TWI781109B - 立體三角測量的系統和方法 - Google Patents

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傑拉德德克 史密斯
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Abstract

一種偵測物體的系統包括：實質上準直的掃描光源，被 配置成輸出源光；第一相機，被配置成接收第一反射光，所述第一反射光是自所述物體反射至所述第一相機的所述源光；第二相機，被配置成接收第二反射光，所述第二反射光是自所述物體反射至所述第二相機的所述源光，且所述第二相機在空間上與所述第一相機分開；以及一或多個處理器，被配置成：控制所述掃描光源、所述第一相機及所述第二相機；以及處理所述第一反射光及所述第二反射光以偵測所述物體。

Description

立體三角測量的系統和方法 [相關申請案]
本申請案主張於2016年8月2日提出申請的美國臨時申請案第62/369,879號的優先權，所述美國臨時申請案的揭露內容全文併入本案供參考。
本發明是有關於距離量測，且更具體而言是有關於立體三角測量。
各種努力仍在被付出，用來達成用於量測距離及進行三維成像(3-D imaging)的立體視覺系統，然而該些努力是耗時的且可能需要昂貴的裝置。
藉由對比該種系統與在本申請案其餘部分中參照圖式所述的本發明的一些態樣，對於熟習此項技術者而言，傳統及慣用方式的各種局限性及缺點將變得顯而易見。
提供實質上如結合圖式中的至少一者所示及闡述的一種立體三角測量的系統及/或方法。
藉由閱讀以下說明及圖式，將更全面地理解本發明的各種優點、態樣及新穎特徵、以及本發明的所說明實施例的細節。
100、200:平台
110、112、232:相機
120、234、300:掃描器
121:水平行進
130:物體
150:機動平台
210:處理器
220:記憶體
222:揮發性記憶體
224:非揮發性記憶體
226:大量儲存器
230:感測器
402:影像資料
404:讀出
藉由結合附圖閱讀以下詳細說明，本發明的以上及其他目標、特徵及優點將變得更加顯而易見，在附圖中：圖1A是根據本發明實施例的立體三角測量的圖解。
圖1B是根據本發明實施例的位於機動平台上的立體三角測量系統的圖解。
圖2是根據本發明實施例的位於機動平台中的立體三角測量系統的高階方塊圖。
圖3是根據本發明實施例的用於立體三角測量中的紅綠藍(red-green-blue，RGB)掃描器的圖解。
圖4A是全域曝光相機(global exposure camera)的處理排程的曲線圖。
圖4B是根據本發明實施例的滾動快門相機(rolling shutter camera)的處理排程的曲線圖。
本發明實施例不應被視為僅限於本文所述的說明。確切而言，提供該些實施例作為實例，以使此揭露內容將透徹及完整並將向此項技術中具有通常知識者充分傳達本發明實施例的概念。隨附申請專利範圍說明本發明實施例中的一些實施例。
在本說明書通篇中，相同的參考編號指代相同的組件。 本文使用的包括描述性用語或技術用語在內的所有用語均應被視為具有對此項技術中具有通常知識者而言顯而易見的含義。當用語因語言的演進、先例情形、或新技術的出現而具有模糊不清的含義時，本揭露內容中所用的用語的含義應首先藉由用語在本揭露內容中的使用及/或定義來闡明。應如此項技術中具有通常知識者在本揭露內容公開之時所應理解的那樣來闡明所述用語。
當零件「包含(includes)」或「包括(comprises)」組件時，除非存在與其相反的特別說明，否則所述零件可更包括其他組件。本發明的實施例中的用語「單元」意指實行具體功能的軟體部件或硬體部件。所述硬體部件可包括例如現場可程式化閘陣列(field-programmable gate array，FPGA)或應用專用積體電路(application-specific integrated circuit，ASIC)。
軟體或軟體部件可指代可定址儲存媒體中的可執行碼及/或由所述可執行碼使用的資料。因此，軟體可為例如目標導向軟體部件(object-oriented software component)、類別部件及任務部件，且可包括進程、函數、屬性、程序、次常式、程式碼的區段、驅動器、韌體、應用程式、微碼/電路、資料、資料庫、資料結構、表格、陣列或變數。
由「單元」提供的功能可被劃分成額外的部件及「單元」。
現在將詳細參考實施例，該些實施例的實例在附圖中加以說明。就此而言，本發明實施例可具有不同形式且不應被視為僅限於本文所述的說明。
