TWI762387B - 飛行測距裝置及其檢測方法 - Google Patents

Abstract

一種飛行測距裝置的檢測方法，運用於具有用來擷取外部影像的光學系統以及用來進行訊號處理的電子系統的飛行測距裝置，包括：由微控制單元提供多個參考相位訊號值；由電子系統依據多個參考相位訊號值計算測試相位延遲，並依據測試相位延遲計算測試深度值；計算測試深度值與對應至多個參考相位訊號值的參考深度值間的差異值；於差異值落入誤差範圍時判斷電子系統為正常；感測外部環境以產生環境影像，並計算飛行測距裝置與目標物體間的距離；依據環境影像判斷光學系統是否為正常；及，於光學系統正常時輸出所計算的距離。

Description

飛行測距裝置及其檢測方法

本發明涉及一種飛行測距裝置，尤其涉及一種可以實現系統自我檢測程序的飛行測距裝置，以及其使用的檢測方法。

飛行測距(Time of Flight, ToF)技術是一種藉由光訊號來測量距離或深度的技術。具體地，飛行測距技術是藉由裝置對外發射光訊號，並且接收光訊號打在目標物體上後所反射的反射光訊號，最後再依據光訊號與反射光訊號間的相位延遲來計算出裝置與目標物體間的距離(即，目標物體相對於裝置的深度)。

參閱圖1，為相關技術的飛行測距裝置的作動示意圖。相關技術中的飛行測距裝置主要具有處理器11與感測器12，其中，感測器12用以對外發射光訊號並且接收反射光訊號，處理器11用以計算光訊號與反射光訊號間的相位延遲，藉此計算出裝置與目標物體間的距離。

為了確保飛行測距裝置的運作正常，相關技術中的飛行測距裝置內至少會設置兩個冗餘的處理器11(圖1中以第一處理器111與第二處理器112為例)，由這兩個處理器111、112分別對感測器12接收的反射光訊號進行計算並得到兩筆結果(即，兩筆相位延遲)，並且進行這兩筆結果的一致性判斷(步驟S01)。若兩筆結果一致，則可確定飛行測距裝置的運作正常，因而可接著執行儲存程序以記錄現在的狀態(步驟S02)，並且可依據計算所得的相位延遲進一步執行處理程序以計算飛行測距裝置與外部環境中的目標物體間的距離(步驟S03)。

若判斷第一處理器111與第二處理器112的計算結果不一致，則可確定飛行測距裝置的電子系統異常(步驟S04)，故暫不執行距離的計算，而是先執行數位輸出程序以對外進行告警(步驟S05)，或是執行暫存器寫入程序以將現在的狀態寫入暫存器(Register)中(步驟S06)。

然而，上述的檢測方式只能測試飛行測距裝置內部的電子系統(包含感測器12與處理器11等元件)是否運作正常，但無法用來檢測飛行測距裝置上的光學系統(例如光源、透鏡等)是否正常。例如，當飛行測距裝置感測到的外部環境改變(例如飛行測距裝置的鏡頭遭撞擊而脫落，或是光源發射的光訊號改變)時，感測器12接收到的訊號已經失真，即使電子系統的運作正常，但飛行測距裝置最後計算出來的距離仍然會是錯誤的。

綜上所述，如何改進相關技術中的飛行測距裝置，以實現同時對電子系統以及光學系統的檢測，並確保最終計算結果的準確性，實相當重要。

本發明的主要目的，在於提供一種飛行測距裝置及其檢測方法，可分別檢測飛行測距裝置內的電子系統以及光學系統的狀態是否正常。

為了達成上述的目的，本發明的檢測方法係應用於包括一電子系統及一光學系統的一飛行測距裝置，並且包括：

a)由一微控制單元提供多個參考相位訊號值，其中該微控制單元記錄多個預設相位區間及一參考深度值，該多個參考相位訊號值是基於一參考相位延遲及該多個預設相位區間所產生，該參考相位延遲是基於該參考深度值所產生；

b)由該電子系統依據該多個參考相位訊號值計算一測試相位延遲，並依據該測試相位延遲計算一測試深度值；

c)由該微控制單元計算該測試深度值與該參考深度值的一差異值；

d)於該差異值落入一誤差範圍時判斷該電子系統為正常；

e)感測一外部環境以產生一環境影像，並且計算該飛行測距裝置與一目標物體之間的一距離，其中該環境影像包括至少一個該目標物體及至少一定位標誌；

f)依據環境影像中的該定位標誌判斷該光學系統的一即時狀態是否為正常；及

g)當該光學系統的該即時狀態為正常時，輸出該飛行測距裝置與該目標物體之間的該距離，並且儲存該環境影像。

為了達成上述目的，本發明的飛行測距裝置包括：

一電子系統，包括：

一處理單元，接收多個參考相位訊號值，依據該多個參考相位訊號值計算一測試相位延遲，並依據該測試相位延遲計算一測試深度值；

一微控制單元，連接該處理單元，記錄多個預設相位區間及一參考深度值，其中該參考深度值用於計算一參考相位延遲，該參考相位延遲與該多個預設相位區間用於計算該多個參考相位訊號值，並且該微控制單元計算該測試深度值與該參考深度值的一差異值，並於該差異值落入一誤差範圍時判斷該電子系統為正常；

