測距裝置的制作方法

文檔序號：12842667閱讀：274來源：國知局

本實用新型涉及一種測距裝置。

背景技術：

在一般的生活中，使用者經(jīng)常需要判斷物體與自身的距離。通常，使用者通過目測方式來判斷。但是，通過目測方式判斷的精確度低，在許多的情況下并不能滿足人們的需求。在現(xiàn)有技術中，超音波測距儀是一種測量物體與自身距離的儀器。超音波測距儀的原理大致為：超音波測距儀對物體發(fā)出音波，物體反射音波回超音波測距儀。接著，超音波測距儀測量發(fā)出音波以及接收到反射音波兩者的時間差，并將此時間差乘以音波在介質(zhì)中的速度且除以二。由此，能夠精準地測量物體與自身的距離。然而，通過超音波測距儀來測量距離的方式卻無法得知回波方向。

在現(xiàn)有技術中，通過鏡頭測量距離也屬于常見的技術手段。舉例來說，一種通過鏡頭測量距離的方式例如是通過雙鏡頭來測量距離，其原理主要是模擬人眼對受測物的角度差異來判讀對受測物的距離。然而，通過雙鏡頭測量距離的方式則需使用較多的攝影機（兩個或兩個以上的攝影機），造成整體的成本提高。同時，后續(xù)的修復成本也較高。此外，通過雙鏡頭測量距離的方式也必須對這些攝影機的差異進行校正或配對，測量距離所需要花費的時間較多。

另一種通過鏡頭測量距離的方式例如是通過單鏡頭來測量距離，其主要原理例如是通過單鏡頭對受測物進行調(diào)焦。當受測物成像最清晰時，焦距調(diào)整的變化值可以換算為距離。然而，通過單鏡頭測量距離的方式則需要使用可變焦鏡頭，可變焦鏡頭的成本極為高昂。此外，對焦時間會因?qū)瓜到y(tǒng)軟硬件之間的差異有極大差距，在不安定的環(huán)境使用會增加對焦時間以及減損結構壽命。因此，如何解決上述問題，是本領域的技術人員努力的方向。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型提供一種測距裝置，其結構簡單、攜帶方便，并且能夠精準測量待測物至測距裝置的距離。

本實用新型的一實施例提出一種測距裝置，包括鏡頭模組、至少一個光學功能元件、影像感測元件以及處理器。鏡頭模組具有視角以及中心點，并接收來自待測物的主影像光以及輔助影像光。至少一個光學功能元件配置在鏡頭模組的視角內(nèi)。主影像光在影像感測元件上形成主影像，且輔助影像光通過至少一個光學功能元件對應在影像感測元件上形成至少一個輔助影像。處理器電性連接至影像感測元件。處理器根據(jù)主影像以及至少一個輔助影像的成像位置決定待測物至中心點的距離。

在本實用新型的一實施例中，上述的至少一個光學功能元件為多個光學功能元件，且至少一個輔助影像為多個輔助影像。

在本實用新型的一實施例中，上述的處理器根據(jù)主影像以及至少一個輔助影像的成像位置以及鏡頭模組與至少一個光學功能元件之間的配置關系來決定至少一個特征三角形。處理器根據(jù)至少一個特征三角形決定待測物至中心點的距離。

在本實用新型的一實施例中，上述的至少一個光學功能元件在鏡頭模組的視角中定義出多個角度。這些角度包括主角度以及至少一個輔助角度。待測物位于主角度的范圍內(nèi)，且光學功能元件位于輔助角度的范圍內(nèi)。輔助角度根據(jù)對應于在輔助角度內(nèi)的光學功能元件的鏡射而形成輔助取像角度，輔助取像角度與主角度重疊。

在本實用新型的一實施例中，上述的測距裝置還包括使用者介面。使用者介面電性連接至處理器。使用者介面用于顯示出待測物至中心點的距離。

在本實用新型的一實施例中，當待測物至中心點的距離小于預設距離時。使用者介面發(fā)出提醒訊號。

基于上述內(nèi)容，在本實用新型實施例的測距裝置中，通過鏡頭模組以及至少一個光學功能元件的設置以使待測物分別形成主影像以及至少一個輔助影像，其中主影像以及至少一個輔助影像在影像感測元件上成像。處理器再根據(jù)主影像以及至少一個輔助影像的成像位置決定待測物與中心點的距離。相比于現(xiàn)有技術，本實用新型實施例的測距裝置結構簡單、攜帶方便，并且能夠精準地測量待測物至測距裝置的距離。

為了讓本實用新型的上述特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特別舉出實施例，并配合附圖作詳細說明如下。