在以下說明中，未對眾所習知的功能或構造進行詳細闡述，以免因不必要的細節而使所述實施例模糊不清。
圖1A是根據本發明實施例的立體三角測量的圖解。參照圖1A，示出具有相機110及112、提供用於對物體進行曝光的源光(source light)的掃描器的平台100、以及被記錄的物體130。相機110及112可為任意類型的適合的相機，包括例如互補金屬氧化物半導體(complementary metal oxide semiconductor，CMOS)相機。掃描器120可為可在光柵方法(raster method)中對區域進行照明的任意類型的適合的光源，例如(舉例而言，以一系列水平行的形式輸出雷射照明的具有掃描微機電系統(micro electromechanical system，MEMS)技術的光掃描器)。因此，在實施例中，掃描器120可每一訊框輸出1080個水平行。在本發明的各種實施例中，掃描器120可提供可使所發射光的散射(dispersion)最小化的實質上準直的光。本發明的各種實施例可具有作為所發射光的點光源(point source)的掃描器120。
多種實施例可出於具體目的來提供不同的水平及/或垂直解析度。舉例而言，一些實施例可具有1080行畫素，每一行具有1920個畫素。為易於在本發明中進行各種說明，將假定每一訊框具有1080行且每一行具有1920個畫素，應充分理解，此並非將本發明的範圍限制為每一訊框具有任意特定數目的行或每一行具有任意特定數目的畫素。
另外，由於相機110及112與掃描器120之間的距離是 已知的，因此可將來自每一相機的對應畫素進行匹配以提供相對於每一相機的距離資訊，且因此可達成三維影像。另外，對於掃描器120與相機110及112的配置，可存在3個可能的單獨三角測量。第一個三角形是以相機110、掃描器120、及物體130作為頂點組成。第二個三角形是以相機112、掃描器120、及物體130作為頂點組成。第三個三角形包括相機110、相機112、及物體130來作為頂點。自所述三角形中的一或多者接收的資訊可被處理成使各種類型的影像產生最佳化。
一般而言，對於包括三維成像在內的成像，可使用結構光序列(structured light sequence)例如(舉例而言)德布魯因序列(de Bruijn sequence)來使影像拍攝最佳化。然而，本發明的各種實施例並非僅限於使用結構光序列。此外，本發明的各種實施例可容許掃描器120改變自身的輸出強度。此可為例如容許相機110及112自遠處拍攝影像。
各種實施例亦可控制掃描器120的水平行進(horizontal travel)121。舉例而言，為使掃描得到更多細節，掃描器120可被控制成在相同時間量內進行較正常掃描短的水平行進121。此可容許對較小影像區域進行更多照明以得到更多細節。在其他情形中，掃描器120可被控制成在相同時間量內進行較正常掃描長的水平行進121。此可容許以可能較少的細節覆蓋較大的影像區域。掃描器120的所掃描水平行的數目亦可被控制。
另外，掃描器120的所掃描水平位置及所掃描垂直位置 亦可被控制。舉例而言，所掃描水平位置可指示水平開始位置及水平結束位置以得到物體或環境的特定區域的更多細節。相似地，對於所掃描垂直位置，可存在對開始行及結束行的指示。藉由此方式，所掃描區域的範圍縮小，且因此提供縮放效果(zoom effect)。掃描器120的進一步控制亦可包括對以下的控制：光束輸出的強度；在正常時間量內掃描減小的區域、還是以正常掃描速度但因「訊框」變小而有效地每一秒掃描更多訊框。
藉由此方式，本發明的各種實施例可容許規定水平掃掠的開始及水平掃掠範圍。相似地，亦可規定垂直掃掠的開始及垂直掃掠範圍。
相機110及112亦可被控制成藉由曝光一些行(排)的畫素來讀出特定水平行以與掃描器120進行同步，掃描器120可掃描與相機110或112中的畫素的排數不同的行數。一些實施例亦可容許相機110或112規定欲自排讀取的開始畫素及結束畫素以進一步與掃描器120進行同步。此可容許自訊框的所需部分讀出畫素並對所述畫素進行處理。
此外，一些實施例可容許相機被控制成旋轉一定的量。此可例如容許每一各別的相機110及112拍攝不同區域的影像。因此，相機110及112可被控制成提供物體130的影像，其影像可為三維影像，或者每一相機110及112可提供重疊區域或非重疊區域的影像。因此，相機110及112可被配置成提供位於相機110前方的所述區域的左側的各別影像與位於相機112前方的所述 區域的右側的各別影像。此外，在相機110及112中的一者被禁用、或者相機110及112中的一者的處理電路系統/軟體被禁用的情形中，可使用相機110及112中的另一者來提供前方的被掃描器120照亮的區域的單幅影像。在一些情形中，其餘相機110或112可在水平方向及/或垂直方向上旋轉以產生更寬的視場(field of view)。
