模 塊50a可比對出最符合該輸出灰階值與接收亮度值的方程式，並以此方程式所代表的距離 即作為顯示器81a與亮度檢測元件30a間的特定距離。在一個具體實施例中，若當該所檢測獲得的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的特定方式而是介於兩條對應不同距離的方程式之間時，則通過內 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。在本發明的一個替代實施例中，亮度-距離對應關係數據41a也可由一查找表 (圖未示出)來表示。同樣，該查找表也根據接收亮度值與輸出灰階值決定顯示器81a與亮 度檢測元件30a間的距離。且前述的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，其是關於本發明測距系統的第二實施例。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，且其同樣以 一信號設定元件設定顯示器的輸出信號的輸出灰階值，但其最大的不同在於顯示器以設定 好的輸出灰階值的輸出信號先經過反光體82b，再由亮度檢測元件30b檢測顯示器81b照 射至一反光體82b而反射接收自反光體82b反射的反射信號的反射亮度值，接著才由數據 分析模塊比對從輸出灰階值與反射亮度值之間的關係比對存儲在存儲器中的亮度-距離 對應關係數據，進而得到該亮度檢測元件30b與反光體82b的距離。在此實施例中，該亮 度-距離對應關係數據包含在該顯示器的一特定輸出灰階值下，該反射信號被檢測到的反 射亮度值所對應的距離數據。同樣，該亮度-距離對應關係數據也可由多個方程式或查找 表所構成。此外，在本發明的另一實施例中，該顯示器81b可以是投影機，而反光體82b是一 投影幕白板，但本發明不以此為限。舉例來說，反光體82b也可是鏡子、黑/白板、投影幕或 牆壁等等。且該亮度檢測元件30b可以整合在投影機上，以藉由前述的方法得出該投影機 與投影幕(鏡子、黑/白板、投影幕或牆壁等)的距離。或者，在另一替代例中，該顯示器81b 表示一電視機而該亮度檢測元件30b整合於該電視機中，而該反光體則代表顯示器觀看者 的人臉，藉此可得到電視機與人臉的距離。前述通過反射信號檢測距離的方式還可應用於
6不同的實施方式中，不以前述用來說明的具體實施例為限。需注意的是，在本發明的第二實施例中，在建立該亮度-距離對應關係數據需納 入將反光體82b的反射參數列入考慮(圖未示出)。舉例來說，當反光體82b接收輸出信號 時，反光體82b僅將部分的輸出信號的輸出灰階值反射，反光體82b可以是人臉、鏡子、牆壁 或黑/白板等，再由亮度檢測元件30b獲得反射的輸出信號的反射亮度值，但本發明不以此 為限，但各種反光體的反射參數並不相同，故必須視每一種應用情況的反光體為何而對其 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測量值。接下來請參考圖5，其是關於本發明的測距系統的第三實施例。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在顯示器輸出一 固定輸出灰階值的輸出信號情況下，由該檢測亮度檢測元件30c檢測該輸出信號的輸出亮 度值，再由該輸出亮度值比對出對應的距離數據，決定該檢測亮度檢測元件30c與發光元 件83c的距離。此實施例中的構件與前述第一實施例的構件相同，其中，亮度檢測元件30c 用以檢測一發光元件83c的輸出亮度值；存儲器用以存儲發光元件83c的亮度-距離對應 關係數據；數據分析模塊連接亮度檢測元件30c及存儲器，其中數據分析模塊藉由比對輸 出亮度值與亮度_距離對應關係數據，藉以得出亮度檢測元件30c與發光元件83c的距離。在本發明的這個實施例中，發光元件83c無需設定輸出灰階值或亮度值的顯示 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的固定光源裝置或是外接光 源裝置均可為本發明的發光元件83c，並且發光元件83c的輸出灰階值固定及為已知。同 樣的，此實施例的測量方法也可應用於如前述第二實施例的反光體的反射亮度的檢測方式 中。以下請參考圖6，其為關於本發明的測距方法的步驟流程圖。首先進行步驟S71 檢測並存儲環境光源的亮度值。如圖1所示，在本發明的一個實施例中，亮度檢測元件30a先檢測並存儲環境光源 的亮度值。接著進行步驟S72 取得顯示器的輸出灰階值。在本發明的一個實施例中，信號設定元件20a用以設定顯示器81a的輸出信號的 輸出灰階值，且此輸出灰階值可由一特定圖案的圖像所提供，輸出灰階值可藉由改變特定 圖案的亮態與暗態的區域而加以調整，但本發明不以此為限，使用者也可自行設定其他靜 態圖像或動態圖像。