CN106933225B - 自动跟随系统 - Google Patents

Abstract

一种移动载体以及使用该移动载体的自动跟随系统，该移动载体可通过图像传感技术获取引导光源的图像，并根据所述引导光源的成像特征进行追踪，用以使所述移动载体可主动跟随所述引导光源；所述移动载体进一步也可包括移动光源，当无法通过所述移动载体获取所述引导光源时，也可通过远端图像传感装置获取所述移动光源的图像，并根据所述移动光源的成像特征提供控制信号引导所述自主式移动载体。

Description

自动跟随系统

本申请是申请号为201310541245.0、申请日为2013年11月4日、名称为“自主式移动载体以及自动跟随系统”的中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明乃是关于一种自主式移动载体以及自动跟随系统，特别是指一种图像检测及追踪技术的自动跟随系统。

背景技术

移动载体的自动跟随系统目前已应用于高尔夫球场，通过移动载体运送高尔夫球杆，且利用自动跟随功能使得移动载体可以自动跟随运动员移动。

传统自主式移动载体以及其自动跟随系统主要是通过全球定位系统(GlobalPositioning System,GPS)提供运动员的即时坐标位置移动载体可以根据所述即时坐标位置导航至运动员周边。

然而全球定位系统虽然可以提供即时坐标位置，但无法提供非常精准的即时坐标位置，且全球定位系统的相关零组件成本较高，也必须消耗大量电力，因此在应用于户外的自动跟随系统时并无法完全符合使用者的需求。另外，全球定位系统也只能应用于户外环境，并无法在室内提供自动跟随的功能。

发明内容

本发明提供一种移动载体，可自动追踪并跟随引导装置。

本发明另提供一种移动载体，可在无法自动追踪并跟随一引导装置时提供使用者通过手动操作方式控制所述移动载体。

本发明一实施例提出一种自主式移动载体，用以追踪引导光源，所述自主式移动载体具有轴线，所述自主式移动载体包括：传感模组，具有第一图像传感单元以及第二图像传感单元，其中所述第一图像传感单元位于所述轴线的第一侧，用以传感所述引导光源并产生至少一个第一图像，所述第二图像传感单元位于所述轴线的第二侧用以传感所述引导光源并产生至少一个第二图像；以及移动模组，具有驱动单元，该驱动单元用以根据所述引导光源在所述第一图像以及所述第二图像中的成像位置控制所述移动模组的前进方向的转向和/或前进的速度及时间。

本发明另一实施例提出一种自主式移动载体，用以追踪引导光源，该自主式移动载体包括：传感模组，具有至少一个第一图像传感单元以及辅助图像传感单元，其中所述第一图像传感单元具有用以传感所述引导光源并产生至少一个非广角图像的非广角镜头，所述辅助图像传感单元具有用以传感所述引导光源并产生至少一个广角图像广角镜头；以及移动模组，具有驱动单元，该驱动单元用以根据所述引导光源在所述广角图像的成像位置控制所述移动模组的前进方向的转向，或根据所述引导光源在所述非广角图像的成像位置控制所述移动模组的前进方向的转向以及前进的速度及时间。

本发明另一实施例提出一种自动跟随系统，该自动跟随系统包括：移动载体，具有至少一个移动光源，且该移动载体具有移动模组，所述移动模组通过驱动单元接收引导信号以控制前进方向的转向和/或前进的速度及时间；以及引导装置，具有传感模组，所述传感模组包含至少一个引导图像传感单元用以传感所述移动光源并产生至少一个引导图像，并根据所述移动光源在所述引导图像的成像位特征产生所述控制信号。

