光學(xué)裝置及其檢測(cè)周?chē)h(huán)境的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種光學(xué)裝置，且特別涉及一種用W檢測(cè)周?chē)h(huán)境的光學(xué)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)單車(chē)活動(dòng)已蔚為風(fēng)潮，悠閑舒適地騎乘自行車(chē)旅行或是運(yùn)動(dòng)，乃廣為大眾 所喜愛(ài)的活動(dòng)。然而，單車(chē)活動(dòng)亦存在許多潛在危險(xiǎn)，由于騎車(chē)人的身體并沒(méi)有受到外部金 屬體的保護(hù)，一旦發(fā)生意外，往往造成嚴(yán)重的后果。而意外的發(fā)生主要原因經(jīng)常來(lái)自于騎車(chē) 人的注意力不集中，沒(méi)能及時(shí)注意到周遭環(huán)境的變化，且騎車(chē)人的視野有限，無(wú)法兼顧到各 方向的可能危險(xiǎn)。
[0003] 因此，如何有效地檢測(cè)周?chē)h(huán)境，W提供單車(chē)騎±更高的安全性，乃目前業(yè)界所致 力的課題之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明涉及一種光學(xué)裝置及其檢測(cè)周?chē)h(huán)境的方法。
[0005] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提出一種光學(xué)裝置，用W檢測(cè)一周?chē)h(huán)境，光學(xué)裝置包括 圖像提取單元、圖像處理單元W及分析單元。圖像提取單元用W發(fā)射出一光線，W掃描的方 式射向周?chē)h(huán)境，圖像提取單元并根據(jù)由周?chē)h(huán)境反射的光線產(chǎn)生對(duì)應(yīng)至不同時(shí)間點(diǎn)的多 個(gè)深度圖像。圖像處理單元用W根據(jù)該些深度圖像，產(chǎn)生一物體于不同的時(shí)間點(diǎn)的速度，并 根據(jù)物體的先前速度變化情形，預(yù)測(cè)物體的未來(lái)速度。分析單元用W根據(jù)物體的先前速度 變化情形及未來(lái)速度，產(chǎn)生相關(guān)的警示訊息。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提出一種檢測(cè)周?chē)h(huán)境的方法，應(yīng)用于一光學(xué)裝置，方法 包括下列步驟：發(fā)射出一光線，W掃描的方式射向周?chē)h(huán)境；根據(jù)由周?chē)h(huán)境反射的光線 產(chǎn)生對(duì)應(yīng)至不同時(shí)間點(diǎn)的多個(gè)深度圖像；根據(jù)該些深度圖像，產(chǎn)生一物體于不同的時(shí)間點(diǎn) 的速度，并根據(jù)物體的先前速度變化情形，預(yù)測(cè)該物體的未來(lái)速度；W及根據(jù)物體的先前速 度變化情形及未來(lái)速度，產(chǎn)生相關(guān)的警示訊息。
[0007] 為了對(duì)本發(fā)明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特舉優(yōu)選實(shí)施例，并配合附 圖，作詳細(xì)說(shuō)明如下：
【附圖說(shuō)明】
[0008] 圖1繪示依照本發(fā)明實(shí)施例的光學(xué)裝置的示意圖
[0009] 圖2繪示依照本發(fā)明實(shí)施例的圖像提取單元的示意圖。
[0010] 圖3繪示激光發(fā)射及光檢測(cè)的波形圖。
[0011] 圖4繪示依照本發(fā)明另一實(shí)施例的光學(xué)裝置的示意圖。
[0012] 圖5繪示光學(xué)裝置實(shí)際使用例子的示意圖。
[0013] 圖6繪示依照本發(fā)明實(shí)施例的檢測(cè)周?chē)h(huán)境的方法流程圖。
[0014] 【符號(hào)說(shuō)明】
[0015] 1、2;光學(xué)裝置
[001引 10;圖像提取單元
[0017] 12;圖像處理單元
[001引 14 ;分析單元 [001引 31~34;步驟
[0020] 100 ;微機(jī)電系統(tǒng)
[0021] 102;紅外線激光發(fā)射器
[002引 104;紅外線光檢測(cè)器
[0023] 160、161、162;可見(jiàn)光激光光源