附圖說明

圖1A是根據(jù)本實用新型的實施例的一種測距裝置的示意圖。

圖1B顯示出圖1A中的處理器決定特征三角形的一種實施方式。

圖2A是根據(jù)本實用新型的另一實施例的一種測距裝置的示意圖。

圖2B以及圖2C顯示出圖2A中的處理器決定特征三角形的一種實施方式。

圖3是根據(jù)本實用新型實施例的一種測距方法的流程圖。

具體實施方式

圖1A是根據(jù)本實用新型的實施例的一種測距裝置的示意圖。圖1B顯示出圖1A中的處理器決定特征三角形的一種實施方式。應注意的是，為求清楚顯示，圖1B只有示出待測物、鏡頭模組、影像感測元件、處理器以及特征三角形的對應關系。

請先參照圖1A，在本實施例中，測距裝置100包括鏡頭模組110、至少一個光學功能元件120、影像感測元件130以及處理器140。鏡頭模組110具有視角θ以及中心點112，且鏡頭模組110例如是包括一個或多個沿著光軸（未示出）排列的透鏡。在本實施例中，視角θ被定義為在外界環(huán)境中鏡頭模組110能夠接收影像的范圍。至少一個光學功能元件120配置在鏡頭模組110的視角θ內(nèi)。具體來說，光學功能元件120設置在視角θ內(nèi)。在圖1A的測距裝置100中，光學功能元件120的數(shù)量例如是一個，但本實用新型并不僅限于此。來自待測物OB上的點P的主影像光MIL在影像感測元件130的成像面132上形成主影像MI。來自待測物OB上的點P的輔助影像光AIL通過至少一個光學功能元件120對應在影像感測元件130的成像面132上形成至少一個輔助影像AI。至少一個輔助影像AI的數(shù)量例如是一個，但本實用新型并不僅限于此。具體來說，主影像光MIL直接穿過鏡頭模組110在影像感測元件130上形成主影像MI。來自待測物OB的輔助影像光AIL先傳遞至光學功能元件120后，光學功能元件120改變輔助影像光AIL的光學路徑以使輔助影像光AIL經(jīng)由鏡頭模組110以在影像感測元件130上形成至少一個輔助影像AI。輔助影像光AIL例如是被光學功能元件120反射而改變其光學路徑。換言之，鏡頭模組110與影像感測元件130光耦合。

更詳細來說，至少一個光學功能元件120在鏡頭模組110的視角θ中定義出多個角度α。這些角度包括主角度α1以及至少一個輔助角度α2。具體來說，中心點112與光學功能元件120的相對兩端EN1以及EN2的連線之間的角度為輔助角度α2。在視角θ中，除了此輔助角度α2以外的角度為主角度α1。待測物OB位于主角度α1的范圍內(nèi)，且光學功能元件120位于輔助角度α2的范圍內(nèi)。輔助角度α2根據(jù)對應于在此輔助角度α2內(nèi)的光學功能元件120的鏡射而形成輔助取像角度TA。輔助取像角度TA與主角度α1重疊。也就是說，本實施例中的測距裝置100通過光學功能元件120的設置，以使來自待測物OB的主影像光MIL以及輔助影像光AIL所分別對應形成的主影像MI以及輔助影像AI在影像感測元件130上成像。

在本實施例中，影像感測元件130例如是電荷耦合元件（Charge Coupled Device, CCD）型的影像感測器或者是互補式金屬氧化半導體（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor, CMOS）型的影像感測器，本實用新型并不僅限于此。

在本實施例中，光學功能元件120例如是反射器（Reflector），在其他的實施例中，光學功能元件120例如是折射器（Refractor），光學功能元件120用于改變來自待測物OB的影像光的傳遞路徑，且用于使待測物OB形成輔助影像AI。因此，只要是能夠使主影像光MIL以及輔助影像光AIL所分別對應形成的主影像MI以及輔助影像AI形成在影像感測元件130上的光學功能元件120的種類，都落在本實用新型的保護范圍之內(nèi)，光學功能元件120并不限于反射器或者是折射器。

請再參照圖1A，在本實施例中，處理器140與影像感測元件130電性連接。處理器140根據(jù)主影像MI以及至少一個輔助影像AI的成像位置決定待測物OB至中心點112的距離。在以下的段落中會詳細地說明處理器140如何決定待測物OB與中心點112的距離。