接著進行步驟S73 以亮度檢測器檢測輸出灰階值的輸出亮度值。在本發明的一個實施例中，亮度檢測器30a檢測在步驟S72中所取得的輸出灰階 值的輸出亮度值。接著進行步驟S74 提供顯示器的亮度_距離對應關係數據，其中，該亮度_距離 對應關係數據包含該輸出信號在一特定輸出灰階值下被檢測的接收亮度值所對應的距離 數據，藉此，以比對出顯示器與亮度檢測器之間的距離。在本發明的一個實施例中，亮度-距離對應關係數據41a是方程式組或查找表。亮 度_距離對應關係數據41a已在上述實施例說明，故在此不再贅述。需注意的是，在本發明的一個實施例中，環境光源校正元件60a可根據環境光源 的亮度值以校正環境光源的亮度值對於輸出亮度值的影響，增加準確性。舉例來說，環境光源校正元件60a可將亮度檢測器30a所檢測的輸出亮度值先扣掉環境光源的亮度值再比對 亮度_距離對應關係數據41a，但本發明不以此為限。 雖然本發明已以優選實施例揭示如上，然而其並非用以限定本發明，任何本領域 普通技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，因此本發明的 保護範圍當視所附的權利要求所界定的範圍為準。
權利要求
一種測距系統，包括一信號設定元件，用以設定一顯示器的一輸出信號的一輸出灰階值；一亮度檢測元件，用以檢測接收自該輸出信號的一接收亮度值；一存儲器，用以存儲該輸出信號的一亮度-距離對應關係數據，其中該亮度-距離對應關係數據包含該輸出信號在一特定輸出灰階值下被檢測的接收亮度值所對應的距離數據；以及一數據分析模塊，其連接該初始信號設定元件、該亮度檢測元件以及該存儲器，其中該數據分析模塊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-距離對應關係數據比對出該亮度檢測元件與該顯示器的距離。
2.如權利要求1所述的測距系統，其中該輸出信號為一靜態圖像及一動態圖像其中之一ο
3.如權利要求1所述的測距系統，其中該亮度-距離對應關係數據包含多個方程式，每 一方程式代表該顯示器與該亮度檢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.如權利要求1所述的測距系統，其中該亮度-距離對應關係數據包含一查找表，該查 找表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檢測元件間的距離。
5.如權利要求1所述的測距系統，其還包含一環境光源校正元件，以校正該接收光度 值中受到環境光源圖像的偏差值。
6.一種測距系統，包括一信號設定元件，用以設定一顯示器的一輸出信號的一輸出灰階值；一亮度檢測元件，用以檢測該輸出信號經一反光體而反射的反射信號的一反射亮度值；一存儲器，用以存儲該反射信號的一亮度_距離對應關係數據，其中該亮度_距離對應 關係數據包含在一特定輸出灰階值下該反射信號被檢測的反射亮度值所對應的距離數據； 以及一數據分析模塊，其連接該初始信號設定元件、該亮度檢測元件以及該存儲器，其中該 數據分析模塊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 數據比對出該亮度檢測元件與該反光體的距離。
7.一種測距系統，包括一亮度檢測元件，用以檢測一發光元件的一輸出亮度值；以及 一存儲器，用以存儲該發光元件的一亮度_距離對應關係數據；以及 一數據分析模塊，其連接該亮度檢測元件及該存儲器，其中該數據分析模塊藉由比對 該輸出亮度值與該亮度-距離對應關係數據，藉以得出該亮度檢測元件與該發光元件的距離。
8.一種測距方法，包括下列步驟 步驟1，取得一顯示器的一輸出灰階值；步驟2，以一亮度檢測器檢測該輸出灰階值的一輸出亮度值；以及 步驟3，提供該顯示器的一亮度-距離對應關係數據，通過該輸出灰階值與該輸出亮度 值之間的關係而從該亮度-距離對應關係數據比對出該顯示器與該亮度檢測器之間的距離。
9.如權利要求11所述的測距方法，還包括下列步驟在檢測該輸出亮度值之前，先檢測並存儲環境光源的亮度值，並據以校正該環境光源 的亮度值對於該輸出亮度值的影響。
10.如權利要求11所述的測距方法，該亮度-距離對應關係數據是一方程式組及一查 找表其中之一。
全文摘要
本發明涉及一種測距系統及測距方法，其中測距方法包括下列步驟(1)取得顯示器的輸出灰階值；(2)以亮度檢測器檢測該輸出灰階值的輸出亮度值；以及(3)提供顯示器的亮度-距離對應關係數據，通過輸出灰階值與該輸出亮度值之間的關係而從亮度-距離對應關係數據比對出顯示器與亮度檢測器之間的距離。本發明可提高測量的準確性，以及降低測量上的限制。
文檔編號G01S17/08GK101806895SQ20091000736
公開日2010年8月18日 申請日期2009年2月17日 優先權日2009年2月17日
發明者柯傑斌 申請人:宏碁股份有限公司