CN110031002B - 侦测阻碍物的方法、***以及其传感器子*** - Google Patents

侦测阻碍物的方法、***以及其传感器子*** Download PDF

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Abstract

申请书公开一种用于自主导航机器的侦测阻碍物侦测方法与***，所述方法执行于一***，***具有驱动***的控制器、光发射器、光传感器、图像处理器与一中央处理器，设置在装置上的光发射器与光传感器相距一个距离，当光发射器发射一指示光线，并投射于自主导航机器的行进路径上，光传感器感测到指示光线，于是产生包括此指示光线的影像。经分析此影像后，可以得到指示光线的至少一个特征，这个特征可用以得到自主导航机器与阻碍物之间的一空间关系，所述空间关系将让***可以判断自主导航机器是否会碰撞一面墙或是掉落到悬崖下。

Description

侦测阻碍物的方法、***以及其传感器子***
技术领域
申请书公开一种侦测阻碍物的技术，特别是指侦测如悬崖等在移动机器行进路径上的阻碍物的方法、实现此方法的***，以及相关传感器子***。
背景技术
如自动车辆或自动扫地机器人等可自主决定行进路径的自主导航装置，在行进间需要回避与其他对象的碰撞事件，或是自一个高度掉落的危险。例如，为了回避碰撞到墙的问题，这个自主导航装置需要一个近接传感器，用以判断与墙的距离，以能回避碰撞。现有的近接传感器如同雷达、超音波传感器或光传感器，如红外光传感器，这类传感器可以在没有接触到物品的情况下判断出附近的物品。
举例来说，超音波传感器发射超音波，通过接收物品的反射音波判断前方的物品，可以通过发射超音波的时间与接收反射音波的时间差得出距离。若以悬崖侦测而言，一种设于自主导航装置下的悬崖传感器一般使用红外光或超音波，可以通过量测反射或散射的光线或音波感测到装置下方地面，因此悬崖传感器可以防止自主导航装置移动到悬崖而掉落。
当自主导航装置可以侦测到如上述墙或悬崖等的阻碍物，装置的控制器可以从感测数据得到结果，当自主导航装置接近或到达阻碍物时，可以指示装置中驱动***停止或回避阻碍物。
发明内容
申请书中公开的阻碍物侦测方法与***的目的的一个是要侦测到一自主导航机器行进路径上的阻碍物，当自主导航机器运行时，由自主导航机器本身的***执行阻碍物侦测的方法，其中算法用以处理由装置中传感器子***产生的数据。
根据传感器子***的实施例的一个，执行侦测阻碍物方法的***包括一光发射器与一光传感器，光发射器发射一种指示光线，再由光传感器在一时刻拍摄一张包括此指示光线的影像，或拍摄一段时间产生的一序列影像。在一实施例中，从影像撷取的信息可以用来估计与阻碍物的距离，在一方式中，从一序列影像中可以得到指示光线影像的变化，能以此估计是否自主导航机器接近了阻碍物，使得自主导航机器可以处理一避免碰撞的措施，以避免碰撞风险。
从光发射器发射的指示光线如一投射在自主导航机器前方区域的线性光线，于是装置上的光传感器可以拍摄包括此线性光线的影像，通过影像分析程序后，从线性光线影像可以产生出用以判断与阻碍物距离的信息，信息可以反映出自主导航机器如何接近阻碍物。
阻碍物侦测方法应用于具备光发射器与光传感器的自主导航机器上，光发射器与光传感器设置在自主导航机器上，较佳地相距一段距离，光发射器发射投射于自主导航机器行进路径上的指示光线，光传感器则用以感测此指示光线，能产生具有此指示光线的影像。
在分析影像之后，可得被感测到的指示光线中至少一个特征，使得***可以根据这个指示光线的特征而得到自主导航机器与阻碍物之间的空间关系，这个空间关系让自主导航机器计算与阻碍物之间的距离，并根据与一碰撞门槛的比对结果判断自主导航机器是否会碰撞阻碍物，或是根据与一掉落门槛的比对结果来判断自主导航机器是否会掉落到这个阻碍物，也就是悬崖。
根据再一实施例，装设于自主导航机器的侦测阻碍物的***包括有控制器、光发射器、光传感器、图像处理器以及一中央处理器，其中图像处理器用以产生包含投射在自主导航机器行进路径上的指示光线的影像，中央处理器用以执行阻碍物侦测方法相关计算机程序。
***中具有一传感器子***，在一实施例中，传感器子***主要包括有光发射器、光传感器与图像处理器，执行投射指示光线在自主导航机器行进路径，并感测此指示光线，以及产生包括此指示光线的影像。此指示光线为提供给自主导航机器执行分析后得到自主导航机器与阻碍物之间的空间关系。
进一步的，***得到空间关系后，可以借此计算出自主导航机器与阻碍物的间距，并经比对记载于***内存中的一碰撞门槛后判断自主导航机器是否会碰撞阻碍物，或者经比对内存所记载的掉落门槛后判断自主导航机器是否会掉落至阻碍物。当***判断自主导航机器将达到所述的碰撞门槛或是掉落门槛，***的中央处理器将产生指示控制器驱动自主导航机器的信号，以回避阻碍物。
