TWI509530B - 自主式行動載具以及自動跟隨系統 - Google Patents

Description

自主式行動載具以及自動跟隨系統

本發明乃是關於一種自主式行動載具以及自動跟隨系統，特別是指一種影像偵測及追蹤技術之自動跟隨系統。

行動載具的自動跟隨系統目前已見於高爾夫球場，透過行動載具運送高爾夫球桿，且利用自動跟隨功能使得行動載具可以自動跟隨運動員移動。

傳統自主式行動載具以及其自動跟隨系統主要是透過全球定位系統(Global Positioning System,GPS)提供運動員的即時座標位址給行動載具，讓行動載具可以根據該即時座標位址導航至運動員周邊。

然而全球定位系統雖然可以提供即時座標位置，但無法提供非常精準的即時座標位置，且全球定位系統的相關零組件成本較高，也必須消耗大量電力，因此在應用於戶外的自動跟隨系統時並無法完全符合使用者的需求。另外，全球定位系統亦只能應用於戶外環境，並無法在室內提供自動跟隨之功能。

本發明提供一種行動載具，可自動追蹤並跟隨一導引裝置。

本發明另提供一種行動載具，可在無法自動追蹤並跟隨一導引裝置時提供使用者透過手動操作方式控制該行動載具。

本發明一實施例提出一種自主式行動載具，用以追蹤一導引光源，該自主式行動載具具有一軸線，該自主式行動載具包括：一感測模組，具有一第一影像感測單元以及一第二影像感測單元，其中該第一影像感測單元位於該軸線之第一側，用以感測該導引光源並產生至少一第一影像，該第二影像感測單元位於該軸線之第二側用以感測該導引光源並產生至少一第二影像；以及一移動模組，具有一驅動單元用以根據該導引光源在該第一影像以及該第二影像中的成像位置控制該移動模組的前進方向的轉向及/或前進的速度及時間。

本發明另一實施例提出一種自主式行動載具，用以追蹤一導引光源，包括：一感測模組，具有至少一第一影像感測單元以及一輔助影像感測單元，其中該第一影像感測單元具有一非廣角鏡頭用以感測該導引光源並產生至少一非廣角影像，該輔助影像感測單元具有一廣角鏡頭用以感測該導引光源並產生至少一廣角影像；以及一移動模組，具有一驅動單元用以根據該導引光源在該廣角影像的成像位置控制該移動模組的前進方向的轉向，或根據該導引光源在該非廣角影像的成像位置控制該移動模組的前進方向的轉向以及前進的速度及時間。

本發明另一實施例提出一種自動跟隨系統，包括：一行動載具，具有至少一行動光源，該行動載具並具有一移動模組，該移動模組透過一驅動單元接收一導引訊號以控制前進方向的轉向及/或前進的速度及時間；以及一導引裝置，具有一感測模組，該感測模組包含至少一導引影像感測單元用以感測該行動光源並產生至少一導引影像，並根據該行動光源在該導引影像的成像位特徵產生該控制訊號。

本發明另一實施例提出一種自動跟隨系統，包括：一導引裝置，該導引裝置包括：一導引光源；以及一感測模組，具有至少一導引影像感測單元用以感測一行動光源並產生一至少導引影 像，並根據該行動光源在該導引影像的成像位特徵產生一導引訊號；以及一行動載具，該行動載具包括：該行動光源；一感測模組，具有一第一影像感測單元以及一第二影像感測單元，其中該第一影像感測單元位於該軸線之第一側，用以感測該導引光源並產生至少一第一影像，該第二影像感測單元位於該軸線之第二側用以感測該導引光源並產生至少一第二影像；以及一移動模組，具有一驅動單元用以根據該導引訊號或該導引光源在該第一影像以及該第二影像中的成像位置控制該移動模組的前進方向的轉向及/或前進的速度及時間；其中，當該第一影像與該第二影像皆未具有該導引光源之成像，則該驅動單元接收該導引訊號並用以控制該移動模組的前進方向的轉向及/或前進的速度及時間。