本發明的各種實施例亦可容許掃描器120被控制成進行旋轉。舉例而言，此可為向可被旋轉的相機110及/或112提供更佳的光圖案。掃描器120的旋轉可使用能控制掃描器120及/或掃描器120的各別零件的任意適合的技術。所發射光的行進方向亦可被控制成處於掃描器120內或處於掃描器120外部。行進方向可使用例如光學透鏡來控制。
儘管圖1A示出掃描器處於相機110與112之間的中間地點，然而本發明無需限定於此。舉例而言，掃描器120可朝相機110或112中的一者歪斜，或者掃描器120可定位於兩個相機110及112右側或定位於兩個相機110及112左側。
另外，相機110及112與掃描器120可使用光譜的不同部份，例如可見光、紅外光等。儘管相機110與112可為相同類型，然而本發明的各種實施例無需限定於此。舉例而言，相機110可對紅綠藍光譜敏感，而相機112可對紅外光譜敏感。可使用的其他類型的相機可對例如可見光及紅外光敏感。因此，本發明不將實施例中所使用的相機限制為任何特定的電磁場光譜 (electro-magnetic field spectrum)。除軟體縮放能力及有效縮放能力外，每一相機110及112亦可具有用於指定掃描器120的水平/垂直掃描範圍以及相機110及112的相似接收畫素範圍的光學縮放能力。
此外，儘管掃描器120被闡述為提供彼此水平且平行的光柵輸出線(raster output line)，然而本發明的多種實施例可容許將掃描器120控制成容許提供不同的光圖案。因此，光可以不包括平行的水平線的圖案輸出。可使用的各種圖案，例如(舉例而言)平行的對角線、以不同角度輸出的各種線等。亦可自右側開始來輸出平行線，或者所述平行線是垂直的。因此，掃描器120可能夠被控制成輸出光線，其中所述線未必開始於左側，或者所述線不是平行的水平線。
本發明的多種實施例可使掃描器120以及相機110及112處於對極平面(epipolar plane)上。
圖1B是根據本發明實施例的位於機動平台上的立體三角測量系統的圖解。參照圖1B，示出機動平台150，機動平台150可為圖1所示平台100。因此，機動平台150具有相機110及112以及掃描器120。如上所述，即便相機110及112中的一者被禁用，機動平台150仍可觀察到前方的環境。
另外，亦如上所述，相機110及112在大體上放棄對前方進行三維成像下，而可能分別使用相機110及112觀察更多的右前方區域及左前方區域來在一定程度上彌補另一感測器的可能 失敗的功能。此可能需要調整掃描器120的掃描區域且可能需要調整相機110及/或112的角度。一些實施例可被配置成甚至在此情境中亦在機動平台150的前中部(center front)附近提供有限的三維成像。
各種實施例亦可在前燈(headlight)中具有掃描器120，且經掃描的光可以如下方式被前燈輸出：所述方式使得由前燈所發射的總光量不超過可能會對前燈加以管控的任何當地規範。舉例而言，意欲在美國使用的裝置應遵循美國規範，意欲在歐盟使用的裝置應遵循歐盟規範，意欲在中國使用的裝置應遵循中國規範，以此類推。無論掃描器120位於前燈中還是車的某些其他零件中，針對特定頻帶(可見的、紅外的等)而發射的總光量均可被控制成滿足管控該些頻帶的各種規範。
因此，相機110及112對由頭燈中的掃描器120輸出的經掃描的光的波長可較對意欲照亮前面的路的光的波長更敏感。來自前燈中的掃描器120的光亦可如之前所述結構化(圖案化)或不進行結構化。另外，在兩個前燈中或在更多燈中可存在掃描器120，且每一掃描器120可提供非結構光(non-structured light)或提供結構光(structured light)。因此，相機可具有利用來自一個相機的結構光或來自多個相機的結構光的能力。
掃描器120亦可被微調成投射可達成對水平細節的更佳辨別的結構光，且另一掃描器120可被微調成投射可達成對垂直細節的更佳辨別的結構光。掃描器120亦可被控制成開起/關閉所 發射光的結構化，以及提供用於水平辨別或垂直辨別的結構光。一個實施例可包括提供用於垂直辨別的結構光的一個掃描器120及提供用於水平辨別的結構光的另一掃描器120。一或多個相機可接著與所述一或多個掃描器進行同步以接收無論是結構化的光還是未結構化的光。
