物体侦测系统.pdf

本发明提出一种物体侦测系统，特别是关于一种提高侦测准确度的物体侦测系统。所述物体侦测系统包括周边构件、第一反射组件、第一摄像单元及数据处理模块。周边构件定义指示空间与指示空间内的指示平面以供物体指示目标位置，周边构件与物体具有对比关系。第一反射组件设置于周边构件上。第一摄像单元撷取指示空间呈现于部分周边构件的第一影像以及由第一反射组件撷取指示空间呈现于部分周边构件的第一反射影像。数据处理模块电连接第一摄像单元并处理第一影像及第一反射影像以决定物体位于指示空间内的物体信息。本发明有效地提高了侦测准确度。

权利要求书
1.  一种物体侦测系统，其特征在于包含：
周边构件，定义指示空间与该指示空间内的指示平面以供物体指示目标位置，该周边构件与该物体具有对比关系，该指示平面具有第一边缘、第二边缘、第三边缘及第四边缘，该第一边缘及该第四边缘形成第一隅角，该第三边缘及该第四边缘形成第二隅角，该第四边缘及该第二边缘相对；
第一反射组件，位于该第二边缘且设置于该周边构件上；
第一摄像单元，设置于该第一隅角周边，该第一摄像单元定义第一摄像点并撷取该指示空间呈现于该第二边缘及该第三边缘上的部分该周边构件的第一影像以及由该第一反射组件撷取该指示空间呈现于该第三边缘及该第四边缘上的部分该周边构件的第一反射影像；
第一点光源，设置于该第一摄像单元周边以照射该指示空间；以及
数据处理模块，电连接该第一摄像单元，该数据处理模块处理该第一影像及该第一反射影像以决定该物体位于该指示空间内的物体信息。

2.  根据权利要求1所述的物体侦测系统，其特征在于：所述第一反射组件为平面镜或棱镜。

3.  根据权利要求1所述的物体侦测系统，其特征在于：所述第一反射组件包含第一反射面及第二反射面，该第一反射面及该第二反射面以直角相交且朝向该指示空间，该指示平面定义一延伸平面，该第一反射面定义一第一延伸平面，该第二反射面定义一第二延伸平面，该第一延伸平面与该第二延伸平面各与该延伸平面以45度角相交。

4.  根据权利要求1所述的物体侦测系统，其特征在于：所述周边构件包含第二反射组件，该第二反射组件反射具有一行径方向的入射光，并使该入射光大致上沿着该行径方向反向而平行的方向反射回去，该第一影像与该第一反射影像中的该物体显现于该第二反射组件上。

5.  根据权利要求1所述的物体侦测系统，其特征在于：所述物体信息包含该目标位置相对于该指示平面的相对位置，该数据处理模块根据该第一影像中的该物体于该第二边缘及/或该第三边缘上决定第一物体点，根据该第一反射影像中的该物体于该第二边缘上决定第一反射物体点，根据该第一摄像点及该第一物体点的联机关系决定第一直进路径，根据该第一摄像点及该第一反射物体点的联机关系以及该第一反射组件决定第一反射路径，并根据该第一直进路径及该第一反射路径的交会点以决定该相对位置。

6.  根据权利要求1所述的物体侦测系统，其特征在于：所述物体信息包含该物体投射于该指示平面的物体形状及/或物体面积，该数据处理模块根据该第一影像中的该物体于该第二边缘及/或该第三边缘上决定第一物体点及第二物体点，根据该第一反射影像中的该物体于该第二边缘上决定第一反射物体点及第二反射物体点，根据该第一摄像点分别与该第一物体点及该第二物体点的联机关系决定第一直进平面路径，根据该第一摄像点分别与该第一反射物体点及该第二反射物体点的联机关系以及该第一反射组件决定第一反射平面路径，并根据该第一直进平面路径及该第一反射平面路径的交会区域的形状及/或面积以决定该物体形状及/或该物体面积。

7.  根据权利要求6所述的物体侦测系统，其特征在于：所述物体信息包含该物体位于该指示空间内的物体立体形状及/或物体体积，该数据处理模块分别将该第一影像及该第一反射影像区分为复数个第一子影像及复数个第一反射子影像，根据该复数第一子影像及该复数第一反射子影像决定复数个该物体形状及/或复数个该物体面积，并将该复数物体形状及/或该复数物体面积沿该指示平面的法线方向依序堆栈以决定该物体立体形状及/或该物体体积。

8.  根据权利要求1所述的物体侦测系统，其特征在于：所述物体信息包含该物体位于该指示空间内的物体立体形状及/或物体体积，该数据处理模块根据该第一影像中的该物体于该第二边缘及/或该第三边缘上的部分该周边构件上决定至少三个物体点，根据该第一反射影像中的该物体于该第二边缘上的部分该周边构件上决定至少三个反射物体点，根据该第一摄像点分别与该至少三个物体点的联机关系决定第一直进立体路径，根据该第一摄像点分别与该至少三个反射物体点的联机关系以及该第一反射组件决定第一反射立体路径，并根据该第一直进立体路径及该第一反射立体路径的交会空间的立体形状及/或体积以决定该物体立体形状及/或该物体体积。

