TWI497358B - 物體偵測系統 - Google Patents

Description

物體偵測系統

本發明係關於一種物體偵測系統，特別是關於一種提高偵測準確度之物體偵測系統。

在觸控系統日趨成熟之下，擁有大尺寸與多點觸控技術的裝置將成為未來的主流。目前，光學式觸控系統相較其他方式，如電阻式、電容式、超音波式或投影影像式等，有更低成本與更易達成的優勢。

然而，習知的光學式觸控系統1之缺點在於一旦在觸控螢幕10上同時指示有兩個或兩個以上之觸控點時，觸控系統即可能會有觸控點偵測錯誤之情形發生。請參閱圖一，其繪示習知的光學式觸控系統1計算出兩組可能的觸控點之示意圖。如圖一所示，當使用者在觸控螢幕10上之觸控點(Pa、Pb)的位置指示時，指示物體會遮蔽觸控系統1中之光源發射的光線而在觸控系統之左右下三邊投射出四個陰影(D1'~D4')影像，並且被兩個攝像單元12所擷取。之後，觸控系統1會根據四個陰影影像之資訊計算出指示位置之座標，但包含一組實解及一組虛解，其中實解為實際觸控點(Pa、Pb)之座標，而虛解為觸控點(Pa'、Pb')之座標。由於有虛解的存在，觸控系統則可能會有觸控點偵測錯誤之情形發生。

再者，習知的光學式觸控系統還有其它下述的缺點。當兩個以上觸控點同時觸控且當兩處控點與一攝像單元成一直線時，靠近攝像單元的觸控點所對應指示物體的陰影容易遮蔽另一觸控點所對應指示物體的陰影，使觸控點所對應的陰影位置無法被正確判別，因此會產生觸控點之落點誤判甚至失效的問題。

此外，美國專利案號US7460110揭露一種高解析度之光學式觸控系統。於此案之圖7中，觸控螢幕上之P點為一向周圍輻射發光的光源，觸控螢幕之上側邊跟左側邊為不反光背景，右側邊需設置一90°反光鏡72(見圖4)，而下側邊需設置一平面鏡92，其中反光鏡72之功能是將觸控螢幕上之光線平行導入觸控面下之波導中。

但是，美國專利案號US7460110具有以下幾項缺點：

1)觸控螢幕之角落需製成圓缺角(見圖7左上角)，以避免光線進出波導時發生折射，而圓缺角之製作上較繁複；2)光線在非空氣的波導介質內光程長且光衰大；3)90°反光鏡72中心需準確對齊觸控螢幕之表面延伸線，提高實際組裝困難；以及4)需具備輻射發光源物件P、平面鏡92與90°反光鏡72三者同時搭配才能達成，構造上較複雜。

所以，若能將先前技術的光學式觸控系統之缺陷改進，將更有利於光學式觸控系統的使用和推廣。

本發明之一範疇在於提供一種物體偵測系統。

根據本發明之一具體實施例，物體偵測系統包含一周邊構件、一第一反射元件、一第一攝像單元、一第一點光源點光源及一資料處理模組。

該周邊構件定義一指示空間與該指示空間內之一指示平面以供一物體指示一目標位置，該周邊構件與該物體具有一對比關係，該指示平面具有一第一邊緣、一第二邊緣、一第三邊緣及一第四邊緣，該第一邊緣及該第四邊緣形成一第一隅角，第三邊緣及該第四邊緣該形成一第二隅角，該第四邊緣及該第二邊緣相對。該第一反射元件位於該第二邊緣且設置於該周邊構件上。該第一攝像單元設置於該第一隅角周邊，該第一攝像單元定義一第一攝像點並擷取該指示空間呈現於該第二邊緣及該第三邊緣上之部分該周邊構件之一第一影像以及藉由該第一反射元件擷取該指示空間呈現於該第三邊緣及該第四邊緣上之部分該周邊構件之一第一反射影像。該第一點光源設置於該第一攝像單元周邊以照射該指示空間。該資料處理模組電連接該第一攝像單元，該資料處理模組處理該第一影像及該第一反射影像以決定該物體位於該指示空間內之一物體資訊。

根據本發明之另一具體實施例，物體偵測系統包含一周邊構件、一第一反射元件、一第一攝像單元及一資料處理模組。

該周邊構件定義一指示空間與該指示空間內之一指示平面以供一物體指示一目標位置，該周邊構件包含一線光源以照射該指示空間，該指示平面具有一第一邊緣、一第二邊緣、一第三邊緣及一第四邊緣，該第一邊緣及該第四邊緣形成一第一隅角，第三邊緣及該第四邊緣該形成一第二隅角，該第四邊緣及該第二邊緣相對。該第一反射元件位於該第二邊緣。該第一攝像單元設置於該第一隅角周邊，該第一攝像單元定義一第一攝像點並擷取該指示空間呈現於該第二邊緣及該第三邊緣上之部分該周邊構件之一第一影像以及藉由該第一反射元件擷取該指示空間呈現於該第三邊緣及該第四邊緣上之部分該周邊構件之一第一反射影像。該資料處理模組電連接該第一攝像單元，該資料處理模組處理該第一影像及該第一反射影像以決定該物體位於該指示空間內之一物體資訊。