本发明另一实施例提出一种自动跟随系统，该自动跟随系统包括：引导装置，所述引导装置包括：引导光源；以及传感模组，具有用以传感移动光源并产生至少一个引导图像的至少一个引导图像传感单元，并根据所述移动光源在所述引导图像的成像位特征产生引导信号；以及移动载体，所述移动载体包括：所述移动光源；具有第一图像传感单元以及第二图像传感单元的传感模组，其中所述第一图像传感单元位于所述轴线的第一侧，用以传感所述引导光源并产生至少一个第一图像，所述第二图像传感单元位于所述轴线的第二侧用以传感所述引导光源并产生至少一个第二图像；以及移动模组，具有驱动单元，该驱动单元用以根据所述引导信号或所述引导光源在所述第一图像以及所述第二图像中的成像位置控制所述移动模组的前进方向的转向和/或前进的速度和时间；其中，当所述第一图像与所述第二图像皆未具有所述引导光源的成像时，则所述驱动单元接收所述引导信号并用以控制所述移动模组的前进方向的转向和/或前进的速度及时间。

本发明的移动载体可通过图像传感技术获取引导光源的图像，并根据所述引导光源的成像特征进行追踪，用以使所述移动载体可主动跟随所述引导光源；所述移动载体进一步也可配置移动光源，当无法通过所述移动载体获取所述引导光源时，也可通过远端图像传感装置获取所述移动光源的图像，并根据所述移动光源的成像特征提供控制信号引导所述自主式移动载体。

为了能更进一步了解本发明的技术，请参阅以下详细说明与图式，相信本发明的特征，当可由此得以具体了解。然而，所附图式与附件仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制者。

附图说明

图1为本发明一实施例的自动跟随系统示意图；

图2为本发明另一实施例适用手动摇控的自动跟随系统示意图；

图2A为本发明一实施例在一个操作情形下的传感模组所获取图像示意图；

图3为本发明一实施例在一个操作情形下的传感模组所获取图像示意图；

图4A为本发明一实施例在另一操作情形下的传感模组所获取图像示意图；

图4B为本发明一实施例在另一操作情形下的传感模组所获取图像示意图；

图5A为本发明一实施例在另一操作情形下的传感模组所获取图像示意图；以及

图5B为本发明一实施例在另一操作情形下的传感模组所获取图像示意图。

附图标记说明

100： 目标物体

111-113： 引导光源

120： 引导装置

121： 引导光源

122： 图像传感单元

200： 移动载体

210： 传感模组

211、212： 图像传感单元

220： 移动模组

230： 移动光源

250、260： 图像

251、261： 成像。

具体实施方式

图1为本发明一实施例的自动跟随系统示意图，所述自动跟随系统包括一个目标物体100以及一个移动载体200，其中所述移动载体200用以自动追踪并跟随所述目标物体100。

所述目标物体100可以是一个可移动物体，例如在高尔夫球球场的应用中是一个高尔夫球运动员，而在儿童游戏系统则可以是一个操作游戏的儿童。所述目标物体100具有至少一个引导光源用以提供所述移动载体200进行追踪识别，在图1中显示三个引导光源111-113，但其仅用于揭示多个可用于装配引导光源的位置，在实际运用时仅需至少一个引导光源即可，以下即以引导光源111作为举例。

所述移动载体200具有一个传感模组210以及移动模组220，所述传感模组210用以传感所述引导光源111并产生至少一个传感图像，所述移动模组220则根据所述传感模组210所取得引导光源111-113在传感图像中的成像特征控制前进的转向和/或前进的速度与时间。

所述传感模组210具有至少一个图像传感单元，在第二图中举例为两图像传感单元211、212。所述图像传感单元211、212较佳可以是用于检测特定波长，例如在镜头前方设置红外线光学滤光片并仅用于检测红外线光线，此时目标物体100的引导光源111-113当然对应的需要是一个红外线光源。

当目标物体100为一个使用者时，由于使用者在操作时可能会有转身的动作，导致无法固定用同一侧面对所述移动载体200，因此所述引导光源111-113较佳可设置为环状或至少可发出平面光源。例如引导光源111-113可包括一个点光源以及一组光纤(图未显示)，其中点光源设置于所述光纤的入光面，因此当点光源点亮时可使所述光纤发亮，而通过将光纤配置在使用者(目标物体100)的腰上(引导光源111)、腿上(引导光源112)或手上(引导光源113)时，可产生环状光源，因此不论所述移动载体200所面对为所述使用者的哪一侧皆可有效检测到所述引导光源111-113。另一实施例中，所述引导光源111-113也可使用雷射光源搭配一个半圆柱状透镜(图未显示)，由于雷射光源投射线性雷射光至所述半圆柱状透镜会产生面形光线，因此仅需在腰部、腿部或手部设置数个引导光源即可达到产生环状光源的目的。另一实施例中，该引导光源111～113可为一主动光源搭配一导光件(图未显示)，其中该导光件用以佩戴于目标物体100且该导光件靠近目标物体100的一侧为反光面而远离目标物体100的一侧为透光结构以将该反光面反射该主动光源的反射光朝向远离目标物体100的方向射出。更详细而言，该引导光源111～113只要能够形成一环状光源即可，并无特定限制。

