電機工程學系
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歷史沿革
本系成立宗旨在整合電子、電機、資訊、控制等多學門之工程技術，以培養跨領域具系統整合能力之電機電子科技人才為目標，同時配合產業界需求、支援國家重點科技發展，以「系統晶片」、「多媒體與通訊」、與「智慧型控制與機器人」等三大領域為核心發展方向，期望藉由學術創新引領產業發展，全力培養能直接投入電機電子產業之高級技術人才，厚植本國科技產業之競爭實力。
本系肇始於民國92年籌設之「應用電子科技研究所」，經一年籌劃，於民國93年8月正式成立，開始招收碩士班研究生，以培養具備理論、實務能力之高階電機電子科技人才為目標。民國96年8月「應用電子科技學系」成立，招收學士班學生，同時間，系所合一為「應用電子科技學系」。民國103年8月更名為「電機工程學系」，民國107年電機工程學系博士班成立，完備從大學部到博士班之學制規模，進一步擴展與深化本系的教學與研究能量。
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Item 量測方法、量測裝置及拍攝系統(2010-01-11) 許陳鑑; 盧明智; 王地河; 陳政傳一種量測方法，用以量測一拍攝系統與一待測物之間的距離。拍攝系統具有一鏡頭、一影像處理裝置以及一顯示裝置。影像處理裝置處理鏡頭所擷取之影像，使得顯示裝置呈現一畫面。顯示裝置具有複數掃描線。本發明之量測方法，包括以下步驟：在畫面中，取得一第一待測點；得知第一待測點在掃描線所在位置；在拍攝系統與待測物之間的距離保持不變的情況下，將拍攝系統往一預設方向移動；重新量測得到第一待測點對應於畫面在掃描線所在位置之第二待測點；計算第一及第二待測點以及拍攝系統移動的距離，以得知拍攝系統與待測物之間的距離。 【創作特點】 本發明提供一種量測方法，用以量測一拍攝系統與一待測物之間的距離。拍攝系統具有一鏡頭、一影像處理裝置以及一顯示裝置。影像處理裝置處理鏡頭所擷取之影像，使得顯示裝置呈現一畫面。顯示裝置具有複數掃描線。本發明之量測方法，包括以下步驟：在畫面中，取得一第一待測點；在拍攝系統與待測物之間的距離保持不變的情況下，將拍攝系統往一預設方向移動；重新量測第一待測點對應於畫面之一第二像素值；計算第一及第二像素值以及拍攝系統移動的距離，以得知拍攝系統與待測物之間的距離。 本發明另提供一種量測裝置，用以量測一拍攝系統與一待測物之間的距離。拍攝系統具有一顯示裝置。顯示裝置用以呈現對應影像之一畫面，並具有複數掃描線。本發明之量測裝置包括，一設定模組、一測量模組以及一運算模組。 設定模組在畫面中，設定一第一待測點。測量模組在拍攝系統未移動前，測量第一待測點對應畫面之一第一像素值，在拍攝系統移動後，測量第一待測點對應畫面之一第二像素值。在拍攝系統與待測物之間的距離保持不變的情況下，拍攝系統係往一預設方向移動。運算模組根據第一及第二像素值以及拍攝系統移動的距離，計算出拍攝系統與待測物之間的距離。 本發明另提供一種拍攝系統包括，一鏡頭、一顯示裝置以及一量測裝置。鏡頭用以擷取一影像。顯示裝置用以呈現對應影像之一畫面，並具有複數掃描線。量測裝置包括一設定模組、一測量模組以及一運算模組。 設定模組在畫面中，設定一第一待測點。測量模組在拍攝系統未移動前，測量第一待測點對應畫面之一第一像素值，在拍攝系統移動後，測量第一待測點對應畫面之一第二像素值。在拍攝系統與待測物之間的距離保持不變的情況下，拍攝系統係往一預設方向移動。運算模組根據第一及第二像素值以及拍攝系統移動的距離，計算出拍攝系統與待測物之間的距離。Item 應用於室內自然環境且可與人自然溝通之居家服務機器人--子計畫三：居家服務機器人之即時動態導航與定位學習之設計與實現(行政院國家科學委員會, 2010-07-31) 許陳鑑; 盧明智本計畫之主要目的在於研究居家服務機器人即時動態導航與定位之設計與實現，包 含：環境感知、導航(robot navigation)、以及迴避障礙等功能，使居家服務機器人能具有 自主認知與熟習環境的能力，以協助各個子計畫達成希望執行的任務。