儘管參照機動平台闡述了前燈中的掃描器，然而本發明的各種實施例可將前燈實施例中的掃描器用於任意交通工具(陸上的、空中的、水上的、太空的等)中，且亦可將所述掃描器與其他類型的燈(例如，與人身上的接收相機同步的閃光燈)一起使用。如此項技術中具有通常知識者所可看出，本發明的實施例可用於任意數目的不同情景。
圖2是根據本發明實施例的位於機動平台中的立體三角測量系統的高階方塊圖。參照圖2，示出平台200，平台200可相似於平台100或機動平台150。平台200包括處理器210、記憶體220、及感測器230。處理器210可為能夠執行指令的任意類型的處理器中的一或多者。記憶體220可包括揮發性記憶體222、非揮發性記憶體224、及/或大量儲存器(mass storage)226。大量儲存器226可包括例如磁性硬驅動機(magnetic hard drive)、光學媒體(optical media)、快閃記憶體(FLASH memory)等。記憶體220中可儲存資料及可執行指令。感測器230可包括相機232及掃描器234、以及可由平台200使用的其他感測器。舉例而言，若平台200是機動平台，則其他感測器可包括雷達、雷射雷達(lidar)、 聲納(sonar)等。
處理器210可為獨立於感測器230存在的處理器，或為與其他零件積體於一起的處理器。舉例而言，處理器210可與在邏輯上包括相機232及掃描器234的視覺模組積體於一起，或者處理器210是在邏輯上作為感測器230的一部份且因此可控制感測器230並處理往來於感測器230的資料的處理器。處理器210可為獨立的處理器，所述獨立的處理器與包括可作為感測器230的一部份的處理器在內的一或多個處理器相結合地工作，或獨立地處理來自感測器230的資料及/或控制各種感測器230。
處理器210可控制如上所述的相機232與掃描器234一起運作，例如形成三維影像或補償一或多個其他感測器的損失。處理器210亦可控制相機232及掃描器234在不同距離、以不同解析度、在不同所覆蓋影像區域、及/或以特寫進行成像。儘管處理器210可為亦處理自相機232接收的資訊的單個處理器，然而本發明的各種實施例可具有多個處理器210，其中一或多個處理器210可處理來自相機232的資訊。
圖3是根據本發明實施例的用於立體三角測量中的紅綠藍掃描器的圖解。參照圖3，示出掃描器300，掃描器300被配置成輸出紅、綠、及藍(RGB)三種不同照明光。儘管一般使用紅綠藍且因此有成本效益，然而亦可在不同的實施例中使用其他顏色。使用輸出紅綠藍光的掃描器300，例如(舉例而言，相機110及112)等接收相機能夠生成全彩影像以例如顯示給機動平台150 中的駕駛員及/或乘客。
使用兩個相機110及112亦會在總體上提供更高的精確度且可能較單個相機而言提供更真實的色彩，乃因來自所述兩個相機的資料相對接近彼此。舉例而言，在單個相機的情形中，所投射的光序列被與在所述單個相機上接收的光序列進行對比。所接收光序列強度是物體的距離的函數及物體的反射率(reflectivity)的函數。因此，所接收光強度可能與所投射光強度非常不同，使得對比不夠健壯。然而，在兩個相機的情形中，對比的是具有相似強度的序列，此對比更健壯。此外，由一個相機所接收的一些光可能會因遮蔽(occlusion)或其他效應而對深度、細節、及/或顏色精確度/強度的確定造成不利影響，但去往第二相機的光則不會受到太大的影響(若有的話)或相同程度的影響。因此，可處理單獨的幾組資料並將所述幾組資料進行關聯以形成較僅使用一個相機的情形更精確的影像。
本發明不對可與單個掃描器一起使用的相機的數目、相機對掃描器的比率、或可用於給定平台上的掃描器/相機構造的數目加以限制。掃描器/相機構造可獨立地使用或用於處理環境中的相似物體或區域。舉例而言，可使用一或多個掃描器/相機構造來產生360度(或小於360度)三維輸出。在一些情形中，所述輸出可為二維的(2-D)。
儘管掃描器300以及相機110及112被闡述為使用三種顏色，然而各種實施例可使用多於三種顏色，且所使用的顏色可 包括多種不同的顏色(包括紅色、綠色、及/或藍色，或者不包括紅色、綠色、及藍色)。
圖4A是全域曝光相機的處理排程的曲線圖。參照圖4A，示出在豎軸上表示畫素排且在橫軸上表示用於拍攝及處理所述畫素排的時間的曲線圖。如可看出，影像資料402的整個訊框是在對資料實行任一次處理之前拍攝。由於所有畫素在同一時間量T內接收光，因此入射光的曝光可較單排畫素在較短的時間期間T’內接收入射光的情形多。另外，在經過時間期間T之前，對所接收畫素的處理無法開始，進而使得因畫素的延遲的讀出404而造成較長的潛時(latency)。若曝光時間被限制為每一訊框1毫秒(mS)，則周圍光(ambient light)可以50赫茲(Hz)的訊框速率減小為20的因數。