为了帮助图像传感单元211、212进行识别，所述引导光源111-113除可具有特定波长之外，也可具有特定闪烁频率、特定图样或形状，而传感模组210即可根据所获取图像中的引导光源111-113的成像形状、图样或连续图像的成像频率来识别所述引导光源111-113并进而判断所述引导光源111-113的成像位置。

所述移动模组220除可移动所述移动载体200并进行转向之外，也可进一步通过转向结构控制所述传感模组210进行转向，用以使所述传感模组210的图像传感单元211、212可迅速获取到引导光源111-113的图像。当然，所述移动载体200也可设置其他元件提供所述传感模组210进行转向，在本发明中也将其视为移动模组220的一部分。

所述移动模组220可具有一个驱动单元(图中未显示)，用以接收所述传感模组210所获取多个图像或由所述图像的成像特征所产生的控制信号，并根据所述图像的成像特征或控制信号控制前进的转向和/或前进的速度与时间。

由于所述移动载体200在户外通过图像传感单元211、212检测所述目标物体100的引导光源111-113，因此有时候可能会因为环境光源的影响导致图像传感单元211、212暂时失效，例如所述图像传感单元211、212检测到强光或是所述目标物体100的引导光源111-113电量不足导致亮度过暗而使得所述图像传感单元211、212无法顺利获取所述引导光源111-113的图像。

参考图2为本发明另一实施例适用手动摇控的自动跟随系统示意图，所述实施例主要即在于当图像传感单元211、212无法有效获取到引导光源111-113的图像时，可提供使用者进行手动的远端遥控来操作所述移动载体。

图2所示实施例与图1所示实施例最主要差别在于目标物体100具有一个引导装置120，所述引导装置120除具有引导光源121的外，并具有一个图像传感单元122，其中所述引导光源121与所述图像传感单元122可设置在同一个本体或分别独立设置。

对应的所述移动载体200设置一个移动光源230，所述移动光源230可以与引导光源111-113使用相同光学特征，例如特定波长、特定闪烁频率、特定形状或图样，用以使得所述图像传感单元122便于从所获取图像中识别所述移动光源230。所述移动光源230较佳也可提供环状光线，用以使目标物体100的所述图像传感单元122可从所述移动载体200的任一侧检测所述移动光源230。

在所述实施例中，所述引导装置120产生引导信号，并将所述引导信号提供给所述移动模组220的驱动单元，用以控制前进的转向和/或前进的速度与时间。其中，所述引导信号可以是所述引导装置120所获取图像或者是由所获取图像中产生所述移动光源的成像特征，另外也可以是直接根据所述成像特征产生一个控制指令，再将所述控制指令作为所述引导信号提供给所述移动模组220的驱动单元。

请参照图2A所示，其显示该图像传感单元122撷取包含该行动光源230的光源图像I230的图像122I；其中，该图像122I例如具有一个中心点122C。因此，该引导装置120(例如内部的图像处理单元)则计算该光源图像I230的位置(例如中心或重心)与该中心点122C间的向量

以作为该引导讯号。必需说明的是，该图像122I中的光源影像I230的形状仅为例示性，并非用以限定本发明。

图1与图2所示实施例可同时结合，也即在所述目标物体100上设置所述引导装置120，用以提供所述引导光源121以及所述图像传感单元122，而移动载体200则具有所述传感模组210、所述移动模组220以及所述移动光源230。