配合總計畫第 一、二年預定完成Robotcup@home 基礎及進階指定競賽項目的目標，本計畫將以：(1) 多感測器之障礙物偵測系統、(2)感測器資料融合、(3)虛擬環境地圖建立與定位、(4)自 主避障、(5)動態路徑規劃、以及(6)障礙空間資訊描述等六項研究重點，完成：(1)建立 一多重感知障礙物偵測系統，整合各種異質感測器之量測資訊，提供可靠之環境障礙物 資訊，(2)利用多種數據融合(sensor fusion)技術實現感測器資料融合，以提供可靠的量測 結果，作為建立地圖與避障之依據，(3)利用多種建地圖(map building)技術，建立並更新 未知環境之虛擬空間地圖，作為機器人自主導航的依據，(4)以多種啟引式演算法 (heuristic)以及演化計算法(evolutionary computation)實現最佳路徑之規劃，使機器人能據 以行動，快速且安全到達目的地，(5)依多重感測數據融合資料以及目標物移動方向之估 測，實現自主避障之功能，使機器人能安全行進，(6)利用多重感測數據融合資料作訊號 處理與座標轉換，實現障礙空間圖形化描述(obstacle profiling)，精確呈現障礙物空間資 訊。並與其他子計畫整合，使居家機器人能夠實現Robotcup@home 所指定之基礎及進 階競賽項目。第三年則針對適合台灣居家環境之機器人的相關項目進行研發，包含：(1) 提供居家空間多重輔助定位，包含超音波、RFID、以及影像式輔助定位，以校準機器人 位置，提供機器人精確定位，(2)建置即時遠端監控與整合式互動介面，方便使用者透過 遠端連線的方式進行監控，增加居家服務機器人的實用與便利性，(3)以嵌入式統軟硬體 協同設計(Hardware/Software Co-design)觀念，實現各種所提出之演算法，改善機器人定 位、路徑規劃、避障之執行效能，全面提升機器人之導航及避障性能。Item 以SOPC為基礎利用單一攝影機傾斜攝影之移動式機器人物體追蹤與定位系統(行政院國家科學委員會, 2012-07-31) 許陳鑑; 李世安本計畫主要係以可程式規劃系統晶片(System On Program Chip, SOPC)為基礎，建置一台具備影像物體追蹤(object tracking)、影像式定位(image-based localization)、以及避障功能(obstacle avoidance)之全方位移動式機器人。作法上係以單一CCD作傾斜式之攝影(tilt photographing)，據以發展出多種以傾斜式攝影為基礎之影像式距離及角度量測系統，藉由與物體追蹤技術相結合，達到對於目標物之定位(localization)，並將相關演算法實現在可程式規劃系統晶片(System On Program Chip, SOPC)上，達到以SOC晶片系統即時處理及控制移動式機器人的目的，目前已經達成部分計畫目標，包含完成一影像式量測方法，用以量測傾斜面上之目標物定位資訊，包含目標物之距離、傾斜角度、以及目標物體之垂直高度等。Item 應用於室內自然環境且可與人自然溝通之居家服務機器人--子計畫三：居家服務機器人之即時動態導航與定位學習之設計與實現(II)(行政院國家科學委員會, 2011-07-31) 許陳鑑; 簡忠漢本計畫之主要目的在於研究居家服務機器人即時動態導航與定位之設計與實現，包 含：環境感知、導航(robot navigation)、以及迴避障礙等功能，使居家服務機器人能具有 自主認知與熟習環境的能力，以協助各個子計畫達成希望執行的任務。配合總計畫第 一、二年預定完成RoboCup@home 基礎及進階指定競賽項目的目標，本計畫將以：(1) 多感測器之障礙物偵測系統、(2)感測器資料融合、(3)虛擬環境地圖建立與定位、(4)自 主避障、以及(5)動態路徑規劃等項目為研究重點，完成：(1)建立一多重感知障礙物偵 測系統，整合各種異質感測器之量測資訊，提供可靠之環境障礙物資訊，(2)利用多種數 據融合(sensor fusion)技術實現感測器資料融合，以提供可靠的量測結果，作為建圖、定 位與避障之依據，(3)利用多種地圖建置(map building)與自我定位技術，建立並更新未知 環境之虛擬地圖以及準確估測機器人的姿態，作為機器人自主導航的依據，(4)以多種啟 引式演算法(heuristic)以及演化計算法(evolutionary computation)實現最佳路徑之規劃，使 機器人能據以行動，快速且安全到達目的地，(5)依據多重感知障礙物偵測的結果以及目 標物移動方向之估測，實現自主避障之功能，使機器人能安全行進。