一感測單元，連接該處理單元；及

一光學系統，向一外部環境發射一光訊號，其中該外部環境包括至少一目標物體及至少一定位標誌；

其中，該感測單元自該外部環境接收對應於該光訊號的一反射光訊號並產生一環境影像，並計算該飛行測距裝置與該環境影像中的該目標物體之間的一距離，該處理單元依據環境影像中的該定位標誌判斷該光學系統的一即時狀態是否為正常，並且於該光學系統的該即時狀態為正常輸出該距離並且儲存該環境影像。

相較於相關技術，本發明藉由額外增設的微控制單元提供預產生的多個相位訊號值給處理單元進行計算，並與預儲存的參考深度值進行比對以確認處理單元是否正常，可以克服一般藉由兩個冗餘的處理單元進行重覆計算時，即使外部訊號異常，仍會得出電子系統運作正常的檢測結果的問題。因此，本發明的檢測技術除了可以檢測電子系統是否正常之外，亦可用來檢測光學系統是否正常。

茲就本發明之一較佳實施例，配合圖式，詳細說明如後。

首請參閱圖2，為本發明的飛行測距裝置的方塊圖的第一具體實施例。本發明揭露了一種飛行測距裝置2，所述飛行測距裝置2包括電子系統3以及光學系統4，其中電子系統3包括用來進行訊號處理的元件，光學系統4包括用來協助光訊號與反射光訊號的發射與接收的元件，但並不以此為限。

如圖2所示，所述電子系統3可例如包括處理單元31，並且包括與處理單元31連接的感測單元32及微控制單元(Micro Control Unit, MCU)33。於一實施例中，處理單元31可例如為系統單晶片(System on Chip, SoC)、中央處理單元(Central Process Unit, CPU)或場域可編程邏輯閘陣列(Field Programmable Gate Array, FPGA)，但並不以此為限。

電子系統3還可包括與處理單元連接31的儲存單元34，用以儲存電子系統3的計算結果，例如飛行測距裝置2與目標物體(圖未標示)間的距離。於一實施例中，儲存單元34可例如為唯讀記憶體(Read Only Memory, ROM)、隨機存取記憶體(Random Access Memory, RAM)、非揮發性記憶體(Non-Volatile Memory, NVM)、快閃記憶體(Flash Memory)、硬碟機(Hard Disk Drive, HDD)或光碟機等，但不以此為限。

電子系統3還可包括與感測單元32或處理單元31連接的驅動器35，用以對飛行測距裝置2中的光學系統4進行控制。

於一實施例中，光學系統4可包括光源41、第一透鏡42以及第二透鏡43。如圖2所示，光源41連接驅動器35，以接受驅動器35的控制而朝向外部環境發射光訊號。第一透鏡42對應光源41的位置設置，以聚焦或發散光源41所發射的光訊號。第二透鏡43對應感測單元32的位置設置，用以從外部環境中將對應至所述光訊號的反射光訊號導至感測單元32，以被感測單元32所接收。

所述光源41可例如為雷射光、紅外光等的發射光源。所述感測單元32可例如為具有成象功能以及運算功能的感光元件。惟，上述僅為本發明的一個具體實施範例，但並不以此為限。

本發明的其中一個技術特徵在於，微控制單元33中儲存有預先設定的多個預設相位區間331以及至少一個參考深度值332。基於所述多個預設相位區間331以及至少一個參考深度值332，微控制單元33可以執行電子系統檢測程序，以確認電子系統3的運作是否正常(主要是確認電子系統3中的處理單元31是否正常)。

若於檢測後判斷電子系統3的運作正常，則飛行測距裝置2可以通過處理單元31來進一步執行光學系統檢測程序，以確認光學系統3的即時狀態是否正常(例如，飛行測距裝置2是否遭受撞擊而歪斜、第一透鏡42與第二透鏡43是否脫落、光源41發射的光訊號是否改變等)。若確認光學系統3的即時狀態正常，則飛行測距裝置2可以通過處理單元31來基於感測單元32所接收的訊號來計算並輸出飛行測距裝置2與外部的目標物體間的距離(容後詳述)。

於一實施例中，飛行測距裝置2中的微控制單元33基於預先記錄的參考深度值3執行特定計算公式，以產生對應的參考相位延遲，並且基於參考相位延遲以及預先記錄的多個預設相位區間來執行特定計算公式，以產生對應的多個參考相位訊號值。藉此，微控制單元33提供多個參考相位訊號值給處理單元31以進行檢測。本發明中，所述參考深度值3、參考相位延遲以及多個參考相位訊號值都是為了檢測處理單元31是否正常而產生，與實際要測量的目標物體和飛行測距裝置2間的距離並無直接關聯。

在飛行測距裝置2啟動後，處理單元31可以在預設的一或多個檢測時間點到達時接收微控制單元33提供的多個參考相位訊號值，以藉由多個參考相位訊號值來進行檢測。於一實施例中，處理單元31將微控制單元33提供的多個參考相位訊號值視為是由感測單元32實際接收外部的反射光訊號並且經過計算後所得的多個相位訊號值。意即，處理單元31會基於多個參考相位訊號值來執行與實際測距時所執行的相同運算(容後詳述)。上述檢測時間點可例如為飛行測距裝置2啟動後、驅動器35控制光源41發射光訊號前、光源41發射光訊號後、感測單元32接收反射光訊號後、處理單元31要計算飛行測距裝置2與目標物體間的距離前、處理單元31計算出飛行測距裝置2與目標物體間的距離後等，並不加以限定。

