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TWI693829B - 電子裝置及其影像測距方法 - Google Patents

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TWI693829B
TWI693829B TW107146727A TW107146727A TWI693829B TW I693829 B TWI693829 B TW I693829B TW 107146727 A TW107146727 A TW 107146727A TW 107146727 A TW107146727 A TW 107146727A TW I693829 B TWI693829 B TW I693829B
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林佳慶
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Abstract

一種電子裝置，包括：慣性量測單元、相機裝置以及運算單元。慣性量測單元用以偵測電子裝置之一水平俯仰角度。相機裝置用以對焦於一目標物件並拍攝一物件影像。運算單元用以執行一影像測距程式以執行下列步驟：由一作業系統取得相應於物件影像之一鏡頭焦距參數；依據鏡頭焦距參數及水平俯仰角度以計算出水平俯仰角度所對應的複數個端點參數；將水平俯仰角度所對應的端點參數轉換為水平俯仰角度所對應的複數個線性參數；以及依據線性參數之一線性關係式及該上對焦距離及該下對焦距離以計算出目標物件至相機裝置之一物件距離。

Description

電子裝置及其影像測距方法
本發明係有關於影像處理，特別是有關於一種電子裝置及其影像測距方法。
隨著科技發展，可攜式電子裝置通常都配備相機裝置可進行拍照。傳統的電子裝置雖然可利用擴增實境以預先建立空間環境之距離資訊，再進而計算出目標物件的距離。然而，利用擴增實境進行計算，將會耗費相當多的系統資源及功耗。此外，當擴增實境所偵測的平面不正確或不精準時，所測量的距離資訊的誤差也會變大。傳統的電子裝置亦可額外配備雷射測距裝置以偵測目標物件之距離，但是需要額外的成本，且便利性較差。
因此，如何快速有效率地取得目標物件至相機之間的物件距離成為一個重要的課題。
本發明之一實施例係提供一種電子裝置，包括：一慣性量測單元，用以偵測該電子裝置之一水平俯仰角度；一相機裝置，用以對焦於一目標物件並拍攝一物件影像，該相機裝置具有一對焦距離範圍，其中該對焦距離範圍具有一上對焦距離及一下對焦距離；一儲存裝置，用以儲存一作業系統及一影像測距程式；以及一運算單元，用以執行該影像測距程式以執行下列步驟：由該作業系統取得相應於該物件影像之一鏡頭焦距參數；依據該鏡頭焦距參數及該電子裝置之該水平俯仰角度以計算出該水平俯仰角度所對應的複數個端點參數；將該水平俯仰角度所對應的該等端點參數轉換為該水平俯仰角度所對應的複數個線性參數；以及依據該等線性參數之一線性關係式及該相機裝置之該對焦距離範圍的該上對焦距離及該下對焦距離以計算出該目標物件至該相機裝置之一物件距離。
本發明之另一實施例係提供一種影像測距方法，用於一電子裝置，其中該電子裝置包括一慣性量測單元及一相機裝置。該方法包括：利用該慣性量測單元偵測該電子裝置之一水平俯仰角度；利用該相機裝置對焦於一目標物件並拍攝一物件影像，其中該相機裝置具有一對焦距離範圍，且該對焦距離範圍具有一上對焦距離及一下對焦距離；由該電子裝置所運行的一作業系統取得相應於該物件影像之一鏡頭焦距參數；依據該鏡頭焦距參數及該電子裝置之該水平俯仰角度以計算出該水平俯仰角度所對應的複數個端點參數；將該水平俯仰角度所對應的該等端點參數轉換為該水平俯仰角度所對應的複數個線性參數；以及依據該等線性參數之一線性關係式及該相機裝置之該對焦距離範圍的該上對焦距離及該下對焦距離以計算出該目標物件至該相機裝置之一物件距離。
為使本發明之實施例之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
必須了解的是，以下之揭露提供一或多個實施例或範例，用以實現本發明之實施例的不同特徵。以下揭露之特定的範例之元件以及安排係用以簡化本發明之實施例，當然，並非用以限定於這些範例。另外，圖式中的特徵並非按照比例繪製，僅用於解釋說明之目的。
第1圖為依據本發明一實施例中之電子裝置的方塊圖。電子裝置100例如為一可攜式電子裝置，例如是一智慧型手機、一平板電腦、一筆記型電腦等等，但本發明之實施例並不限於此。
如第1圖所示，電子裝置100包括一相機裝置105、一運算單元120、一記憶體單元130、一儲存裝置140、一通訊介面150、一顯示面板160、及一慣性量測單元170。相機模組110係用於拍攝一物件影像。舉例來說，相機裝置105係包括至少一相機模組110、一控制器115、及一自動對焦模組116。