本發明之行動載具可藉由影像感測技術擷取一導引光源之影像，並根據該導引光源的成像特徵進行追蹤，用以使該行動載具可主動跟隨該導引光源；該行動載具進一步亦可配置一行動光源，當無法透過該行動載具擷取該導引光源時，亦可透過一遠端影像感測裝置擷取該行動光源之影像，並根據該行動光源的成像特徵提供控制訊號導引該自主式行動載具。

為了能更進一步瞭解本發明的技術，請參閱以下詳細說明與圖式，相信本發明的特徵，當可由此得以具體瞭解。然而，所附圖式與附件僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

100‧‧‧目標物件

111~113‧‧‧導引光源

120‧‧‧導引裝置

121‧‧‧導引光源

122‧‧‧影像感測單元

200‧‧‧行動載具

210‧‧‧感測模組

211、212‧‧‧影像感測單元

220‧‧‧移動模組

230‧‧‧行動光源

250、260‧‧‧影像

251、261‧‧‧成像

第一圖為本發明一實施例之自動跟隨系統示意圖；第二圖為本發明另一實施例適用手動搖控之自動跟隨系統示意圖；第三圖為本發明一實施例在一操作情形下之感測模組所擷取影像示意圖；第四A圖為本發明一實施例在另一操作情形下之感測模組所擷取影像示意圖；以及 第四B圖為本發明一實施例在另一操作情形下之感測模組所擷取影像示意圖。

第一圖為本發明一實施例之自動跟隨系統示意圖，該自動跟隨系統包括一個目標物件100以及一個行動載具200，其中該行動載具200係用以自動追蹤並跟隨該目標物件100。

該目標物件100可以是一個可移動物件，例如在高爾夫球球場的應用中是一個高爾夫球運動員，而在兒童遊戲系統則可以是一個操作遊戲之兒童。該目標物件100具有至少一個導引光源用以提供該行動載具200進行追蹤辨識，在第一圖中顯示三個導引光源111~113，但其僅用於揭示多個可用於裝配導引光源之位置，在實際運用時僅需至少一個導引光源即可，以下即以導引光源111作為舉例。

該行動載具200具有一個感測模組210以及一移動模組220，該感測模組210用以感測該導引光源111並產生至少一感測影像，該移動模組220則根據該感測模組210所取得導引光源111~113在感測影像中的成像特徵控制前進的轉向及/或前進的速度與時間。

該感測模組210至少具有一個影像感測單元，在第二圖中舉例為影像感測單元211、212。該些影像感測單元211、212較佳可以是用於偵測特定波長，例如在鏡頭前方設置紅外線光學濾光片並僅用於偵測紅外線光線，此時目標物件100的導引光源111~113當然對應的需要是一個紅外線光源。

當目標物件100為一個使用者時，由於使用者在操作時可能會有轉身的動作，導致無法固定用同一側面對該行動載具200，因此該導引光源111~113較佳可設置為環狀或至少可發出平面光源。例如導引光源111~113可包括一個點光源以及一組光纖(圖未顯 示)，其中點光源設置於該光纖之入光面，因此當點光源點亮時可使該光纖發亮，而透過將光纖配置在使用者(目標物件100)的腰上(導引光源111)、腿上(導引光源112)或手上(導引光源113)時，可產生一環狀光源，因此不論該行動載具200所面對為該使用者的哪一側皆可有效偵側到該導引光源111~113。或者該導引光源111~113亦可使用一雷射光源搭配一個半圓柱狀透鏡(圖未顯示)，由於雷射光源投射一線性雷射光至該半圓柱狀透鏡會產生一面形光線，因此僅需在腰部、腿部或手部設置數個導引光源即可達到產生環狀光源之目的。

為了幫助影像感測單元211、212進行辨識，該導引光源111~113除可具有特定波長之外，亦可具有特定閃爍頻率、特定圖樣或形狀，而感測模組210即可根據所擷取影像中的導引光源111~113的成像形狀、圖樣或連續影像的成像頻率來辨識該導引光源111~113並進而判斷該導引光源111~113的成像位置。