9.  根据权利要求1所述的物体侦测系统，其特征在于：所述物体侦测系统更包含第二摄像单元及第二点光源，该第二摄像单元电连接该数据处理模块且设置于该第二隅角周边，该第二点光源设置于该第二摄像单元周边，该第二摄像单元撷取该指示空间呈现于该第一边缘及该第二边缘上的部分该周边构件的第二影像以及由该第一反射组件撷取该指示空间呈现于该第一边缘及该第四边缘上的部分该周边构件的第二反射影像，其中该数据处理模块处理该第一影像、该第一反射影像、该第二影像及该第二反射影像至少其中二者以决定该物体信息。

10.  一种物体侦测系统，其特征在于包含：
周边构件，定义指示空间与该指示空间内的指示平面以供物体指示目标位置，该周边构件包含线光源以照射该指示空间，该指示平面具有第一边缘、第二边缘、第三边缘及第四边缘，该第一边缘及该第四边缘形成第一隅角，第三边缘及该第四边缘该形成第二隅角，该第四边缘及该第二边缘相对；
第一反射组件，位于该第二边缘；
第一摄像单元，设置于该第一隅角周边，该第一摄像单元定义第一摄像点并撷取该指示空间呈现于该第二边缘及该第三边缘上的部分该周边构件的第一影像以及由该第一反射组件撷取该指示空间呈现于该第三边缘及该第四边缘上的部分该周边构件的第一反射影像；以及
数据处理模块，电连接该第一摄像单元，该数据处理模块处理该第一影像及该第一反射影像以决定该物体位于该指示空间内的物体信息。

11.  根据权利要求10所述的物体侦测系统，其特征在于：所述第一反射组件为平面镜或棱镜。

12.  根据权利要求10所述的物体侦测系统，其特征在于：所述第一反射组件包含第一反射面及第二反射面，该第一反射面及该第二反射面以直角相交且朝向该指示空间，该指示平面定义一延伸平面，该第一反射面定义一第一延伸平面，该第二反射面定义一第二延伸平面，该第一延伸平面与该第二延伸平面各与该延伸平面以45度角相交。

13.  根据权利要求10所述的物体侦测系统，其特征在于：所述线光源设置于该第一反射组件的背侧，该第一反射组件为半穿透半反射镜体，使该线光源所发射的光线可由该第一反射组件的该背侧朝向该指示空间穿透该第一反射组件，并使该指示空间内的该光线于行进至该第一反射组件时被反射；或者所述线光源设置于该第一边缘、该第二边缘、该第三边缘及该第四边缘。

14.  根据权利要求10所述的物体侦测系统，其特征在于：所述物体信息包含该目标位置相对于该指示平面的相对位置，该数据处理模块根据该第一影像中的该物体于该第二边缘及/或该第三边缘上决定第一物体点，根据该第一反射影像中的该物体于该第二边缘上决定第一反射物体点，根据该第一摄像点及该第一物体点的联机关系决定第一直进路径，根据该第一摄像点及该第一反射物体点的联机关系以及该第一反射组件决定第一反射路径，并根据该第一直进路径及该第一反射路径的交会点以决定该相对位置。

15.  根据权利要求10所述的物体侦测系统，其特征在于：所述物体信息包含该物体投射于该指示平面的物体形状及/或物体面积，该数据处理模块根据该第一影像中的该物体于该第二边缘及/或该第三边缘上决定第一物体点及第二物体点，根据该第一反射影像中的该物体于该第二边缘上决定第一反射物体点及第二反射物体点，根据该第一摄像点分别与该第一物体点及该第二物体点的联机关系决定第一直进平面路径，根据该第一摄像点分别与该第一反射物体点及该第二反射物体点的联机关系以及该第一反射组件决定第一反射平面路径，并根据该第一直进平面路径及该第一反射平面路径的交会区域的形状及/或面积以决定该物体形状及/或该物体面积。

16.  根据权利要求15所述的物体侦测系统，其特征在于：所述物体信息包含该物体位于该指示空间内的物体立体形状及/或物体体积，该数据处理模块分别将该第一影像及该第一反射影像区分为复数个第一子影像及复数个第一反射子影像，根据该复数个第一子影像及该复数个第一反射子影像决定复数个该物体形状及/或复数个该物体面积，并将该复数个物体形状及/或该复数个物体面积沿该指示平面的法线方向依序堆栈以决定该物体立体形状及/或该物体体积。

17.  根据权利要求10所述的物体侦测系统，其特征在于：所述物体信息包含该物体位于该指示空间内的物体立体形状及/或物体体积，该数据处理模块根据该第一影像中的该物体于该第二边缘及/或该第三边缘上的部分该周边构件上决定至少三个物体点，根据该第一反射影像中的该物体于该第二边缘上的部分该周边构件上决定至少三个反射物体点，根据该第一摄像点分别与该至少三个物体点的联机关系决定第一直进立体路径，根据该第一摄像点分别与该至少三个反射物体点的联机关系以及该第一反射组件决定第一反射立体路径，并根据该第一直进立体路径及该第一反射立体路径的交会空间的立体形状及/或体积以决定该物体立体形状及/或该物体体积。

18.  根据权利要求10所述的物体侦测系统，其特征在于：所述物体侦测系统更包含第二摄像单元，电连接该数据处理模块且设置于该第二隅角周边，该第二摄像单元撷取该指示空间呈现于该第一边缘及该第二边缘上的部分该周边构件的第二影像以及藉由该第一反射组件撷取该指示空间呈现于该第一边缘及该第四边缘上的部分该周边构件的第二反射影像，其中该数据处理模块处理该第一影像、该第一反射影像、该第二影像及该第二反射影像至少其中二者以决定该物体信息。