圖4B是根據本發明實施例的滾動快門相機的處理排程的曲線圖。參照圖4B，示出在豎軸上表示畫素排且在橫軸上表示用於拍攝及處理所述畫素排的時間的曲線圖。使用滾動快門相機過程，每次僅會拍攝一行影像資料。由於拍攝單行影像資料的時間量T’短於拍攝整個訊框的影像資料所需的時間，因此可較圖4中所示讀出用於完整訊框曝光(full-frame exposure)的影像資料的情形更早地讀出被曝光的行的影像資料。由於在影像資料被讀出及處理的同時下一行可被曝光，因此滾動快門相機過程可使得更迅速地處理影像資料。另外，若曝光時間被限制為每行20微秒，則周圍光會以50赫茲的訊框速率減小為1000的因數，進而使得 拍攝出雜訊少得多的影像。此使得相較於圖4A中所述全域曝光相機而言，周圍光減小為50的因數。
此容許例如藉由相機110及112來達成較高的訊框速率及良好的弱光效能。此外，藉由使用相機110及112的滾動快門方法對來自例如掃描器120的掃描光進行對準及同步，進行影像處理(包括進行三維成像)所需關聯的資料將少得多。所述排被一排排地讀出，且三維資料可利用三角測量、每次一排地產生或每次以有限數目的排來產生。此簡化了對來自相機110及112的資料的處理，乃因當例如每次曝光一排畫素時僅需處置少量畫素，其中所處理的畫素是被每次一排地處理。
滾動快門相機過程可使用例如由掃描器120進行的顏色編碼來促進畫素處理。
此外，使用例如可輸出紅綠藍雷射光的掃描器120以及能夠偵測紅綠藍光的相機110及112使得不再需要對二維感測器與三維感測器進行感測器融合(sensor fusion)，此同樣簡化了資料衝突的複雜過程及潛在來源。
儘管以上說明提及每次一排地處理畫素的滾動快門相機過程，然而本發明的各種實施例無需限定於此。舉例而言，可每次曝光少量畫素。所曝光的畫素數目可少至例如每次一個畫素。因此，可看出，當一個畫素一個畫素地處理影像時，輸入至畫素的周圍光可減少得更多。可存在控制被曝光的畫素的各種方法，包括例如控制每一畫素或畫素群組在適宜時接收光。掃描器120、 234、300亦可根據發射至物體的光束(或光子)的緊密度(tightness)來控制。舉例而言，光束越緊密，則物體的反射所述光束的區域越小。在給定時間內曝光的畫素的數目可相依於各種參數，例如(舉例而言，周圍光、各別光偵測器的敏感度(畫素)、用於處理畫素資訊的處理器、由掃描器所輸出的光)等。
然而，若對來自所述兩個相機的減小數目的畫素的資訊進行關聯變得更困難，則可週期性地或視需要來增加畫素的數目以與自不同相機接收的資訊進行同步。
當每次一個地處理畫素時，可將所述畫素視作立體畫素(voxel)，其中時間編碼可給予每一立體畫素在第三維度的深度。由於對每一立體畫素進行時間編碼使得可能不涉及譯碼(encoding)或解碼(decoding)，因此所述處理可得到簡化。因此，因處理而造成的潛時可得到緩解。
因此，可看出，本發明的一個實施例是有關於亦可用於對環境進行三維映射的立體三角測量的方法和系統，所述方法和系統包括滾動曝光紅綠藍相機，其中在每一排的曝光時間結束之後自此排讀取紅綠藍排資料同時將下一排曝光，且在讀取紅綠藍排資料之後處理所述紅綠藍排資料。如上所述，在給定時間內曝光的畫素的數目可小於一排。因此，可看出，滾動曝光(或滾動快門)過程在所使用相機的數目(無論使用一個、兩個還是更多個相機)方面提供顯著優點。
使用掃描器將大幅減少用於由相機所接收的影像的處理 費用的量，且使用滾動曝光方法將因能夠一行行地讀出三角測量資料而達成極低的潛時。當每次一個地讀出畫素(或每次幾個畫素)且將每一畫素以時間編碼方式編碼成立體畫素時，處理潛時可顯著減少或消除。因此，若未使用掃描器及/或滾動曝光，則可使用所需處理的一部分來生成三維影像。
儘管已針對本發明的功能性用途闡述了各種實施例，然而應理解，所述用途並不僅限於所揭露實例。另外，儘管滾動曝光相機被闡述為每次對單個排進行曝光，然而各種實施例可每次對多於一個排進行曝光。舉例而言，可每次對二或更多個排進行曝光，或可每次對行中的畫素的子集進行曝光，其中所述子集可視各種設計及/或環境條件而定由僅一個畫素或多於一個畫素組成。