處理單元31接收微控制單元33提供的多個參考相位訊號值後，依據多個參考相位訊號值計算測試相位延遲，並且再依據測試相位延遲計算測試深度值。本發明中，處理單元31採用與微控制單元33相同的演算法來計算測試相位延遲以及測試深度值，因此若處理單元31的運作正常，則處理單元31基於多個參考相位訊號值計算產生的測試深度值，將會相等或相近於微控制單元33預先儲存的參考深度值332(即，多個參考相位訊號值的計算基礎)。

本發明中，處理單元31將計算後的測試深度值傳送至微控制單元33，再由微控制單元33計算測試深度值與所述參考深度值332的一差異值。所述差異值可為一個有理數的絕對值，但不以此為限。微控制單元33判斷所述差異值是否落入預設的誤差範圍內，於差異值落入誤差範圍內時(例如差異值小於或等於門檻值)認定處理單元31為正常，並且於差異值未落入誤差範圍內時(例如差異值大於門檻值)認定處理單元31為異常。

值得一提的是，本發明中的光學系統檢測程序是由處理單元31來執行，因此於一實施例中，飛行測距裝置2只有在確認處理單元31為正常時才會執行光學系統檢測程序。於一實施例中，飛行測距裝置2會在執行光學系統檢測程序時計算飛行測距裝置2與外部環境中的至少一目標物體間的距離，並且只有在確認電子系統3以及光學系統4皆正常時才會輸出所述距離。於另一實施例中，飛行測距裝置2只有在確認電子系統3以及光學系統4皆正常時，才會計算飛行測距裝置2與外部環境中的至少一目標物體間的距離，但並不加以限定。

請同時參閱圖3及圖4，分為本發明的外部環境檢測示意圖的第一具體實施例與第二具體實施例。如上所述，若經過電子系統檢測程序確認電子系統3正常(即，處理單元31正常)，則處理單元31發出指令給驅動器35，以由驅動器35控制光學系統4朝向外部環境5發射光訊號S1。於圖3的實施例中，外部環境5中可包含至少一目標物體51以及至少一定位標誌52。本實施例中，目標物體51是飛行測距裝置2的主要測量目標，定位標誌52則是用以做為飛行測距裝置2的光學系統4是否正常的判斷基準。

當光訊號S1照射在外部環境5中後，飛行測距裝置2的感測單元32可以通過光學系統4來從外部環境接收對應於光訊號S1的反射光訊號S2。通過所接收的反射光訊號2，感測單元32可以生成對應的環境影像，並且環境影像的內容對應至光訊號S1的照射範圍。例如，若光訊號S1的照射範圍包含了外部環境5中的一個目標物體51以及多個定位標誌52，則感測單元32生成的環境影像中也會包含對應的一個目標物體51的影像以及對應的多個定位標誌52的影像。

於一實施例中，所述環境影像可為一維影像、二維影像、三維影像或四維影像等，但不以此為限。

本發明的其中一個技術特徵在於，處理單元31可以在感測單元32產生了環境影像後，依據環境影像中的定位標誌52來判斷光學系統4的即時狀態是否為正常。如圖4所示，若處理單元31分析感測單元32所產生的環境影像後，發現環境影像中的多個定位標誌52’的資訊(例如座標)改變，並且改變程度大於預設的門檻值，則可判斷光學系統4的即時狀態不正常。圖4的實施例是以本次檢測時定位標誌52’的位置與定位標誌52的初始位置相比，沿著順時針方向產生了偏轉為例，但不以此為限。

續請同時參閱圖5，為本發明的檢測流程圖的第一具體實施例。本發明還揭露了一種檢測方法，應用於如圖2所示的飛行測距裝置2，用以檢測飛行測距裝置2內部的電子系統3是否運作正常。

於一實施例中，飛行測距裝置2可以預先設定一或多個檢測時間點，並且於檢測時間點到達時，自動執行圖5所示的檢測方法以執行電子系統檢測程序。

如圖5所示，於任一檢測時間點到達時，飛行測距裝置2首先由微控制單元33提供預產生或預儲存的多個參考相位訊號值給處理單元31(步驟S10)。

於一實施例中，微控制單元33可以預儲存多個參考相位訊號值，並且於步驟S10中直接提供給處理單元31。於另一實施例中，微控制單元33儲存所述多個預設相位區間331及所述參考深度值332，並且在任一檢測時間點到達時，微控制單元33先依據參考深度值332來計算產生參考相位延遲，再依據參考相位延遲以及多個預設相位區間331來計算產生多個參考相位訊號值(容後詳述)。藉此，再於步驟S10中將即時產生的多個參考相位訊號值提供給處理單元31。

惟，上述僅為本發明的部分具體實施範例，但並不以上述者為限。

接著，處理單元31自微控制單元33接收多個參考相位訊號值，並且依據多個參考相位訊號值計算測試相位延遲(步驟S12)，接著再依據計算所得的測試相位延遲計算測試深度值(步驟S14)。

於一實施例中，處理單元31在步驟S10中可接收微控制單元33提供的四個參考相位訊號值，包括第一參考相位訊號值、第二參考相位訊號值、第三參考相位訊號值與第四參考相位訊號值。