说明书物体侦测系统
技术领域
本发明关于一种物体侦测系统，特别是关于一种提高侦测准确度的物体侦测系统。
背景技术
在触控系统日趋成熟的下，拥有大尺寸与多点触控技术的装置将成为未来的主流。目前，光学式触控系统相较其它方式，如电阻式、电容式、超音波式或投影影像式等，有更低成本与更易达成的优势。
然而，习知的光学式触控系统1的缺点在于一旦在触控屏幕10上同时指示有两个或两个以上的触控点时，触控系统即可能会有触控点侦测错误的情形发生。请参阅图1，其绘示习知的光学式触控系统1计算出两组可能的触控点的示意图。如图1所示，当使用者在触控屏幕10上的触控点(Pa、Pb)的位置指示时，指示物体会遮蔽触控系统1中的光源发射的光线而在触控系统的左右下三边投射出四个阴影(D1′～D4′)影像，并且被两个摄像单元12所撷取。的后，触控系统1会根据四个阴影影像的信息计算出指示位置的坐标，但包含一组实解及一组虚解，其中实解为实际触控点(Pa、Pb)的坐标，而虚解为触控点(Pa′、Pb′)的坐标。由于有虚解的存在，触控系统则可能会有触控点侦测错误的情形发生。
再者，习知的光学式触控系统还有其它下述的缺点。当两个以上触控点同时触控且当两处控点与摄像单元成一条直线时，靠近摄像单元的触控点所对应指示物体的阴影容易遮蔽另一触控点所对应指示物体的阴影，使触控点所对应的阴影位置无法被正确判别，因此会产生触控点的落点误判甚至失效的问题。
此外，美国专利US7460110揭露一种高分辨率的光学式触控系统。于该专利的图7中，触控屏幕上的P点为一向周围辐射发光的光源，触控屏幕的上侧边跟左侧边为不反光背景，右侧边需设置90°反光镜72(见图4)，而下侧边需设置一平面镜92，其中反光镜72的功能是将触控屏幕上的光线平行导入触控面下的波导中。
但是，美国专利US7460110具有以下几项缺点：
1)触控屏幕的角落需制成圆缺角(见图7左上角)，以避免光线进出波导时发生折射，而圆缺角的制作上较繁复；2)光线在非空气的波导介质内光程长且光衰减幅度大；3)90°反光镜72中心需准确对齐触控屏幕的表面延伸线，提高实际组装困难；以及4)需具备辐射发光源对象P、平面镜92与90°反光镜72三者同时搭配才能达成，构造上较复杂。
所以，若能将先前技术的光学式触控系统的缺陷改进，将更有利于光学式触控系统的使用和推广。
发明内容
本发明的目的在于提供一种物体侦测系统。
根据本发明的具体实施方式，物体侦测统包含周边构件、第一反射组件、第一摄像单元、第一点光源点光源及数据处理模块。
该周边构件定义指示空间与该指示空间内的指示平面以供物体指示目标位置，该周边构件与该物体具有对比关系，该指示平面具有第一边缘、第二边缘、第三边缘及第四边缘，该第一边缘及该第四边缘形成第一隅角，第三边缘及该第四边缘该形成第二隅角，该第四边缘及该第二边缘相对。该第一反射组件位于该第二边缘且设置于该周边构件上。该第一摄像单元设置于该第一隅角周边，该第一摄像单元定义第一摄像点并撷取该指示空间呈现于该第二边缘及该第三边缘上的部分该周边构件的第一影像以及由该第一反射组件撷取该指示空间呈现于该第三边缘及该第四边缘上的部分该周边构件的第一反射影像。该第一点光源设置于该第一摄像单元周边以照射该指示空间。该数据处理模块电连接该第一摄像单元，该数据处理模块处理该第一影像及该第一反射影像以决定该物体位于该指示空间内的物体信息。
根据本发明所述的物体侦测系统，第一反射组件为平面镜或棱镜。
根据本发明所述的物体侦测系统，第一反射组件包含第一反射面及第二反射面，第一反射面及第二反射面大致上以直角相交且朝向指示空间，指示平面定义一延伸平面，第一反射面定义一第一延伸平面，第二反射面定义一第二延伸平面，第一延伸平面与第二延伸平面各与延伸平面大致上以45度角相交。
根据本发明所述的物体侦测系统，周边构件包含第二反射组件，第二反射组件反射具有一行径方向的入射光，并使入射光大致上沿着该行径方向反向而平行的方向反射回去，第一影像与第一反射影像中的该物体显现于第二反射组件上。进一步地，第二反射组件为逆向反射镜。或者进一步地，第二反射组件设置于第一边缘、第二边缘、第三边缘及第四边缘。
根据本发明的另一具体实施方式，物体侦测系统包含周边构件、第一反射组件、第一摄像单元及数据处理模块。
该周边构件定义指示空间与该指示空间内的指示平面以供物体指示目标位置，该周边构件包含线光源以照射该指示空间，该指示平面具有第一边缘、第二边缘、第三边缘及第四边缘，该第一边缘及该第四边缘形成第一隅角，第三边缘及该第四边缘该形成第二隅角，该第四边缘及该第二边缘相对。该第一反射组件位于该第二边缘。该第一摄像单元设置于该第一隅角周边，该第一摄像单元定义第一摄像点并撷取该指示空间呈现于该第二边缘及该第三边缘上的部分该周边构件的第一影像以及藉由该第一反射组件撷取该指示空间呈现于该第三边缘及该第四边缘上的部分该周边构件的第一反射影像。该数据处理模块电连接该第一摄像单元，该数据处理模块处理该第一影像及该第一反射影像以决定该物体位于该指示空间内的物体信息。
通过本发明，可提高光学式触控系统的侦测准确度，并且该物体侦测系统在构造上较现有技术更加简单。