图3为本发明一实施例在一个操作情形下的传感模组210所获取图像示意图其中图像传感单元211所获取为图像250，而图像传感单元212所获取为图像260，其中图像250中具有所述引导光源111的成像251，所述图像260中具有所述引导光源111的成像261。虚线L所指为图像传感单元211、212二者之间的中轴线，通常所述图像传感单元211、212会设置在所述移动载体200的二侧，因此所述中轴线的箭头方向也可表示为所述移动载体200的直行方向。以下实施例即以所述图像传感单元211、212分别设置在所述移动载体200的第一侧与第二侧为例。其中，为便于说明，以下将图像250以及图像260中靠近虚线L的一侧称之为内侧，而远离虚线L的一侧则称之为外侧。

当所述移动载体200正面对所述目标物体100时，所述引导光源111在所述图像250、260中会呈现对称分布，也即成像251与图像250靠近所述虚线L的一侧的距离会与成像261与图像260靠近所述虚线L的一侧的距离相等。

图4A为本发明一实施例在另一操作情形下的传感模组所获取图像示意图，其中图像250并未获取到所述引导光源111的成像，而图像260则有获取到所述引导光源111的成像。在此种操作情形下，代表所述移动载体200并未正面对所述引导光源111，而是所述引导光源111位于偏向所述移动载体200的第二侧，因此所述移动载体200的移动模组220即驱动所述移动载体200向第二侧转向一个第一角度，用以使所述移动载体200得以正面对所述引导光源111。

在所述操作情形下，所述移动模组220转向的第一角度可以是一个定值，当所述图像250并未获取到所述引导光源111的成像而所述图像260有获取到所述引导光源111的成像，则所述移动模组220驱动所述移动载体200往第二侧转向所述第一角度(例如10度)，当转向后所述图像250仍未获取到所述引导光源111的成像，则再度往第二侧转向第一角度。

另外，在所述操作情形下，所述移动模组220转向的所述第一角度也可以是可变动的，例如是可以根据引导光源111在所述图像260的成像261的成像位置进行调整。举例而言，当所述成像261越靠近所述图像260相对于所述虚线L的外侧时，则表示所述引导光源111更远离所述移动载体200的正前方，因此所述移动模组220的转向角度可设定一个较大的第一角度(例如15度)；而当所述成像261较靠近所述图像260靠近所述虚线L的内侧，则表示所述引导光源111较接近所述移动载体200的正前方，因此所述移动模组220的转向角度可设定一个较小的第一角度(例如5度)。

图4B为本发明一实施例在另一操作情形下的传感模组所获取图像示意图，其中所述图像250获取到所述引导光源111的成像251，所述图像260也获取到所述引导光源111的成像261。由于所述引导光源111偏向所述移动载体200的第二侧，因此第一侧的成像251会较接近所述图像250中靠近虚线L的内侧，而第二侧的成像261会较靠近所述图像260远离所述虚线L的外侧。

在此种操作情形下，所述移动模组220会驱动所述移动载体200往所述第二侧转向一个第二角度，其中所述第二角度也可以是定值或可变动数值。较佳而言，所述第二角度可以是一个可变动数值，而移动模组220则可根据所述成像251、261在所述图像250、260的成像位置来决定所述第二角度。例如，当所述成像261相对于成像251越靠近所属图像的外侧则所述移动模组220驱动所述移动载体200往第二侧方向转向。

而所述转向的第二角度可以是根据成像251或成像261的成像位置所决定，例如当所述移动模组220要往第一侧移动，则所述第二角度由所述成像251在所述图像250中的成像位置所决定。另外，所述转向的第二角度也可以是同时根据成像251以及成像261的成像位置所决定，例如同时比较所述成像251以及成像261靠近所属图像的外侧的程度差异来决定所述第二角度。举例而言当所述成像251靠近所属图像250的外侧10个像素距离，而成像261靠近所属图像260的外侧5个像素距离，则成像251以及成像261靠近所属图像的外侧的程度差异为往第二侧的5个像素，因此所述移动模组220转向可设定一个较大的第二角度(例如15度)；当所述成像251靠近所属图像250的外侧10个像素距离，而成像261靠近所属图像260的外侧8个像素距离，则成像251以及成像261靠近所属图像的外侧的程度差异为往第二侧的2个像素，因此所述移动模组220转向可设定一个较小的第二角度(例如5度)。