相機模組110包括一鏡頭111、一彩色濾光片陣列112、一影像感測器113。彩色濾光片陣列112係包括複數個紅色濾光片、綠色濾光片、及藍色濾光片，且紅色濾光片、綠色濾光片、及藍色濾光片係以一預定圖樣排列，例如是拜耳圖樣(Bayer pattern)或其他類型的圖樣。影像感測器113為一彩色影像感測器，例如可由電荷耦合裝置(charge coupled device，CCD)感測器或互補式金屬氧化物半導體(complementary metal-oxide semiconductor，CMOS)感測器所實現。控制器115例如可為一微控制器(microcontroller)，但本發明之實施例並不限於此。
來自目標物件之場景的入射光係穿過鏡頭111及彩色濾光片陣列112並在影像感測器113上成像，使得影像感測器113中之各個像素的光電元件將所感測到的光線轉換為電信號，並傳送電信號至控制器115。控制器115則可將所擷取之影像的各像素傳送至運算單元120。自動對焦模組116例如包括一步進馬達(step motor)，用以依據來自控制器115之一控制信號以調整鏡頭111或整個相機模組110之焦距(focal length)。
控制器115例如可對影像感測器113所擷取的影像執行一被動自動對焦(passive AF)演算法(例如對比偵測或相位偵測自動對焦演算法)、或是可由顯示面板160接收一對焦觸控信號，藉以控制自動對焦模組116微調鏡頭111或整個相機模組110之位置，使得影像感測器113可準確地對焦於目標物件以擷取其物件影像。此外，控制器115係傳送至相機模組110的對焦資訊至運算單元120，其中對焦資訊例如可為焦距、步進馬達的階數等資訊，但本發明之實施例並不限於此。
在一些實施例中，電子裝置100係包括兩個或以上的相機模組110，其中不同的相機模組110之鏡頭111例如具有不同的焦距範圍，且控制器115可利用不同的相機模組110所拍攝之影像進行自動對焦，並控制自動對焦模組116微調具有相應的焦距範圍之鏡頭111或其相機模組110，使得上述相機模組110中之影像感測器113可以正確地對焦在目標物件。控制器115亦可傳送自動對焦所選擇的相機模組110之對焦資訊至運算單元120，其中對焦資訊例如可為焦距、步進馬達的階數等資訊，但本發明之實施例並不限於此。
運算單元120係電性連接至相機裝置105，運算單元120可使用多種方式實施，例如專用硬體電路或通用硬體實現(例如，單一處理器、具平行處理能力的多處理器或其他具運算能力的處理器)、上述實現方式例如可為一中央處理器(central processing unit)、一通用處理器(general-purpose processor)、或一微控制器(microcontroller)，但本發明之實施例並不限於此。
儲存裝置140例如為一非揮發性記憶體，例如為一硬碟機(hard disk drive)、一固態硬碟(solid-state disk)、或一唯讀記憶體(read-only memory)等等，但本發明之實施例並不限於此。儲存裝置140係用以儲存電子裝置100用以進行運作的作業系統141(例如是iOS或Android作業系統等等)及影像測距程式142，其中影像測距程式142係用於依據相機裝置105之視角(Field of view，FOV)以及由作業系統141所回報之一鏡頭焦距參數以估計在相機裝置105所拍攝的物件影像中之目標物件的維度(dimension)資訊，其中維度資訊例如可為目標物件的寬度及高度。
記憶體單元130例如為一揮發性記憶體，例如是靜態隨機存取記憶體(static random access memory，SRAM)或動態隨機存取記憶體(dynamic random access memory，DRAM)，但本發明之實施例並不限於此。記憶體單元130可做為作業系統141之執行空間以及影像測距程式142所產生之暫存資料的儲存空間、以及影像緩衝器。舉例來說，運算單元120可將儲存於儲存裝置140中的作業系統141及影像測距程式142讀取至記憶體單元130並執行。通訊介面150例如包括有線/無線之傳輸介面，用以將電子裝置100連接至其他電子裝置或伺服器等等。
顯示面板160例如可為一液晶(liquid crystal)顯示面板、發光二極體(light-emitting diode)顯示面板、有機發光二極體(organic light-emitting diode)顯示面板、電子墨水(e-Ink)等等，但本發明之實施例並不限於此。在一些實施例中，顯示面板160例如可整合一觸控裝置(未繪示)以進行觸控操作，例如是電容式或電阻式的觸控裝置，且顯示面板160例如可稱為一觸控面板，但本發明之實施例並不限於此。