在步驟S12中，處理單元31主要是基於四個參考相位訊號來執行第一公式，以計算所述測試相位延遲。所述第一公式可例如為：

，其中Øt為測試相位延遲，Qr1至Qr4分別為第一參考相位訊號值至第四參考相位訊號值。

在步驟S14中，處理單元31主要是基於所述測試相位延遲來執行第二公式，以計算所述測試深度值。所述第二公式可例如為：

，其中Dt為測試深度值，Øt為測試相位延遲，c為光速，f為飛行測距裝置2採用的調變頻率。具體地，所述第一公式與第二公式可記錄於處理單元31的韌體中，但不以此為限。

請同時參閱圖6，為本發明的訊號示意圖的第一具體實施例。圖6揭露了本案的飛行測距裝置2在實際執行測距程序(即，測量飛行測距裝置2與目標物體之間的距離)時，感測單元32與處理單元31所實際產生並使用的訊號內容。本發明中，微控制單元33採用了與感測單元32、處理單元31在實際執行測距程序時所採用的相同演算法來產生多個參考相位訊號值以及參考深度值332。因此，下面段落將以圖6將結合感測單元32與處理單元31執行的測距程序來進行說明，但其技術內容適用於微控制單元33對於多個參考相位訊號值的產生程序。

如圖6所示，飛行測距裝置2通過光學系統4對外發射光訊號S1，並且通過感測單元32從外部環境接收反射光訊號S2。其中，光訊號S1的相位以相位0度為例，而反射光訊號S2與光訊號S1之間具有相位延遲Ø(因為反射光訊號S2的接收時間晚於光訊號S1的發射時間)。

於一實施例中，所述多個預設相位區間331包括第一預設相位區間I1、第二預設相位區間I2、第三預設相位區間I3以及第四預設相位區間I4，其中，第一預設相位區間I1可設定為[0,π]，第二預設相位區間I2可設定為[

,

]，第三預設相位區間I3可設定為[π,2π]，第四預設相位區間I4可設定為[

,

]。

在接收了反射光訊號S2後，感測單元32可基於上述四個預設相位區間I1-I4來分別對反射光訊號S2進行積分，以計算四個相位訊號值。具體地，感測單元32基於第一預設相位區間I1對反射光訊號S2進行積分，以計算相對於相位0度的第一相位訊號值Q1。感測單元32基於第二預設相位區間I2對反射光訊號S2進行積分，以計算相對於相位90度的第二相位訊號值Q2。感測單元32基於第三預設相位區間I3對反射光訊號S2進行積分，以計算相對於相位180度的第三相位訊號值Q3。感測單元32基於第四預設相位區間I4對反射光訊號S2進行積分，以計算相對於相位270度的第四相位訊號值Q4。

接著，感測單元32將上述第一相位訊號值Q1、第二相位訊號值Q2、第三相位訊號值Q3以及第四相位訊號值Q4傳遞給處理單元31，而處理單元31通過前述第一公式(即，

)來計算相位延遲Ø。並且，在計算得到相位延遲Ø後，處理單元31可進一步通過上述第二公式(即，

)來計算飛行測距裝置2與目標物體51間的距離。

請同時參閱圖7，為本發明的參考訊號示意圖的第一具體實施例。於一實施例中，本發明的微控制單元33可預先儲存有基於多個預設相位區間331與參考深度值332所產生的多個參考相位訊號值。於此實施例中，微控制單元33不需經過任何運算，即可直接提供多個參考相位訊號值給處理單元31，以執行電子系統檢測程序。

於另一實施例中，微控制單元33預先儲存多個預設相位區間331以及參考深度值332，並且在需要執行電子系統檢測程序時，經過與上述處理單元31所採用的相同演算法來即時產生多個參考相位訊號值。

具體地，如圖7所示，由於對於微控制單元33來說，參考深度值332為已知的數值，因此微控制單元33可通過上述第二公式(即，Dr

)來計算一個參考相位延遲，其中Dr指參考深度值332，Ør指參考相位延遲。於一實施例中，所述第二公式可記錄於微控制單元33的韌體中，但不加以限定。

於一實施例中，所述參考深度值332是經過實際量測後計算所得的數據，並且記錄於微控制單元33中。因此，對於微控制單元33來說，於實際量測時所採用的光訊號(下面稱為參考光訊號Sr1)也是已知的訊號。於本實施例中，當微控制單元33計算出參考相位延遲Ør後，即可依據參考相位延遲Ør對參考光訊號Sr1進行處理以產生參考反射光訊號Sr2。

如上所述，微控制單元33預儲存的多個預設相位區間可包括第一預設相位區間(預設為[0,π])、第二預設相位區間(預設為[

,

])、第三預設相位區間(預設為[π,2π])與第四預設相位區間(預設為[

,

])，故微控制單元33可以基於四個預設相位區間來分別對參考反射光訊號Sr2進行積分，以計算對應的四個參考相位訊號值，包括第一參考相位訊號值Qr1、第二參考相位訊號值Qr2、第三參考相位訊號值Qr3以及第四參考相位訊號值Qr4。接著，微控制單元33可以將上述四個參考相位訊號值Qr1-Qr4提供給處理單元31。