關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。

請參閱圖二A、圖三A及圖三B。圖二A係繪示根據本發明之一具體實施例之物體偵測系統2之示意圖。圖三A及圖三B係繪示圖二A之物體偵測系統2於不同實施例之截面視圖。

物體偵測系統2包含周邊構件M1~M4、第一反射元件24、第二反射元件23、第一攝像單元22、第二攝像單元26、第一點光源21、第二點光源21a及資料處理模組27。周邊構件M1~M4定義一指示空間S與指示空間S內之一指示平面20以供一物體25指示一目標位置P，周邊構件M1~M4與物體25具有一對比關係。在本實施例中，係以周邊構件M1~M4所大致上圍繞之空間定義為指示空間S，指示空間S之高度與周邊構件M1~M4之高度大致相同。指示平面20具有第一邊緣202、第二邊緣204、第三邊緣206及第四邊緣208，第一邊緣202及第四邊緣208形成第一隅角200，第三邊緣206及第四邊緣208形成第二隅角210，第四邊緣208及第二邊緣204相對。第一反射元件24位於第二邊緣204且設置於周邊構件M2上。第一攝像單元22設置於第一隅角200周邊，第一攝像單元22定義第一攝像點C1，並擷取指示空間S呈現於第二邊緣204及第三邊緣206上之周邊構件M2、M3之一第一影像，且第一攝像單元22藉由位於第二邊緣204上之第一反射元件24擷取指示空間S呈現於第三邊緣206及第四邊緣208上之周邊構件M3、M4之一第一反射影像。第二攝像單元26設置於第二隅角210周邊，第二攝像單元26定義第二攝像點C2，並擷取指示空間S呈現於第一邊緣202及第二邊緣204上之周邊構件M1、M2之一第二影像以及藉由該第一反射元件24擷取指示空間S呈現於第一邊緣202及第四邊緣208上之周邊構件M1、M4之一第二反射影像。第一點光源21設置於第一攝像單元22周邊，第二點光源21a設置於第二攝像單元26周邊，第一點光源21及第二點光源21a照射指示空間S。資料處理模組27電連接第一攝像單元22及第二攝像單元26，並處理第一影像、第一反射影像、第二影像及第二反射影像至少其中二者，以決定物體25位於指示空間S內之一物體資訊。其中，指示平面20可為一虛擬平面、一顯示面板或另行設置之一物件，供使用者於其上指示一目標位置P。於操作上，物體25可為使用者之手指或其它指示元件(例如觸控筆)以在指示平面20上指示目標位置P。物體資訊可包含物體25所在之目標位置P相對於指示平面20之相對位置、物體25投射於指示平面20之物體形狀及/或物體面積以及物體25位於指示空間S內之物體立體形狀及/或物體體積。

周邊構件M1~M4可為分離之構件或一體成型之單一構件，在本實施例中，指示平面20定義一延伸平面20a，周邊構件M1~M4雖為設置於延伸平面20a上方之四個分離而相鄰之構件，於實際應用中，其可由少於四個構件所構成並設置於指示平面20之一邊或多邊，只要其能供第一反射元件24設置於其上即可。如圖三A所示，於一具體實施例中，第一反射元件24可為一平面鏡，具有一反射面240。

或者，如圖三B所示，第一反射元件24'包含第一反射面240'及第二反射面242'，且第一反射面240'及第二反射面242'大致上以一直角相交且朝向指示空間S。第一反射面240'定義第一延伸平面240a(以虛線表示，延伸自第一反射面240')，該第二反射面242'定義第二延伸平面242a(以虛線表示，延伸自第二反射面242')，第一延伸平面240a與第二延伸平面242a各與延伸平面20a大致上以一45度角相交。於實際應用中，第一反射元件24'可為一稜鏡。要特別說明的是，第一反射面240'及第二反射面242'大致上成直角相交，可使朝第一反射元件24'行進之入射光L1及被第一反射元件24'反射之反射光L2的行進方向之關係，如以如圖三B之側視觀之，二者大致上互相平行，而如以圖五A之俯視觀之，二者則以相同角度相對於第一反射元件24'對稱地入射與反射(此部分詳見後述關於圖五A的說明)。因而本實施例中之第一反射元件24'具有可大幅增加組裝容許公差之優點，即便第一反射元件24'有些許旋轉變化，以圖三B之側視觀之，亦能使第一反射元件24'之入射光及反射光的行進方向大致上互相平行。

需注意的是，除了平面鏡及稜鏡之外，第一反射元件亦可為其他類型之鏡面。

另外，請參閱圖二B、圖四A及圖四B。圖二B係繪示根據本發明之另一具體實施例之物體偵測系統3之示意圖。圖四A及圖四B係繪示圖二B之物體偵測系統3於不同實施例之截面視圖。

圖二B之實施例與圖二A之不同處在於，圖二A中物體偵測系統2之光源為點光源21、21a，設置於第一攝像單元22及第二攝像單元26周邊，而圖二B中物體偵測系統3之光源係一線光源31，屬於周邊構件M1~M4的一部份。在本實施例中，如圖四A及圖四B所示，第一反射元件24或24'設置於延伸平面20a與線光源31之間。然而在不同實施例中，亦可將線光源31設置於延伸平面20a與第一反射元件24或24'之間。

在前述實施例中，只要周邊構件M1~M4具有反光的效果，使周邊構件M1~M4及物體25具有一定的對比關係，即足以顯示出做為背景的周邊構件M1~M4與做為前景的物體25之間亮度的區別，而具有類似第二反射元件23的功效，則於物體偵測系統2中可不用額外設置第二反射元件23於周邊構件M1~M4上，而這種情況下物體25乃顯現於周邊構件M1~M4上，即第一影像與第一反射影像中顯示出的背景乃周邊構件M1~M4。然而，我們亦可在物體偵測系統2中，額外設置第二反射元件23，以加強在指示空間內S對於光線的反射。以下說明在物體偵測系統2中，額外設置第二反射元件23之實施例。請參閱圖二A、圖三A及圖三B，第二反射元件23設置於位於第一邊緣202、第二邊緣204、第三邊緣206及第四邊緣208上的周邊構件M1、M2、M3與M4上。當設置於第一攝像單元22、第二攝像單元26周邊之第一點光源21及第二點光源21a發射出之光線射向第二反射元件23後，第二反射元件23反射入射的光線。當第二反射元件23被設置時，第一影像與第一反射影像中顯示出的背景乃第二反射元件23。於一較佳具體實施例中，第二反射元件23反射具有一行徑方向之入射光L1，並使其反射光L2大致上沿著與入射光L1之該行徑方向反向而平行的方向反射回去。舉例來說，第二反射元件23可為一逆向反射鏡(retro reflector)。在本實施例中，如圖三A及圖三B所示，第一反射元件24或24'可設置於延伸平面20a與第二反射元件23之間。然而在不同實施例中，亦可將第二反射元件23設置於延伸平面20a與第一反射元件24或24'之間。當第二反射元件23被環繞設置於指示平面20之四邊時，物體偵測系統2可僅於第二邊緣204上設置周邊構件M2以承載第二反射元件23以及第一反射元件24或24'已足，而可無須設置其他的周邊構件M1、M3與M4。