該移動模組220除可移動該行動載具200並進行轉向之外，亦可進一步透過一轉像結構控制該感測模組210進行轉向，用以使該感測模組210的影像感測單元211、212可迅速擷取到導引光源111~113之影像。當然，該行動載具200亦可設置其他元件提供該感測模組210進行轉向，在本發明中亦將其視為移動模組220之一部分。

該移動模組220可具有一個驅動單元(圖中未顯示)，用以接收該感測模組210所擷取複數個影像或由該等影像的成像特徵所產生之控制訊號，並根據該等影像的成像特徵或控制訊號控制控制前進的轉向及/或前進的速度與時間。

由於該行動載具200係在戶外透過影像感測單元211、212偵測該目標物件100的導引光源111~113，因此有時候可能會因為環境光源的影響導致影像感測單元211、212暫時失效，例如該些影像感測單元211、212偵測到強光或是該目標物件100的導引光源 111~113電量不足導致亮度過暗而使得該些影像感測單元211、212無法順利擷取該導引光源111~113的影像。

參考第二圖為本發明另一實施例適用手動搖控之自動跟隨系統示意圖，該實施例主要即在於當影像感測單元211、212無法有效擷取到導引光源111~113的影像時，可提供使用者進行手動的遠端遙控來操作該行動載具。

第二圖所示實施例與第一圖所示實施例最主要差別在於目標物件100具有一個導引裝置120，該導引裝置120除具有導引光源121之外，並具有一個影像感測單元122，其中該導引光源121與該影像感測單元122可設置在同一個本體或分別獨立設置。

對應的該行動載具200設置一個行動光源230，該行動光源230可以與導引光源111~113使用相同光學特徵，例如特定波長、特定閃爍頻率、特定形狀或圖樣，用以使得該影像感測單元122便於從所擷取影像中辨識該行動光源230。該行動光源230較佳亦可是可提供環狀光線，用以使目標物件100的該影像感測單元122可從該行動載具200的任一側偵測該行動光源230。

在該實施例中，該導引裝置120係產生一導引訊號，並將該導引訊號提供給該移動模組220之驅動單元，用以控制前進的轉向及/或前進的速度與時間。其中，該導引訊號可以是該導引裝置120所擷取影像或者是由所擷取影像中產生該行動光源的成像特徵，另外亦可以是直接根據該成像特徵產生一個控制指令，再將該控制指令作為該導引訊號提供給該移動模組220之驅動單元。

第一圖與第二圖所示實施例可同時結合，亦即在該目標物件100上設置該導引裝置，用以提供該導引光源121以及該影像感測單原122，而行動載具200則具有該感測模組210、該移動模組220以及該行動光源230。

第三圖為本發明一實施例在一操作情形下之感測模組所擷取影像示意圖其中影像感測單元211所擷取為影像250，而影像感測 單元212所擷取為影像260，其中影像250中具有該導引光源111的成像251，該影像260中具有該導引光源111的成像261。虛線L所指為影像感測單元211、212二者之間的中軸線，通常該等影像感測單元211、212會設置在該行動載具200的二側，因此該中軸線的箭頭方向亦可表示為該行動載具200的直行方向。以下實施例即以該等影像感測單元211、212分別設置在該行動載具200的第一側與第二側為例。其中，為便於說明，以下將影像250以及影像260中靠近虛線L的一側稱之為內側，而遠離虛線L的一側則稱之為外側。

當該行動載具200正面對該目標物件100時，該導引光源111在該等影像250、260中會呈現對稱分布，亦即成像251與影像250靠近該虛線L的一側的距離會與成像261與影像260靠近該虛線L的一側的距離相等。

第四A圖為本發明一實施例在另一操作情形下之感測模組所擷取影像示意圖，其中影像250並未擷取到該導引光源111之成像，而影像260則有擷取到該導引光源111之成像。在此種操作情形下，代表該行動載具200並未正面對該導引光源111，而是該導引光源111位於偏向該行動載具200的第二側，因此該行動載具200的移動模組220即驅動該行動載具200向第二側轉向一個第一角度，用以使該行動載具200得以正面對該導引光源111。