並與其他子計畫整 合，使居家機器人能夠完成RoboCup@home 所指定之基礎及進階競賽項目。第三年的 目標主要是要延伸居家服務機器人的功能，針對適合台灣居家環境之機器人的相關項目 進行研發，包含：(1)利用影像式定位法配合目標物特徵辨識技術對障礙物進行偵測，以 確定目標物之空間座標位置，(2)提供居家空間多重輔助定位，包含超音波、RFID、以 及影像式輔助定位，以校準機器人位置，提供機器人精確定位，(3)利用多重感測數據融 合資料實現3D 地圖建立與圖形化介面設計，精確呈現障礙物空間資訊，(4)以嵌入式系 統軟硬體協同設計(Hardware/Software Co-design)觀念實現各種演算法，期使運算速度能 夠大幅提升，達到即時處理之需求，全面提升機器人之導航及避障性能。Item 以SOPC為基礎利用單一攝影機傾斜攝影之移動式機器人物體追蹤與定位系統(行政院國家科學委員會, 2011-07-31) 許陳鑑本計畫擬建置一台以可程式規劃系統晶片(System On Program Chip, SOPC)為基礎，具備 影像物體追蹤(object tracking)、影像式定位(image-based localization)、以及避障功能 (obstacle avoidance)之全方位移動式機器人。作法上係以單一CCD 作傾斜式之攝影(tilt photographing)，據以發展出多種以傾斜式攝影為基礎之影像式距離及角度量測系統，藉 由與物體追蹤技術相結合，達到對於目標物之定位(localization)，並將相關演算法實現 在可程式規劃系統晶片(System On Program Chip, SOPC)上，達到以SOC 晶片系統即時 處理及控制移動式機器人的目的。三年期之計畫共包含5 個研究子題，分別是：(1)全方 位機器人系統架構與建置，(2) 混合型物體影像追蹤系統，(3)影像式物體定位系統，(4) 模糊避障系統，以及(5) SOPC 系統之實現。 機器人系統架構上，本計畫擬設計一台具有全方位移動能力之機器人，視覺系統則 僅配置單一CCD 作傾斜式攝影，作為影像式距離量測、影像物體追蹤、以及影像式物 體定位等相關系統之基礎；機器人的週邊則配置有超音波感測器、紅外線感測器，利用 多重感測器資料融合技術，建立機器人之模糊避障(fuzzy obstacle avidance)功能。在影像 物體追蹤方面，本計畫擬以粒子濾波器演算法(particle filter, PF)、粒子群最佳化法(particle swarm optimization, PSO)，以及單體搜尋法(Nelder-Mead Simplex Search Method, NM)為 基礎，擷取其長處予以整合，開發兩種混合型(Hybrid)目標物體追蹤法，配合特徵為基 礎之物體辨識技術(feature-based methods for object recognition)，快速偵測目標物體，再 輔以所開發出來之多種影像式物體定位系統，以獲取所偵測到的目標物體相對於量測系 統的座標位置。在機器人避障系統方面，本計畫擬設計一模糊系統，將多種感測器資訊 融合成障礙物的距離與方向資訊，並透過模糊避障機制來決定機器人的移動方向與旋轉 角度，最後再以SOPC 實現各種相關演算法，利用FPGA 的硬體電路優勢，以軟硬體協 同設計(Hardware/Software Co-design)的技術設計各種硬體加速器電路，提升相關演算法 的執行效率，實現以SOC 晶片系統即時處理及控制移動式機器人的目的。Item 應用於室內自然環境且可與人自然溝通之居家服務機器人--總計畫：應用於室內自然環境且可與人自然溝通之居家服務機器人(行政院國家科學委員會, 2012-07-31) 李祖聖; 許陳鑑; 翁慶昌; 蘇木春Item 應用於室內自然環境且可與人自然溝通之居家服務機器人--子計畫三：居家服務機器人之即時動態導航與定位學習之設計與實現(II)(行政院國家科學委員會, 2012-07-31) 許陳鑑; 簡忠漢本計畫之主要目的在於研究居家服務機器人即時動態導航與定位之設計與實現，包 含：環境感知、導航(robot navigation)、以及迴避障礙等功能，使居家服務機器人能具有 自主認知與熟習環境的能力，以協助各個子計畫達成希望執行的任務。