圖五A係繪示圖二A物體偵測系統2之一實施例之物體成像示意圖。為使圖五A容易瞭解，圖五A中僅針對一個物體O1及第一攝像單元22標示出與物體O1成像相關之路徑，第一攝像單元22並以第一攝像點C1做代表，第二攝像單元26之光路則可依此類推而未標示於圖五A中。圖五B係繪示圖五A中對應第二邊緣204之周邊構件M2之局部剖面圖，其中第二反射元件23決定第一影像，第一反射元件24'決定第一反射影像，物體O1以圓錐表示。圖六繪示圖五A實施例中第一攝像單元22所擷取之第一影像及第一反射影像示意圖，其中第一影像與第一反射影像之影像範圍則請參閱圖五B。

請參閱圖二A、圖五A及圖六。在物體O1尚未進入指示空間S內時，第一攝像單元22直接擷取到之第一影像顯現出位於第二邊緣204上之周邊構件M2及位於第三邊緣206上之周邊構件M3，且第一攝像單元22藉由位於第二邊緣204上之第一反射元件24或24'的反射所擷取到之第一反射影像顯現出位於第三邊緣206上之周邊構件M3及位於第四邊緣208上之周邊構件M4。

在物體O1進入指示空間S內時，第一攝像單元22直接擷取到之第一影像顯現出指示空間S內之物體O1成像於位於第二邊緣204上之周邊構件M2及位於第三邊緣206上之周邊構件M3，且第一攝像單元22藉由位於第二邊緣204上之第一反射元件24或24'的反射所擷取到之第一反射影像顯現出指示空間S之物體O1成像於位於第三邊緣206上之周邊構件M3及位於第四邊緣208上之周邊構件M4。在本實施例中，因物體O1所在位置之故，如圖六所示，在第一影像中，物體O1乃成像於位於第二邊緣204上之周邊構件M2上而成像為P11。而在第一反射影像中，除了物體O1之前述成像P11藉由位於第二邊緣204上之第一反射元件24或24'之反射而亦成像於位於第三邊緣206上之周邊構件M3之外，物體O1並藉由位於第二邊緣204上之第一反射元件24或24'之反射，顯現於位於第四邊緣208上之周邊構件M4上而成像為P12。

圖七係繪示圖二A物體偵測系統2之另一實施例之物體成像示意圖。同樣的，為使圖七容易瞭解，圖七中僅針對一個物體O2及第一攝像單元22標示出與物體O2成像相關之路徑，第一攝像單元22並以第一攝像點C1做代表，第二攝像單元26之光路則可依此類推而未標示於圖七中。圖八則繪示圖七實施例中第一攝像單元22所擷取之第一影像及第一反射影像示意圖，其中第一影像與第一反射影像之影像範圍亦請參閱圖五B。

在本實施例中，因物體O2所在位置之故，如圖八所示，在第一影像中，物體O2乃成像於位於第三邊緣206上之周邊構件M3上而成像為P21。而在第一反射影像中，物體O2則藉由位於第二邊緣204上之第一反射元件24或24'之反射，顯現於位於第四邊緣208上之周邊構件M4上而成像為P22。

結合前述二實施例之說明，當物體偵測系統2中同時出現物體O1及物體O2時，其物體成像示意圖以及第一攝像單元22所擷取之第一影像及第一反射影像示意圖則分別如圖九及圖十所示。

物體資訊可包含物體25所在之目標位置P相對於指示平面20之相對位置、物體25投射於指示平面20之物體形狀及/或物體面積以及物體25位於指示空間S內之物體立體形狀及/或物體體積。以下分別說明物體偵測系統2如何偵測目標位置P相對於指示平面20之相對位置、物體形狀、物體面積、物體立體形狀及物體體積。

現以圖八及圖十一說明物體偵測系統2如何偵測物體O2所在之目標位置P相對於指示平面20之相對位置。資料處理模組27根據第一影像中之物體O2於該第二邊緣204及/或該第三邊緣206上決定第一物體點P21'，並根據第一反射影像中之物體O2於第二邊緣204上決定第一反射物體點P22'。在本實施例中，因物體O2所在位置之故，在第一影像中，物體O2乃顯現於位於第三邊緣206上之周邊構件M3上而成像為P21，故資料處理模組27可於第三邊緣206上對應成像P21之範圍內選擇任何一點做為第一物體點P21'。而在第一反射影像中，藉由位於第二邊緣204上之第一反射元件24或24'之反射，物體O2則顯現於位於第四邊緣208上之周邊構件M4上而成像為P22，故資料處理模組27可於第一反射元件24或24'所在之第二邊緣204上對應成像P22之範圍內選擇任何一點做為第一反射物體點P22'。