在本實施例中，由于主影像MI以及至少一個輔助影像AI在影像感測元件130成像，光學功能元件120與鏡頭模組110的位置配置關系是固定的。請參照圖1B，光學功能元件120與鏡頭模組110的位置配置關系例如是：光學功能元件120的延伸線124穿過鏡頭模組110的長軸114垂直并交于點H。但在其他的實施例中，光學功能元件120的延伸線124也可以不與長軸114垂直，本實用新型并不僅限于此。點H至中心點112的距離為X。也就是說，X值是已知且固定的。處理器140根據(jù)主影像MI以及至少一個輔助影像AI的成像位置以及鏡頭模組110與至少一個光學功能元件120之間的配置關系來決定至少一個特征三角形T。具體來說，處理器140得知主影像MI以及至少一個輔助影像AI的成像位置后，再以這些成像位置為起點分別往鏡頭模組110的中心點112做延伸線，以構成特征三角形T1的兩邊E1、E2，而兩邊E1、E2所夾的角度為180-θ1-θ2。特征三角形T1的邊E1例如是中心點112至光學功能元件120的表面的點122。特征三角形T1的邊E2例如是中心點112至待測物OB表面的點P。邊E1的長度如以下的方程式所示：

根據(jù)三角測距法，可以得知邊E2的長度如以下的方程式所示：

在本實施例中，處理器140例如是通過上述的計算方式來計算出邊E2的長度。如此一來，處理器140通過計算特征三角形T的邊E2的長度來決定中心點112至待測物OB的距離。

值得一提的是，在本實施例中，測距裝置100還包括使用者介面150。使用者介面150電性連接至處理器140。使用者介面150例如是具有影音功能的顯示器。使用者介面150用于顯示待測物OB至中心點112的距離。在一種情況下，當待測物OB至中心點112的距離小于預設距離時，使用者介面150發(fā)出提醒訊號，以通知使用者距離過近（即距離提示）。在本實施例中，提醒訊號例如是警報聲或警示訊號。在其他的實施例中，使用者介面150利用待測物OB至中心點112的距離的結果，可以衍生出如遠距物件測量等各種應用，本實用新型并不僅限于此。

此外，在本實施例中，測距裝置100通過影像感測元件130在不同時點的所感測的主影像MI以及輔助影像AI，以決定出在各個時點下待測物OB至中心點112的距離，并且處理器140可根據(jù)在各個時點下待測物OB至中心點112的距離以及時點與時點之間的時間差計算出待測物OB對測距裝置100的相對速度。

承接上述內(nèi)容，在本實施例的測距裝置100中，通過鏡頭模組110以及至少一個光學功能元件120的設置，以使待測物OB分別形成主影像MI以及至少一個輔助影像AI，其中主影像MI以及至少一個輔助影像AI在影像感測元件130上成像。處理器140再根據(jù)主影像MI以及至少一個輔助影像AI的成像位置決定待測物OB與中心點112的距離。相比于現(xiàn)有技術中的超音波測距儀，本實施例的測距裝置100結構簡單、攜帶方便，并且能夠精準地測量待測物OB至測距裝置100的距離。并且，相比于現(xiàn)有技術中通過雙鏡頭測量距離的技術手段，本實施例的測距裝置100也避免使用較多的鏡頭以及較多的攝影機，因此本實施例的測距裝置100生產(chǎn)成本較低，同時后續(xù)修復成本也較低。相比于現(xiàn)有技術中通過單鏡頭測量距離的技術手段，本實施例的測距裝置100不需調(diào)整焦距而得知距離，且不需使用較為昂貴的可變焦鏡頭，因此本實施例的測距裝置100生產(chǎn)成本較低。

值得一提的是，由于本實施例的測距裝置100結構簡單、攜帶方便，其能夠在多種領域中使用，舉例來說：車用測距、手機測距等領域，本實用新型并不限于測距裝置100適用的領域。

在此必須說明的是，下述實施例沿用前述實施例的部分內(nèi)容，省略了相同技術內(nèi)容的說明，關于相同的組件名稱可以參考前述實施例的部分內(nèi)容，下述實施例不再重復敘述。

圖2A是根據(jù)本實用新型的另一實施例的測距裝置的示意圖。圖2B以及圖2C顯示出圖2A中的處理器決定特征三角形的一種實施方式。應注意的是，為求清楚顯示，圖2B以及圖2C只有示出待測物、鏡頭模組、影像感測元件、處理器以及特征三角形的對應關系。