慣性量測單元(inertial measurement unit)170包括一陀螺儀(gyroscope)171、一加速度計(accelerometer)172、及一磁力計(magnetometer)173。陀螺儀171係用以量測電子裝置100之方向(orientation)及角速度(angular speed)，加速度計172係用以量測電子裝置100之加速度，磁力計173係用以量測在電子裝置100之磁場強度及方向，其中陀螺儀171、加速度計172、及磁力計173所量測到之資料均屬於慣性資訊。舉例來說，慣性量測單元170中之加速度計172及磁力計173可偵測出電子裝置100之水平俯仰角度(pitch)。
在一實施例中，若電子裝置100為iPhone 4S或以上的型號，且作業系統141為iOS 8或以上之版本，則作業系統141所回報之鏡頭焦距參數例如為lensPosition。其中，鏡頭焦距參數lensPosition例如為介於0至1之間的數值，且數值0表示鏡頭111所能對焦的最近距離，數值1表示表示鏡頭111所能對焦的最遠距離，但最遠距離不表示為無限遠。需注意的是，鏡頭焦距參數lensPosition並未直接表示鏡頭111的焦距數值，而是一個經過作業系統141所轉換過的數值，且並不等於(固定常數/焦距)。此外，作業系統141所回報的鏡頭焦距參數lensPosition之數值亦會隨著電子裝置100之水平俯仰角度(pitch)不同而改變。
在另一實施例中，電子裝置100所使用的作業系統141例如為Android作業系統，則經過自動對焦後，作業系統141所回報的鏡頭焦距參數例如為：LENS_INFO_FOCUS_DISTANCE_CALIBRATION。其中，上述鏡頭焦距參數亦為介於0至1之間的數值，且為經過作業系統141之應用程式介面(API)所校正過的數值。數值0表示鏡頭111所能對焦的最近距離，數值1表示表示鏡頭111所能對焦的最遠距離，但最遠距離不表示為無限遠。舉例來說，當目標物件與鏡頭111的距離處於特定焦距範圍中(例如約為10～25公分)且電子裝置100的傾斜角度處於一特定角度(例如0度或90度)時，鏡頭111所使用的焦距 f例如可由式(1)計算而得：
Figure 02_image001
然而，在上述焦距範圍之外，則利用式(1)所計算出的焦距則會具有誤差，且目標物件的距離愈遠，其誤差愈大。此外，若電子裝置100的水平俯仰角度不在上述特定角度，則式(1)所計算出的焦距則同樣具有誤差。此外，作業系統141所回報的鏡頭焦距參數LENS_INFO_FOCUS_DISTANCE_CALIBRATION之數值亦會隨著電子裝置100之水平俯仰角度不同而改變。
為了便於說明，在下面的實施例中，將以作業系統141為iOS 8或以上之版本且鏡頭焦距參數為lensPosition為準進行說明。
第2A-2B圖為依據本發明一實施例中之電子裝置在不同水平俯仰角度的示意圖。第3A圖為依據本發明一實施例中之電子裝置在90度水平俯仰角度的鏡頭焦距參數與焦距的關係曲線之示意圖。第3B圖為依據本發明一實施例中之電子裝置在0度水平俯仰角度的鏡頭焦距參數與焦距的關係曲線之示意圖。
在一實施例中，電子裝置100例如為iPhone X，且iPhone X的後相機(例如為相機裝置105)之廣角鏡頭(wide lens)為例，其規格例如為一千兩百萬畫素的CMOS感測器、光圈 f/1.8、焦距28mm、單位畫素寬度1.22
Figure 02_image003
、光學防手震(OIS)、相位偵測自動對焦(PDAF)。因此，電子裝置100之鏡頭111之對焦距離例如在介於10～40公分的範圍。
當電子裝置100之相機裝置105對焦在一目標物件後，作業系統141會回報鏡頭焦距參數lensPosition之數值。需注意的是，若電子裝置100為其他型號的iPhone，例如iPhone 8、iPhone 7、iPhone 7 Plus等等，因為不同型號的iPhone所配置的相機模組的規格不同，在相同的對焦距離下，作業系統141所回報的鏡頭焦距參數lensPosition之數值也會隨之不同。
此外，因為受到重力的影響，慣性感測單元170會依據感測到的磁力及彈簧而調整回報至運算單元120的對焦資訊。因此，在相同的對焦距離下，若電子裝置100的水平俯仰角度不同，作業系統141所回報的鏡頭焦距參數lensPosition之數值亦會隨著改變。
舉例來說，當利用電子裝置100進行拍照時，電子裝置100的水平俯仰角度例如可由0度變化至90度。舉例來說，若電子裝置100之前表面101及後表面102與水平線210垂直時，則慣性量測單元170可偵測到電子裝置100的水平俯仰角度為90度，如第2A圖所示。