在該操作情形下，該移動模組220轉向的第一角度可以是一個定值，當該影像250並未擷取到該導引光源111的成像而該影像260有擷取到該導引光源111的成像，則該移動模組220驅動該行動載具200往第二側轉向該一第一角度(例如10度)，當轉向後該影像250仍未擷取到該導引光源111的成像，則再度往第二側轉向第一角度。

另外，在該操作情形下，該移動模組220轉向的該第一角度亦可以是可變動的，例如是可以根據導引光源111在該影像260的 成像261的成像位置進行調整。舉例而言，當該成像261越靠近該影像260相對於該虛線L的外側，則表示該導引光源111更遠離該行動載具200的正前方，因此該移動模組220的轉向角度可設定一個較大的第一角度(例如15度)；而當該成像261較靠近該影像260靠近該虛線L的內側，則表示該導引光源111較接近該行動載具200的正前方，因此該移動模組220的轉向角度可設定一個較小的第一角度(例如5度)。

第四B圖為本發明一實施例在另一操作情形下之感測模組所擷取影像示意圖，其中該影像250擷取到該導引光源111的成像251，該影像260亦擷取到該導引光源111的成像261。由於該導引光源111偏向該行動載具200之第二側，因此第一側的成像251會較接近該影像250中靠近虛線L的內側，而第二側的成像261會較靠近該影像260遠離該虛線L的外側。

在此種操作情形下，該移動模組220會驅動該行動載具200往該第二側轉向一個第二角度，其中該第二角度亦可以是定值或可變動數值。較佳而言，該第二角度可以是一個可變動數值，而移動模組220則可根據該等成像251、261再該等影像250、260的成像位置來決定該第二角度。例如，當該成像261相對於成像251越靠近所屬影像的外側則該移動模組220驅動該行動載具200往第二側方向轉向。

而該轉向的第二角度可以是根據成像251或成像261的成像位置所決定，例如當該移動模組220要往第一側移動，則該第二角度由該成像251在該影像250中的成像位置所決定。另外，該轉向的第二角度亦可以是同時根據成像251以及成像261的成像位置所決定，例如同時比較該成像251以及成像261靠近所屬影像的外側的程度差異來決定該第二角度。舉例而言當該成像251靠近所屬影像250的外側10個像素距離，而成像261靠近所屬影像260的外側5個像素距離，則成像251以及成像261靠近所屬影像 的外側的程度差異為往第二側的5個像素，因此該移動模組220轉向可設定一個較大的第二角度(例如15度)；當該成像251靠近所屬影像250的外側10個像素距離，而成像261靠近所屬影像260的外側8個像素距離，則成像251以及成像261靠近所屬影像的外側的程度差異為往第二側的2個像素，因此該移動模組220轉向可設定一個較小的第二角度(例如5度)。

另外，在其他操作情形下，該影像250以及該影像260可能同時皆未擷取到該導引光源111之成像，此時該移動模組220之驅動單元可進入一搜尋模式，由該移動模組220順時針或逆時針驅動該行動載具200進行順時針或逆時針旋轉轉向，或可由該移動模組220直接驅動該感測模組210進行順時針或逆時針轉向，用以搜尋該導引光源111。在搜尋模式時該驅動單元可在其中一個影像感測單元211、212偵側到該導引光源111即離開該蒐尋模式，亦可在兩個影像感測單元211、212皆偵測到該導引光源111才離開該蒐尋模式。

在一種操作情形下，當該影像250或該影像260所偵測到該導引光源111的成像251或261的成像尺寸或成像亮度超過一第一門檻，則可判斷該行動載具200已靠近該目標物件100，此時可降低該行動載具200的移動速度。而當成像251或261的成像尺寸或成像亮度再超過一第二門檻，則可判斷該行動載具200已抵達該目標物件100周邊，此時驅動單元可進入一停駐模式。在該停駐模式中，該行動載具200可立即停止，或者是將前進方向轉向一預定角度之後移動一預定距離或時間再停止移動，如此可使該行動載具停駐於目標物件100的側邊，便於該目標物件100的使用者拿取該行動載具200所載運物品。

