通过绕射光学元件产生激光图案的路径侦测系统及其方法技术方案

本发明专利技术公开了一种通过绕射光学元件产生激光图案的路径侦测系统及其方法，路径侦测系统包含：一激光光源；一绕射光学元件，用以使该激光光源通过该绕射光学元件向该移动装置的前进路径投射一结构光；至少一镜头；及一图像处理单元，根据该至少一镜头所撷取该结构光的影像数据来进行比对及计算；其中该结构光还包含一横向基线及至少一横向计算线；当该移动装置的前进路径中存在立体障碍物时，投射在立体障碍物的各横向计算线会随着各立体障碍物的远近及外部形状而产生变化，则该至少一镜头撷取到各横向计算线的影像也同时产生变化，此时该图像处理单元即能根据各横向计算线的影像变化相对于该横向基线在X、Y轴向的位置及距离来进行比对及计算。

【技术实现步骤摘要】
通过绕射光学元件产生激光图案的路径侦测系统及其方法
本专利技术涉及一种前进路径中障碍物的侦测系统及其方法，尤指一种通过绕射光学元件产生激光图案的路径侦测系统及其方法，其利用绕射光学元件(DOE，DiffractiveOpticalElement)的方法使激光光源投射包含一横向基线及至少一横向计算线的激光图案的结构光，以用于侦测。
技术介绍
本专利技术公开了一前进路径中障碍物的侦测系统及其方法，供安装在一移动装置上使用，其中该移动装置指可向前移动行进的机器人或可行进移动自动机器，如市面上常见的自动行进室内用吸尘器或机器人，但非用以限制本专利技术。在此以现有的自动吸尘器(room/cleanrobot)为例说明，当现有的吸尘器放在一室内使用时，由于没有前进路径中障碍物的侦测系统，故该吸尘器会在前进路径中未遇障碍物时直线前进，遇到障碍物时就随机变换方向以继续行进。虽然另有吸尘器中已设置了超声波侦测系统，但侦测信号不准确，精准度不足，容易产生误判。因此，现有的吸尘器无法有效侦测前进路径中的障碍物并避开，也无法规划前进路径，故工作效率相对降低。此外，虽然一些公开文献已公开了利用结构光(structuredlight)来侦测并定位障碍物的技术，但上述现有技术在实际应用上存在系统架构较复杂及不易微型化等缺点，以致使用效率不高，不利于导入各种移动装置中应用。此外，在利用投影技术构成一虚拟的输入设备如虚拟键盘(virtualkeyboard)的领域中，已存在相当多的现有技术，如美国专利案US6,614,422、US2012/0162077、US2014/0055364等，其公开了一种利用一虚拟输入设备(virtualinputdevice)输入数据的系统及方法，虚拟输入设备例如为虚拟键盘或虚拟鼠标。虽然，上述现有技术已公开了如何侦测并定位一操作件(如使用者手指)按压在一虚拟键盘上某一按键上的技术，但其技术手段与本专利技术的侦测系统及其方法供安装在一移动装置上使用相比，并不相同，故无法直接导入各种移动装置中应用。此外，遥控式用户接口利用一特征物体(控制件)如手势或人体一部位，使其在一X、Y、Z三维空间产生相对位置及动作的变化，以通过遥控方式控制该显示器的各项功能，如美国专利案US7,348,963、US7,433,024、US2008/0240502、US2008/0106746、US2009/0185274、US2009/0096783、US2009/0034649、US2009/0185274、US2009/0183125、US2010/0020078等。虽然，上述现有技术已公开了如何侦测并定位一特征物体(控制件)在一X、Y、Z三维空间产生相对位置及动作的变化，但其技术手段仍不同于本专利技术的侦测系统及其方法，因此，现有的遥控式用户接口的系统架构也无法直接导入各种移动装置中应用。