因此，可以將電子裝置100的水平俯仰角度設定為90度時，事先測量目標物件與鏡頭111之距離(例如可稱為物件距離)介於10～40公分之範圍中的不同物件距離所分別對應的鏡頭焦距參數lensPosition之數值，並建立物件距離與鏡頭焦距參數之關係曲線。經過重複多次測量，可取得電子裝置100的水平俯仰角度在90度時的不同關係曲線，如第3A圖所示。
若電子裝置100之前後表面與水平線210完全水平時，則慣性量測單元170可偵測到電子裝置100的水平俯仰角度為0度，如第2B圖所示。
因此，可以將電子裝置100的水平俯仰角度設定為0度時，事先測量目標物件與鏡頭111之物件距離介於10～40公分之範圍中的不同物件距離所分別對應的鏡頭焦距參數lensPosition之數值，並建立物件距離與鏡頭焦距參數之關係曲線。經過重複多次測量，可取得電子裝置100的水平俯仰角度在0度時的不同關係曲線，如第3B圖所示。
由第3A～3B圖可得知鏡頭焦距參數lensPosition與物件距離的關係並不是單純的正比或反比關係，且會隨著電子裝置100之不同的水平俯仰角度而變化。第3A及3B圖中之不同曲線所計算出的平均數值例如可儲存於一查找表(第1圖未繪示)以供運算單元120查詢使用。
舉例來說，可利用事先量測所得到的鏡頭焦距參數
Figure 02_image005
、
Figure 02_image007
、
Figure 02_image009
、
Figure 02_image011
，並依據式(2)及式(3)分別計算出電子裝置100目前的水平俯仰角度pitch在物件距離為10公分及40公分時的端點參數Lens10及Lens40：
Figure 02_image013
Figure 02_image015
其中，鏡頭焦距參數
Figure 02_image005
及
Figure 02_image007
係表示物件距離為10公分且電子裝置100的水平俯仰角度分別為90度及0度時，作業系統141所回報的鏡頭焦距參數lensPosition的數值。鏡頭焦距參數
Figure 02_image009
及
Figure 02_image011
係表示物件距離為40公分且電子裝置100的水平俯仰角度分別為90度及0度時，作業系統141所回報的鏡頭焦距參數lensPosition的數值。
需注意的是，上述鏡頭焦距參數
Figure 02_image005
、
Figure 02_image007
、
Figure 02_image009
、
Figure 02_image011
的數值例如是由第3A及3B圖中之不同曲線所計算出的平均數值。舉例來說，在第3A～3B圖之不同曲線經過平均後可得到鏡頭焦距參數
Figure 02_image005
、
Figure 02_image007
、
Figure 02_image009
、
Figure 02_image011
的數值分別為0.3245100、0.4823529、0.7176470、及0.8640523。
接著，將式(2)及式(3)所得到的端點參數Lens10及Lens40、以及實際量測所得到的鏡頭焦距參數lensPosition的數值分別透過式(4)、(5)、(6)以分別轉換為線性參數L10、L40及L：
Figure 02_image017
Figure 02_image019
Figure 02_image021
其中，參數k1及k2是經由第3A～3B圖中之平均數據曲線及公式擬合曲線的相近程度與誤差值所測定的數值，其中k1=0.155、k2=0.13。需注意的是，當電子裝置100之型號不同或是相機裝置105的規格不同，則上述參數k1及k2的數值亦需視實際情況而進行調整。舉例來說，上述鏡頭焦距參數
Figure 02_image005
、
Figure 02_image007
、
Figure 02_image009
、
Figure 02_image011
的數值、以及參數k1及k2之數值可事先量測而得，且可儲存於電子裝置100中之一非揮發性記憶體(例如唯讀記憶體)，但本發明之實施例並不限於此。
當計算出線性參數L10、L40及L後，線性參數L10、L40及L的關係例如可用線性關係式，例如式(7)，以計算出鏡頭111與目標物件之間的物件距離D：
Figure 02_image023
其中
Figure 02_image025
表示鏡頭111之對焦距離範圍的下限值(下對焦距離)，例如10公分；
Figure 02_image027
表示鏡頭111之對焦距離範圍的上限值(上對焦距離)，例如40公分，所以在式(7)中的物件距離D之初始值為
Figure 02_image025
。簡單來說，經過式(2)～式(6)之計算，可將非線性的鏡頭焦距參數lensPosition轉換為具有線性關係的線性參數L10、L40及L。因此，運算單元120可利用線性參數L10、L40及L、以及上對焦距離及下對焦距離以計算出物件距離D。