附图说明
图1显示自主导航机器接近阻碍物的实施例情境上视示意图；
图2显示自主导航机器在悬崖前的实施例情境示意图；
图3显示自主导航机器在一面墙前的实施例情境透视示意图；
图4A与图4B显示自主导航机器接近一面墙的实施例示意图；
图5A与图5B显示自主导航机器接近悬崖的实施例示意图；
图6A至图6D显示自主导航机器接近与地面相距一高度的阻碍物的实施例示意图；
图7显示阻碍物侦测***的电路方块实施例图；
图8显示描述自主导航机器接近一面墙时以光传感器取得指示光线变化的实施例示意图；
图9显示自主导航机器接近悬崖时以光传感器取得指示光线变化的实施例示意图；
图10A至图10C显示接近阻碍物的自主导航机器感测到光线的实施例示意图；
图11显示当自主导航机器接近一面墙时投射在墙上的圆形指示光线的实施例示意图；
图12显示描述应用在自主导航机器的阻碍物侦测方法的实施例流程图；
图13显示应用在自主导航机器的阻碍物侦测方法的再一实施例流程图。
具体实施方式
本公开所揭示发明关于一种阻碍物侦测方法与应用在一自主导航机器的阻碍物侦测***，自主导航机器如同一种可以自动在一个区域内巡航的无人车辆或是清扫机器人。运行在自主导航机器中的阻碍物方法让这个自主导航机器感测到行进路径上的阻碍物，并能辨识出机器前的阻碍物，而能自动驱动这个自主导航机器进行巡航。阻碍物侦测***如同运行在自主导航机器中的一种传感器子***，其中主要包括装设于机器中的光发射器与光传感器。
传感器子***其中特色是，光发射器与光传感器为水平设置并相距一个距离的装置，依照实施例，光发射器与光传感器可以设在一个平面上相同或不同水平位置。光发射器可以使用激光或发光二极管(LED)等可以发射出线性光线的光源，以射出的线性光线作为自主导航机器的指示光线，指示光线也可以为发射出有一特定面积的光线。其中光传感器用于感测光发射器所射出在自主导航机器行进路径上的线性光线，或是投射出去有一定面积的光线。
根据本公开所揭示阻碍物侦测方法与***的目的的一个，方法用于侦测出自主导航机器行进路径上的阻碍物，如墙(wall)、悬崖(cliff)，或是一种距离地面有一高度的浮空阻碍物，方法由一运作于阻碍物侦测***中的算法所实现，使得自主导航机器可以自行处理通过上述传感器子***所产生的数据，以能回避自主导航机器前行进路径上的阻碍物。
根据图1所示实施例，此示意图为描述自主导航机器行进时接近阻碍物的上视图。
图中自主导航机器10可以为一种自主机器人，如清洁机器人等可以巡航于有各种地形的区域的自主机器人，安装于自主导航机器10中的阻碍物侦测***用于感测自主导航机器10行进路径上的阻碍物，所述***如安装于自主导航机器10中的传感器子***，其中即包括图示的光发射器101与光传感器102，以及相关处理电路，此例中的光发射器101与光传感器102为在水平面上相距一距离的装置，然而，光发射器101与光传感器102却不必要一定在设于同一个水平高度上。
光发射器101可以激光或发光二极管作为光源，用以发射出线性光线103，线性光线103可以由光源射出的光线经过特定透镜形成。当自主导航机器10行进时，线性光线103将持续投射在自主导航机器10所行进的路径上，例如图中的地面19或是具有特定地形的表面上，一般就是投射在自主导航机器10的前方。举例来说，当自主导航机器10运行接近墙18，墙18即形成在自主导航机器10前一段距离的阻碍物，自主导航机器10所投射的线性光线103将形成一指示光线，投射在墙18与地面19上。根据图示内容，地面19与墙18之间形成一个边界15，将线性光线103分割为第一线段(如图示下方的线段)以及第二线段(如图示上方的线段)，这两个两线段将由自主导航机器10上的光传感器102所感测到。光传感器102如同装设于自主导航机器10上的照相机，具有一个视角，如图中以两条虚线表示的范围，光传感器102即用以感测(拍摄)这个区域内的影像。在此一提的是，光传感器102的视角应涵盖到指示光线13，以有效侦测到自主导航机器10之前的事物。此例中，光传感器102用以感测线性光线103，并拍摄包括线性光线103的影像。当自主导航机器10中阻碍物侦测***运行时，可以通过光传感器102感测到线性光线103中较低线段，例如，通过光传感器102可以得到线性光线103较低线段的长度，这个长度变化就是可以判断与阻碍物之间距离“d”的参考依据。