回到圖5。於步驟S12中，處理單元31基於所接收的至少四個參考相位訊號Qr1-Qr4執行所述第一公式(即，

)以計算測試相位延遲Øt。於步驟S14中，處理單元31基於測試相位延遲Øt執行所述第二公式(即，

)以計算測試深度值Dt。

步驟S14後，處理單元31將測試深度值傳送至微控制單元33，並且由微控制單元33計算測試深度值與預儲存的參考深度值332的差異值(步驟S16)。例如，微控制單元33可將測試深度值與參考深度值進行相減並且取其絕對值，以做為所述差異值，但不以此為限。

於步驟S16後，微控制單元33判斷所述差異值是否落入預定的誤差範圍(步驟S18)，例如，判斷差異值是否小於或等於門檻值。並且，微控制單元33在差異值沒有落入誤差範圍(例如差異值大於門檻值)時，判斷電子系統3為異常(步驟S20)。意即，處理單元31基於所接收的四個參考相位訊號值計算所得的測試深度值，與做為四個參考相位訊號值的計算基礎的參考深度值332不相符。反之，微控制單元33在差異值落入誤差範圍(例如差異值小於或等於預設門檻值)時，判斷電子系統3為正常(步驟S22)。

若微控制單元33於步驟S20中判斷電子系統3為異常，則飛行測距裝置2不執行光學系統檢測方法，亦不計算飛行測距裝置2與目標物體51間的距離。於此實施例中，飛行測距裝置2可選擇性地執行數位輸出程序以進行告警，或是執行暫存器寫入程序以將異常狀態寫入暫存器中。通過上述技術手段，管理者可以在檢測到異常的當下就收到告警，或是從暫存器中確認異常的發生時間，藉此可以有效節省飛行測距裝置2的檢測時間。

若微控制單元33於步驟S22中判斷電子系統3為正常，則飛行測距裝置2可進一步通過感測單元32感測外部環境5以產生對應的環境影像，並且通過感測單元32所提供的資訊(例如上述第一相位訊號值Q1至第四相位訊號值Q4)來計算飛行測距裝置2與環境影像中的至少一目標物體51間的距離(步驟S24)。如圖3、圖4所示，所述環境影像可對應光訊號S1在外部環境5中的照射範圍，並包括外部環境5中的至少一個目標物體51的影像以及至少一個定位標誌52的影像。

步驟S24後，處理單元31接收感測單元32產生的環境影像，並且依據環境影像中的定位標誌52的狀態來判斷光學系統4的即時狀態是否正常(步驟S26)。

若微控制單元33於步驟S26中判斷光學系統4異常，則處理單元31不輸出飛行測距裝置2與目標物體51間的距離，並且不儲存當前的環境影像。於此實施例中，處理單元31可選擇性地執行數位輸出程序以進行告警，或是執行暫存器寫入程序以將異常狀態寫入暫存器中。若處理單元31於步驟S26中判斷光學系統4正常，則處理單元31可進一步輸出於步驟S24中計算的飛行測距裝置2與目標物體51間的距離，並且儲存當前的環境影像(步驟S28)。

續請參閱圖8，為本發明的測距流程圖的第一具體實施例。圖8用以說明在經過電子系統檢測程序認定電子系統3正常，進而執行光學系統檢測程序時，處理單元31如何依據感測單元32提供的資訊計算飛行測距裝置2與目標物體51間的距離。

如圖8所示，在飛行測距裝置2正常運作時，首先由電子系統3(例如驅動器35)控制光學系統4對外發射光訊號S1(步驟S30)，並且經由光學系統4(例如第二透鏡43)而令感測單元32接收相對所述光訊號S1的反射光訊號S2(步驟S32)。於一實施例中，所述光訊號S1與反射光訊號S2為周期性變化的連續波。

接著，如前文中針對圖6之說明，感測單元32基於多個預設相位區間(例如第一預設相位區間I1至第四預設相位區間I4)分別對反射光訊號S2進行積分，以計算多個相位訊號值(例如第一相位訊號值Q1至第四相位訊號值Q4)(步驟S34)，其中各個相位訊號值Q1至Q4分別對應至不同的相位區間。

於步驟S34後，處理單元31從感測單元32處取得多個相位訊號值，並且基於多個相位訊號值計算反射光訊號S2相對於光訊號S1的相位延遲(步驟S36)。如前文所述，處理單元31可基於多個相位訊號值執行所述第一公式(即，

)，以計算反射光訊號S2相對於光訊號S1的相位延遲Ø。

步驟S36後，處理單元31可基於計算所得的相位延遲Ø來計算出飛行測距裝置2與目標物體51間的距離(步驟S38)。如前文所述，處理單元31可基於相位延遲Ø執行所述第二公式(即，

)，以計算飛行測距裝置2與目標物體51間的距離D。

於步驟S38後，處理單元31已計算得出飛行測距裝置2與目標物體51間的距離D，並且可進一步將所述距離D儲存至儲存單元34中(步驟S40)，或是基於所述距離D執行對應功能。

值得一提的是，本發明中，飛行測距裝置2可以預先設定一或多個檢測時間點。於檢測時間點到達時，微控制單元33自動提供所述多個參考相位訊號值(例如第一參考相位訊號值Qr1-Qr4)給處理單元31(步驟S42)。於此實施例中，處理單元31將多個參考相位訊號值視為感測單元32直接提供的多個相位訊號值，並且基於前述步驟S36及步驟S38的技術手段來基於多個參考相位訊號值計算得出對應的測試深度值。