當運算單元120計算出鏡頭111與目標物件之間的物件距離D後，即可由物件距離D以計算出影像感測器113所擷取之整個物件影像的實際寬度W1及實際高度H1。若影像感測器113所擷取的物件影像為畫像模式(portrait mode)，且物件影像具有像素寬度PW1及像素高度PH1，且PW1:PH1=9:16，則實際高度H1可依相同的比例換算為實際寬度W1*(16/9)。若影像感測器113所擷取的物件影像的像素寬度PW1及像素高度PH1之比例PW1:PH1=3:4，則實際高度H1可依相同比例換算為實際寬度W1*(4/3)。
需注意的是，本發明之影像感測器113所擷取的影像之寬高比例並不限定於上述比例，且可視電子裝置100實際所配備的影像感測器113之規格及所設置的方向(例如為畫像模式或是風景模式)而定。
第4A圖為依據本發明一實施例中鏡頭之視角、物件影像、及物件距離之關係的示意圖。第4B圖為依據本發明一實施例中之影像測距程式的使用者介面的示意圖。
詳細而言，鏡頭之視角FOV、物件影像所對應的實際寬度W、及物件距離D之關係可由第4圖所示的比例關係進行計算，例如可用式(8)表示上述比例關係：
Figure 02_image029
其中鏡頭之視角FOV為已知，例如可參考電子裝置100之製造廠商所提供的規格書，且不同型號的電子裝置的相機視角會不同。物件距離D則可由前述實施例之式(2)～式(7)依序計算而得。因此，運算單元120可計算出物件影像所對應的實際寬度
Figure 02_image031
。
因為物件影像所對應的實際寬度W1與實際高度H1為一預定比例R(例如9/16或3/4)，所以運算單元120可利用所計算出的實際寬度W1除以預定比例R即可得到實際高度H1。選擇性地，若運算單元120利用第4圖之比例關係先計算出實際高度H1，則運算單元120可利用所計算出的實際高度H1乘以預定比例即可得到實際寬度W1。需注意的是，物件影像所對應的實際寬度W1與實際高度H1例如可用公分表示。
此外，若欲計算影像感測器113所擷取之整個物件影像的實際面積A，運算單元120可將物件影像的實際寬度W1乘以實際高度H1即可得到實際面積A1，例如A1=H1*W1。
請參考第4B圖，在一實施例中，使用者可先在電子裝置100上開啟影像測距程式142，並將電子裝置100之相機裝置105對焦在目標物件400後並拍攝物件影像420，且運算單元120係將物件影像420在顯示面板160上播放。此時，運算單元120可由作業系統141取得鏡頭焦距參數lensPosition的數值，並由慣性量測單元170取得電子裝置100之水平傾仰角度(pitch)。
接著，運算單元120可依據式(2)～式(7)以計算出物件影像所對應的實際寬度W1(或實際高度H1)，並依據實際寬度W1與實際高度H1的預定比例以計算出實際高度H1(或實際寬度W1)。
此外，使用者可透過電子裝置100之顯示面板160上的一觸控信號以在顯示面板160上顯示出一矩形方框，並調整矩形方框410的尺寸以符合目標物件或一感興趣區域之大小。舉例來說，矩形方框410具有像素寬度PW2及像素高度PH2，且運算單元120可計算出矩形方框410之像素寬度PW2及像素高度PH2分別相對於整張物件影像的像素寬度PW1及像素高度PH1的比例R W及R H。接著，運算單元120可將所計算出的物件影像所對應的實際寬度W1及實際高度H1分別乘上比例R W及R H即可得到矩形方框410所對應的實際寬度W2及實際高度H2。運算單元120並可將實際寬度W2及實際高度H2之數值標示於矩形方框410的相應位置或是標示在顯示面板160中之一特定位置。
需注意的是，若使用不同型號的電子裝置100、或是電子裝置100使用Android作業系統，則同樣可利用類似的流程，例如式(2)～式(6)，依據作業系統141所回報的鏡頭焦距參數以推導出相應的端點參數及線性參數，並據以計算出目標物件至相機裝置105之間的物件距離D。接著，運算單元120可依據第4圖所示的三角關係及式(8)以計算出物件影像所對應的實際寬度W1及實際高度H1。
第5A～5B圖為依據本發明一實施例中之影像測距方法的流程圖。
在步驟S500，利用慣性量測單元170偵測電子裝置100之一水平俯仰角度。舉例來說，當利用電子裝置100進行拍照時，電子裝置100的水平俯仰角度(pitch)例如可由0度變化至90度，且慣性量測單元170可偵測到電子裝置100之水平俯仰角度的變化。
在步驟S510，利用電子裝置100之相機裝置105對焦於一目標物件並拍攝一物件影像，其中該相機裝置105具有一對焦距離範圍，且該對焦距離範圍具有一上對焦距離及一下對焦距離。舉例來說，上對焦距離及下對焦距離例如可依據相機裝置105中之鏡頭111的規格所計算而得。若電子裝置100以iPhone X為例，其鏡頭111之對焦距離範圍在10～40公分，意即上對焦距離為40公分，且下對焦距離為10公分。