另外，儘管目前為止本揭露內容已闡述一種與一或多個相機一起使用的掃描器，然而其他實施例可將掃描器/相機系統與例如其他裝置(例如，雷達、雷射雷達、聲納等)一起使用。因此，各種實施例可使一或多個發射器中的每一者投射既可為結構化序列(structured sequenee)亦可不為結構化序列的訊號，可使一或多個接收器接收所述訊號，且可使一或多個處理器處理所接收訊號。在一些情形中，發射器與接收器可為單獨的裝置。在其他情形中，發射器與接收器可為同一裝置的一部份，例如(舉例而言，發射訊號及接收此訊號的反射的雷達天線)。
該些各種實施例可被任意平台用來察覺其周邊環境。因 此，任意交通工具(無論是處於本地或遠端駕駛員/操作者的完全控制下的、半自動的、還是全自動的)均可利用本文所述各種實施例中的任一者。所述交通工具可為例如汽車、船、飛機、太空船、基於空、陸及/或水的無人機、機器人等，且包括機器人真空吸塵器、機器人割草機等。
此外，任意靜止平台亦可利用各種實施例。舉例而言，燈塔可利用各種實施例中的一或多者來跟蹤及控制交通(可能跟蹤及控制空中交通、陸上交通、及/或水上交通)並提供信標(beacon)(光、電子、聲音等)以向船隻或其他類型的交通工具警示危險。另外，空中交通控制系統及/或交通控制系統亦可使用本發明的各種實施例。
另外，本發明的各種實施例亦可用於其他目的。舉例而言，實施例可用於偵測周邊物體(作為競賽顯示的一部份而插入的競賽參加者等)的競賽，或者被穿戴包含本發明的各種實施例的裝置的個人使用。使用者穿戴的裝置的實例可為例如增強實境頭戴耳機(augmented reality headset)、虛擬實境頭戴耳機(virtual reality headset)等。本發明的各種實施例亦可用於引導視障人士。就此而言，非視障人士亦可穿戴包含本發明的實施例的裝置以在非視障人士處於移動狀態(走路/慢跑/跑步、騎單車、滑輪滑、騎賽格威(Segway)等)或靜止狀態的同時未留意所處環境時向非視障人士警示障礙物、危險等。因此，可看出，本發明的各種實施例可用於各種類型的交通工具、使用者穿戴的裝置(頭戴耳機、 護目鏡等)、及需要偵測物體及/或對區域繪製地圖的各種裝置。本發明不將各種實施例約束為任何特定用途。
因此，可看出，本發明的各種實施例可用於諸多應用中以感測周邊區域、分析所感測訊號、及視需要產生響應。所述響應可為例如採取規避機動(evasive maneuver)、將所感測的/所分析的/所響應的資訊通知給其他平台/裝置/人、以及自他人接收相似資訊。因此，相較於可由單個平台藉由與至少一個其他平台共享資訊而達成的效果而言，感測/分析/響應方案所覆蓋的有效區域可大幅增多。各種資訊可被直接共享或者藉由第三方平台或網際網路/雲來共享。因此，可隨時間來跟蹤各種物體(移動的及靜止的)、路況、路上、空中及/或水上的交通，並可視需要作出正確響應。
本發明的實施例可為一種偵測物體的系統，所述系統包括實質上準直的掃描光源、第一相機、第二相機、以及一或多個處理器。實質上準直的掃描光源被配置成輸出源光。第一相機可被配置成接收第一反射光，其中所述第一反射光是自物體反射至所述第一相機的源光。第二相機可被配置成接收第二反射光，其中所述第二反射光是自物體反射至所述第二相機的源光，且所述第二相機在空間上與第一相機分開。所述一或多個處理器可被配置成：控制準直的掃描光源、第一相機及第二相機；以及處理第一反射光及第二反射光以偵測物體。第一相機、第二相機及準直的掃描光源可被配置成處於對極平面上。
準直的掃描光源可被配置成改變其水平掃略範圍及/或垂直掃略範圍。第一相機及/或第二相機可能夠在水平方向及/或垂直方向上旋轉。準直的掃描光源可被配置成改變源光的強度。準直的掃描光源可輸出源光作為光柵輸出。
本發明的另一實施例可為一種偵測物體的方法，所述方法包括：由實質性準直的掃描光源輸出源光；由第一相機接收第一反射光，其中所述第一反射光是自物體反射至所述第一相機的源光；以及由第二相機接收第二反射光，其中所述第二反射光是自物體反射至所述第二相機的源光，且所述第二相機在空間上與第一相機分開。至少一個處理器可控制準直的掃描光源、第一相機、及第二相機，以及處理第一反射光及第二反射光中的一或二者，以偵測物體。第一相機、第二相機及準直的掃描光源處於對極平面上。可在水平方向及垂直方向上改變準直的掃描光源掃掠範圍，且亦可改變所述準直的掃描光源的源光的強度。
第一相機及第二相機可分別藉由滾動快門相機過程接收第一反射光及第二反射光。至少一個處理器可每次處理來自第一相機及/或第二相機的一排畫素或每次處理來自所述第一相機及/或所述第二相機的一排畫素的一部分(包括單個畫素)。當畫素是以每次單個畫素的方式被處理時，可對每一畫素進行時間編碼。可使用以物體、第一相機、及第二相機作為頂點的三角形來對所述物體進行三角測量。