於步驟S38後，處理單元31將測試深度值傳送給微控制單元33，並且由微控制單元33判斷測試深度值與預儲存的參考深度值332是否一致(步驟S44)。於一實施例中，微控制單元33是於測試深度值與參考深度值332之間的差異值沒有落入預設的誤差範圍內時，認定測試深度值與參考深度值332不一致。

若微控制單元33於步驟S44中判斷測試深度值與參考深度值332不一致，則可認定處理單元31的狀態異常，因此控制飛行測距裝置2停止執行光學系統檢測程序，並且停止執行測距程序。並且，如前文所述，微控制單元33可以執行數位輸出程序以對外進行告警，或是執行暫存器寫入程序以將處理單元31的異常狀態寫入暫存器中。

續請參閱圖9，為本發明的檢測流程圖的第二具體實施例。在微控制單元33藉由上述電子系統檢測程序確認處理單元31正常後，處理單元31可進一步通過圖9所示的方法來執行光學系統檢測程序，以在電子系統3正常的基礎上確認光學系統4是否正常。

本發明中，處理單元31可以先取得並儲存做為檢測基礎的參考環境影像(例如儲存於儲存單元34)。當飛行測距裝置2在執行測距程序時，光學系統4會持續對外發射光訊號S1，並且感測單元32會持續接收反射光訊號S2。於一實施例中，感測單元32除了會基於反射光訊號S2來計算多個相位訊號值以令處理單元31計算飛行測距裝置2與目標物體51間的距離之外，還會基於反射光訊號S2來產生對應的環境影像。藉由環境影像與所述參考環境影像的比對，處理單元31可以確認光學系統4的即時狀態。

如圖9所示，首先，在正式開始監控外部環境5並且執行測距程序前，先由感測單元32對外部環境5進行感測，以產生對應的環境影像，並將環境影像儲存為參考環境影像(步驟S50)。具體地，飛行測距裝置2可由處理單元31控制驅動器35來驅動光學系統4朝向外部環境5發射光訊號S1，並且由感測單元32接收反射光訊號S2，並且由感測單元32基於反射光訊號S2產生所述參考環境影像。

本發明中，產生並儲存所述參考環境影像的目的在於判斷光學系統4的狀態是否正常，因此參考環境影像中至少需包括如圖3所示的定位標誌52的影像。並且，處理單元31對參考環境影像進行影像分析，以取得參考環境影像中的定位標誌52的資訊(步驟S52)，例如座標、角度等，但不加以限定。

於儲存了參考環境影像後，處理單元31通過驅動器35控制光學系統4持續發射光訊號S1，並且控制感測單元32持續接收反射光訊號S2並且產生對應的環境影像(步驟S54)。

具體地，本發明的飛行測距裝置2用以測量不特定目標物體5的深度(即，目標物體5與飛行測距裝置2間的距離)，也就是說目標物體5是可移動的。但是基於檢測目的，外部環境51中的定位標誌52是固定不動的。本發明中，處理單元31持續將所述環境影像與參考環境影像進行比對(步驟S56)，並且判斷環境影像中的定位標誌與參考環境影像中的定位標誌間的偏差值是否大於門檻值(步驟S58)。所述偏差值可例如為位移量或旋轉量等，但不以此為限。

若於步驟S58中判斷環境影像中的定位標誌與參考環境影像中的定位標誌間的偏差值沒有大於門檻值，則處理單元31可認定光學系統4的即時狀態為正常，並且將檢測結果儲存至儲存單元34中(步驟S60)。若於步驟S58中判斷所述偏差值大於門檻值，則處理單元31可認定光學系統4的即時狀態為異常，因此不輸出在先測距程序計算產生的飛行測距裝置2與目標物體51之間的距離。相對地，處理單元31可執行數位輸出程序以對外進行告警，或是執行暫存器寫入程序以將異常狀態寫入暫存器中(步驟S62)。

本實施例中，處理單元31可持續判斷飛行測距裝置2是否停止執行測距程序(步驟S64)，並且於停止執行測距程序前持續執行上述步驟S54至步驟S62。藉此，處理單元31可以在測距過程中，即時判斷光學系統4是否發生問題(例如第一透鏡42、第二透鏡43遭撞擊而脫落)。

本發明通過上述電子系統檢測程序，可以確保在執行光學系統檢測程序時，處理單元31的狀態為正常。而通過上述光學系統檢測程序，可以確保感測單元32接收到的訊號是正確的，而可以確保處理單元31所計算的距離／深度的準確度。

值得一提的是，於部分環境下，飛行測距裝置2需要同時發射多組光訊號S1至同一個目標物體51上，才能夠在接收反射光訊號S2後產生有效的環境影像。因此，於另一實施例中，飛行測距裝置2的光學系統4可包括一組以上的光源41。

請參閱圖10，為本發明的飛行測距裝置的方塊圖的第二具體實施例。圖10揭露了另一飛行測距裝置2’。與圖2所示的飛行測距裝置2的差異在於，飛行測距裝置2’的光學系統4中包含了至少兩個光源41與至少兩個第一透鏡42，並且電子系統3包括了至少兩個驅動器35以及一個訊號重覆器(Signal Repeater)36。

如圖10所示，訊號重覆器36連接感測單元32或處理單元31，至少兩個驅動器35分別連接訊號重覆器36以及兩個光源41。本實施例中，由於飛行測距裝置2’需要通過光學系統4發射至少兩組的光訊號S1，因此感測單元32通過訊號重覆器36對控制指令進行處理後，再分別傳送給至少兩個驅動器35。