其中，該移動模組220的驅動單元亦可直接忽略該第一門檻，亦即直接將該成像251或該成像261的成像尺寸或成像亮度與該第二門檻比較。

綜上所述，本發明所揭露之行動載具以及其自動跟隨系統利用影像感測單元偵測導引光源之成像，並使行動載具根據其成像特徵(位置、亮度、尺寸...等)來控制移動，用以達到自動跟隨的目的，且在無法偵測導引光源或使用者有其他需求時，亦可透過使用者利用導引影像感測單元偵測行動載具所配置行動光源之成像，並根據其成像特徵藉由傳送導引控制訊號給該行動載具來控制該行動載具的移動。

以上所述僅為本發明的實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

100‧‧‧目標物件

111~113‧‧‧導引光源

200‧‧‧行動載具

210‧‧‧感測模組

211、212‧‧‧影像感測單元

220‧‧‧移動模組

Claims (26)

1. 一種自主式行動載具，用以追蹤一導引光源，該自主式行動載具具有一軸線，該自主式行動載具包括：一感測模組，具有一第一影像感測單元以及一第二影像感測單元，其中該第一影像感測單元位於該軸線之第一側，用以感測該導引光源並產生至少一第一影像，該第二影像感測單元位於該軸線之第二側用以感測該導引光源並產生至少一第二影像；以及一移動模組，具有一驅動單元用以根據該導引光源在該第一影像以及該第二影像中分別的成像位置是否呈對稱分布來控制該移動模組的前進方向的轉向及/或前進的速度及時間。
2. 如申請專利範圍第1項之自主式行動載具，其中當該第一影像具有該導引光源之成像而該第二影像不具有該導引光源之成像，則該驅動單元控制該移動模組的前進方向往該第一側轉向。
3. 如申請專利範圍第2項之自主式行動載具，其中該轉向角度的值係根據該導引光源在該第一影像的成像位置而定，當該成像位置越偏向該第一影像相對於該軸線的外側，則增加轉向角度。
4. 如申請專利範圍第1項之自主式行動載具，其中當該導引光源在該第一影像以及該第二影像中的成像位置不呈現對稱，且在該第一影像中的成像位置比在該第二影像中的成像位置較靠近相對該軸線的外側，則該驅動單元控制該移動模組的前進方向往該第一側轉向。
5. 如申請專利範圍第1項之自主式行動載具，其中當該導引光源在該第一影像或該第二影像的成像尺寸大於一第一門檻值則降低該移動模組的移動速度。
6. 如申請專利範圍第1項之自主式行動載具，其中當該導引光源 在該第一影像或該第二影像的成像尺寸大於一第二門檻值，則該移動模組進入一停駐模式。
7. 如申請專利範圍第6項之自主式行動載具，其中進入該停駐模式時，該移動模組即停止移動。
8. 如申請專利範圍第6項之自主式行動載具，其中進入該停駐模式時，該移動模組即將前進方向轉向一預定角度，並移動一預定距離或時間後即停止移動。
9. 如申請專利範圍第1項之自主式行動載具，其中當該第一影像與該第二影像皆未具有該導引光源之成像，則該移動模組進入一搜尋模式。
10. 如申請專利範圍第9項之自主式行動載具，其中進入該搜尋模式時，該移動模組驅動該自主式行動載具進行順時針或逆時針轉向，或透過一轉向結構驅動該感測模組進行順時針或逆時針轉向，並於該第一影像或該第二影像擷取到該導引光源的成像時離開該搜尋模式。
11. 如申請專利範圍第1項之自主式行動載具，其中該感測模組係根據所擷取影像中的成像形狀、圖樣或連續影像的成像頻率來判斷該導引光源的成像位置。
12. 一種自主式行動載具，用以追蹤一導引光源，包括：一感測模組，具有至少一第一影像感測單元以及一輔助影像感測單元，其中該第一影像感測單元具有一非廣角鏡頭用以感測該導引光源並產生至少一非廣角影像，該輔助影像感測單元具有一廣角鏡頭用以感測該導引光源並產生至少一廣角影像；一移動模組，具有一驅動單元用以根據該導引光源在該廣角影像的成像位置控制該移動模組的前進方向的轉向，或根據該導引光源在該非廣角影像的成像位置控制該移動模組的前進方向的轉向以及前進的速度及時間。