[0024] B ;移動(dòng)本體
[00幼 D ;深度圖像
[002引 M ;警示訊息
[0027] P ;投影圖像
[002引 Y ;光線
[0029] r;反射光線
【具體實(shí)施方式】
[0030] 圖1繪示依照本發(fā)明實(shí)施例的光學(xué)裝置的示意圖。光學(xué)裝置1包括圖像提取單元 10、圖像處理單元12W及分析單元14。圖像提取單元10用W發(fā)射出一光線Y，W掃描的方 式射向周?chē)h(huán)境，周?chē)h(huán)境反射光線Y，圖像提取單元10接收到反射光線Y'，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)至不 同時(shí)間點(diǎn)的多個(gè)深度圖像D。圖像處理單元12用W根據(jù)該些深度圖像D，產(chǎn)生一物體于不 同的時(shí)間點(diǎn)的速度，并根據(jù)物體的先前速度變化情形，預(yù)測(cè)物體的未來(lái)速度。分析單元14 用W根據(jù)物體的先前速度變化情形及未來(lái)速度，產(chǎn)生相關(guān)的警示訊息M?，F(xiàn)在將各元件功能 詳細(xì)說(shuō)明如下。
[0031] 圖2繪示依照本發(fā)明實(shí)施例的圖像提取單元的示意圖。圖像提取單元10用W產(chǎn) 生多個(gè)對(duì)應(yīng)至不同時(shí)間點(diǎn)關(guān)于周?chē)h(huán)境的深度圖像D。圖像提取單元10包括微機(jī)電系統(tǒng) 100、紅外線激光發(fā)射器102W及紅外線光檢測(cè)器104。紅外線激光發(fā)射器102用W發(fā)射光 線Y，光線Y為紅外線光。微機(jī)電系統(tǒng)100使得光線Y掃描周?chē)h(huán)境。
[0032] 微機(jī)電系統(tǒng)100例如包括一微型掃描反射鏡，紅外線激光發(fā)射器102發(fā)射出的光 線Y射至掃描反射鏡后，經(jīng)反射而使得光線Y發(fā)射至周?chē)h(huán)境。微機(jī)電系統(tǒng)100驅(qū)動(dòng)掃描 反射鏡旋轉(zhuǎn)不同的角度，使得射出的光線Y掃描周?chē)h(huán)境中的一平面。如圖2所示，微機(jī)電 系統(tǒng)100使得光線YW掃描的方式，逐列掃描周?chē)h(huán)境中的一平面。
[003引當(dāng)光線Y發(fā)射至周?chē)h(huán)境后，會(huì)被周?chē)h(huán)境中的物體所反射，紅外線光檢測(cè)器104 用W接收反射光線Y'，并根據(jù)紅外線光發(fā)射與被接收的時(shí)間差，計(jì)算出圖像中各個(gè)像素的 「深度」，即環(huán)境中物體與光學(xué)裝置1之間的距離d。距離d的計(jì)算公式如下：
[0034]
[003引其中C代表光速（3xl0Vs)，代表紅外線光檢測(cè)器104接收到反射光線r 的時(shí)間，代表紅外線激光發(fā)射器102發(fā)射出光線Y的時(shí)間。
[0036] 圖3繪示激光發(fā)射及光檢測(cè)的波形圖。如圖3所示，激光發(fā)射表示紅外線激光發(fā) 射器102的脈沖波形，光檢測(cè)表示紅外線光檢測(cè)器104感測(cè)到的光脈沖波形，系統(tǒng)中并有固 定頻率振蕩的時(shí)鐘信號(hào)?？筛鶕?jù)時(shí)鐘信號(hào)計(jì)算得到激光發(fā)射的脈沖W及光檢測(cè)的脈沖之間 的時(shí)間差（At),根據(jù)時(shí)間差而能求得圖像中物體與光學(xué)裝置1之間的距離。
[0037] 根據(jù)距離而能得知目前像素的深度，其中目前像素的位置可根據(jù)微機(jī)電系統(tǒng)100 的控制而得知。當(dāng)紅外線激光發(fā)射器102發(fā)出的紅外線光掃描完一個(gè)平面時(shí)，紅外線光檢 測(cè)器104即可W產(chǎn)生一張深度圖像D，記錄畫(huà)面中各個(gè)像素的深度。由于圖像提取單元10 不停重復(fù)地對(duì)周?chē)h(huán)境進(jìn)行掃描，因此能夠產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于不同時(shí)間點(diǎn)的多張深度圖像D。
[0038] 在一種實(shí)作方式中，每砂鐘產(chǎn)生55張深度圖像D，而每張深度圖像D的解析度為 90x70個(gè)像素。然而本公開(kāi)并不限于此，只要能夠產(chǎn)生具有足夠信息的深度圖像即可，實(shí)際 的峽率（化amerate)W及圖像解析度，端視設(shè)計(jì)需求W及實(shí)際的硬件限制。