关于本发明的优点与精神可以由以下的具体实施方式详述及附图说明得到进一步的了解。
附图说明
图1绘示习知的光学式触控系统计算出两组可能的触控点的示意图。
图2A绘示根据本发明第一具体实施方式的物体侦测系统的示意图。
图2B绘示根据本发明第二具体实施方式的物体侦测系统的示意图。
图3A及图3B绘示图2A的物体侦测系统于不同实施方式的截面视图。
图4A及图4B绘示图2B的物体侦测系统于不同实施方式的截面视图。
图5A绘示图2A物体侦测系统第一实施方式的物体成像示意图。
图5B绘示图5A中对应第二边缘的周边构件的局部剖面图。
图6绘示图5A实施方式中第一摄像单元所撷取的第一影像及第一反射影像示意图。
图7绘示图2A物体侦测系统的第二实施例的物体成像示意图。
图8绘示图7实施方式中第一摄像单元所撷取的第一影像及第一反射影像示意图。
图9绘示图2A物体侦测系统的实施方式中二物体成像示意图。
图10绘示图9实施方式中第一摄像单元所撷取的第一影像及第一反射影像示意图。
图11绘示物体侦测系统侦测物体所在的目标位置的实施方式的示意图。
图12绘示物体侦测系统侦测二个物体所在的目标位置的实施方式的示意图。
图13绘示物体侦测系统侦测物体投射于指示平面的物体形状及物体面积的实施方式的示意图。
图14绘示将图8中第一影像及第一反射影像区分为复数的第一子影像及复数的第一反射子影像的实施方式的示意图。
图15绘示物体侦测系统根据图14的实施方式侦测物体位于指示空间内的物体立体形状及物体体积的实施方式的示意图。
图16绘示物体侦测系统侦测物体位于指示空间内的物体立体形状及物体体积的实施方式的示意图。
图17绘示图2B的物体侦测系统于另一实施方式的截面视图。
具体实施方式
请参阅图2A、图3A及图3B。图2A绘示根据本发明的第一具体实施方式的物体侦测系统2的示意图。图3A及图3B绘示图2A的物体侦测系统2于不同实施例的截面视图。
物体侦测系统2包含周边构件M1～M4、第一反射组件24、第二反射组件23、第一摄像单元22、第二摄像单元26、第一点光源21、第二点光源21a及数据处理模块27。周边构件M1～M4定义指示空间S与指示空间S内的指示平面20以供物体25指示目标位置P，周边构件M1～M4与物体25具有对比关系。在本实施例中，以周边构件M1～M4所大致上围绕的空间定义为指示空间S，指示空间S的高度与周边构件M1～M4的高度大致相同。指示平面20具有第一边缘202、第二边缘204、第三边缘206及第四边缘208，第一边缘202及第四边缘208形成第一隅角200，第三边缘206及第四边缘208形成第二隅角210，第四边缘208及第二边缘204相对。第一反射组件24位于第二边缘204且设置于周边构件M2上。第一摄像单元22设置于第一隅角200周边，第一摄像单元22定义第一摄像点C1，并撷取指示空间S呈现于第二边缘204及第三边缘206上的周边构件M2、M3的第一影像，且第一摄像单元22由位于第二边缘204上的第一反射组件24撷取指示空间S呈现于第三边缘206及第四边缘208上的周边构件M3、M4的第一反射影像。第二摄像单元26设置于第二隅角210周边，第二摄像单元26定义第二摄像点C2，并撷取指示空间S呈现于第一边缘202及第二边缘204上的周边构件M1、M2的第二影像以及藉由该第一反射组件24撷取指示空间S呈现于第一边缘202及第四边缘208上的周边构件M1、M4的第二反射影像。第一点光源21设置于第一摄像单元22周边，第二点光源21a设置于第二摄像单元26周边，第一点光源21及第二点光源21a照射指示空间S。数据处理模块27电连接第一摄像单元22及第二摄像单元26，并处理第一影像、第一反射影像、第二影像及第二反射影像至少其中二者，以决定物体25位于指示空间S内的物体信息。其中，指示平面20可为虚拟平面、显示面板或另行设置的对象，供使用者于其上指示目标位置P。于操作上，物体25可为使用者的手指或其它指示组件(例如触控笔)以在指示平面20上指示目标位置P。物体信息可包含物体25所在的目标位置P相对于指示平面20的相对位置、物体25投射于指示平面20的物体形状及/或物体面积以及物体25位于指示空间S内的物体立体形状及/或物体体积。
周边构件M1～M4可为分离的构件或一体成型的单一构件，在本实施例中，指示平面20定义一延伸平面20a，周边构件M1～M4虽为设置于延伸平面20a上方的四个分离而相邻的构件，于实际应用中，其可由少于四个构件所构成并设置于指示平面20的一边或多边，只要其能供第一反射组件24设置于其上即可。如图3A所示，于具体实施方式中，第一反射组件24可为平面镜，具有反射面240。