值得一提的是，除了从光传感器102得到的光线长度可以判断出自主导航机器10与墙18之间的距离“d”，线性光线103的上方线段的水平位置也可以作为判断这个距离“d”的另一依据。在一实施例中，光传感器102可以持续感测光发射器101所投射的指示光线，使得传感器子***因此产生一序列包括指示光线的影像。如果从这些影像中判断出在较低线性光线103的线段上的影像长度有任何变化，或是较高线段的位置或长度有任何变化时，***可依照这个变化知悉自主导航机器10为接近或是远离这面墙18。
除了上述由光传感器102拍摄得到的指示光线影像的长度或位置变化，任何可从持续影像中得到的指示光线的长度或位置都可以作为判断出自主导航机器10状态的依据，例如，可以通过持续影像的光线长度、位置变化得到自主导航机器10的移动趋势，其中运行的阻碍物侦测***据此建立一个警报机制，可以根据自主导航机器10与其阻碍物(如墙18)之间的空间关系发出预警。
所述阻碍物的另一形式如悬崖，可参考图2所示描述自主导航机器在悬崖前的情境实施例概图。
此例中，自主导航机器10在一具有一些地形的平面20上巡航，如在桌子或地面上运行，而前方有一悬崖22，悬崖22可以为桌边的垂直部分或是地面上的下楼阶梯所形成，自主导航机器10的光发射器101持续发射投射于自主导航机器10行进路径上的指示光线103’，此例显示的指示光线103’显示为光发射器101发射的垂直线性光线。图中以某个线段表示发射光线的某个范围，经光传感器102感测到在其视角内的指示光线103’，***将产生包括此指示光线103’的影像。
在一实施例中，指示光线103’显示被平面20与悬崖22之间的边缘15’一分为二，光传感器102所感测的影像中的指示光线103’显示自主导航机器10将遇到阻碍物，也就是此例的悬崖22，光传感器102感测的影像中线段的长度、斜率或角度可以让***判断自主导航机器10与边缘15’表示的阻碍物之间的距离，因此，当阻碍物侦测***识别出自主导航机器10行进路径上的悬崖22时，运行于自主导航机器10中的阻碍物侦测***将指示机器回避这个悬崖22。
图3显示自主导航机器10在前有墙为阻碍的另一实施例示意图。
图中显示自主导航机器10巡航于地面30上，并朝向一面墙32行进，过程中，光发射器101发射线性光，作为垂直方向的指示光线，发射光线将同时投射到自主导航机器10之前的地面30与墙32上。
当自主导航机器10接近墙32时，指示光线103”的线段表示出自主导航机器10接近墙32的程度。在阻碍物侦测方法中，指示光线103”的斜率与角度可以表示出自主导航机器10与墙32之间的空间关系。或者，投射在墙32上的指示光线的线段的位置也可以用来作为描述空间关系的指示器。
根据以上实施例，阻碍物侦测***中发射线性光线的光发射器装设于自主导航机器上，线性光线形成指示光线，指示光线的特征成为判断自主导航机器与阻碍物(墙、悬崖等)之间空间关系的依据，因此，阻碍物侦测***可以有效地防止自主导航机器与墙碰撞，或是掉落悬崖。其中，因为自主导航机器上的光发射器与光传感器设置时，设计为水平上(不以此为限)相距一段距离，指示光线被光传感器感测时，得到的光线特性可以经分析后产生如长度、位置、斜率/角度、以及/或面积等信息，其终至少一个特征即足以判断自主导航机器与阻碍物之间的空间关系。从具有指示光线的多张影像中得到的这些特性的变化，又足以产生自主导航机器的移动趋势，可以使得阻碍物侦测***及时发出碰撞警示，或是掉落警示。
图4A与图4B显示让自主导航机器中阻碍物侦测***发出对墙碰撞警示的任一特性变化的实施例示意图。
在图4A中，此侧面图显示自主导航机器40(如一自动车辆)在一地面43上巡航的示意图，自主导航机器40中阻碍物侦测***的光发射器发射出投射于机器前的指示光线，光发射器发射的光线有一定的光线范围42，发射的光线被限制在这个范围内。当阻碍物感测***中光传感器感测到指示光线时，***可以判断出自主导航机器40与一定距离外的阻碍物(墙44)之间的空间关系，当指示光线同时投射在地面43与墙44上，光传感器在其视角内感测到的指示光线分为有一长度“40a”的第一线段以及长度“40b”的第二线段，感测影像也包括这两个线段，接着由阻碍物侦测***对包括有全部或部分指示光线的影像进行演算与分析。
当自主导航机器40接近墙44时，参考图4B，显示相对上述光线范围42而逐渐变小的光线范围42’，同时，这个变化被***的光传感器所感测到，投射在地面43的指示光线的第一线段从“40a”变化成“40a’”，投射在墙44上的指示光线的第二线段从高度“40b”变化为“40b’”。如此，阻碍物侦测***即使用第一线段或第二线段的变化特性判断自主导航机器40与阻碍物(墙44)之间的空间关系，如此例的距离。