在步驟S520，由電子裝置100運行的作業系統141取得該物件影像相應的一鏡頭焦距參數。舉例來說，若電子裝置100為iPhone 4S或以上之型號且作業系統141為iOS 8或以上的版本，則利用電子裝置100之相機裝置105對焦於一目標物件時，作業系統141會回報鏡頭焦距參數lensPosition，其中鏡頭焦距參數lensPosition例如為介於0至1之間的數值，且數值0表示鏡頭111所能對焦的最近距離，數值1表示表示鏡頭111所能對焦的最遠距離，但最遠距離不表示為無限遠。需注意的是，鏡頭焦距參數lensPosition並未直接表示鏡頭111的焦距數值，而是一個經過作業系統141所轉換過的數值，且並不等於(固定常數/焦距)。此外，作業系統141所回報的鏡頭焦距參數lensPosition之數值亦會隨著電子裝置100之水平俯仰角度(pitch)不同而改變。
在步驟S530，依據鏡頭焦距參數及電子裝置100之水平俯仰角度以計算出水平俯仰角度所對應的複數個端點參數。舉例來說，運算單元120可由作業系統141取得相機裝置105在該下對焦距離(例如10公分)且該水平俯仰角度分別為0度及90度之一第一鏡頭焦距參數(例如
Figure 02_image007
)及一第二鏡頭焦距參數(例如
Figure 02_image005
)，並由作業系統141取得相機裝置105在上對焦距離(例如40公分)且該水平俯仰角度分別為0度及90度之一第三鏡頭焦距參數(例如
Figure 02_image011
)及一第四鏡頭焦距參數(例如
Figure 02_image009
)。上述端點參數例如包括第一端點參數及第二端點參數，且運算單元120並依據第一鏡頭焦距參數、該第二鏡頭焦距參數及該水平俯仰角度(例如利用式(2))以計算出該第一端點參數(例如Lens10)，並依據該第三鏡頭焦距參數、該第四鏡頭焦距參數及該水平俯仰角度以計算出該第二端點參數(例如利用式(3))以計算出第二端點參數(例如Lens40)。
在步驟S540，將該水平俯仰角度所對應的該等端點參數轉換為水平俯仰角度所對應的複數個線性參數。舉例來說，上述線性參數包括相應於第一端點參數的一第一線性參數(例如L10)、相應於第二端點參數的一第二線性參數(例如L40)、及一第三線性參數(例如L)。運算單元120係依據第一端點參數及水平俯仰角度(例如依據式(4))以計算出第一線性參數，並依據第二端點參數及水平俯仰角度以計算出第二線性參數(例如依據式(5))，以及依據鏡頭焦距參數lensPosition及水平俯仰角度以計算出該第三線性參數(例如依據式(6))。
在步驟S550，依據該等線性參數之一線性關係式及相機裝置105之對焦距離範圍的上對焦距離及下對焦距離以計算出目標物件至相機裝置105之一物件距離。舉例來說，當計算出第一線性參數(L10)、第二線性參數(L40)、及第三線性參數(L)後，運算單元120例如可使用第一線性參數、第二線性參數、及第三線性參數、以及上對焦距離及下對焦距離之間的線性關係式(例如式(7))以計算出目標物件至相機裝置105之間的物件距離。
在步驟S560，依據物件距離及相機裝置105之視角以計算出物件影像相應的一第一實際寬度及一第一實際高度。因為運算單元120已計算出物件距離，且鏡頭111之視角為已知，故可以利用鏡頭之視角、物件影像所對應的第一實際寬度、及物件距離之關係式(例如可參考第4圖及式(8))以計算出物件影像相應的第一實際寬度。因為物件影像所對應的第一實際寬度與第一實際高度為一預定比例R(例如9/16或3/4)，所以運算單元120可利用所計算出的第一實際寬度除以預定比例R即可得到第一實際高度。
在步驟S570，依據在顯示面板160上之一觸控信號以在顯示面板160上顯示一矩形方框。舉例來說，使用者可透過電子裝置100之顯示面板160上的一觸控信號以在顯示面板160上顯示出一矩形方框，並調整矩形方框410的尺寸以符合目標物件或是一感興趣區域之大小。
在步驟S580，依據矩形方框相對於物件影像之影像寬度及影像高度之一第一比例及一第二比例以分別計算矩形方框所對應的一第二實際寬度及一第二實際高度。舉例來說，矩形方框之影像寬度相對於物件影像之影像寬度的比例(即第一比例)亦等同於矩形方框相應之第二實際寬度相對於物件影像相應的第一實際寬度的比例。因此，當計算出物件影像相應之第一實際寬度後，即可將物件影像之第一實際寬度乘以第一比例即可得到矩形方框相應之第二實際寬度。矩形方框相應之第二實際高度亦可用類似方式計算而得。
在步驟S590，在顯示面板160上顯示矩形方框的第二實際寬度及第二實際高度。舉例來說，運算單元120可將矩形方框相應的第二實際寬度及第二實際高度之數值標示於矩形方框的相應位置或是標示在顯示面板160中之一特定位置。