在第一攝像單元22所在之位置範圍中，可定義一第一攝像點C1。在本實施例中，係以第一隅角200做為第一攝像點C1。接著，資料處理模組27根據第一攝像點C1及第一物體點P21'之連線關係決定第一直進路徑S1，並根據第一攝像點C1及第一反射物體點P22'之連線關係以及第一反射元件24或24'決定第一反射路徑R1。第一反射路徑R1中之反射路徑R1a係由第一攝像點C1及第一反射物體點P22'之連線關係所決定，而第一反射路徑R1中之反射路徑R1b則由反射路徑R1a與第一反射元件24或24'之反射所決定，即反射路徑R1a及反射路徑R1b分別與第二邊緣204上經第一反射物體點P22'之法線所產生的夾角具有相同角度。最後，資料處理模組27根據第一直進路徑S1及第一反射路徑R1之一交會點P'以決定目標位置P相對於指示平面20之相對位置。

圖十二則繪示物體偵測系統2如何偵測二個物體O1及O2所在之目標位置相對於指示平面20之相對位置一實施例之示意圖，其中第一攝像單元22及第二攝像單元26之攝像中心(如鏡頭中心)被選擇做為決定路徑時所需之攝像點。藉由圖八及圖十一之相關說明，我們可以瞭解，在圖十二之實施例中，藉由第一攝像單元22所擷取之影像及反射影像，可決定直進路徑S2、直進路徑S3、反射路徑R2及反射路徑R3。藉由第二攝像單元26所擷取之影像及反射影像，則可決定直進路徑S2'、直進路徑S3'、反射路徑R2'及反射路徑R3'。接著，可判斷出直進路徑S2、S2'與反射路徑R2、R2實質上有共同交會(即交會於同一點或同一區域)，故判斷直進路徑S2、S2'與反射路徑R2、R2'實質上共同交會之P1處乃一實解，亦即指示平面20上之P1位置上方存在一物體。同樣的，我們可判斷出直進路徑S3、S3'與反射路徑R3、R3'實質上有共同交會，故判斷直進路徑S3、S3'與反射路徑R3、R3'實質上共同交會之P2處乃一實解，亦即指示平面20上之P2位置上方存在另一物體。另外，我們亦可知P1'處有直進路徑S3與S2'交會，以及P2'處有直進路徑S2與S3'交會，惟因該二位置皆僅為直進路徑之交會，而非至少一直進路徑與至少一反射路徑的交會，故判斷其乃虛解，實際上並無物體位於P1'與P2'之位置。

現以圖八及圖十三說明物體偵測系統2如何偵測物體O2投射於指示平面20之物體形狀及物體面積。資料處理模組27根據第一影像中之物體O2於該第二邊緣204及/或該第三邊緣206上決定第一物體點P21a及第二物體點P21b，並根據第一反射影像中之物體O2於第二邊緣204上決定第一反射物體點P22a及第二反射物體點P22b。在本實施例中，因物體O2所在位置之故，在第一影像中，物體O2乃顯現於位於第三邊緣206上之周邊構件M3上而成像為P21，故資料處理模組27可於第三邊緣206上對應成像P21之範圍內選擇任何相異之二點做為第一物體點P21a及第二物體點P21b。而在第一反射影像中，藉由位於第二邊緣204上之第一反射元件24或24'之反射，物體O2則顯現於位於第四邊緣208上之周邊構件M4上而成像為P22，故資料處理模組27可於第一反射元件24或24'所在之第二邊緣204上對應成像P22之範圍內選擇任何相異之二點做為第一反射物體點P22a及第二反射物體點P22b。在本實施例中，係於第三邊緣206上對應成像P21之範圍內選擇最邊界的二個端點做為第一物體點P21a及第二物體點P21b，並於第二邊緣204上對應成像P22之範圍內選擇最邊界的二個端點做為第一反射物體點P22a及第二反射物體點P22b。而第一隅角200則被選擇做為第一攝像單元22所定義之第一攝像點C1。

接著，資料處理模組27根據第一攝像點C1分別與第一物體點P21a及第二物體點P21b之連線關係決定第一直進平面路徑PS1，並根據第一攝像點C1分別與第一反射物體點P22a及第二反射物體點P22b之連線關係以及第一反射元件24或24'決定第一反射平面路徑PR1。第一直進平面路徑PS1即為於指示平面20範圍內，由第一攝像點C1與第一物體點P21a之連線以及第一攝像點C1與第二物體點P21b之連線之間所形成之平面區域。第一反射平面路徑PR1包含平面路徑PR1a與平面路徑PR1b，其中平面路徑PR1a係由第一攝像點C1分別與第一反射物體點P22a及第二反射物體點P22b之連線關係所決定，亦即平面路徑PR1a為於指示平面20範圍內，由第一攝像點C1與第一反射物體點P22a之連線以及第一攝像點C1與第二反射物體點P22b之連線之間所形成之平面區域。而第一反射平面路徑PR1中之平面路徑PR1b則由平面路徑PR1a與第一反射元件24或24'之反射所決定，即第一攝像點C1與第一反射物體點P22a之連線以及平面路徑PR1b中經過第一反射物體點P22a的邊界分別與第二邊緣204上經第一反射物體點P22a之法線所產生的夾角具有相同角度，而第一攝像點C1與第二反射物體點P22b之連線以及平面路徑PR1b中經過第二反射物體點P22b的邊界分別與第二邊緣204上經第二反射物體點P22b之法線所產生的夾角具有相同角度。最後，資料處理模組27根據第一直進平面路徑PS1及第一反射平面路徑PR1之交會區域IA之形狀及/或面積以決定物體形狀及/或物體面積。物體形狀可直接以交會區域IA之形狀做代表，亦可以交會區域IA內或外之其他幾何形狀做代表，諸如：交會區域IA內之最大內切矩形或最大內切圓，或交會區域IA外之最小外接矩形或最小外接圓等。而物體面積則可直接以交會區域IA之面積做代表，亦可以交會區域IA內或外之其他幾何形狀之面積做代表，諸如：交會區域IA內之最大內切矩形或最大內切圓之面積，或交會區域IA外之最小外接矩形或最小外接圓之面積等。在實際應用中，資料處理模組27可僅決定物體形狀或物體面積，亦可同時決定物體形狀及物體面積，視實際需求而定。