另外，在其他操作情形下，所述图像250以及所述图像260可能同时皆未获取到所述引导光源111的成像，此时所述移动模组220的驱动单元可进入搜寻模式，由所述移动模组220顺时针或逆时针驱动所述移动载体200进行顺时针或逆时针旋转转向，或可由所述移动模组220直接驱动所述传感模组210进行顺时针或逆时针转向，用以搜寻所述引导光源111。在搜寻模式时所述驱动单元可在其中一个图像传感单元211、212检测到所述引导光源111即离开所述搜寻模式，也可在两个图像传感单元211、212皆检测到所述引导光源111才离开所述搜寻模式。

一实施例中，该传感模组210仅在该搜寻模式时能够相对该移动模组220进行顺时针或逆时针旋转转向，而在行进中(非搜寻模式)该传感模组210无法相对该移动模组220转向，以正确控制该移动载体200的行进方向。

另一实施例中，该移动模组220也可根据该传感模组210所撷取的单一图像来决定转向角度；也就是，该传感模组210仅包含单一图像传感单元211或212。例如，图5A显示图像传感单元所撷取的图像270；其中，该图像270例如有一中心线L′(预先纪录于储存单元)。当该移动载体200正面对该目标物体100时，该引导光源111在该影像270中的成像271会相对该中心线L′呈现对称分布，如图5A所示。当该移动载体200并未正面对该引导光源111时，该引导光源111在该图像270中的成像271会相对该中心线L′产生偏移，如图5B所示。此时，该移动载体200的驱动单元即驱动该移动载体200转向一角度，以使该移动载体200得以正向面对该引导光源111。必需说明的是，图5B虽显示该成像271相对该中心线L′向左偏移，当该移动载体200与该引导光源111相对位置不同时，该成像271也可能相对该中心线L′向右偏移。

在一种操作情形下，当所述图像250或所述图像260所检测到所述引导光源111的成像251或261的成像尺寸或成像亮度超过第一阈值，则可判断所述移动载体200已靠近所述目标物体100，此时可降低所述移动载体200的移动速度。而当成像251或261的成像尺寸或成像亮度再超过第二阈值，则可判断所述移动载体200已抵达所述目标物体100周边，此时驱动单元可进入停驻模式。在所述停驻模式中，所述移动载体200可立即停止，或者是将前进方向转向预定角度的后移动预定距离或时间再停止移动，如此可使所述移动载体停驻于目标物体100的侧边，便于所述目标物体100的使用者拿取所述移动载体200所载运物品。

另一实施例中，当该图像250或该图像260所侦测到该引导光源111的成像251或261的成像尺寸或成像亮度超过一第一阈值时，则可判断该移动载体200已靠近该目标物体100，此时该移动载体200停止。接着，该移动载体200根据该图像250或该图像260所侦测到该引导光源111的成像251或261的成像尺寸或成像亮度判断该目标物体100是否静止(尺寸或亮度无变化)超过一预设时间，若是，该移动载体200再度朝向该目标物体100移动直到成像251或261的成像尺寸或成像亮度超过一第二阈值，则可判断该移动载体200已抵达该目标物体100周边并停止前进，以便于该目标物体100的用户拿取该移动载体200所载运物品。本发明中，该移动载体200可设定为不主动远离该目标物体100。

其中，所述移动模组220的驱动单元也可直接忽略所述第一阈值，也即直接将所述成像251或所述成像261的成像尺寸或成像亮度与所述第二阈值比较。

此外，为了让该移动载体200始终位于该目标物体100的相同侧，例如后方，该引导光源111～113可设计为不同方向具有不同特征，例如该移动载体200的一半使用一第一发光频率而另一半使用一第二发光频率；即使用不同特征的光源照明前述光纤、导光件或透镜。借此，该移动载体200相对具有辨识该第一发光频率及该第二发光频率的机制，并始终朝向使该移动载体200大部份撷取该第一发光频率或该第二发光频率的引导光源的成像；例如，使成像中80％以上为相关该第一发光频率或该第二发光频率的成像，的方向前进，以维持该目标物体100与移动载体200的相对空间关系。

