載具的測障系統由[12]設計，其中包含雙眼視覺感測與超音波感測。而[14]利 用此二系統的資訊整合成可因應障礙物變化而反應的避障系統，見第六章。
5.1 雙眼視覺系統
本研究使用的雙眼視覺系統採用 Videre Design 公司之 STH-DCSG 雙眼相機。
STH-DCSG 為數位式立體影像鏡頭，IEEE1394 介面，相機擷取的影像解析度為 640x480，畫面傳輸速率為 30fps。Videre Design 提供了 SRI Stereo Engine 的程式開 發介面(Application Programming Interface, API)，使用者可以透過自行編撰的程式 碼呼叫函式庫中測距的工具函式來測量障礙物的距離，也可搭配使用者依照環境 需求所設計的輔助程式，如自動曝光模組，來使測距功能達到最佳的效果[14]。
此系統將載具前方六公尺、左右各五公尺的 6x10 長方形範圍劃分成 60 個 1 公尺 x1 公尺的網格。當程式呼叫測距函式時，函式擷取拍攝畫面，透過視差影像 計算出每個像素在相機座標中的位置。而將計算出位置的像素放置在各自的網格 中，當某格網格中的像素數量超過一定數目，且像素的平均高度超過一閥值，即 定義該網格位置為障礙物。如圖所示。
圖 5-1 左眼影像[14] 圖 5-2 視差圖[14]
圖 5-3 網格示意圖[14]
5.2 超音波系統
5.2.1 超音波測距原理
音波傳遞至物體表面會反射回音，因此可透過計算音波發射和接收回音的時 間差計算障礙物至感測器之間的距離。超音波為振動頻率超過人耳能感知的聲波 (16~20kHz)，應用在各種感測上，其中低頻的音波(20kHz~數百 kHz)多用於測距。
此系統所使用的 Devantech 公司 SRF05 超音波感測器，為雙頭式感測器，在 同側有一發射器和一接收器。發射器利用壓電逆效應，在壓電晶片上施加脈衝電 壓使壓電材料震動產生超音波；接收器收到介質的壓縮，則利用壓電正效應將空 氣振動轉換為電壓訊號。
SRF05 感測器的量測範圍為 1cm~300cm，由發射器發射超音波，至接收器接 收到反射的回音之經過時間，即可推算出感測器與反射面之距離。如下圖(5-4)與 下式(5.1)所示。
圖 5-4 超音波感測示意圖 α
D
D =𝑣𝑣𝑠𝑠×𝑡𝑡2 𝑠𝑠cos 𝛼𝛼 (5.1) 其中，
D：超音波傳遞距離的一半(m) 𝑣𝑣𝑠𝑠：超音波傳遞速率(m sec⁄ ) 𝑡𝑡𝑠𝑠：超音波傳遞時間(sec)
當式(5.1)中的 D 遠大於發射端和接收端之間的距離，cos 𝛼𝛼可視為趨近於 1。
聲波的傳遞速率𝑣𝑣𝑠𝑠會隨溫度(T)而變，在攝氏 0 度為 331.31m/sec，關係式如下：
𝑣𝑣𝑠𝑠 = 331.31 × �1 +273.15𝑇𝑇 (5.2)
5.2.2 感測器配置
為提供載具四周完整的障礙物資訊，並讓各個超音波感測器不會互相衝突，
因此在載具上訂製一外框，將六顆超音波感測器依圖放置於外框上。
圖 5-5 超音波感測器配置圖
由於 SRF05 感測器的輸入觸發訊號需要10μs 的 TTL 訊號，回傳的輸出訊號 也是 TTL 訊號，因此使用 FPGA 開發板，設計一 VHDL 程式來收發 TTL 訊號，
透過 RS232 傳輸介面將資料傳輸至控制單元。而為避免訊號相互干擾，TTL 訊號 間隔為 22ms。如下圖：
U1 U2 U4 U3
U5
U6
圖 5-6 FPGA 對超音波感測器提供之觸發訊號[10]
利用上述的測距原理和資訊傳輸的方法，可以持續地用超音波取得載具四周 的近距離障礙物的位置。