13. 如申請專利範圍第12項之自主式行動載具，其中當該非廣角影像未具有該導引光源的成像，則該驅動單元根據該導引光源在該廣角影像的成像位置控制該移動模組的前進方向的轉向。
14. 如申請專利範圍第12項之自主式行動載具，其中當該導引光源在該非廣角影像的成像尺寸大於一第一門檻值則降低該移動模組的移動速度。
15. 如申請專利範圍第12項之自主式行動載具，其中當該導引光源在該非廣角影像的成像尺寸大於一第二門檻值，則該移動模組進入一停駐模式。
16. 如申請專利範圍第15項之自主式行動載具，其中進入該停駐模式時，該移動模組即停止移動。
17. 如申請專利範圍第15項之自主式行動載具，其中進入該停駐模式時，該移動模組即將前進方向轉向一預定角度，並移動一預定距離或時間後即停止移動。
18. 如申請專利範圍第12項之自主式行動載具，其中當該非廣角影像與該廣角影像皆未具有該導引光源之成像，則該移動模組進入一搜尋模式。
19. 如申請專利範圍第18項之自主式行動載具，其中進入該搜尋模式時，該移動模組驅動該自主式行動載具進行順時針或逆時針轉向，或透過一轉向結構驅動該感測模組進行順時針或逆時針轉向，並於該廣角影像或該非廣角影像擷取到該導引光源的成像時離開該搜尋模式。
20. 如申請專利範圍第12項之自主式行動載具，其中該感測模組係根據所擷取影像中的成像形狀、圖樣或連續影像的成像頻率來判斷該導引光源的成像位置。
21. 一種自動跟隨系統，包括：一行動載具，具有至少一行動光源，該行動載具並具有一移動模組，該移動模組透過一驅動單元接收一導引訊號以控制 前進方向的轉向及/或前進的速度及時間；以及一導引裝置，用以遠端遙控該行動載具並具有一感測模組，該感測模組包含至少一導引影像感測單元用以感測該行動載具之該行動光源並產生至少一導引影像，並根據該行動載具之該行動光源在該導引影像的成像特徵產生該控制訊號。
22. 如申請專利範圍第21項之自動跟隨系統，其中該導引裝置根據該行動光源在該導引影像的成像尺寸產生該控制訊號，用以控制該移動模組的前進速度及時間。
23. 如申請專利範圍第21項之自動跟隨系統，其中該導引裝置根據該行動光源在該導引影像的成像位置產生該控制訊號，用以控制該移動模組的前進方向的轉向。
24. 一種自動跟隨系統，包括：一導引裝置，該導引裝置包括：一導引光源；以及一感測模組，具有至少一導引影像感測單元用以感測一行動光源並產生一至少導引影像，並根據該行動光源在該導引影像的成像特徵產生一導引訊號；以及一行動載具，該行動載具包括：該行動光源；一感測模組，具有一第一影像感測單元以及一第二影像感測單元，其中該第一影像感測單元位於該軸線之第一側，用以感測該導引光源並產生至少一第一影像，該第二影像感測單元位於該軸線之第二側用以感測該導引光源並產生至少一第二影像；以及一移動模組，具有一驅動單元用以根據該導引訊號或該導引光源在該第一影像以及該第二影像中分別的成像位置是否呈對稱分布來控制該移動模組的前進方向的轉向及/或前進的速度及時間； 其中，當該第一影像與該第二影像皆未具有該導引光源之成像，則該驅動單元接收該導引訊號並用以控制該移動模組的前進方向的轉向及/或前進的速度及時間。
25. 如申請專利範圍第24項之自動跟隨系統，其中該導引光源係包括一點光源與一光纖，該點光源設於該光纖之入光面，用以使該光纖發亮，而該導引光源可裝配於一使用者之腰部或腿部，並產生一環狀光線。
26. 如申請專利範圍第24項之自動跟隨系統，其中該導引光源係包括一雷射光源與一半圓柱狀透鏡，用以產生一平面光線。