除參照圖八及圖十三以外，現一併以圖十四及圖十五說明物體偵測系統2如何偵測物體O2位於指示空間S內之物體立體形狀及物體體積。資料處理模組27分別將圖八中第一影像及第一反射影像區分為複數之第一子影像I1~In及複數之第一反射子影像IR1~IRn，藉由對應圖八及圖十二之實施例所說明之方法，根據兩兩成組之複數第一子影像I1~In及複數第一反射子影像IR1~IRn決定複數之物體形狀及複數之物體面積，並將複數物體形狀及複數物體面積沿指示平面20之法線方向ND(即垂直圖二A圖面之方向)依序堆疊，便可決定物體立體形狀及物體體積。在本實施例中，係將第一影像及第一反射影像分別區分為n個第一子影像I1~In及n個第一反射子影像IR1~IRn，依序根據n組之第一子影像I1~In及第一反射子影像IR1~IRn決定n個物體形狀及n個物體面積CA1~CAn，並以n個物體形狀之代表點(如重心)為中心，沿指示平面20之法線方向ND依序堆疊，參照指示空間S之高度，便可決定物體立體形狀及物體體積。在實際應用中，資料處理模組27可僅決定物體立體形狀或物體體積，亦可一併決定物體立體形狀及物體體積，視實際需求而定。

除前述圖十四及圖十五實施例所描述之方法外，現以圖八及圖十六說明物體偵測系統2如何以不同之方法偵測物體O2位於指示空間S內之物體立體形狀及/或物體體積。資料處理模組27根據第一影像中之物體O2於位於第二邊緣204上之周邊構件M2及/或位於第三邊緣206上之周邊構件M3決定第一物體點P21a、第二物體點P21b及第三物體點P21c，並根據第一反射影像中之物體O2於位於第二邊緣204上之周邊構件M2決定第一反射物體點P22a、第二反射物體點P22b及第三反射物體點P22c。在本實施例中，因物體O2所在位置之故，在第一影像中，物體O2乃顯現於位於第三邊緣206上之周邊構件M3上而成像為P21，故資料處理模組27可於第三邊緣206上之周邊構件M3對應成像P21之範圍內，選擇不共線之任何相異三點做為第一物體點P21a、第二物體點P21b及第三物體點P21c。而在第一反射影像中，藉由位於第二邊緣204上之第一反射元件24或24'之反射，物體O2則顯現於位於第四邊緣208上之周邊構件M4上而成像為P22，故資料處理模組27可於第一反射元件24或24'所在之第二邊緣204上之周邊構件M2對應成像P22之範圍內，選擇不共線之任何相異三點做為第一反射物體點P22a、第二反射物體點P22b及第三反射物體點P22c。在本實施例中，係於周邊構件M3上對應成像P21之範圍內選擇範圍邊界上的三個點做為第一物體點P21a、第二物體點P21b及第三物體點P21c，並於周邊構件M2上對應成像P22之範圍內選擇範圍邊界上的三個點做為第一反射物體點P22a、第二反射物體點P22b及第三反射物體點P22c。而第一隅角200則被選擇做為第一攝像單元22所定義之第一攝像點C1。

接著，資料處理模組27根據第一攝像點C1分別與第一物體點P21a、第二物體點P21b及第三物體點P21c之連線關係決定第一直進立體路徑CS1，並根據第一攝像點C1分別與第一反射物體點P22a、第二反射物體點P22b及第三反射物體點P22c之連線關係以及第一反射元件24或24'決定第一反射立體路徑CR1。第一直進立體路徑CS1即為於指示空間S內，由第一攝像點C1與第一物體點P21a之連線、第一攝像點C1與第二物體點P21b之連線以及第一攝像點C1與第三物體點P21c之連線等三個連線之間所形成之立體區域。第一反射立體路徑CR1包含立體路徑CR1a與立體路徑CR1b，其中立體路徑CR1a係由第一攝像點C1分別與第一反射物體點P22a、第二反射物體點P22b及第三反射物體點P22c之連線關係所決定，亦即立體路徑CR1a為於指示空間S內，由第一攝像點C1與第一反射物體點P22a之連線、第一攝像點C1與第二反射物體點P22b之連線以及第一攝像點C1與第三反射物體點P22c之連線等三個連線之間所形成之立體區域。而第一反射立體路徑CR1中之立體路徑CR1b則由立體路徑CR1a與第一反射元件24或24'之反射所決定，即於指示空間S內，前述立體路徑CR1a之連線經過第一反射元件24或24'之反射後產生反射連線之間所形成之立體區域即為立體路徑CR1b。最後，資料處理模組27根據第一直進立體路徑CS1及第一反射立體路徑CR1之交會空間之立體形狀及/或體積以決定物體立體形狀及/或物體體積。物體立體形狀可直接以交會空間IS之立體形狀做代表，亦可以交會空間IS內或外之其他幾何立體形狀做代表，諸如：交會空間IS內之最大內切立方體或最大內切球體，或交會空間IS外之最小外接立方體或最小外接球體等。而物體體積則可直接以交會空間IS之體積做代表，亦可以交會空間IS內或外之其他幾何體之體積做代表，諸如：交會空間IS內之最大內切立方體或最大內切球體之體積，或交會空間IS外之最小外接立方體或最小外接球體之體積等。在實際應用中，資料處理模組27可僅決定物體立體形狀或物體體積，亦可同時決定物體立體形狀及物體體積，視實際需求而定。

