CN104800054B - 距离侦测与指示方法及具有此侦测与指示功能的行动装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种距离侦测与指示方法及具有此侦测与指示功能的行动装置。该行动装置包含有一脉冲产生元件、一控制模块和一侦测模块。该方法包含下列步骤：由该脉冲产生元件根据一时序信号发出一脉冲信号；由该侦测模块根据该脉冲信号发射出一侦测平面，并对该侦测平面的至少一部分依次进行侦测；控制模块对侦测结果进行计算，而得到相应于该侦测平面的至少一部分的距离数据；以及当符合一预设条件时，发出一导引指示。

Description

距离侦测与指示方法及具有此侦测与指示功能的行动装置

技术领域

本发明为一种距离侦测与指示方法及具有此侦测与指示功能的行动装置，尤指一种可提供盲人或视障者所需的导盲功能或移动方向指示功能的方法及其应用装置。

背景技术

目前对于侦测距离主要包含了有红外光(IR)、超声波(Ultrasonic)、微波(Microwave)、声波、电磁波、激光、光波等技术，可应用在例如倒车雷达、动作感应照明装置或监视装置等领域。以超声波技术来说，通过产生特定频率的振动而发射出超声波并接收其至对应目标物上所形成的反射波，便能根据发射至接收所经历的飞行时间(Time ofFlight，简称TOF)而计算出装置与目标物之间的距离。

因此，距离侦测技术能在人们所无法观看的地方或无法作有效辨识的状态下，提供快速而适合的判断辅助，进而能满足各种衍生而出的生活需求的应用。换句话说，使用这些具有距离侦测功能的装置，人们的生活质量得以提升。

但是对于一般盲人或视障者来说，想要安全地在室外场所进行移动时，目前多半仍只能依赖导盲犬或导盲手杖；其中导盲犬需要训练与照顾，因此具有实际上的经济效益问题，而导盲手杖也可能无法正确地反应出使用者所处的环境的状态。

然而，若欲利用上述的距离侦测技术以提供盲人或视障者所需的导盲功能时，则目前无论在安全性、可施行性或其侦测技术的反应速度上等，似乎都仍存在着许多待改良的地方。

发明内容

本发明的目的在于提供一种距离侦测与指示方法及具有此侦测与指示功能的行动装置。此一方法及其应用装置可提供盲人或视障者所需的导盲功能或移动方向指示功能，并通过实时与非实时两种模式使其导引的安全性与反应速度能提升。

本发明为一种距离侦测与指示方法，应用于包含有一脉冲产生元件、一控制模块和一侦测模块的一行动装置，而该方法至少包含下列步骤：由该脉冲产生元件根据一时序信号发出一脉冲信号至侦测模块；由该侦测模块根据该脉冲信号发射出一侦测平面，并对侦测平面的至少一部分依次进行侦测；控制模块对侦测结果进行计算，而得到相应于该侦测平面的至少一部分的距离数据；以及当距离数据符合一预设条件时，发出一导引指示。

本发明另一方面为一种具有距离侦测与指示功能的行动装置，包含有：一脉冲产生元件，用以根据一时序信号发出一脉冲信号；一侦测模块，接收脉冲信号并发射出一侦测平面，并对该侦测平面的至少一部分依次进行侦测；以及一控制模块，用以对侦测结果进行计算，而得到相应于该侦测平面的至少一部分的距离数据，于距离数据符合一预设条件时，发出一导引指示。

为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举实施例，并配合所附附图，作详细说明如下：

附图说明

图1，为本发明于一优选实施例所提出的一具有距离侦测与指示功能的行动装置2的功能方块示意图。

图2，为该行动装置2发射出一侦测平面10的示意图。

图3，为本发明利用发射的红外光信号P1与接收的红外光信号P2进行距离大小计算的示意图。

图4，为在实时模式下进行扫描的示意图。

图5A、图5B，为在非实时模式下进行分类的示意图。

具体实施方式

以下是提出实施例进行详细说明，实施例仅用以作为范例说明，并不会限缩本发明欲保护的范围。此外，实施例中的附图省略不必要的元件，以清楚显示本发明的技术特点。

请参阅图1，为本发明于一优选实施例所提出的一具有距离侦测与指示功能的行动装置2的功能方块示意图。如该图所示，该行动装置2主要包含有一脉冲产生元件22、一侦测模块23和一控制模块21。该脉冲产生元件22用以产生脉冲信号至侦测模块23。侦测模块23用以侦测行动装置2与外界障碍物的距离，例如侦测模块23以红外光、超声波、微波、声波、电磁波、激光、光波等方式进行侦测。控制模块21根据侦测模块23侦测到的距离来判断是否发出指示。