更者，当***拍摄包括指示光线的两个或更多影像时，指示光线的其中任一特征变化都可用来得到自主导航机器40的移动趋势，并通过这个特性来判断是否接近阻碍物。
图5A与图5B示意显示让自主导航机器的***可以发出悬崖掉落警示的任一特征变化的实施例示意图。
如图5A所示自主导航机器50在地面53上巡航的侧面示意图，此例显示自主导航机器50一段距离外有一悬崖54。阻碍物侦测***的光发射器发射出指示光线，透射于自主导航机器50之前的地面53上，再由***的光传感器感测到指示光线。当自主导航机器50距离悬崖54一段距离时，指示光线包括投射在地面53的线段，以及被地面53与悬崖54之间边缘分割的指示光线。当指示光线投射在地面53，并由光传感器感测到一段距离”50a”的光线。这段包括全部或部分指示光线的影像将经***的运算与分析。
此例中，自主导航机器50接近悬崖54，如图5B所示，指示光线投射在地面53的长度变短，被光传感器感测到在地面53的指示光线的长度为图5A的“50a”，接着将变为“50a’”，因此，阻碍物侦测***可以根据指示光线的长度特征判断出自主导航机器50与阻碍物(悬崖54)的距离。
同理，当***拍摄到包括指示光线的两张或多张影像时，指示光线的长度变化可用以取得自主导航机器的移动趋势，并接着判断是否自主导航机器接近了阻碍物。
图6A到图6D显示自主导航机器接近一具有一定高度的浮空阻碍物的实施例示意图。
在图6A中，自主导航机器60在地面63上巡航，并接近一距离地面63有一高度的浮空阻碍物64，自主导航机器60的光传感器将感测到投射到此浮空阻碍物64的指示光线。指示光线如一线性光线，此例中由光发射器发射。当自主导航机器60接近在前方距离地面63有一定高度的浮空阻碍物64时，指示光线在地面63与浮空阻碍物64上形成两个线段，其中投射在浮空阻碍物64的指示光线在光传感器中形成长度“60b”的影像。
当阻碍物侦测***运行时，光传感器持续地拍摄自主导航机器60前方指示光线，包括形成在地面63的指示光线线段，以及在浮空阻碍物64上形成长度“60b”的另一线段，图6B特别显示为标示在图框66中的影像。此图框66显示有至少两个影像特征，其中第一线段60a表示为指示光线投射在地面63的线段，图框66中第二线段60b表示投射在浮空阻碍物64上的指示光线的线段。
接着，如图6C，自主导航机器60逐渐接近在地面63上方的浮空阻碍物64，浮空阻碍物64造成光发射器发射的光线范围62’的改变，也就是指示光线投射到地面63与浮空阻碍物64的两个线段产生改变，例如，因为自主导航机器60与浮空阻碍物64的空间关系使得投射到浮空阻碍物64的线段由“60b”改变为“60b’”。
经光传感器所拍摄的影像如图6D中的图框66’，显示自主导航机器60接近浮空阻碍物64时，第一线段60a’与第二线段60b’都会变化。例如，图中显示第一线段60a’的长度与斜率都改变了，第一线段60a’的长度比第一线段60a短了一些，当自主导航机器60接近浮空阻碍物64时，第一线段60a,60a’的斜率也改变了。更者，第二线段60b,60b’也显示出长度与位置的改变。举例来说，第二线段60b’的长度比第二线段60b还短，位置也向左移动。
根据再一实施例，阻碍物侦测***中的传感器模块主要有相聚一距离设置的光发射器与光传感器，光发射器发射特定的指示光线，光传感器即一次或连续在一段时间内拍摄包括指示光线的影像，指示光线如线性光线、圆形光或任何投射在自主导航机器前的形状的光。光传感器用以取得包括这些指示光线的影像，通过影像分析，可以取得这些指示光线的特征，用以判断自主导航机器与阻碍物之间的空间关系。这个空间关系可以让机器中阻碍物侦测***指示驱动自主导航机器回避碰撞与掉落的风险。
图7显示阻碍物侦测***的电路方块实施例图。
阻碍物侦测***设有传感器子***，设有处理器与内存，并具有数据处理的能力，传感器子***用以取得自主导航机器四周的环境信息，并经处理环境信息后建立一种保护机制。环境信息即为自主导航机器中装设阻碍物侦测***所产生的影像，可用以判断自主导航机器是否会遭遇碰撞或掉落等损坏的可能性。
如图显示所述阻碍物侦测***的电路方块，***包括一控制器701，用以控制***中各电路组件的运作，控制器701用以驱动光发射器702发射指示光线，并控制光传感器705感测在其视角内的光线信号，指示光线例如可为线性光线、圆形光或任何形状的光，依据控制信号，可以全时或周期性地发射光线。***包括的光发射器702耦接于控制器701，具有一光源以及驱动电路，通过必要的光学组件，以及/或设于自主导航机器上的窗口发射光线，所述光学组件如透镜，可以引导指示光线为线性光线、圆形光或任何形状的光线。***的光传感器705耦接于控制器701，光传感器705与光发射器702相距一段距离，用以感测光发射器702发射的光线，取得自主导航机器行进路径上的影像，影像信号传输到图像处理器704，用以产生包括指示光线的影像，图像处理器704耦接于光传感器705，用以产生感测影像，这些影像信号先暂存于内存，如内存706。