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种通过绕射光学元件产生激光图案的路径侦测系统及其方法，供安装在一移动装置上使用，其包含：一激光光源；一绕射光学元件(DOE)，用以使该激光光源通过该DOE向该移动装置的前进路径或区域投射一结构光；至少一镜头，用以撷取该结构光的反射影像；及一图像处理单元，根据该至少一镜头所撷取该结构光的影像数据来进行比对及计算；其中该结构光还包含一横向基线及至少一横向计算线；其中当该移动装置的前进路径中存在立体障碍物时，投射在立体障碍物的各横向计算线会随着各立体障碍物的远近及外部形状而产生变化，则该至少一镜头所撷取到的各横向计算线的影像也同时会产生变化，此时该图像处理单元即能根据各横向计算线的影像变化相对于该横向基线在X、Y轴向的位置及距离来进行比对及计算，以实时侦测并判断立体障碍物在该前进路径区域中的相对位置及距离，使该移动装置在前进时能避开各障碍物。在本专利技术一实施例中，该激光光源10所发出的激光束包含可见激光或不可见激光，其中该不可见激光包含红外线激光。在本专利技术一实施例中，该侦测系统包含一镜头，其中该镜头设在该激光光源的上方位置或下方位置，且该镜头与该激光光源之间存在一夹角。在本专利技术一实施例中，该横向基线与该至少一横向计算线包含相互平行的直线或弧形线。在本专利技术一实施例中，该移动装置包含可行进移动机器人或可行进移动自动机器，如自动吸尘器(room/cleanrobot)。附图说明图1为本专利技术的路径侦测系统形成一模块(具形体)的立体示意图；图2为本专利技术的路径侦测系统一使用状态的侧视示意图；图3为图2的一上视示意图；图4为本专利技术的路径侦测系统中由镜头所撷取结构光的反射影像示意图。附图标记说明：1-路径侦测系统；2-移动装置；3-前进路径；4-障碍物；4a-障碍物；4b-障碍物；5-平面；10-激光光源；20-绕射光学元件；21-结构光；22-横向基线；23-横向计算线；23a-横向计算线；23b-横向计算线；30-镜头；40-图像处理单元。具体实施方式为使本专利技术更加明确详实，兹列举较佳实施例并配合下列图示，将本专利技术的技术特征详述如后：如图1所示，本专利技术为一通过绕射光学元件产生激光图案的路径侦测系统1，其可设计形成一模块化具形体，如图1所示，即各构件设置在一外壳形成的机体内部，亦可与其他相关装置，如移动装置2配合使用而设置在该移动装置2(如自动吸尘器/cleanrobot)所形成的具形体上，如图2所示，但非用以限制本专利技术。本专利技术提供的路径侦测系统1主要包含：一激光光源10、一绕射光学元件(DOE，DiffractiveOpticalElement)20、至少一镜头30及一图像处理单元(imageprocessingunit)40，图像处理单元40可以为CPU或MCU(microcontrollerunit)，但非用以限制本专利技术。该激光光源10用以向外投射激光束(21)，如图1-图3所示，该激光光源10所发出的激光束包含可见激光或不可见激光，其中以不可见的红外线激光光源(IRlaserlight)为最佳，但非用以限制本专利技术。该绕射光学元件(DOE)20配置在该激光光源10之前，如图1所示，用以使该激光光源10通过该绕射光学元件20向该移动装置2的前进路径(或区域)3投射一结构光(structuredlight)21，如图2、图3所示。该至少一镜头30可只设置一镜头30，如图1所示，但非用以限制本专利技术。该镜头30以一固定角度，即该镜头30与该激光光源10的法线之间存在一夹角，用来撷取该结构光21在投射至该移动装置2的前进路径(区域)3时的反射影像；其中，该镜头30的设置位置与该激光光源10的设置位置之间的高度差H是被预先设定。此外，该镜头30可设在该激光光源10的上方位置或下方位置，在本实施例中，该镜头30设在该激光光源10的上方位置，如图1、图2所示。该图像处理单元(imageprocessingunit)40能根据该至少一镜头30撷取该结构光21的反射影像数据，并依据原设定的功能来进行比对及计算。