详细来说，侦测模块23还具有一侦测信号产生元件233、侦测元件232和一扫描镜片231。当侦测模块23接收到脉冲信号后，侦测信号产生元件233产生一侦测信号，扫描镜片231反射该侦测信号并以二轴扫描方式发射出一侦测平面。如图2所示，便为该行动装置2发射出一侦测平面10的示意图。侦测元件232侦测从障碍物反射的侦测信号，根据发射及接收侦测信号的时间来决定距离。

以侦测模块23为一红外光侦测模块23为例，侦测信号产生元件233为一红外光光源233，而侦测元件232为一红外光侦测元件232，红外光光源233接收脉冲产生元件22产生的脉冲信号而发出对应的红外光，红外光经由扫描镜片231反射扫描出一侦测平面10，若侦测平面10有障碍物，红外光侦测元件232相应地侦测出从障碍物反射的红外光，经由控制模块21判断发出至接收红外光的时间就可得知障碍物的距离。

承上所述，本实施例所提出的该行动装置2为一可携式电子装置(例如智能型手机或个人数字助理等)，且该行动装置2设置有一MEMS形式的微型投影模块作距离侦测。

根据目前技术，现有MEMS形式的微型投影模块是一扫描反射镜形式；其成像是投射出一光点并以该光点连续且快速地对所有欲投射的位置作逐一扫描，才构成平面影像。详细来说，其是通过一扫描镜片将一激光光源所产生的三原色光束投影点作水平与垂直二个轴的扫描，其方式是以一水平扫描线从画面一侧扫描至另一侧后，再移到下一条水平扫描线的起始位置开始扫描，扫描过程根据需求改变光束的颜色，依次扫描所有的水平扫描线后，通过视觉暂留原理便构成平面的投射影像。

换句话说，本发明的概念是基于MEMS形式的红外光侦测功能作发展，并将所得的红外光的飞行时间的信息应用成对装置前方障碍物的距离侦测结果。

然而，为达到此一侦测效果，行动装置2是将MEMS形式的微型投影模块中的激光光源置换成红外光光源233，并利用脉冲信号驱动红外光光源233，使其整体的投射结果不会呈现出连续性的光点，而是呈现如图2所示的断断续续的红外光光点(侦测点)。

当然，本发明所提出的距离侦测与指示方法的应用并不局限于微型投影机，其应用是可适于任何以二轴扫描方式来投影影像的光学装置。然而，若欲达到本发明所需的使用者移动上的指示目的，特别是针对提供盲人或视障者所需的导盲功能时，则应将本发明的概念实施在小型且便于携带或手持的一电子装置上。

因此，本发明的距离侦测与指示方法是先由该脉冲产生元件22根据一时序信号而发出脉冲信号，且同时由该控制反馈单元211根据该时序信号来控制该红外光侦测模块23的运作，也就是对所形成的该侦测平面10进行红外光侦测。

如图2所示可知，该侦测平面10包含有多个红外光光点(侦测点)。而在该时序信号的运作下，各时间点所产生的红外光光点于平面上的相应位置为已知；也就是各光点能于逐一扫描的期间以侦测平面10上的一坐标(x，y)或所发射的角度作位置的定义。

根据本发明的应用，当使用者手持该行动装置2移动时，前方的各种障碍物相应于使用者或行动装置2之间将有不同的距离。也就是于空间上可能有的障碍物离使用者较近、有的障碍物离使用者较远；或是有的障碍物的坐落位置相对于使用者的位置来说为偏高或偏低。

在此一应用环境下，因为该些红外光光点照射在物体的表面上，所以其落点会根据行动装置2前方的障碍物的位置而于空间上呈现出相应的分布。于此实施例中，对红外光侦测模块23的侦测结果进行计算便可得到各红外光光点与该行动装置2之间的距离；也就是空间上的深度值(depth)。若以变量z代表此一距离的大小时，变量z愈大则其相距愈远，变数z愈小则其相距愈近。

在图3中呈现了本发明利用发出的红外光信号P1与接收的红外光信号P2进行距离大小计算的示意图。由于本发明是采用高频(例如频率为10nsec)且带宽较短的脉冲产生红外光的形式，并使用带宽较大的红外光侦测元件232，使得无论是在发射红外光信号P1或侦测到相应光点所代表的反射红外光信号P2上，其信号的上升缘位置都可清楚辨识。本发明分别对发射与接收的红外光信号P1、P2各自的上升缘时间点定义出所述的发射时间与接收时间，且由该处理单元212进行实际距离的计算。