在前述實施例中，說明物體偵測系統2如何偵測各種物體資訊時，為方便說明起見，僅以第一攝像單元22所擷取之影像進行說明，然熟習本領域技藝人士當可據以理解第二攝像單元26之運作，故不再贅述。

要特別說明的是，對照圖二A及圖二B兩種系統的設計，雖然光源的形式及位置不同，但其物體資訊的判斷邏輯是共通的，故圖二B實施例之物體偵測系統3之物體成像示意圖參閱圖五A至圖十六即可推得，不再另外繪示，而其物體資訊的判斷亦可參照前述各個實施例即可瞭解，而不再贅述。

在此，僅藉由參照圖十七，說明在物體偵測系統3中，第一反射元件24'及線光源31之一設置實施例。在本實施例中，線光源31被設置於該第一反射元件24'之一背側244'，第一反射元件24'為一半穿透半反射鏡體，使線光源31所發射之光線可由第一反射元件24'之背側244朝向該指示空間S穿透第一反射元件24'，並使指示空間S內之光線於行進至第一反射元件24'時被反射。如此，線光源31所發射之光線可穿透第一反射元件24'而照射指示空間S，而第一反射元件24亦可反射指示空間S內之光線以形成反射影像。在本實施例中，以指示平面20為基準，因為第一反射元件24'及線光源31乃前後相對地設置，而非上下相對地設置，故此種設置方式可減少周邊構件M1~M4之高度，進而減少物體偵測系統3之整體高度。

此外，於一具體實施例中，第一攝像單元22及第二攝像單元26可各包含一影像感測器，使第一影像、第一反射影像、第二影像及第二反射影像成像於該影像感測器上。於實際應用中，該影像感測器可為一區域感測器(area sensor)或一線感測器(line sensor)。在此要特別強調的是，藉由第一反射元件之設置，本發明之物體偵測系統相較於圖一之先前技術來說，除了藉由直接擷取到的影像所決定的路徑外，更有藉由第一反射元件而擷取到的反射影像所決定的反射路徑，因此在指示空間內可藉由更多的路徑更可準確地決定物體所在之目標位置相對於指示平面之相對位置、物體投射於指示平面之物體形狀及/或物體面積，以及物體位於指示空間內之物體立體形狀及/或物體體積。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。

1．．．光學式觸控系統

10．．．觸控螢幕

12．．．攝像單元

2、3．．．物體偵測系統

20．．．指示平面

20a．．．延伸平面

21．．．第一點光源

21a．．．第二點光源

31．．．線光源

22．．．第一攝像單元

23．．．第二反射元件

24、24'．．．第一反射元件

25．．．物體

26．．．第二攝像單元

27．．．資料處理模組

200．．．第一隅角

202．．．第一邊緣

204．．．第二邊緣

206．．．第三邊緣

208．．．第四邊緣

210．．．第二隅角

240．．．反射面

240'．．．第一反射面

242'．．．第二反射面

244'．．．背側

S．．．指示空間

P．．．目標位置

C1、C2．．．攝像點

O1、O2．．．物體

P'、P1、P2、P1'、P2'．．．交會點

P11、P12、P21、P22．．．物體成像

P21'、P21a、P21b、P21c．．．物體點

P22'、P22a、P22b、P22c．．．反射物體點

M1~M4．．．周邊構件

L1．．．入射光

L2．．．反射光

D1~D5、D1'~D4'．．．陰影

Pa、Pb、Pa'、Pb'．．．觸控點

S1、S2、S3、S2'、S3'．．．直進路徑

R1、R2、R3、R2'、R3'．．．反射路徑

R1a、R1b．．．反射路徑

PS1．．．直進平面路徑

CS1．．．直進立體路徑

PR1、PR1a、PR1b．．．反射平面路徑

CR1、CR1a、CR1b．．．反射立體路徑

IA．．．交會區域

IS．．．交會空間

I1~In．．．子影像

IR1~IRn．．．反射子影像

CA1~CAn．．．面積

ND．．．法線方向

圖一係繪示習知的光學式觸控系統計算出兩組可能的觸控點之示意圖。

圖二A係繪示根據本發明之一具體實施例之物體偵測系統之示意圖。

圖二B係繪示根據本發明之另一具體實施例之物體偵測系統之示意圖。

圖三A及圖三B係繪示圖二A之物體偵測系統於不同實施例之截面視圖。

圖四A及圖四B係繪示圖二B之物體偵測系統於不同實施例之截面視圖。

圖五A係繪示圖二A物體偵測系統之一實施例之物體成像示意圖。

圖五B係繪示圖五A中對應第二邊緣之周邊構件之局部剖面圖。

圖六則繪示圖五A實施例中第一攝像單元所擷取之第一影像及第一反射影像示意圖。

圖七係繪示圖二A物體偵測系統之另一實施例之物體成像示意圖。

圖八係繪示圖七實施例中第一攝像單元所擷取之第一影像及第一反射影像示意圖。

圖九係繪示圖二A物體偵測系統之實施例中二物體成像示意圖。

圖十係繪示圖九實施例中第一攝像單元所擷取之第一影像及第一反射影像示意圖。

圖十一係繪示物體偵測系統偵測物體所在之目標位置之一實施例之示意圖。

圖十二則繪示物體偵測系統偵測二個物體所在之目標位置之一實施例之示意圖。

圖十三係繪示物體偵測系統偵測物體投射於指示平面之物體形狀及物體面積之一實施例之示意圖。

圖十四係繪示將圖八中第一影像及第一反射影像區分為複數之第一子影像及複數之第一反射子影像之一實施例之示意圖。

圖十五係繪示物體偵測系統根據圖十四之實施例偵測物體位於指示空間內之物體立體形狀及物體體積之一實施例之示意圖。

圖十六係繪示物體偵測系統偵測物體位於指示空間內之物體立體形狀及物體體積之一實施例之示意圖。

圖十七係繪示圖二B之物體偵測系統於另一實施例之截面視圖。

202．．．第一邊緣

204．．．第二邊緣

206．．．第三邊緣

208．．．第四邊緣

C1．．．攝像點

O1．．．物體

P11、P12．．．物體成像

Claims (23)