[0039] 圖像處理單元12根據(jù)該些深度圖像D，能夠計(jì)算出物體在不同的時(shí)間點(diǎn)的速度。 具體而言，該些深度圖像D即代表畫(huà)面中各像素在不同時(shí)間點(diǎn)的深度，根據(jù)不同時(shí)間點(diǎn)畫(huà) 面中的深度W及時(shí)間，便能夠計(jì)算出速度。圖像處理單元12并記錄物體的先前速度變化情 形，根據(jù)物體的先前速度變化情形，預(yù)測(cè)物體的未來(lái)速度。舉例而言，若先前時(shí)間點(diǎn)tl的所 計(jì)算得到的速度是VI，先前時(shí)間點(diǎn)t2計(jì)算得到的速度是v2,則依據(jù)速度VI與速度v2預(yù)測(cè) 未來(lái)時(shí)間點(diǎn)t3的速度v3。
[0040] 在一種實(shí)作方式中，圖像處理單元12依據(jù)物體的第一先前速度vlW及第二先前 速度v2的加權(quán)總和，W計(jì)算物體的未來(lái)速度v3,意即v3=wlXvl+w2Xv2。其中的權(quán)重系數(shù) wl與w2的總和等于1。因此未來(lái)速度v3與第一先前速度VIW及第二先前速度v2有直接 的關(guān)系，圖像處理單元12依據(jù)物體先前的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，預(yù)測(cè)物體未來(lái)的速度。
[0041] 權(quán)重系數(shù)wl與w2還可W動(dòng)態(tài)地調(diào)整。承接上述例子中，預(yù)測(cè)計(jì)算時(shí)間點(diǎn)口的未 來(lái)速度是v3 ;而在實(shí)際的時(shí)間點(diǎn)t3時(shí)，圖像處理單元12根據(jù)深度圖像D實(shí)際測(cè)量計(jì)算得到 的速度值是v3'。圖像處理單元12根據(jù)預(yù)測(cè)的未來(lái)速度v3W及實(shí)際計(jì)算得到的速度v3' 之間的差異，作為調(diào)整權(quán)重系數(shù)wl與w2的參考依據(jù)。如此圖像處理單元12有校正學(xué)習(xí)的 能力，而能逐漸調(diào)整權(quán)重系數(shù)wl與w2,使得預(yù)測(cè)未來(lái)速度v3時(shí)能更趨精準(zhǔn)。
[0042] 分析單元14根據(jù)圖像處理單元12所輸出的物體的先前速度變化情形及預(yù)測(cè)的未 來(lái)速度，產(chǎn)生相關(guān)的警示訊息M。舉例而言，光學(xué)裝置1配置于一移動(dòng)本體B上，例如是配置 于單車(chē)或機(jī)車(chē)的前方，或是配置于單車(chē)騎±上，例如單車(chē)騎±將光學(xué)裝置1配戴于頭上。分 析單元14可W根據(jù)物體的先前速度變化情形及預(yù)測(cè)的未來(lái)速度，預(yù)測(cè)環(huán)境中物體的可能 運(yùn)動(dòng)軌跡，并且因光學(xué)裝置1配置于移動(dòng)本體B上，能得知環(huán)境中物體相對(duì)于移動(dòng)本體B的 速度信息，因此能夠預(yù)測(cè)環(huán)境中的物體與移動(dòng)本體B發(fā)生碰撞的時(shí)間及機(jī)率。
[0043] 分析單元14根據(jù)環(huán)境中物體與移動(dòng)本體B發(fā)生碰撞的時(shí)間及機(jī)率，判斷出有危險(xiǎn) 時(shí)，分析單元14還可W決定移動(dòng)本體B可W閃避的方向。此時(shí)分析單元14會(huì)發(fā)出警示訊 息M，警示訊息M包括分析單元14所決定的移動(dòng)本體B可W閃避的方向的信息。舉例而言， 當(dāng)單車(chē)騎±的右前方有機(jī)車(chē)快速接近，分析單元14預(yù)測(cè)機(jī)車(chē)與單車(chē)會(huì)有高機(jī)率在短時(shí)間 內(nèi)發(fā)生碰撞，根據(jù)來(lái)車(chē)的速度方向，分析單元14決定出應(yīng)往左方閃避，便發(fā)出警示訊息M， 吿知單車(chē)騎±應(yīng)立刻往左方閃避。
[0044] 分析單元14在決定移動(dòng)本體B可W閃避的方向的過(guò)程中，還可W搜尋附近空曠空 間的方向，W利于決定較佳的閃避方向，更進(jìn)一步提高安全性。搜尋空曠空間也可W根