根据电路规划的实施例，自主导航机器中主要电路为光发射器702、光传感器705与在传感器子***中的图像处理器704等，传感器子***用产生指示光线，并通过影像感测后产生包括此指示光线的影像，自主导航机器可使用指示光线影像上的至少一个特征得到自主导航机器与所行进路径上接近的阻碍物之间的空间关系。
所述指示光线影像中的至少一个特征经耦接于图像处理器704与控制器701的中央处理器703处理后，中央处理器703用以执行阻碍物侦测方法，在一实施例中，耦接于中央处理器703的内存706运作如同***内存或是用以储存执行所述***功能的指令的储存器，例如，执行所述阻碍物侦测方法的指令集。通过中央处理器703执行的方法中，主要包括分析由光传感器705所取得具有指示光线的影像、得到指示光线影像中至少一个特征，以及根据指示光线影像中特征得到自主导航机器与阻碍物之间的空间关系。
根据实施例的一个，通过传感器子***从影像中得到的特征可用以估计自主导航机器与阻碍物之间的距离，也就是两者之间的空间关系，可让阻碍物侦测***判断自主导航机器是否会处于某种危险处境中，例如会碰撞到墙，或从悬崖掉落。在一范例中，***中的控制器701连接到自主导航机器的机器驱动器708，此机器驱动器708连接到***的驱动***，当***判断出自主导航机器前一段距离上有一阻碍物，控制器701产生指示机器驱动器708能够响应此阻碍物的信号。
在一实施例中，光传感器705可以连续取得具有指示光线的一序列影像，并感测到连续影像中的变化，借此判断自主导航机器正在靠近阻碍物，使得自主导航机器可以采取回避危险的措施。
以下几个图例提供本公开公开的阻碍物侦测方法的实施例示意图。
例如，当自主导航机器接近一面墙时，如图8所示，其中描述光传感器所感测到的指示光线影像的变化实施例示意图。
所述装设于自主导航机器中的阻碍物侦测***如以上实施例所描述的传感器子***，其中主要的电路就是上述的光发射器801、801’与光传感器802、802’。所示自主导航机器80、80’即运作如同自主车辆，其中包括有计算器，经运算后驱动光发射器801、801’发射指示光线，并整合光传感器802、802’所产生的数据，以处理产生自主导航机器80的行进路径上地形信息的数据。
如图所示，其中实线所描示的自主导航机器80运行于地面83上并先在第一位置上，自主导航机器80上设有光发射器801与光传感器802，光发射器801发射指示光线803，图中显示的指示光线803为光传感器802在其视角中感测到的影像器802，所示指示光线803因为地面83与墙84的边界而具有一个转点，将指示光线803分为两个线段。
自主导航机器80接着从第一位置移动到第二位置，并更接近墙84，如图式中以虚线描示的自主导航机器80’。在此第二位置上，光发射器801’仍持续发射指示光线803’，并持续由光传感器802’感测指示光线803’，以及产生影像。同理地，图示的指示光线803’为光传感器802’在其视角中感测的影像，地面83与墙84之间交界导致指示光线803’具有一个转点，并分为两个线段。
范例显示当自主导航机器80、80’行进并接近阻碍物(如此例的墙84)时，光发射器801、801’发射的指示光线形成投射在地面83与墙84上的指示光线803、803’线段，自主导航机器80、80’上的光传感器802、802’感测到指示光线803、803’，而此例中形成投射于地面83与阻碍物(如此例的墙84)的线性光线。光传感器子***可以通过图像处理分析得出指示光线803、803’中的至少一特征，例如，所示投射在地面83的指示光线803、803’的第一线段的长度，此例显示当自主导航机器80、80’接近墙84，到了第二位置，第一线段的长度变短了。另外，指示光线803、803’的第一线段的斜率也可以成为侦测阻碍物的特征的一个，此例显示自主导航机器80、80’更接近墙84时，第一线段的斜率变大。
更者，投射在墙84上的指示光线803、803’的第二线段也可以成为判断侦测阻碍物的另一特征，例如，当自主导航机器80、80’更接近墙84时，第二线段将变得更短。如此可知，指示光线803、803’分别投射在地面83与墙84的第一线段与第二线段的长度都可成为侦测阻碍物的依据，另外，第二线段的位置，以及/或第一线段的斜率或角度亦可作为***侦测阻碍物的特征。