綜上所述，本發明之實施例係提供一種電子裝置及其影像測距方法，其可利用鏡頭的視角、作業系統回報的鏡頭焦距參數、以及電子裝置之水平俯仰角度即可計算出目標物件至相機裝置的物件距離。相較於先前技術，本發明之實施例可不需使用擴增實境之技術以預先建立空間的距離資訊才能得到目標物件之距離資訊、也不需配備額外的測距裝置以量測目標物件之距離資訊。因此，本發明之實施例所提供的電子裝置及其影像測距方法可快速且有效地計算出目標物件之距離資訊。
於權利要求中使用如"第一"、"第二"、"第三"等詞係用來修飾權利要求中的元件，並非用來表示之間具有優先權順序，先行關係，或者是一個元件先於另一個元件，或者是執行方法步驟時的時間先後順序，僅用來區別具有相同名字的元件。
本發明之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明實施例之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，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。
100:電子裝置
101:前表面
102:後表面
105:相機裝置
110:相機模組
111:鏡頭
112:彩色濾光片陣列
113:影像感測器
115:控制器
116:自動對焦模組
120:運算單元
130:記憶體單元
140:儲存裝置
141:作業系統
142:影像測距程式
150:通訊介面
160:顯示面板
170:慣性量測單元
171:陀螺儀
172:加速度計
173:磁力計
210:水平線
FOV:視角
W1:實際寬度
D:物件距離
PW1、PW2:像素寬度
PH1、PH2:像素高度
400:目標物件
410:矩形方框
420:物件影像
S500－S590:步驟
第1圖為依據本發明一實施例中之電子裝置的方塊圖。 第2A-2B圖為依據本發明一實施例中之電子裝置在不同水平俯仰角度的示意圖。 第3A圖為依據本發明一實施例中之電子裝置在90度水平俯仰角度的鏡頭焦距參數與焦距的關係曲線之示意圖。 第3B圖為依據本發明一實施例中之電子裝置在0度水平俯仰角度的鏡頭焦距參數與焦距的關係曲線之示意圖。 第4A圖為依據本發明一實施例中鏡頭之視角、物件影像、及物件距離之關係的示意圖。 第4B圖為依據本發明一實施例中之影像測距程式的使用者介面的示意圖。 第5A～5B圖為依據本發明一實施例中之影像測距方法的流程圖。
S500-S550:步驟

Claims (12)

  1. 一種電子裝置，包括：一慣性量測單元，用以偵測該電子裝置之一水平俯仰角度；一相機裝置，用以對焦於一目標物件並拍攝一物件影像，該相機裝置具有一對焦距離範圍，其中該對焦距離範圍具有一上對焦距離及一下對焦距離；一儲存裝置，用以儲存一作業系統及一影像測距程式；以及一運算單元，用以執行該影像測距程式以執行下列步驟：由該作業系統取得相應於該物件影像之一鏡頭焦距參數，其中該鏡頭焦距參數為該作業系統之應用程式介面所計算出介於0與1之間的數值，且該鏡頭焦距參數係隨著該電子裝置該水平俯仰角度之變化而改變；依據該鏡頭焦距參數及該電子裝置之該水平俯仰角度以計算出該水平俯仰角度所對應的複數個端點參數；將該水平俯仰角度所對應的該等端點參數轉換為該水平俯仰角度所對應的複數個線性參數；以及依據該等線性參數之一線性關係式及該相機裝置之該對焦距離範圍的該上對焦距離及該下對焦距離以計算出該目標物件至該相機裝置之一物件距離。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，其中當依據該鏡頭焦距參數及該電子裝置之該水平俯仰角度以計算出該水平俯 仰角度所對應的複數個端點參數時，該運算單元係由該作業系統取得該相機裝置在該下對焦距離且該水平俯仰角度分別為0度及90度之一第一鏡頭焦距參數及一第二鏡頭焦距參數，並由該作業系統取得該相機裝置在該上對焦距離且該水平俯仰角度分別為0度及90度之一第三鏡頭焦距參數及一第四鏡頭焦距參數；其中，該端點參數包括相應於該下對焦距離之一第一端點參數及相應於該上對焦距離之一第二端點參數，且該運算單元係依據該第一鏡頭焦距參數、該第二鏡頭焦距參數及該水平俯仰角度以計算出該第一端點參數，並依據該第三鏡頭焦距參數、該第四鏡頭焦距參數及該水平俯仰角度以計算出該第二端點參數。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之電子裝置，其中該等線性參數包括相應於該第一端點參數的一第一線性參數、相應於該第二端點參數的一第二線性參數、及一第三線性參數，且該運算單元係依據該第一端點參數及該水平俯仰角度以計算出該第一線性參數，並依據該第二端點參數及該水平俯仰角度以計算出該第二線性參數，以及依據該鏡頭焦距參數及該水平俯仰角度以計算出該第三線性參數。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之電子裝置，其中該線性關係式係表示為：