详细来说，在一时序信号的运作下，产生红外光的发射时间为已知，且通过侦测到相应的由障碍物反射的红外光的接收时间也可有效地得知，使得发射至接收红外光所经历的一飞行时间(TOF)便可求得。因此，将该飞行时间乘上光速再除以2便为红外光侦测模块23与障碍物之间的距离，也就是红外光光点于空间上的深度值(depth)。

因此，本发明的其一特征在于根据各红外光光点于空间上的坐标(x，y，z)进行分析，进而判断出哪些障碍物距离使用者较近(需设定相关的预设条件)而有碰撞之虞，并发出警示以避免碰撞。进一步来说，本发明的警示设计除了能提醒使用者外，更是一种相应的导引指示；例如仅于正前方有一障碍物时，便可指示改变移动方向为朝左或朝右；或者于正上方或正下方有一障碍物时，便指示使用者要做出低头或是跨越的动作。

承上所述，由于本发明主要为提供盲人或视障者所需的导盲功能，因此该行动装置2还包含有用以发出该导引指示的一指示模块24；且该指示模块24主要是利用音效或语音方式进行移动方向的指示。当然，本发明的指示方式也不限于声音的形式；例如也可采用灯光明灭或闪烁、产生不同震动等方式作指示。因此，所设置的该指示模块24便可为一音响单元、一震动单元或一发光单元，或是可同时兼而有之。

本发明的另一特征在于，所发出的该导引指示可在两种模式下完成；其中一者为实时模式，而另一者为非实时模式。

以一实际运作的例子来说，若导引指示设定为非实时模式，也就是在完成整张侦测平面10的扫描之后才发出警示的方式，完成一个完整的侦测平面10的扫描与侦测所需的时间可为1/60秒。虽然脉冲产生元件22与侦测模块23可如此快速地完成扫描与侦测，但环境仍有可能在此1/60秒中产生突发状况；例如在1/60秒中侦测到突然出现的障碍物，此时由于设定为非实时模式，在未完成整个平面的扫描与侦测前无法警示或指示使用者，因此使用者会撞到障碍物。如此，若导引指示仅具有非实时模式，也就是完成整张平面的扫描之后才发出警示的方式将缓不济急。

以另一实际运作的例子来说，现有MEMS形式的微型投影机其一秒可具有60张完整的影像平面，而一个完整的影像平面其分辨率可为640×480，且每一光点的数据长度为16位(bit)；如此，处理单元212每一秒所要处理的数据量可高达36MB，对于数据分析来说不免会造成处理上的困难。

因此，实时模式的概念为，无论所形成的侦测平面是否完成所有的红外光光点的发射，只要于逐一扫描的过程中有侦测到距离较近的障碍物时，便发出警示。而非实时模式的概念则为，使用者先将行动装置2与障碍物的距离范围作分类设定，在完成一个完整的侦测平面10侦测后，将侦测到的距离分成多个群组，对多个群组进行判断与指示，若侦测到有距离较近的障碍物则发出警示，由于不是对每一个光点进行判断，进而可达到减少数据处理量的效果。

承上所述，为同时达到此两种模式的进行，本发明是将由该处理单元212以两个对应的缓冲区间来处理所得到的距离数据；也就是所得到的距离数据以数据流形式依次且同时地流向此二缓冲区间。其一区间用以进行实时模式的处理，而另一区间用以进行非实时模式的处理。或者，仅利用单一缓冲区间，根据使用模式的不同对距离数据做不同的处理。

现续以上述的优选实施例并以实时模式作实施说明。在实时模式下，本发明的距离侦测与指示方法是由该红外光侦测元件232对形成该侦测平面10的至少一部分(可参阅图4)依次进行侦测，经过该处理单元212计算后便得到相应于该侦测平面10的至少一部分的距离数据。

如前文所述，用以判断距离是否较近需设定相关的预设条件；在此，该预设条件可为于该侦测平面10的发射期间出现所得的任一部分的距离数据的数值小于一距离门限值的情形。

请参阅图4，为在实时模式下进行扫描的示意图。如图4所示，行动装置2的前方有两障碍物；其中一障碍物3a相距较远，例如距离为大于3公尺，而另一障碍物3b相距较近，例如距离为1公尺。使用者并预设了一距离门限值，例如3公尺。因此，在逐一扫描与侦测的过程中，当扫描到该障碍物3a时，因计算出其距离大于该距离门限值，故不发出警示；然而，当一旦扫描到该障碍物3b时，因计算出其距离小于该距离门限值，便即刻发出警示。