本實施例中，驅動器35的數量、光源41的數量以及第一透42的數量相同，並且其連接關係與圖2所示的飛行測距裝置2中所示的連接關係相同。通過至少兩個驅動器35的控制，至少兩個光源41可以分別通過各自對應的第一透鏡42來對外發射光訊號S1。

值得一提的是，於光學系統4具備多個光源41與多個第一透鏡42的實施例中，多組光訊號S1需要同時被發射至待測量的目標物體51上，才會形成一個有效的反射光訊號S2，並且經由第二透鏡43而被感測單元32所接收。

通過本發明的技術方案，飛行測距裝置2、2’可以在確認電子系統3正常後才進行光學系統4的檢測，藉此節省除錯所需花費的時間。並且，飛行測距裝置2只有在確認電子系統3以及光學系統4的狀態皆正常後，才會進行測距程序，藉此可令測量結果更為準確。

以上所述僅為本發明之較佳具體實例，非因此即侷限本發明之專利範圍，故舉凡運用本發明內容所為之等效變化，均同理皆包含於本發明之範圍內，合予陳明。

11:處理器 111:第一處理器 112:第二處理器 12:感測器 S01~S06:處理程序 2、2’:飛行測距裝置 3:電子系統 31:處理單元 32:感測單元 33:微控制單元 331:預設相位區間 332:參考深度值 34:儲存單元 35:驅動器 36:訊號重覆器 4:光學系統 41:光源 42:第一透鏡 43:第二透鏡 5:外部環境 51:目標物體 52、52’:定位標誌 Ø:相位延遲 Ør:參考相位延遲 I1:第一預設相位區間 I2:第二預設相位區間 I3:第三預設相位區間 I4:第四預設相位區間 S1:光訊號 S2:反射光訊號 Sr1:參考光訊號 Sr2:參考反射光訊號 Q1:第一相位訊號值 Q2:第二相位訊號值 Q3:第三相位訊號值 Q4:第四相位訊號值 Qr1:第一參考相位訊號值 Qr2:第二參考相位訊號值 Qr3:第三參考相位訊號值 Qr4:第四參考相位訊號值 S10~S28:檢測步驟 S30~S44:測距步驟 S50~S64:光學系統檢測步驟

圖1為相關技術的飛行測距裝置的作動示意圖。

圖2為本發明的飛行測距裝置的方塊圖的第一具體實施例。

圖3為本發明的外部環境檢測示意圖的第一具體實施例。

圖4為本發明的外部環境檢測示意圖的第二具體實施例。

圖5為本發明的檢測流程圖的第一具體實施例。

圖6為本發明的訊號示意圖的第一具體實施例。

圖7為本發明的參考訊號示意圖的第一具體實施例。

圖8為本發明的測距流程圖的第一具體實施例。

圖9為本發明的檢測流程圖的第二具體實施例。

圖10為本發明的飛行測距裝置的方塊圖的第二具體實施例。

2:飛行測距裝置

3:電子系統

31:處理單元

32:感測單元

33:微控制單元

331:預設相位區間

332:參考深度值

34:儲存單元

35:驅動器

4:光學系統

41:光源

42:第一透鏡

43:第二透鏡

Claims (13)

1. 一種飛行測距裝置的檢測方法，應用於包括一電子系統及一光學系統的一飛行測距裝置，該檢測方法包括： a)由一微控制單元提供多個參考相位訊號值，其中該微控制單元記錄多個預設相位區間及一參考深度值，該多個參考相位訊號值是基於一參考相位延遲及該多個預設相位區間所產生，該參考相位延遲是基於該參考深度值所產生； b)由該電子系統依據該多個參考相位訊號值計算一測試相位延遲，並依據該測試相位延遲計算一測試深度值； c)由該微控制單元計算該測試深度值與該參考深度值的一差異值； d)於該差異值落入一誤差範圍時判斷該電子系統為正常； e)感測一外部環境以產生一環境影像，並且計算該飛行測試裝置與該外部環境中的一目標物體之間的一距離，其中該環境影像包括至少一個該目標物體及至少一定位標誌； f)依據環境影像中的該至少一定位標誌判斷該光學系統的一即時狀態是否為正常；及 g)當該光學系統的該即時狀態為正常時，輸出該飛行測距裝置與該目標物體之間的該距離，並且儲存該環境影像。
2. 如請求項1所述的檢測方法，其中該微控制單元通過一第一公式計算該參考相位延遲：

   

   ，其中Dr為該參考深度值，Ør為該參考相位延遲，c為光速，f為一調變頻率。
3. 如請求項2所述的檢測方法，其中該微控制單元依據該參考相位延遲對一參考光訊號進行處理以產生一參考反射光訊號，並且基於該多個預設相位區間分別對該參考反射光訊號進行積分以計算該多個參考相位訊號值。
4. 請求項3所述的檢測方法，其中該多個預設相位區間包括一第一預設相位區間、一第二預設相位區間、一第三預設相位區間及一第四預設相位區間，該第一預設相位區間為[0,π]，該第二預設相位區間為[

   

   ,

   

   ]，該第三預設相位區間為[π,2π]，該第四預設相位區間為[

   

   ,

   

   ]。
5. 如請求項1所述的檢測方法，其中該步驟b)通過一第一公式計算該測試深度值，並且通過一第二公式計算該測試相位延遲；其中該第一公式為：

   