    Figure 107146727-A0305-02-0026-1
     其中D為該物件距離；L10為該第一線性參數；L40為該第二線性參數；L為該第三線性參數；f H 為該上對焦距離；f L 為該下對焦距離。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，其中，響應於該運算單元計算出該物件距離，該運算單元更依據該物件距離及該相機裝置之視角以計算出該物件影像相應的一第一實際寬度及一第一實際高度。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之電子裝置，其中該運算單元係依據在該電子裝置之一顯示面板上之一觸控信號以在該顯示面板上顯示一矩形方框，並依據該矩形方框相對於該物件影像之影像寬度及影像高度之一第一比例及一第二比例以分別計算該矩形方框所對應的一第二實際寬度及一第二實際高度；其中該運算單元更在該顯示面板上顯示該矩形方框的該第二實際寬度及該第二實際高度。
  7. 一種影像測距方法，用於一電子裝置，其中該電子裝置包括一慣性量測單元及一相機裝置，該方法包括：利用該慣性量測單元偵測該電子裝置之一水平俯仰角度；利用該相機裝置對焦於一目標物件並拍攝一物件影像，其中該相機裝置具有一對焦距離範圍，且該對焦距離範圍具有一上對焦距離及一下對焦距離；由該電子裝置所運行的一作業系統取得相應於該物件影像之一鏡頭焦距參數，其中該鏡頭焦距參數為該作業系統之應用 程式介面所計算出介於0與1之間的數值，且該鏡頭焦距參數係隨著該電子裝置該水平俯仰角度之變化而改變；依據該鏡頭焦距參數及該電子裝置之該水平俯仰角度以計算出該水平俯仰角度所對應的複數個端點參數；將該水平俯仰角度所對應的該等端點參數轉換為該水平俯仰角度所對應的複數個線性參數；以及依據該等線性參數之一線性關係式及該相機裝置之該對焦距離範圍的該上對焦距離及該下對焦距離以計算出該目標物件至該相機裝置之一物件距離。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之影像測距方法，其中，該端點參數包括相應於該下對焦距離之一第一端點參數及相應於該上對焦距離之一第二端點參數，且依據該鏡頭焦距參數及該電子裝置之該水平俯仰角度以計算出該水平俯仰角度所對應的複數個端點參數之步驟包括：由該作業系統取得該相機裝置在該下對焦距離且該水平俯仰角度分別為0度及90度之一第一鏡頭焦距參數及一第二鏡頭焦距參數；由該作業系統取得該相機裝置在該上對焦距離且該水平俯仰角度分別為0度及90度之一第三鏡頭焦距參數及一第四鏡頭焦距參數；依據該第一鏡頭焦距參數、該第二鏡頭焦距參數及該水平俯仰角度以計算出該第一端點參數；以及 依據該第三鏡頭焦距參數、該第四鏡頭焦距參數及該水平俯仰角度以計算出該第二端點參數。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之影像測距方法，其中該等線性參數包括相應於該第一端點參數的一第一線性參數、相應於該第二端點參數的一第二線性參數、及一第三線性參數，且依據該等線性參數之一線性關係式及該相機裝置之該對焦距離範圍的該上對焦距離及該下對焦距離以計算出該目標物件至該相機裝置之一物件距離之步驟包括：依據該第一端點參數及該水平俯仰角度以計算出該第一線性參數，並依據該第二端點參數及該水平俯仰角度以計算出該第二線性參數，以及依據該鏡頭焦距參數及該水平俯仰角度以計算出該第三線性參數。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之影像測距方法，其中該線性關係式係表示為：
    Figure 107146727-A0305-02-0029-2
     其中D為該物件距離；L10為該第一線性參數；L40為該第二線性參數；L為該第三線性參數；f H 為該上對焦距離；f L 為該下對焦距離。
  11. 如申請專利範圍第7項所述之影像測距方法，更包括： 響應於計算出該物件距離，依據該物件距離及該相機裝置之視角以計算出該物件影像相應的一第一實際寬度及一第一實際高度。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之影像測距方法，更包括：依據在該電子裝置之一顯示面板上之一觸控信號以在該顯示面板上顯示一矩形方框；依據該矩形方框相對於該物件影像之影像寬度及影像高度之一第一比例及一第二比例以分別計算該矩形方框所對應的一第二實際寬度及一第二實際高度；以及在該顯示面板上顯示該矩形方框的該第二實際寬度及該第二實際高度。
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