或者，如图3B所示，第一反射组件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′大致上以直角相交且朝向指示空间S。第一反射面240′定义第一延伸平面240a(以虚线表示，延伸自第一反射面240′)，该第二反射面242′定义第二延伸平面242a(以虚线表示，延伸自第二反射面242′)，第一延伸平面240a与第二延伸平面242a各与延伸平面20a大致上以45度角相交。于实际应用中，第一反射组件24′可为棱镜。要特别说明的是，第一反射面240′及第二反射面242′大致上成直角相交，可使朝第一反射组件24′行进的入射光L1及被第一反射组件24′反射的反射光L2的行进方向的关系，如以如图3B的侧视观之，二者大致上互相平行，而如以图5A的俯视观之，二者则以相同角度相对于第一反射组件24′对称地入射与反射(此部分详见后述关于图5A的说明)。因而本实施例中的第一反射组件24′具有可大幅增加组装容许公差的优点，即便第一反射组件24′有些许旋转变化，以图3B的侧视观之，亦能使第一反射组件24′的入射光及反射光的行进方向大致上互相平行。
需注意的是，除了平面镜及棱镜之外，第一反射组件亦可为其它类型的镜面。
另外，请参阅图2B、图4A及图4B。图2B绘示根据本发明的另一具体实施方式的物体侦测系统3的示意图。图4A及图4B绘示图2B的物体侦测系统3于不同实施例的截面视图。
图2B的实施例与图2A的不同处在于，图2A中物体侦测系统2的光源为点光源21、21a，设置于第一摄像单元22及第二摄像单元26周边，而图2B中物体侦测系统3的光源为线光源31，属于周边构件M1～M4的一部份。在本实施例中，如图4A及图4B所示，第一反射组件24或24′设置于延伸平面20a与线光源31之间。然而在不同实施例中，亦可将线光源31设置于延伸平面20a与第一反射组件24或24′之间。
在前述实施例中，只要周边构件M1～M4具有反光的效果，使周边构件M1～M4及物体25具有一定的对比关系，即足以显示出作为背景的周边构件M1～M4与作为前景的物体25之间亮度的区别，而具有类似第二反射组件23的功效，则于物体侦测系统2中可不用额外设置第二反射组件23于周边构件M1～M4上，而这种情况下物体25乃显现于周边构件M1～M4上，即第一影像与第一反射影像中显示出的背景乃周边构件M1～M4。然而，我们亦可在物体侦测系统2中，额外设置第二反射组件23，以加强在指示空间内S对于光线的反射。以下说明在物体侦测统2中，额外设置第二反射组件23的实施例。请参阅图2A、图3A及图3B，第二反射组件23设置于位于第一边缘202、第二边缘204、第三边缘206及第四边缘208上的周边构件M1、M2、M3与M4上。当设置于第一摄像单元22、第二摄像单元26周边的第一点光源21及第二点光源21a发射出的光线射向第二反射组件23后，第二反射组件23反射入射的光线。当第二反射组件23被设置时，第一影像与第一反射影像中显示出的背景乃第二反射组件23。于一较佳具体实施方式中，第二反射组件23反射具有一行径方向的入射光L1，并使其反射光L2大致上沿着与入射光L1的该行径方向反向而平行的方向反射回去。举例来说，第二反射组件23可为逆向反射镜(retro reflector)。在本实施例中，如图3A及图3B所示，第一反射组件24或24′可设置于延伸平面20a与第二反射组件23的间。然而在不同实施例中，亦可将第二反射组件23设置于延伸平面20a与第一反射组件24或24′的间。当第二反射组件23被环绕设置于指示平面20的四边时，物体侦测系统2可仅于第二边缘204上设置周边构件M2以承载第二反射组件23以及第一反射组件24或24′已足，而可无须设置其它的周边构件M1、M3与M4。
图5A绘示图2A物体侦测系统2的一实施例的物体成像示意图。为使图5A容易了解，图5A中仅针对一个物体O1及第一摄像单元22标示出与物体O1成像相关的路径，第一摄像单元22并以第一摄像点C1做代表，第二摄像单元26的光路则可依此类推而未标示于图5A中。图5B绘示图5A中对应第二边缘204的周边构件M2的局部剖面图，其中第二反射组件23决定第一影像，第一反射组件24′决定第一反射影像，物体O1以圆锥表示。图6绘示图5A实施例中第一摄像单元22所撷取的第一影像及第一反射影像示意图，其中第一影像与第一反射影像的影像范围则请参阅图5B。
请参阅图2A、图5A及图6。在物体O1尚未进入指示空间S内时，第一摄像单元22直接撷取到的第一影像显现出位于第二边缘204上的周边构件M2及位于第三边缘206上的周边构件M3，且第一摄像单元22藉由位于第二边缘204上的第一反射组件24或24′的反射所撷取到的第一反射影像显现出位于第三边缘206上的周边构件M3及位于第四边缘208上的周边构件M4。
在物体O1进入指示空间S内时，第一摄像单元22直接撷取到的第一影像显现出指示空间S内的物体O1成像于位于第二边缘204上的周边构件M2及位于第三边缘206上的周边构件M3，且第一摄像单元22藉由位于第二边缘204上的第一反射组件24或24′的反射所撷取到的第一反射影像显现出指示空间S的物体O1成像于位于第三边缘206上的周边构件M3及位于第四边缘208上的周边构件M4。在本实施例中，因物体O1所在位置之故，如图6所示，在第一影像中，物体O1乃成像于位于第二边缘204上的周边构件M2上而成像为P11。而在第一反射影像中，除了物体O1的前述成像P11藉由位于第二边缘204上的第一反射组件24或24′的反射而亦成像于位于第三边缘206上的周边构件M3之外，物体O1并藉由位于第二边缘204上的第一反射组件24或24′的反射，显现于位于第四边缘208上的周边构件M4上而成像为P12。