综上所述，本发明所揭露的移动载体以及其自动跟随系统利用图像传感单元检测引导光源的成像，并使移动载体根据其成像特征(位置、亮度、尺寸…等)来控制移动，用以达到自动跟随的目的，且在无法检测引导光源或使用者有其他需求时，也可通过使用者利用引导图像传感单元检测移动载体所配置移动光源的成像，并根据其成像特征通过传送引导控制信号给所述移动载体来控制所述移动载体的移动。

以上所述仅为本发明的实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (9)

1.一种跟随系统，该跟随系统包括：

移动载体，该移动载体具有至少一个移动光源，且该移动载体具有移动模组，所述移动模组通过驱动单元接收引导信号以控制前进方向的转向和/或前进的速度及时间；

引导装置，该引导装置具有传感模组，所述传感模组包含至少一个引导图像传感单元，该引导图像传感单元用以传感所述移动光源并产生至少一个引导图像，并根据所述移动光源在所述引导图像的成像特征产生所述引导信号；以及

远端遥控，使用者通过所述远端遥控操作所述移动载体，

其中，所述引导装置计算所述引导图像的中心点与所述移动光源在所述引导图像的图像位置之间的向量，该向量作为所述引导信号来控制所述移动载体的所述驱动单元。

2.根据权利要求1所述的跟随系统，其中所述引导装置根据所述移动光源在所述引导图像的成像尺寸产生所述引导信号，用以控制所述移动模组的所述前进速度和时间。

3.根据权利要求1所述的跟随系统，其中所述引导装置根据所述移动光源在所述引导图像的成像位置产生所述引导信号，用以控制所述移动模组的所述前进方向的转向。

4.一种自动跟随系统，该自动跟随系统包括：

引导装置，该引导装置包括：

引导光源；及

引导传感模组，该引导传感模组具有至少一个引导图像传感单元，该引导图像传感单元用以传感移动光源并产生至少一个引导图像，并根据所述移动光源在所述引导图像的成像特征产生引导信号；以及

移动载体，该移动载体包括：

所述移动光源；

移动传感模组，该移动传感模组具有第一图像传感单元以及第二图像传感单元，其中所述第一图像传感单元位于轴线的第一侧，用以传感所述引导光源并产生至少一个第一图像，所述第二图像传感单元位于所述轴线的第二侧，用以传感所述引导光源并产生至少一个第二图像；及

移动模组，该移动模组具有驱动单元，该驱动单元用以根据所述引导信号或所述引导光源在所述第一图像以及所述第二图像中的成像位置控制所述移动模组的前进方向的转向和/或前进的速度及时间；

其中，当所述第一图像与所述第二图像皆未具有所述引导光源的成像时，所述驱动单元接收所述引导信号并用以控制所述移动模组的前进方向的转向和/或前进的速度及时间。

5.根据权利要求4所述的自动跟随系统，其中所述引导光源包括点光源与光纤，所述点光源设于所述光纤的入光面，用以使所述光纤发亮，而所述引导光源能够装配于使用者，并产生环状光线。

6.根据权利要求4所述的自动跟随系统，其中所述引导光源包括用以产生平面光线的雷射光源和半圆柱状透镜。

7.根据权利要求4所述的自动跟随系统，其中所述引导光源包括主动光源与导光件，所述导光件的一侧为反光面而另一侧为透光结构。

8.根据权利要求4所述的自动跟随系统，其中当所述第一图像具有所述引导光源的成像而所述第二图像不具有所述引导光源的成像时，所述驱动单元控制所述移动模组的前进方向往所述第一侧转向。

9.根据权利要求4所述的自动跟随系统，其中

当所述引导光源在所述第一图像或所述第二图像的成像亮度大于第一阈值时，降低所述移动模组的移动速度；以及

当所述引导光源在所述第一图像或所述第二图像的成像亮度大于第二阈值时，所述移动模组进入停驻模式。

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