本發明的另一實施例可為一種偵測物體的系統，所述系 統包括實質上準直的掃描光源，所述實質上準直的掃描光源被配置成輸出源光，其中所述源光包括紅、綠及藍三種分立的光。第一相機可被配置成藉由滾動快門相機過程接收第一反射光，其中所述第一反射光是自物體反射至所述第一相機的源光。第二相機被配置成藉由滾動快門相機過程接收第二反射光，其中所述第二反射光是自物體反射至所述第二相機的源光，且所述第二相機在空間上與第一相機分開。至少一個處理器可被配置成控制準直的掃描光源、第一相機、及第二相機，以及處理第一反射光及第二反射光，以偵測物體。
第一相機、第二相機及準直的掃描光源可處於對極平面上。第一相機及/或第二相機可分別藉由滾動快門相機過程接收第一反射光及第二反射光。至少一個處理器可被配置成每次處理來自第一相機及第二相機中的相應一或二者的一排畫素或一排畫素的一部分(包括一個畫素)。當每次處理一個畫素時，可對每一畫素進行時間編碼。至少一個處理器可使用物體、第一相機、及第二相機作為三角形的頂點來對所述物體進行三角測量。
第一相機及/或第二相機可被配置成分別藉由滾動快門相機過程接收第一發射光及第二發射光。至少一個處理器可被配置成每次處理來自第一相機及/或第二相機的一排畫素或每次處理來自所述第一相機及/或所述第二相機的一排畫素的一部分(包括單個畫素)。當每次處理單個畫素時，可對每一畫素進行時間編碼。
可使用以物體、第一相機、及第二相機作為頂點的三角 形來對所述物體進行三角測量。
本發明的各種實施例的各個部份可被編寫成電腦程式，且可被實作成使用非暫時性電腦可讀取記錄媒體來執行程式的處理器。
非暫時性電腦可讀取記錄媒體可包括例如磁性儲存媒體(例如，唯讀記憶體(read only memory，ROM)、軟碟、及硬碟等)、光學記錄媒體(例如，光碟唯讀記憶體(Compact Disc-ROM，CD-ROM)或數位多功能光碟(digital versatile disc，DVD))、快閃驅動機(FLASH drive)等。
儘管已參照圖對本發明的各種實施例進行了闡述，然而此項技術中具有通常知識者將理解，在不背離由以下申請專利範圍界定的本揭露的精神及範圍的條件下，可對其作出形式及細節上的各種改變。因此，以上實施例及以上實施例的所有態樣僅為實例且並非限制性的。
100:平台
110、112:相機
120:掃描器
121:水平行進
130:物體

Claims (23)

  1. 一種偵測物體的系統，包括：實質上準直的掃描光源，被配置成輸出源光；第一相機，被配置成接收第一反射光，其中所述第一反射光是自所述物體反射至所述第一相機的所述源光，所述第一反射光具有第一強度，所述第一強度是相對於所述第一相機的所述物體的距離和反射率的函數；第二相機，被配置成接收第二反射光，其中所述第二反射光是自所述物體反射至所述第二相機的所述源光，且所述第二相機在空間上與所述第一相機分開，所述第二反射光具有第二強度，所述第二強度是相對於所述第二相機的所述物體的距離和反射率的函數；以及一或多個處理器，被配置成：控制所述掃描光源、所述第一相機及所述第二相機；以及至少部分地藉由對所述第一強度及所述第二強度進行對比而同時處理所述第一反射光及所述第二反射光二者以偵測所述物體並確定以下各項中的一者或多者：至所述物體的距離、所述物體的顏色強度以及所述物體的顏色精確度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的偵測物體的系統，其中所述第一相機、所述第二相機及所述掃描光源處於對極平面上。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的偵測物體的系統，其中所述掃描光源被配置成在水平方向及垂直方向中的一或兩個方向上 改變其掃掠範圍。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的偵測物體的系統，其中所述第一相機及所述第二相機中的一或二者能夠在水平方向及垂直方向中的一或兩個方向上旋轉。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的偵測物體的系統，其中所述掃描光源被配置成改變所述源光的強度。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的偵測物體的系統，其中所述第一相機及所述第二相機中的一或二者被配置成分別藉由滾動快門相機過程接收所述第一反射光及所述第二反射光。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的偵測物體的系統，其中所述一或多個處理器中的至少一者被配置成每次處理一排畫素。