进一步来说，根据该侦测平面10的分辨率大小，相应于某一障碍物的影像分布范围可能是由数个红外光光点所构成，且一个红外光光点可对应得到一笔距离数据。因此，在侦测到行动装置2的前方有距离较近的障碍物时，代表实际上将有连续性的数笔距离数据都将呈现出小于该距离门限值的情形。

有鉴于此，为避免可能的误判以及侦测上可能存在的误差，本发明的实时模式运作还可提供进一步的灵敏度设定。详细来说，该预设条件还包含所得的距离数据的数目在一预设数目之内，且该些距离数据于时间上是连续地产生。例如在此实施例中，将该预设数目设定为3，也就是当有连续地侦测到3笔距离数据都为小于3公尺的距离门限值的情形时，才会将该障碍物3b判断为相距较近。

由此可知，若要设定成最佳的灵敏度反应，则可将该预设数目设定为1，也就是只要有侦测到任一笔距离数据的数值小于该距离门限值的情形时，便会发出警示。

现续以上述的优选实施例并以非实时模式作实施说明。在非实时模式下，本发明的距离侦测与指示方法在完成一个完整的侦测平面10的发射时，也同步地完成了对形成该侦测平面10的每一红外光光点位置的红外光侦测，因此可得到具有代表所有红外光光点的距离数据或深度值数据的一红外光影像11(可参阅图5A)；接着经过该处理单元212的处理，而将该红外光影像11所代表的所有距离数据根据多个预设距离范围进行群组的分类。

如前文所述，用以判断距离是否较近需设定相关的预设条件；在此，该预设条件为于所分类的群组中出现所得的任一部分的距离数据的数值小于一距离门限值的情形。

请同时参阅图5A、图5B，为在非实时模式下进行分类的示意图；其中图5A所代表的时间点可早于图5B的时间点。在此实施例中，为减少数据处理量，由该处理单元212先对该红外光影像11作初步过滤；例如删去该红外光影像11中其距离为大于3公尺的数据，而呈现如图5A所示的另一红外光影像11’。在该红外光影像11’上显示了在该行动装置2的前方有四障碍物3a～3d。当然，在其他实施例中也可不作初步过滤。

在此实施例中，多个预设距离范围分成3个群组G1～G3；分别为群组G1代表小于1公尺、群组G2代表在1～2公尺之间、群组G3代表在2～3公尺之间。由于各障碍物的实际距离已知，因此其中障碍物3a、3d被分类至群组G3上，障碍物3b被分类至群组G2上，而障碍物3c被分类至群组G1上。换句话说，在每一个预设距离范围的群组上有几个、在哪里的障碍物便可得知；且依照各群组的距离关系，便依次地发出相应的障碍物的警示。

此外，障碍物在非实时模式下进行移动时，所解调的多个群组也将依新的距离数据作调整。如图5B所示，将图5A中的群组G1～G3调整成群组G1’～G3’。由于障碍物3b、3c在移动，所以和使用者之间的距离会相对改变；各群组G1’～G3’所代表的距离范围可和图5A相同，但因应障碍物3b、3c的移动(障碍物3b靠近，障碍物3c远离)，障碍物3b被分类至群组G1’上，而障碍物3c则被分类至群组G2’上。

因此，本发明的障碍物在非实时模式下的动态侦测，将不需利用多个影像画面才可得知其相对运动的关系。如上述的举例说明，通过群组G1、G2和群组G1’、G2’的内容互换的解调分析，即可只用两个影像画面计算出障碍物3b、3c的靠近速度或远离速度；也就是本发明只需两个影像画面便能侦测到物体的移动情形。以一实际运作的例子来说，因数据处理量的减少，约0.03秒就可以发出警示。

当然，若仅考虑使用者的移动而障碍物并不会移动时，则同样也能利用上述方式计算出使用者与障碍物之间的相对运动情形。例如障碍物3b调整到群组G1而和障碍物3c在一起；也或是障碍物3c已从使用者旁边通过而消失，而障碍物3a、3b、3d则依次向前一群组作移动调整。