图7绘示图2A物体侦测系统2的另一实施例的物体成像示意图。同样的，为使图7容易了解，图7中仅针对一个物体O2及第一摄像单元22标示出与物体O2成像相关的路径，第一摄像单元22并以第一摄像点C1做代表，第二摄像单元26的光路则可依此类推而未标示于图7中。图8则绘示图7实施例中第一摄像单元22所撷取的第一影像及第一反射影像示意图，其中第一影像与第一反射影像的影像范围亦请参阅图5B。
在本实施例中，因物体O2所在位置之故，如图8所示，在第一影像中，物体O2乃成像于位于第三边缘206上的周边构件M3上而成像为P21。而在第一反射影像中，物体O2则藉由位于第二边缘204上的第一反射组件24或24′的反射，显现于位于第四边缘208上的周边构件M4上而成像为P22。
结合前述两个实施例的说明，当物体侦测统2中同时出现物体O1及物体O2时，其物体成像示意图以及第一摄像单元22所撷取的第一影像及第一反射影像示意图则分别如图9及图10所示。
物体信息可包含物体25所在的目标位置P相对于指示平面20的相对位置、物体25投射于指示平面20的物体形状及/或物体面积以及物体25位于指示空间S内的物体立体形状及/或物体体积。以下分别说明物体侦测系统2如何侦测目标位置P相对于指示平面20的相对位置、物体形状、物体面积、物体立体形状及物体体积。
现以图8及图11说明物体侦测系统2如何侦测物体O2所在的目标位置P相对于指示平面20的相对位置。数据处理模块27根据第一影像中的物体O2于该第二边缘204及/或该第三边缘206上决定第一物体点P21′，并根据第一反射影像中的物体O2于第二边缘204上决定第一反射物体点P22′。在本实施例中，因物体O2所在位置之故，在第一影像中，物体O2乃显现于位于第三边缘206上的周边构件M3上而成像为P21，故数据处理模块27可于第三边缘206上对应成像P21的范围内选择任何一点作为第一物体点P21′。而在第一反射影像中，藉由位于第二边缘204上的第一反射组件24或24′的反射，物体O2则显现于位于第四边缘208上的周边构件M4上而成像为P22，故数据处理模块27可于第一反射组件24或24′所在的第二边缘204上对应成像P22的范围内选择任何一点作为第一反射物体点P22′。
在第一摄像单元22所在的位置范围中，可定义第一摄像点C1。在本实施例中，以第一隅角200作为第一摄像点C1。接着，数据处理模块27根据第一摄像点C1及第一物体点P21′的联机关系决定第一直进路径S1，并根据第一摄像点C1及第一反射物体点P22′的联机关系以及第一反射组件24或24′决定第一反射路径R1。第一反射路径R1中的反射路径R1a由第一摄像点C1及第一反射物体点P22′的联机关系所决定，而第一反射路径R1中的反射路径R1b则由反射路径R1a与第一反射组件24或24′的反射所决定，即反射路径R1a及反射路径R1b分别与第二边缘204上经第一反射物体点P22′的法线所产生的夹角具有相同角度。最后，数据处理模块27根据第一直进路径S1及第一反射路径R1的交会点P′以决定目标位置P相对于指示平面20的相对位置。
图12则绘示物体侦测系统2如何侦测二个物体O1及O2所在的目标位置相对于指示平面20的相对位置一实施例的示意图，其中第一摄像单元22及第二摄像单元26的摄像中心(如镜头中心)被选择作为决定路径时所需的摄像点。藉由图8及图11的相关说明，我们可以了解，在图12的实施例中，藉由第一摄像单元22所撷取的影像及反射影像，可决定直进路径S2、直进路径S3、反射路径R2及反射路径R3。藉由第二摄像单元26所撷取的影像及反射影像，则可决定直进路径S2′、直进路径S3′、反射路径R2′及反射路径R3′。接着，可判断出直进路径S2、S2′与反射路径R2、R2′实质上有共同交会(即交会于同一点或同一区域)，故判断直进路径S2、S2′与反射路径R2、R2′实质上共同交会的P1处乃一实解，亦即指示平面20上的P1位置上方存在一物体。同样的，我们可判断出直进路径S3、S3′与反射路径R3、R3′实质上有共同交会，故判断直进路径S3、S3′与反射路径R3、R3′实质上共同交会的P2处乃一实解，亦即指示平面20上的P2位置上方存在另一物体。另外，我们亦可知P1′处有直进路径S3与S2′交会，以及P2′处有直进路径S2与S3′交会，惟因该二位置皆仅为直进路径的交会，而非至少一直进路径与至少一反射路径的交会，故判断其乃虚解，实际上并无物体位于P1′与P2′的位置。