  8. 如申請專利範圍第6項所述的偵測物體的系統，其中所述一或多個處理器中的至少一者被配置成每次處理一排畫素的一部分。
  9. 如申請專利範圍第6項所述的偵測物體的系統，其中所述一或多個處理器中的至少一者被配置成每次一個畫素地處理由所述第一反射光及所述第二反射光中的一或二者產生的畫素。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的偵測物體的系統，其中由所述第一反射光及所述第二反射光中的一或二者產生的所述畫素中的每一者經過時間編碼。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的偵測物體的系統，其中所述處理器被配置成使用所述物體、所述第一相機、及所述第二相 機作為三角形的頂點來實行所述物體的三角測量。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的偵測物體的系統，其中所述掃描光源被配置成輸出所述源光作為光柵輸出。
  13. 一種偵測物體的方法，包括：由實質性準直的掃描光源輸出源光；由第一相機接收第一反射光，其中所述第一反射光是自所述物體反射至所述第一相機的所述源光，所述第一反射光具有第一強度，所述第一強度是相對於所述第一相機的所述物體的距離和反射率的函數；由第二相機接收第二反射光，其中所述第二反射光是自所述物體反射至所述第二相機的所述源光，且所述第二相機在空間上與所述第一相機分開，所述第二反射光具有第二強度，所述第二強度是相對於所述第二相機的所述物體的距離和反射率的函數；由一或多個處理器控制所述掃描光源、所述第一相機、及所述第二相機；以及至少部分地藉由對所述第一強度及所述第二強度進行對比而同時處理所述第一反射光及所述第二反射光中二者，以偵測所述物體並確定以下各項中的一者或多者：至所述物體的距離、所述物體的顏色強度以及所述物體的顏色精確度。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的偵測物體的方法，其中所述第一相機、所述第二相機及所述掃描光源處於對極平面上。
  15. 如申請專利範圍第13項所述的偵測物體的方法，包括 在水平方向及垂直方向中的一或兩個方向上改變所述掃描光源的掃掠範圍。
  16. 如申請專利範圍第13項所述的偵測物體的方法，包括改變所述掃描光源的所述源光的強度。
  17. 如申請專利範圍第13項所述的偵測物體的方法，其中所述第一相機及所述第二相機中的一或二者分別藉由滾動快門相機過程接收所述第一反射光及所述第二反射光。
  18. 如申請專利範圍第17項所述的偵測物體的方法，包括由所述一或多個處理器中的至少一者每次處理來自所述第一相機及所述第二相機中的相應一或二者的一排畫素。
  19. 如申請專利範圍第17項所述的偵測物體的方法，包括由所述一或多個處理器中的至少一者每次處理來自所述第一相機及所述第二相機中的相應一或二者的一排畫素的一部分。
  20. 如申請專利範圍第19項所述的偵測物體的方法，包括當一排畫素的所述一部分是單個畫素時，對所述單個畫素進行時間編碼。
  21. 如申請專利範圍第13項所述的偵測物體的方法，包括所述物體的三角測量，其使用所述物體、所述第一相機、及所述第二相機作為三角形的頂點。
  22. 一種偵測物體的系統，包括：掃描光源，被配置成輸出源光，其中所述掃描光源包含實質上準直的至少兩種分立的光； 第一相機，被配置成藉由滾動快門相機過程接收第一反射光，其中所述第一反射光是自所述物體反射至所述第一相機的所述源光；第二相機，被配置成藉由所述滾動快門相機過程接收第二反射光，其中所述第二反射光是自所述物體反射至所述第二相機的所述源光，且所述第二相機在空間上與所述第一相機分開；以及一或多個處理器，被配置成：控制所述掃描光源、所述第一相機、及所述第二相機；以及每次一排畫素地處理所述第一反射光及所述第二反射光二者，以偵測所述物體並確定以下各項中的一者或多者：至所述物體的距離、所述物體的顏色強度以及所述物體的顏色精確度。
  23. 如申請專利範圍第22項所述的偵測物體的系統，其中所述一或多個處理器中的至少一者被配置成使用所述物體及以下中的二者作為三角形的頂點對所述物體進行三角測量：所述掃描光源、所述第一相機、及所述第二相機。
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