图9所示范例显示当自主导航机器接近悬崖时由其中光传感器所感测到指示光线的变化。此例中，自主导航机器90、90’运行于地面94，并将接近阻碍物，此例为悬崖(边界93)，而自主导航机器90、90’中的阻碍物侦测***将用以侦测此阻碍物，并作出回避掉落的程序。
图中显示以实线描示的自主导航机器90位于第一位置，其中光发射器901在第一位置发射指示光线(903、904)，再以光传感器902取得在一视角内的指示光线(903、904)影像。接着，自主导航机器90移动到更接近边界93的第二位置，此例以虚线描示自主导航机器90’。在第二位置的自主导航机器90’的光传感器902’感测到光发射器901’发射的指示光线(903’、904’)，边界93即由悬崖形成，将指示光线分为投射在地面94的线段，标示为第一线段903、903’。由于悬崖的关系，指示光线被分割的另一线段904、904’并不会连接到投射在地面94的第一线段(903、903’)，而是会投射在距离悬崖一段距离以外的墙上，并可能仍被光传感器902、902’所感测到。
此例显示经光传感器902、902’在不同位置感测到指示光线的第一线段903、903’长度变化，也就是因为自主导航机器90、90’从第一位置移动到第二位置，愈接近悬崖边界93时，第一线段903、903’变得更短且斜率更大。因此，从指示光线中第一线段903、903’的特征变化可以作为***侦测阻碍物的信息，使得阻碍物侦测***可以得到自主导航机器90、90’正在接近悬崖边界93的结果。
图10A、10B与10C示意显示了自主导航机器接近阻碍物距离20公分、10公分与5公分的三张影像框。
图10A显示有一影像框1001具有一宽度：画素0到画素200，影像框1001显示了指示光线投射在自主导航机器行进路径上的一个光线线段1004，此例显示的光线线段1004表示自主导航机器在距离阻碍物(此例为悬崖)前20公分距离的情况，影像框1001中另以虚线1005表示投射在墙上的光线线段。
图10B显示另一个一个与影像框1001相同尺寸(宽度)的影像框1002，影像框1002显示的光线线段1006为指示光线投射在自主导航机器行进路径上距离阻碍物10公分时由光传感器感测到的光线线段，其中虚线1007表示光线线段投射在墙上的影像，光线线段1006的斜率比图10A中影像框1001中的光线线段1004更大，图式显示自主导航机器更接近阻碍物时，在相同大小的影像框中，线段的长度也更短。
图10C显示另一尺寸相同的影像框1003，影像框1003中显示为指示光线投射在自主导航机器行进路径上距离阻碍物5公分的光线线段1008，其中虚线1009则是表示指示光线投射在墙上的线段。同理地，光线线段1008的斜率大于图10B中的光线线段1006，当自主导航机器更接近阻碍物时，线段1008的长度在相同尺寸的影像框中也显得比10B中光线线段1006更短。
另一方面，根据此范例显示，图10A所示虚线1005位置、图10B中虚线1007与图10C中虚线1009，可知当自主导航机器接近阻碍物(如墙)时，指示光线投射在阻碍物表面而被感测到的光线线段将逐渐向左移动，因此，光线线段的位置也可作为指示自主导航机器与阻碍物之间空间关系的依据。
经光发射器发射的指示光线可以为圆形光，如图11所示投射在自主导航机器所接近的墙上的圆形指示光线示意图。
投射在墙上的圆形指示光线被自主导航机器的距离光发射器有一间距的光传感器所感测到，感测得到的圆形指示光线影像如图显示，将会有一些变形。圆形指示光线的影像可指定一个参考点(1111,1112)，投射影像被一分割线区分为下方的第一区域(111、113)以及上方的第二区域(112、114)，所述分割线可以为地面与墙或悬崖之间的边界。
如图所示，实线的圆表示自主导航机器在第一位置所投射的指示光线被感测到的影像，虚线的圆则表示自主导航机器在更接近阻碍物(如墙)的第二位置所产生的影像。此例显示，当自主导航机器接近阻碍物时，虚线圆所呈现的第一与第二区域都比实线圆还小。经参考对应实线与虚线圆的参考点1111与1112时，当自主导航机器接近阻碍物时，显示虚线圆向左移动。
根据以上实施范例，所述圆形指示光线的面积与位置都可成为判断自主导航机器与阻碍物之间空间关系的指示依据。
当***因此取得自主导航机器与阻碍物之间的空间关系时，阻碍物侦测***中的中央处理器将计算自主导航机器与阻碍物之间的距离，并因此能根据与储存在***内存的一碰撞门槛比对结果判断自主导航机器是否会碰撞到阻碍物。同理地，所述空间关系可以让阻碍物侦测***依据与内存中的一掉落门槛比对而判断是否自主导航机器会掉落阻碍物下。