   ，其中Dt為該測試深度值，Øt為該測試相位延遲，c為光速，f為一調變頻率；該第二公式為：

   

   ，其中Øt為該測試相位延遲，Qr1為該多個參考相位訊號值中的一第一參考相位訊號值，Qr2為該多個參考相位訊號值中的一第二參考相位訊號值，Qr3為該多個參考相位訊號值中的一第三參考相位訊號值，Qr4為該多個參考相位訊號值中的一第四參考相位訊號值。
6. 如請求項1所述的檢測方法，其中更包括一步驟h)：感測該外部環境並產生一參考環境影像，其中該參考環境影像至少包括該定位標誌； 其中，該步驟e)包括： e1)由該光學系統對外同時發射至少一光訊號，並由該電子系統接收相對於該至少一光訊號的至少一反射光訊號；及 e2)依據該至少一反射光訊號產生該環境影像； 其中，該步驟f)是依據該環境影像中的該定位標誌與該參考環境影像中的該定位標誌間的一偏差值判斷該光學系統的該即時狀態是否為正常。
7. 如請求項6所述的檢測方法，其中該步驟e)還包括： e3)基於該多個預設相位區間分別對該反射光訊號進行積分以計算多個相位訊號值； e4)基於該多個相位訊號值計算該反射光訊號相對於該光訊號的一相位延遲；及 e5)基於該相位延遲計算該飛行測距裝置與該目標物體間的該距離。
8. 如請求項7所述的檢測方法，其中該多個預設相位區間至少包括一第一預設相位區間、一第二預設相位區間、一第三預設相位區間及一第四預設相位區間，該第一預設相位區間為[0,π]，該第二預設相位區間為[

   

   ,

   

   ]，該第三預設相位區間為[π,2π]，該第四預設相位區間為[

   

   ,

   

   ]，該步驟e4)通過一第二公式計算該相位延遲，該步驟e5)通過一第一公式計算該距離，其中該第一公式為：

   

   ，其中D為該距離，Ø為該相位延遲，c為光速，f為一調變頻率；該第二公式為：

   

   ，其中Ø為該相位延遲，Q1為一第一相位訊號值，Q2為一第二相位訊號值，Q3為一第三相位訊號值，Q4為一第四相位訊號值。
9. 一種飛行測距裝置，包括： 一電子系統，包括： 一處理單元，接收多個參考相位訊號值，依據該多個參考相位訊號值計算一測試相位延遲，並依據該測試相位延遲計算一測試深度值； 一微控制單元，連接該處理單元，記錄多個預設相位區間及一參考深度值，其中該參考深度值用於計算一參考相位延遲，該參考相位延遲與該多個預設相位區間用於計算該多個參考相位訊號值，並且該微控制單元計算該測試深度值與該參考深度值的一差異值，並於該差異值落入一誤差範圍時判斷該電子系統為正常； 一感測單元，連接該處理單元；及 一光學系統，向一外部環境發射一光訊號，其中該外部環境包括至少一目標物體及至少一定位標誌； 其中，該感測單元自該外部環境接收對應於該光訊號的一反射光訊號並產生一環境影像，並計算該飛行測距裝置與該外部環境中的該目標物體之間的一距離，並且該處理單元依據環境影像中的該定位標誌判斷該光學系統的一即時狀態是否為正常，並且於該光學系統的該即時狀態為正常時輸出該距離並儲存該環境影像。
10. 如請求項9所述的飛行測距裝置，其中該光訊號與該反射光訊號為周期性變化的一連續波。
11. 如請求項9所述的飛行測距裝置，其中該處理單元為系統單晶片、中央處理單元或場域可編程邏輯閘陣列，該光學系統包括一第一透鏡、通過該第一透鏡發射該光訊號的一光源以及將該反射光訊號導至該感測單元的一第二透鏡，該電子系統包括連接該光源並控制該光源發射該光訊號的一驅動器。
12. 如請求項11所述的飛行測距裝置，其中該光學系統包括兩個以上的該第一透鏡，以及兩個以上分別對應各該第一透鏡設置的該光源，該電子系統包括兩個以上連接各該光源並同時控制各該光源發射該光訊號的該驅動器，以及連接各該驅動器及該感測單元以對發送給各該驅動器的一控制指令進行處理的一訊號重覆器。
13. 如請求項9所述的飛行測距裝置，其中該微控制單元記錄有一第一公式，該處理單元記錄有該第一公式及一第二公式；該處理單元通過該第一公式計算該參考相位延遲，依據該參考相位延遲對一參考光訊號進行處理以產生一參考反射光訊號，並基於該多個預設相位區間分別對該參考反射光訊號進行積分以計算該多個參考相位訊號；該處理單元通過該第一公式計算該測試深度值，並通過該第二公式計算測試相位延遲；該第一公式為：

    

    ，其中Dt為該測試深度值或該參考深度值，Øt為該測試相位延遲或該參考相位延遲，c為光速，f為一調變頻率；該第二公式為：

    

    ，其中Qr1為該多個參考相位訊號值中的一第一參考相位訊號值，Qr2為該多個參考相位訊號值中的一第二參考相位訊號值，Qr3為該多個參考相位訊號值中的一第三參考相位訊號值，Qr4為該多個參考相位訊號值中的一第四參考相位訊號值。

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