1. 一種物體偵測系統，包含：一周邊構件，定義一指示空間與該指示空間內之一指示平面以供一物體指示一目標位置，該周邊構件與該物體具有一對比關係，該指示平面具有一第一邊緣、一第二邊緣、一第三邊緣及一第四邊緣，該第一邊緣及該第四邊緣形成一第一隅角，該第三邊緣及該第四邊緣形成一第二隅角，該第四邊緣及該第二邊緣相對；一第一反射元件，位於該第二邊緣且設置於該周邊構件上；一第一攝像單元，設置於該第一隅角周邊，該第一攝像單元定義一第一攝像點並擷取該指示空間呈現於該第二邊緣及該第三邊緣上之該周邊構件之一第一影像以及藉由該第一反射元件擷取該指示空間呈現於該第三邊緣及該第四邊緣上之該周邊構件之一第一反射影像；一第一點光源，設置於該第一攝像單元周邊以照射該指示空間；以及一資料處理模組，電連接該第一攝像單元，該資料處理模組處理該第一影像及該第一反射影像以決定該物體位於該指示空間內之一物體資訊。
2. 如申請專利範圍第1項所述之物體偵測系統，其中該第一反射元件為一平面鏡。
3. 如申請專利範圍第1項所述之物體偵測系統，其中該第一反射元件包含一第一反射面及一第二反射面，該第一反射面及該第二反射面大致上以一直角相交且朝向該指示空間，該指示平面定義一延伸平面，該第一反射面定義一第一延伸平面，該第二反射面定義一第二延伸平面，該第一延伸平面與該第二延伸平面各與該延伸平面大致上以一45度角相交。
4. 如申請專利範圍第3項所述之物體偵測系統，其中該第一反射元件為一稜鏡。
5. 如申請專利範圍第1項所述之物體偵測系統，其中該周邊構件包含一第二反射元件，該第二反射元件反射具有一行徑方向之一入射光，並使該入射光大致上沿著該行徑方向反向而平行的方向反射回去，該第一影像與該第一反射影像中之該物體係顯現於該第二反射元件上。
6. 如申請專利範圍第5項所述之物體偵測系統，其中該第二反射元件為一逆向反射鏡。
7. 如申請專利範圍第5項所述之物體偵測系統，其中該第二反射元件設置於該第一邊緣、該第二邊緣、該第三邊緣及該第四邊緣。
8. 如申請專利範圍第1項所述之物體偵測系統，其中該物體資訊包含該目標位置相對於該指示平面之一相對位置，該資料處理模組根據該第一影像中之該物體於該第二邊緣及/或該第三邊緣上決定一第一物體點，根據該第 一反射影像中之該物體於該第二邊緣上決定一第一反射物體點，根據該第一攝像點及該第一物體點之連線關係決定一第一直進路徑，根據該第一攝像點及該第一反射物體點之連線關係以及該第一反射元件決定一第一反射路徑，並根據該第一直進路徑及該第一反射路徑之一交會點以決定該相對位置。
9. 如申請專利範圍第1項所述之物體偵測系統，其中該物體資訊包含該物體投射於該指示平面之一物體形狀及/或一物體面積，該資料處理模組根據該第一影像中之該物體於該第二邊緣及/或該第三邊緣上決定一第一物體點及一第二物體點，根據該第一反射影像中之該物體於該第二邊緣上決定一第一反射物體點及一第二反射物體點，根據該第一攝像點分別與該第一物體點及該第二物體點之連線關係決定一第一直進平面路徑，根據該第一攝像點分別與該第一反射物體點及該第二反射物體點之連線關係以及該第一反射元件決定一第一反射平面路徑，並根據該第一直進平面路徑及該第一反射平面路徑之一交會區域之形狀及/或面積以決定該物體形狀及/或該物體面積。
10. 如申請專利範圍第9項所述之物體偵測系統，其中該物體資訊包含該物體位於該指示空間內之一物體立體形狀及/或一物體體積，該資料處理模組分別將該第一影像及該第一反射影像區分為複數之第一子影像及複數之第一反射子影像，根據該複數第一子影像及該複數第一反射子影像決定複數之該物體形狀及/或複數之該物體面積， 並將該複數物體形狀及/或該複數物體面積沿該指示平面之一法線方向依序堆疊以決定該物體立體形狀及/或該物體體積。
11. 如申請專利範圍第1項所述之物體偵測系統，其中該物體資訊包含該物體位於該指示空間內之一物體立體形狀及/或一物體體積，該資料處理模組根據該第一影像中之該物體於該第二邊緣及/或該第三邊緣上之該周邊構件上決定至少三個物體點，根據該第一反射影像中之該物體於該第二邊緣上之該周邊構件上決定至少三個反射物體點，根據該第一攝像點分別與該至少三個物體點之連線關係決定一第一直進立體路徑，根據該第一攝像點分別與該至少三個反射物體點之連線關係以及該第一反射元件決定一第一反射立體路徑，並根據該第一直進立體路徑及該第一反射立體路徑之一交會空間之立體形狀及/或體積以決定該物體立體形狀及/或該物體體積。
12. 如申請專利範圍第1項所述之物體偵測系統，更包含一第二攝像單元及一第二點光源，該第二攝像單元電連接該資料處理模組且設置於該第二隅角周邊，該第二點光源設置於該第二攝像單元周邊，該第二攝像單元擷取該指示空間呈現於該第一邊緣及該第二邊緣上之該周邊構件之一第二影像以及藉由該第一反射元件擷取該指示空間呈現於該第一邊緣及該第四邊緣上之該周邊構件之一第二反射影像，其中該資料處理模組處理該第一影像、該第一反射影像、該第二影像及該第二反射影像至少其中二者以決定該物體資訊。