如上述图7所描述的自主导航机器中***实施例，其中执行了阻碍物侦测方法，其中方法步骤实施例如图12所示流程图。
在步骤S121中，***的光发射器发射指示光线，在步骤S123中，***的光传感器用以感测指示光线，并产生影像。光传感器如同一个照相机，用以拍摄其视角内的指示光线，并形成影像。指示光线投射在自主导航机器的行进路径，可包括地面以及/或阻碍物本身，使得指示光线影像可用于反映出自主导航机器与阻碍物的空间关系。***中的图像处理器将用以分析影像中指示光线的至少一个特征，如步骤S125所示。
根据以上实施例，所述指示光线的特征如长度、位置、斜率以及/或面积，指示光线的任一特征经中央处理器处理后，可以计算出感测得到的指示光线的某个线段的长度、位置以及/或斜率，或是针对圆形指示光线计算面积，如步骤S129，这些特征的一个或组合都可让***判断自主导航机器与阻碍物之间的距离。
***因此也可以根据所取得的一段时间指示光线的特征变化而得到自主导航机器的移动趋势，实施例流程如13所示。
在步骤S151中，光发射器持续发射指示光线，并投射到自主导航机器前地面以及/或是阻碍物上。如步骤S153，自主导航机器上的光传感器经驱动后拍摄自主导航机器前方包括有指示光线的至少两张影像，经分析在一个时间范围内的影像后，如步骤S155，***因此可以得出各影像的至少一个特征，如长度、位置以及/或斜率，或是圆形指示光线的面积。如步骤S157，这些经过一段时间取得的影像中指示光线的长度、斜率以及/或面积的变化可用以判断自主导航机器与阻碍物之间的空间关系变化。
指示光线投射在地面以及/或阻碍物在一时间范围内的变化可作为判断自主导航机器移动趋势的依据，使得***因此可以判断是否自主导航机器逐渐接近阻碍物，并作出反应，包括产生警示信息，以及进行回避。
根据以上实施例，所述阻碍物侦测方法与***系运作于如自主车辆或清洁机器人等的自主导航机器中，其中***可以根据所发射在行进路径上的光线的特征得出自主导航机器与阻碍物之间的空间关系，此空间关系可让自主导航机器中的***运算出与阻碍物的距离，并因此可以判断出自主导航机器是否会碰撞阻碍物(如墙)或是掉落到阻碍物下(如悬崖)，如此提供自主导航机器一种警报措施，能够在自主导航机器接近阻碍物时，适时发出警示，并驱动***进行回避。
而以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，非因此即局限本发明的专利范围，故举凡运用本发明说明书及图示内容所为的等效结构变化，均同理包含于本发明的范围内，合予陈明。

Claims (20)

1.一阻碍物侦测方法，应用于一自主导航机器，该自主导航机器包括相距一距离的一光发射器与一光传感器，其特征在于，所述的方法包括：
该光发射器发射投射于该自主导航机器一行进路径上的一指示光线，该指示光线为一垂直线性光线；
该光传感器感测投射于该行进路径的该指示光线，以产生包括该指示光线的一影像；
于该自主导航机器中，分析该影像以得到感测到的该指示光线的至少一特征；以及
当该自主导航机器于该行进路径上接近一阻碍物，根据感测到的该指示光线的该至少一特征以得到该自主导航机器与该阻碍物之间的一空间关系；
其中，当该自主导航机器逐渐接近在一地面上方的一浮空障碍物时，该浮空障碍物形成的该阻碍物造成该垂直线性光线的光线范围的改变，产生该指示光线投射到该地面与该浮空障碍物的两个线段产生改变，判断前方有该阻碍物。
2.如权利要求1所述的阻碍物侦测方法，其特征在于，所述的空间关系让该自主导航机器计算该自主导航机器与该阻碍物之间的一距离；当比对该距离与一碰撞门槛后，判断该自主导航机器是否会碰撞该阻碍物；或是，当比对该距离与一掉落门槛后，判断该自主导航机器是否会掉落至该阻碍物。
3.如权利要求2所述的阻碍物侦测方法，其特征在于所述的指示光线形成一线性光线，投射在该自主导航机器所运行的一地面。
4.如权利要求3所述的阻碍物侦测方法，其特征在于，所述的线性光线投射在该地面与该阻碍物上；当该阻碍物为一面墙时，该指示光线经感测形成一第一线段与一第二线段，该至少一特征为该第一线段或该第二线段的长度、该第二线段的位置，以及/或该第一线段的斜率。
5.如权利要求3所述的阻碍物侦测方法，其特征在于，所述的线性光线投射于该地面，当该阻碍物为一悬崖时，该线性光线被该地面的一边缘切断，该指示光线的至少一特征为投射至该地面的该指示光线的长度以及/或斜率。
6.如权利要求3所述的阻碍物侦测方法，其特征在于，所述的阻碍物为自该地面有一高度的一浮空阻碍物，投射于该地面与该阻碍物的该指示光线形成一第一线段与一第二线段，该指示光线的至少一特征为该第二线段的位置。