如图2、图4所示，在本实施例中，通过该绕射光学元件20所产生结构光21的激光图案(laserpattern)包含一横向基线22及至少一横向计算线23，如图2所示，以两条横向计算线23a、23b为例说明，但非用以限制本专利技术。该横向基线22及该本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通过绕射光学元件产生激光图案的路径侦测系统，其安装在一移动装置上，以侦测阻碍在该移动装置的前进路径中的障碍物，其特征在于，其包含：一激光光源，用以向外投射激光束；一绕射光学元件，其配置在该激光光源之前，用以使该激光光源通过该绕射光学元件向该移动装置的前进路径投射一结构光；至少一镜头，其中各镜头以一固定夹角撷取该结构光在投射至该移动装置的前进路径中的反射影像，且各镜头的设置位置与该激光光源的设置位置之间的高度差H是被预先设定；及一图像处理单元，其根据该至少一镜头所撷取该结构光的影像数据进行比对及计算；其中通过该绕射光学元件所产生该结构光的激光图案包含一横向基准线及至少一横向计算线，其中该横向基线及该至少一横向计算线相对于该移动装置的前进方向形成交叉状态，且该横向基线及各横向计算线相对于该移动装置的前进方向具有不同的投射角；其中该横向基线的投射位置最靠近该移动装置，且该横向基线相对于该移动装置的位置及其与该移动装置之间的距离D是被预先设定；其中当该移动装置在该距离D外的前进路径中存在至少一障碍物时，投射在各障碍物的各横向计算线随着各障碍物的远近及外部形状而产生变化，则该至少一镜头撷取到各横向计算线的影像也同时产生变化，此时该图像处理单元根据各横向计算线的影像变化相对于该横向基线的X、Y轴向的位置及距离来进行比对及计算，以判断并取得各障碍物在该移动装置的前进路径中的相对位置及距离，使该移动装置在前进移动时能避开各障碍物。...

【技术特征摘要】
1.一种通过绕射光学元件产生激光图案的路径侦测系统，其安装在一移动装置上，以侦测阻碍在该移动装置的前进路径中的障碍物，其特征在于，其包含：一激光光源，用以向外投射激光束；一绕射光学元件，其配置在该激光光源之前，用以使该激光光源通过该绕射光学元件向该移动装置的前进路径投射一结构光；至少一镜头，其中各镜头以一固定夹角撷取该结构光在投射至该移动装置的前进路径中的反射影像，且各镜头的设置位置与该激光光源的设置位置之间的高度差H是被预先设定；及一图像处理单元，其根据该至少一镜头所撷取该结构光的影像数据进行比对及计算；其中通过该绕射光学元件所产生该结构光的激光图案包含一横向基准线及至少一横向计算线，其中该横向基线及该至少一横向计算线相对于该移动装置的前进方向形成交叉状态，且该横向基线及各横向计算线相对于该移动装置的前进方向具有不同的投射角；其中该横向基线的投射位置最靠近该移动装置，且该横向基线相对于该移动装置的位置及其与该移动装置之间的距离D是被预先设定；其中当该移动装置在该距离D外的前进路径中存在至少一障碍物时，投射在各障碍物的各横向计算线随着各障碍物的远近及外部形状而产生变化，则该至少一镜头撷取到各横向计算线的影像也同时产生变化，此时该图像处理单元根据各横向计算线的影像变化相对于该横向基线的X、Y轴向的位置及距离来进行比对及计算，以判断并取得各障碍物在该移动装置的前进路径中的相对位置及距离，使该移动装置在前进移动时能避开各障碍物。2.根据权利要求1所述的路径侦测系统，其特征在于，该激光光源发出的激光束包含可见激光或不可见激光，其中该不可见激光包含红外线激光。3.根据权利要求1所述的路径侦测系统，其特征在于，该侦测系统包含一镜头，且该镜头设在该激光光源的上方位置或下方位置，且该镜头与该激光光源之间存在一夹角。4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡迪生，
申请(专利权)人：异奇科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71