13. 一種物體偵測系統，包含：一周邊構件，定義一指示空間與該指示空間內之一指示平面以供一物體指示一目標位置，該周邊構件包含一線光源以照射該指示空間，該指示平面具有一第一邊緣、一第二邊緣、一第三邊緣及一第四邊緣，該第一邊緣及該第四邊緣形成一第一隅角，第三邊緣及該第四邊緣該形成一第二隅角，該第四邊緣及該第二邊緣相對；一第一反射元件，位於該第二邊緣；一第一攝像單元，設置於該第一隅角周邊，該第一攝像單元定義一第一攝像點並擷取該指示空間呈現於該第二邊緣及該第三邊緣上之該周邊構件之一第一影像以及藉由該第一反射元件擷取該指示空間呈現於該第三邊緣及該第四邊緣上之該周邊構件之一第一反射影像；以及一資料處理模組，電連接該第一攝像單元，該資料處理模組處理該第一影像及該第一反射影像以決定該物體位於該指示空間內之一物體資訊。
14. 如申請專利範圍第13項所述之物體偵測系統，其中該第一反射元件為一平面鏡。
15. 如申請專利範圍第13項所述之物體偵測系統，其中該第一反射元件包含一第一反射面及一第二反射面，該第一反射面及該第二反射面大致上以一直角相交且朝向該指示空間，該指示平面定義一延伸平面，該第一反射面定義一第一延伸平面，該第二反射面定義一第二延伸平 面，該第一延伸平面與該第二延伸平面各與該延伸平面大致上以一45度角相交。
16. 如申請專利範圍第15項所述之物體偵測系統，其中該第一反射元件為一稜鏡。
17. 如申請專利範圍第13項所述之物體偵測系統，其中該線光源被設置於該第一反射元件之一背側，該第一反射元件為一半穿透半反射鏡體，使該線光源所發射之光線可由該第一反射元件之該背側朝向該指示空間穿透該第一反射元件，並使該指示空間內之該光線於行進至該第一反射元件時被反射。
18. 如申請專利範圍第13項所述之物體偵測系統，其中該線光源設置於該第一邊緣、該第二邊緣、該第三邊緣及該第四邊緣。
19. 如申請專利範圍第13項所述之物體偵測系統，其中該物體資訊包含該目標位置相對於該指示平面之一相對位置，該資料處理模組根據該第一影像中之該物體於該第二邊緣及/或該第三邊緣上決定一第一物體點，根據該第一反射影像中之該物體於該第二邊緣上決定一第一反射物體點，根據該第一攝像點及該第一物體點之連線關係決定一第一直進路徑，根據該第一攝像點及該第一反射物體點之連線關係以及該第一反射元件決定一第一反射路徑，並根據該第一直進路徑及該第一反射路徑之一交會點以決定該相對位置。
20. 如申請專利範圍第13項所述之物體偵測系統，其中該物體資訊包含該物體投射於該指示平面之一物體形狀及/或一物體面積，該資料處理模組根據該第一影像中之該物體於該第二邊緣及/或該第三邊緣上決定一第一物體點及一第二物體點，根據該第一反射影像中之該物體於該第二邊緣上決定一第一反射物體點及一第二反射物體點，根據該第一攝像點分別與該第一物體點及該第二物體點之連線關係決定一第一直進平面路徑，根據該第一攝像點分別與該第一反射物體點及該第二反射物體點之連線關係以及該第一反射元件決定一第一反射平面路徑，並根據該第一直進平面路徑及該第一反射平面路徑之一交會區域之形狀及/或面積以決定該物體形狀及/或該物體面積。
21. 如申請專利範圍第20項所述之物體偵測系統，其中該物體資訊包含該物體位於該指示空間內之一物體立體形狀及/或一物體體積，該資料處理模組分別將該第一影像及該第一反射影像區分為複數之第一子影像及複數之第一反射子影像，根據該複數第一子影像及該複數第一反射子影像決定複數之該物體形狀及/或複數之該物體面積，並將該複數物體形狀及/或該複數物體面積沿該指示平面之一法線方向依序堆疊以決定該物體立體形狀及/或該物體體積。
22. 如申請專利範圍第13項所述之物體偵測系統，其中該物體資訊包含該物體位於該指示空間內之一物體立體形狀及/或一物體體積，該資料處理模組根據該第一影像中之 該物體於該第二邊緣及/或該第三邊緣上之該周邊構件上決定至少三個物體點，根據該第一反射影像中之該物體於該第二邊緣上之該周邊構件上決定至少三個反射物體點，根據該第一攝像點分別與該至少三個物體點之連線關係決定一第一直進立體路徑，根據該第一攝像點分別與該至少三個反射物體點之連線關係以及該第一反射元件決定一第一反射立體路徑，並根據該第一直進立體路徑及該第一反射立體路徑之一交會空間之立體形狀及/或體積以決定該物體立體形狀及/或該物體體積。
23. 如申請專利範圍第13項所述之物體偵測系統，更包含一第二攝像單元，電連接該資料處理模組且設置於該第二隅角周邊，該第二攝像單元擷取該指示空間呈現於該第一邊緣及該第二邊緣上之該周邊構件之一第二影像以及藉由該第一反射元件擷取該指示空間呈現於該第一邊緣及該第四邊緣上之該周邊構件之一第二反射影像，其中該資料處理模組處理該第一影像、該第一反射影像、該第二影像及該第二反射影像至少其中二者以決定該物體資訊。