本发明的又一特征在于，还可将所得的距离数据应用在定位系统上，并通过定位系统的辅助而能提升其导引指示的精准度。

现续以上述的优选实施例作实施说明。在图1中还示意了该行动装置2还包含有一定位模块25；该定位模块25能利用一定位系统(例如全球定位系统GPS)进行该行动装置2所在位置的定位。其次，该控制模块21中的处理单元212能根据该定位系统的地理数据并加入上述所得的距离数据进行计算，进而发出该导引指示。

一般来说，GPS的导航功能其精准度可达50公尺。而本发明可先在此50公尺内作较大范围的定位，接着再参考所得环境中障碍物的距离数据作进一步小范围的修正；如此其精准度将可达到几公尺或数十公分的等级，使其导引指示更具安全性。例如做出避开大马路或建筑物的移动方向指示。在此设计下，使得本发明除了能提供盲人或视障者所需的导盲功能外，一般人也能在行动上使用其指示功能。

综上所述，通过本发明的距离侦测方式将可有效地得知使用者前方的环境状况，并能通过实时与非实时两种模式提供使用者移动上的导引指示。也由于本发明是采用高频且带宽较短的脉冲发射形式，并使用带宽较大的红外光侦测元件，使得距离侦测的结果除了具有一定的精准度外更可提升处理效能。因此，本发明无论在安全性、可施行性或其侦测技术的反应速度上等都提供了绝佳的导盲或导引功能。

因此，本发明能有效解决先前技术中所提出的相关问题，而能成功地达到本案发展的主要目的。

虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更改与修饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (9)

1.一种距离侦测与指示方法，其特征在于，应用于包含有一脉冲产生元件和一侦测模块的一行动装置，而该方法至少包含下列步骤：

由该脉冲产生元件根据一时序信号发出一脉冲信号；

由该侦测模块根据该脉冲信号发射出一侦测平面，并对该侦测平面进行侦测；

对侦测结果进行计算，而得到相应于该侦测平面的所有距离数据；

将所有距离数据根据多个预设距离范围进行群组的分类；以及

当距离数据符合一预设条件时，发出一导引指示，其中该预设条件为于所分类的群组中出现所得的任一部份的距离数据的数值小于一距离门限值的情形。

2.一种距离侦测与指示方法，应用于包含有一脉冲产生元件、一定位系统和一侦测模块的一行动装置，而该方法至少包含下列步骤：

由该脉冲产生元件根据一时序信号发出一脉冲信号；

由该侦测模块根据该脉冲信号发射出一侦测平面，并对该侦测平面的至少一部份依次进行侦测；

对侦测结果进行计算，而得到相应于该侦测平面的至少一部份的距离数据；

利用该定位系统进行所在位置的定位；以及

根据该定位系统的地理数据并加入所得的距离数据进行计算，当距离数据符合一预设条件时，发出一导引指示。

3.根据权利要求1或2所述的距离侦测与指示方法，其中该侦测模块以二轴扫描方式发射该侦测平面。

4.根据权利要求1或2所述的距离侦测与指示方法，其中该侦测平面包含有多个侦测点，该些侦测点根据该行动装置前方的障碍物的位置而于空间上呈现出相应的分布。

5.根据权利要求1或2所述的距离侦测与指示方法，其中该导引指示为声音、震动或发光方式的移动方向指示。

6.根据权利要求1或2所述的距离侦测与指示方法，其中该方法包含下列步骤：

根据形成该侦测平面的每一侦测点的发射时间与侦测到相应的该侦测点的接收时间计算出一飞行时间；以及

根据该飞行时间计算出相应的该侦测点于空间上的距离。

7.一种具有距离侦测与指示功能的行动装置，其特征在于，包含有：

一脉冲产生元件，用以根据一时序信号发出一脉冲信号；

一侦测模块，用以接收该脉冲信号以发射出一侦测平面，并对该侦测平面的至少一部分依次进行侦测；

一定位模块，利用一定位系统进行所在位置的定位；以及

一控制模块，用以对侦测结果进行计算，而得到相应于该侦测平面的至少一部分的距离数据，该控制模块根据该定位系统的地理数据并加入所得的距离数据进行计算，于距离数据符合一预设条件时，发出一导引指示。

8.根据权利要求7所述的具有距离侦测与指示功能的行动装置，其中该侦测模块包含有一扫描镜片，用以二轴扫描方式发射该侦测平面。

9.根据权利要求7所述的具有距离侦测与指示功能的行动装置，其中该行动装置更包含有一指示模块，用以发出该导引指示，并利用声音、震动或发光方式进行移动方向的指示。