7.如权利要求2所述的阻碍物侦测方法，其特征在于，所述的指示光线形成投射于该自主导航机器所运行的一地面上的一圆形光。
8.如权利要求7所述的阻碍物侦测方法，其特征在于，所述的阻碍物为一面墙，该圆形光投射于该地面与该阻碍物时形成一第一区域与一第二区域，该指示光线的至少一特征为该第一区域或该第二区域的面积，以及/或该圆形光的一参考点的位置。
9.如权利要求7所述的阻碍物侦测方法，其特征在于，所述的阻碍物为一悬崖，当该圆形光投射于该地面与并被该地面的一边缘切断，该指示光线的该至少一特征为透射于该地面的该圆形光的面积，以及/或该圆形光的一参考点的位置。
10.一阻碍物侦测***，装设于一自主导航机器中，其特征在于，所述的***包括：
一控制器；
一光发射器，耦接该控制器，用以发射投射于该自主导航机器一行进路径上的一指示光线，该指示光线为一垂直线性光线；
一光传感器，耦接该控制器，用以感测投射于该行进路径上的该指示光线，其中该自主导航机器的该光发射器与该光传感器相距一距离；
一图像处理器，耦接该光传感器，用以产生包括该指示光线的一影像；
一中央处理器，耦接该图像处理器以及该控制器，用以执行一阻碍物侦测方法，包括：
分析具有经该光传感器感测的该指示光线的该影像；
得到感测到的该指示光线的至少一特征；以及
当该自主导航机器于该行进路径上接近一阻碍物，根据感测到的该指示光线的该至少一特征以得到该自主导航机器与该阻碍物之间的一空间关系；
其中，当该自主导航机器逐渐接近在一地面上方的一浮空障碍物时，该浮空障碍物形成的该阻碍物造成该垂直线性光线的光线范围的改变，产生该指示光线投射到该地面与该浮空障碍物的两个线段产生改变，判断前方有该阻碍物。
11.如权利要求10所述的阻碍物侦测***，其特征在于，所述的***得到该空间关系，以让该中央处理器计算该自主导航机器与该阻碍物之间的一距离，并于比较该距离与储存于该***的一内存的一碰撞门槛后，判断该自主导航机器是否会碰撞该阻碍物门槛；或是于比较该距离与储存于该内存中一掉落门槛后，判断该自主导航机器是否会掉落至该阻碍物。
12.如权利要求11所述的阻碍物侦测***，其特征在于所述由该中央处理器执行的方法更包括，当该自主导航机器达到该碰撞门槛或该掉落门槛时，指示该控制器驱动该自主导航机器，以回避该阻碍物。
13.如权利要求11所述的阻碍物侦测***，其特征在于，所述的光发射器发射的该指示光线为投射在该自主导航机器所运行路径上的一线性光线或一圆形光。
14.如权利要求13所述的阻碍物侦测***，其特征在于，所述的线性光线投射于该地面与该阻碍物，当该阻碍物为一面墙时，该指示光线经感测形成一第一线段与一第二线段，该至少一特征为该第一线段或该第二线段的长度、该第二线段的位置，以及/或该第一线段的斜率。
15.如权利要求13所述的阻碍物侦测***，其特征在于，所述的线性光线投射于该地面，当该阻碍物为一悬崖时，该线性光线被该地面的一边缘切断，该指示光线的至少一特征为投射至该地面的该指示光线的长度以及/或斜率。
16.如权利要求13所述的阻碍物侦测***，其特征在于，所述的阻碍物为自该地面有一高度的一浮空阻碍物，投射于该地面与该阻碍物的该指示光线形成一第一线段与一第二线段，该指示光线的至少一特征为该第二线段的位置。
17.如权利要求10所述的阻碍物侦测***，其特征在于，所述的光发射器使用一激光或一发光二极管作为一光源，发射一线性光线作为该指示光线。
18.如权利要求17所述的阻碍物侦测***，其特征在于，所述的光传感器用以感测该线性光线，其中该至少一特征为该线性光线的长度、位置或斜率。
19.一传感器子***，用于在一区域巡航的一自主导航机器中，其特征在于，所述的子***包括：
一光发射器，用以发射投射于该自主导航机器一行进路径上的一指示光线，该指示光线为一垂直线性光线；
一光传感器，用以感测投射于该行进路径上该指示光线，其中该自主导航机器的该光发射器与该光传感器相距一距离；以及
一图像处理器，耦接该光传感器，用以产生包括该指示光线的一影像；
其中，当该自主导航机器在该行进路径上接近一阻碍物，该自主导航机器使用感测到的该指示光线的至少一特征得到该自主导航机器与该阻碍物的一空间关系；
其中，当该自主导航机器逐渐接近在一地面上方的一浮空障碍物时，该浮空障碍物形成的该阻碍物造成该垂直线性光线的光线范围的改变，产生该指示光线投射到该地面与该浮空障碍物的两个线段产生改变，判断前方有该阻碍物。
20.如权利要求19所述的传感器子***，其特征在于，所述的子***装设于一自主机器人中。
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