现以图8及图13说明物体侦测系统2如何侦测物体O2投射于指示平面20的物体形状及物体面积。数据处理模块27根据第一影像中的物体O2于该第二边缘204及/或该第三边缘206上决定第一物体点P21a及第二物体点P21b，并根据第一反射影像中的物体O2于第二边缘204上决定第一反射物体点P22a及第二反射物体点P22b。在本实施例中，因物体O2所在位置的故，在第一影像中，物体O2乃显现于位于第三边缘206上的周边构件M3上而成像为P21，故数据处理模块27可于第三边缘206上对应成像P21的范围内选择任何相异的二点作为第一物体点P21a及第二物体点P21b。而在第一反射影像中，藉由位于第二边缘204上的第一反射组件24或24′的反射，物体O2则显现于位于第四边缘208上的周边构件M4上而成像为P22，故数据处理模块27可于第一反射组件24或24′所在的第二边缘204上对应成像P22的范围内选择任何相异的二点作为第一反射物体点P22a及第二反射物体点P22b。在本实施例中，于第三边缘206上对应成像P21的范围内选择最边界的二个端点作为第一物体点P21a及第二物体点P21b，并于第二边缘204上对应成像P22的范围内选择最边界的二个端点作为第一反射物体点P22a及第二反射物体点P22b。而第一隅角200则被选择作为第一摄像单元22所定义的第一摄像点C1。
接着，数据处理模块27根据第一摄像点C1分别与第一物体点P21a及第二物体点P21b的联机关系决定第一直进平面路径PS1，并根据第一摄像点C1分别与第一反射物体点P22a及第二反射物体点P22b的联机关系以及第一反射组件24或24′决定第一反射平面路径PR1。第一直进平面路径PS 1即为于指示平面20范围内，由第一摄像点C1与第一物体点P21a的联机以及第一摄像点C1与第二物体点P21b的联机之间所形成的平面区域。第一反射平面路径PR1包含平面路径PR1a与平面路径PR1b，其中平面路径PR1a由第一摄像点C1分别与第一反射物体点P22a及第二反射物体点P22b的联机关系所决定，亦即平面路径PR1a为于指示平面20范围内，由第一摄像点C1与第一反射物体点P22a的联机以及第一摄像点C1与第二反射物体点P22b的联机之间所形成的平面区域。而第一反射平面路径PR1中的平面路径PR1b则由平面路径PR1a与第一反射组件24或24′的反射所决定，即第一摄像点C1与第一反射物体点P22a的联机以及平面路径PR1b中经过第一反射物体点P22a的边界分别与第二边缘204上经第一反射物体点P22a的法线所产生的夹角具有相同角度，而第一摄像点C1与第二反射物体点P22b的联机以及平面路径PR1b中经过第二反射物体点P22b的边界分别与第二边缘204上经第二反射物体点P22b的法线所产生的夹角具有相同角度。最后，数据处理模块27根据第一直进平面路径PS1及第一反射平面路径PR1的交会区域IA的形状及/或面积以决定物体形状及/或物体面积。物体形状可直接以交会区域IA的形状做代表，亦可以交会区域IA内或外的其它几何形状做代表，诸如：交会区域IA内的最大内切矩形或最大内切圆，或交会区域IA外的最小外接矩形或最小外接圆等。而物体面积则可直接以交会区域IA的面积做代表，亦可以交会区域IA内或外的其它几何形状的面积做代表，诸如：交会区域IA内的最大内切矩形或最大内切圆的面积，或交会区域IA外的最小外接矩形或最小外接圆的面积等。在实际应用中，数据处理模块27可仅决定物体形状或物体面积，亦可同时决定物体形状及物体面积，视实际需求而定。
除参照图8及图13以外，现一并以图14及图15说明物体侦测系统2如何侦测物体O2位于指示空间S内的物体立体形状及物体体积。数据处理模块27分别将图8中第一影像及第一反射影像区分为复数个第一子影像I1～In及复数个第一反射子影像IR1～IRn，藉由对应图8及图12的实施例所说明的方法，根据两两成组的复数第一子影像I1～In及复数第一反射子影像IR1～IRn决定复数个物体形状及复数个物体面积，并将复数物体形状及复数物体面积沿指示平面20的法线方向ND(即垂直图2A图面的方向)依序堆栈，便可决定物体立体形状及物体体积。在本实施例中，将第一影像及第一反射影像分别区分为多个第一子影像I1～In及多个第一反射子影像IR1～IRn，依序根据多组的第一子影像I1～In及第一反射子影像IR1～IRn决定多个物体形状及多个物体面积CA1～CAn，并以多个物体形状的代表点(如重心)为中心，沿指示平面20的法线方向ND依序堆栈，参照指示空间S的高度，便可决定物体立体形状及物体体积。在实际应用中，数据处理模块27可仅决定物体立体形状或物体体积，亦可一并决定物体立体形状及物体体积，视实际需求而定。
除前述图14及图15实施例所描述的方法外，现以图8及图16说明物体侦测系统2如何以不同的方法侦测物体O2位于指示空间S内的物体立体形状及/或物体体积。数据处理模块27根据第一影像中的物体O2于位于第二边缘204上的周边构件M2及/或位于第三边缘206上的周边构件M3决定第一物体点P21a、第二物体点P21b及第三物体点P21c，并根据第一反射影像中的物体O2于位于第二边缘204上的周边构件M2决定第一反射物体点P22a、第二反射物体点P22b及第三反射物体点P22c。在本实施例中，因物体O2所在位置之故，在第一影像中，物体O2乃显现于位于第三边缘206上的周边构件M3上而成像为P21，故数据处理模块27可于第三边缘206上的周边构件M3对应成像P21的范围内，选择不共线的任何相异三点作为第一物体点P21a、第二物体点P21b及第三物体点P21c。而在第一反射影像中，藉由位于第二边缘204上的第一反射组件24或24′的反射，物体O2则显现于位于第四边缘208上的周边构件M4上而成像为P22，故数据处理模块27可于第一反射组件24或24′所在的第二边缘204上的周边构件M2对应成像P22的范围内，选择不共线的任何相异三点作为第一反射物体点P22a、第二反射物体点P22b及第三反射物体点P22c。在本实施例中，于周边构件M3上对应成像P21的范围内选择范围边界上的三个点作为第一物体点P21a、第二物体点P21b及第三物体点P21c，并于周边构件M2上对应成像P22的范围内选择范围边界上的三个点作为第一反射物体点P22a、第二反射物体点P22b及第三反射物体点P22c。而第一隅角200则被选择作为第一摄像单元22所定义的第一摄像点C1。