請參照圖2A至圖2C，圖2A的測距裝置100a大致類似于圖1A的測距裝置100，其主要差異在于：至少一個光學功能元件120為多個光學功能元件120。至少一個輔助影像AI為多個輔助影像AI。詳細來說，多個光學功能元件120的數(shù)量例如是兩個，分別為光學功能元件120a以及光學功能元件120b。多個輔助影像AI的數(shù)量例如是兩個，分別為輔助影像AI1以及輔助影像AI2。輔助角度α2根據(jù)對應于在輔助角度α2內(nèi)的光學功能元件120a的鏡射而形成輔助取像角度TA1。輔助角度α2根據(jù)對應于在輔助角度α2內(nèi)的光學功能元件120b的鏡射而形成輔助取像角度TA2。輔助取像角度TA1、TA2與主角度α1重疊。處理器140根據(jù)主影像AI以及這些輔助影像AI的成像位置來決定多個特征三角形T。這些特征三角形T的數(shù)量例如是兩個，分別為特征三角形T1（如圖2B）以及特征三角形T2（如圖2C）。特征三角形T1的構成方式類似于圖1B所示的實施例，在此不再贅述。在以下的段落會詳細地說明特征三角形T2的構成方式。具體來說，光學功能元件120b與鏡頭模組110的位置配置關系例如是：光學功能元件120b的延伸線122穿過鏡頭模組110的長軸114垂直并交于點H2。但在其他的實施例中，光學功能元件120b的延伸線124也可以不與長軸114垂直，本實用新型并不僅限于此。點H2至中心點112的距離為Y。處理器140得知主影像MI以及這些輔助影像AI的成像位置后，再以這些成像位置為起點分別往鏡頭模組110的中心點112做延伸線，以構成特征三角形T2的兩邊E3、E4，而兩邊E3、E4所夾的角度為180-θ1-θ3。特征三角形T2的邊E3例如是中心點112至光學功能元件120的表面的點122。特征三角形T3的邊E4例如是中心點112至待測物OB表面的點P。邊E3的長度如以下的方程式所示：

根據(jù)三角測距法，可以得知邊E4的長度如以下的方程式所示：

在本實施例中，處理器140例如是通過上述的計算方式來計算出邊E2以及邊E4的長度。如此一來，處理器140通過計算特征三角形T1的邊E2的長度以及特征三角形T2的邊E4的長度來決定中心點112至待測物OB的距離。更詳細來說，處理器140將邊E2的長度以及邊E4的長度算術平均后的結果決定中心點112至待測物OB的距離。因此，本實施例的測距裝置100a通過多組的光學功能元件120的設置，可以進一步地提高測量的精度。

圖3為本實用新型實施例的測距方法的流程圖。請參照圖3，在步驟S100中，提供鏡頭模組110。鏡頭模組110具有視角θ以及中心點112，且鏡頭模組110用于接收待測物OB的主影像光MIL以及輔助影像光AIL。

在步驟S200中，配置至少一個光學功能元件120在鏡頭模組110的視角θ內(nèi)。

在步驟S300中，提供影像感測元件130。主影像光MIL在影像感測元件130上形成主影像MI，且輔助影像光AIL通過至少一個光學功能元件120在影像感測元件130上形成至少一個輔助影像AI。

在步驟S400中，根據(jù)主影像MI與輔助影像AI的成像位置以及至少一個特征三角形以及至少一個輔助影像AI的成像位置決定待測物OB至中心點112的距離。

綜上所述，在本實用新型實施例的測距裝置中，通過鏡頭模組以及至少一個光學功能元件的設置以使待測物分別形成主影像以及至少一個輔助影像，其中主影像以及至少一個輔助影像在影像感測元件上成像。處理器再根據(jù)主影像以及至少一個輔助影像的成像位置決定待測物與中心點的距離。更具體來說，處理器根據(jù)主影像以及至少一個輔助影像的成像位置決定至少一個特征三角形。處理器再根據(jù)至少一個特征三角形決定待測物至中心點的距離。此外，在本實用新型實施例的測距裝置中，通過多個光學功能元件的設置，可以提高測量的精度。因此，相比于現(xiàn)有技術，本實用新型實施例的測距裝置結構簡單、攜帶方便，并且能夠較為精準地測量待測物至鏡頭模組的中心點的距離。本實用新型實施例的測距方法能夠精準測量待測物至鏡頭模組的中心點的距離。

雖然本實用新型已通過實施例的方式公開如上，然而其并非用于限定本實用新型，任何所屬技術領域中具有公知常識的人，在不脫離本實用新型的精神和范圍內(nèi)，應當可以作出一定的變動與潤飾，因此本實用新型的保護范圍應當以后附的權利要求所限定的范圍為準。

符號說明

100、100a：測距裝置

110：鏡頭模組

112：中心點

114：長軸

120、120a、120b：光學功能元件

124：延伸線

130：影像感測元件

132：成像面

140：處理器

OB：待測物