接着，数据处理模块27根据第一摄像点C1分别与第一物体点P21a、第二物体点P21b及第三物体点P21c的联机关系决定第一直进立体路径CS1，并根据第一摄像点C1分别与第一反射物体点P22a、第二反射物体点P22b及第三反射物体点P22c的联机关系以及第一反射组件24或24′决定第一反射立体路径CR1。第一直进立体路径CS1即为于指示空间S内，由第一摄像点C1与第一物体点P21a的联机、第一摄像点C1与第二物体点P21b的联机以及第一摄像点C1与第三物体点P21c的联机等三个联机的间所形成的立体区域。第一反射立体路径CR1包含立体路径CR1a与立体路径CR1b，其中立体路径CR1a由第一摄像点C1分别与第一反射物体点P22a、第二反射物体点P22b及第三反射物体点P22c的联机关系所决定，亦即立体路径CR1a为于指示空间S内，由第一摄像点C1与第一反射物体点P22a的联机、第一摄像点C1与第二反射物体点P22b的联机以及第一摄像点C1与第三反射物体点P22c的联机等三个联机之间所形成的立体区域。而第一反射立体路径CR1中的立体路径CR1b则由立体路径CR1a与第一反射组件24或24′的反射所决定，即于指示空间S内，前述立体路径CR1a的联机经过第一反射组件24或24′的反射后产生反射联机之间所形成的立体区域即为立体路径CR1b。最后，数据处理模块27根据第一直进立体路径CS1及第一反射立体路径CR1的交会空间的立体形状及/或体积以决定物体立体形状及/或物体体积。物体立体形状可直接以交会空间IS的立体形状做代表，亦可以交会空间IS内或外的其它几何立体形状做代表，诸如：交会空间IS内的最大内切立方体或最大内切球体，或交会空间IS外的最小外接立方体或最小外接球体等。而物体体积则可直接以交会空间IS的体积做代表，亦可以交会空间IS内或外的其它几何体的体积做代表，诸如：交会空间IS内的最大内切立方体或最大内切球体的体积，或交会空间IS外的最小外接立方体或最小外接球体的体积等。在实际应用中，数据处理模块27可仅决定物体立体形状或物体体积，亦可同时决定物体立体形状及物体体积，视实际需求而定。
在前述实施例中，说明物体侦测系统2如何侦测各种物体信息时，为方便说明起见，仅以第一摄像单元22所撷取的影像进行说明，然熟习本领域技艺人士当可据以理解第二摄像单元26的运作，故不再赘述。
要特别说明的是，对照图2A及图2B两种系统的设计，虽然光源的形式及位置不同，但其物体信息的判断逻辑是共通的，故图2B实施例的物体侦测系统3的物体成像示意图参阅图5A至图16即可推得，不再另外绘示，而其物体信息的判断亦可参照前述各个实施例即可了解，而不再赘述。
在此，仅藉由参照图17，说明在物体侦测系统3中，第一反射组件24′及线光源31的一设置实施例。在本实施例中，线光源31被设置于该第一反射组件24′的背侧244′，第一反射组件24′为一半穿透半反射镜体，使线光源31所发射的光线可由第一反射组件24′的背侧244′朝向该指示空间S穿透第一反射组件24′，并使指示空间S内的光线于行进至第一反射组件24′时被反射。如此，线光源31所发射的光线可穿透第一反射组件24′而照射指示空间S，而第一反射组件24′亦可反射指示空间S内的光线以形成反射影像。在本实施例中，以指示平面20为基准，因为第一反射组件24′及线光源31乃前后相对地设置，而非上下相对地设置，故此种设置方式可减少周边构件M1～M4的高度，进而减少物体侦测系统3的整体高度。
此外，于具体实施方式中，第一摄像单元22及第二摄像单元26可各包含一影像传感器，使第一影像、第一反射影像、第二影像及第二反射影像成像于该影像传感器上。于实际应用中，该影像传感器可为一区域传感器(area sensor)或一线传感器(line sensor)。在此要特别强调的是，藉由第一反射组件的设置，本发明的物体侦测系统相较于图1的先前技术来说，除了藉由直接撷取到的影像所决定的路径外，更有藉由第一反射组件而撷取到的反射影像所决定的反射路径，因此在指示空间内可藉由更多的路径更可准确地决定物体所在的目标位置相对于指示平面的相对位置、物体投射于指示平面的物体形状及/或物体面积，以及物体位于指示空间内的物体立体形状及/或物体体积。
由以上具体实施方式的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭露的具体实施方式来对本发明加以限制。