配合總計畫第 一、二年預定完成RoboCup@home 基礎及進階指定競賽項目的目標，本計畫將以：(1) 多感測器之障礙物偵測系統、(2)感測器資料融合、(3)虛擬環境地圖建立與定位、(4)自 主避障、以及(5)動態路徑規劃等項目為研究重點，完成：(1)建立一多重感知障礙物偵 測系統，整合各種異質感測器之量測資訊，提供可靠之環境障礙物資訊，(2)利用多種數 據融合(sensor fusion)技術實現感測器資料融合，以提供可靠的量測結果，作為建圖、定 位與避障之依據，(3)利用多種地圖建置(map building)與自我定位技術，建立並更新未知 環境之虛擬地圖以及準確估測機器人的姿態，作為機器人自主導航的依據，(4)以多種啟 引式演算法(heuristic)以及演化計算法(evolutionary computation)實現最佳路徑之規劃，使 機器人能據以行動，快速且安全到達目的地，(5)依據多重感知障礙物偵測的結果以及目 標物移動方向之估測，實現自主避障之功能，使機器人能安全行進。並與其他子計畫整 合，使居家機器人能夠完成RoboCup@home 所指定之基礎及進階競賽項目。第三年的 目標主要是要延伸居家服務機器人的功能，針對適合台灣居家環境之機器人的相關項目 進行研發，包含：(1)利用影像式定位法配合目標物特徵辨識技術對障礙物進行偵測，以 確定目標物之空間座標位置，(2)提供居家空間多重輔助定位，包含超音波、RFID、以 及影像式輔助定位，以校準機器人位置，提供機器人精確定位，(3)利用多重感測數據融 合資料實現3D 地圖建立與圖形化介面設計，精確呈現障礙物空間資訊，(4)以嵌入式系 統軟硬體協同設計(Hardware/Software Co-design)觀念實現各種演算法，期使運算速度能 夠大幅提升，達到即時處理之需求，全面提升機器人之導航及避障性能。Item 以SOPC為基礎利用單一攝影機傾斜攝影之移動式機器人物體追蹤與定位系統(行政院國家科學委員會, 2013-07-31) 許陳鑑; 李世安本計畫擬建置一台以可程式規劃系統晶片(System On Program Chip, SOPC)為基礎，具備影像物體追蹤(object tracking)、影像式定位(image-based localization)、以及避障功能(obstacle avoidance)之全方位移動式機器人。作法上係以單一CCD作傾斜式之攝影(tilt photographing)，據以發展出多種以傾斜式攝影為基礎之影像式距離及角度量測系統，藉由與物體追蹤技術相結合，達到對於目標物之定位(localization)，並將相關演算法實現在可程式規劃系統晶片(System On Program Chip, SOPC)上，達到以SOC晶片系統即時處理及控制移動式機器人的目的。三年期之計畫共包含5個研究子題，分別是：(1)全方位機器人系統架構與建置，(2) 混合型物體影像追蹤系統，(3)影像式物體定位系統，(4)模糊避障系統，以及(5) SOPC系統之實現。 在機器人系統架構方面，本計畫擬設計一台具有全方位移動能力之機器人，視覺系統則僅配置單一CCD作傾斜式攝影，作為影像式距離量測、影像物體追蹤、以及影像式物體定位等相關系統之基礎；機器人的週邊則配置有超音波感測器、紅外線感測器，利用多重感測器資料融合技術，建立機器人之模糊避障(fuzzy obstacle avidance)功能。在影像物體追蹤方面，本計畫擬以粒子濾波器演算法(particle filter, PF)、粒子群最佳化法(particle swarm optimization, PSO)，以及單體搜尋法(Nelder-Mead Simplex Search Method, NM)為基礎，擷取其長處予以整合，開發兩種混合型(Hybrid)目標物體追蹤法，配合特徵為基礎之物體辨識技術(feature-based methods for object recognition)，快速偵測目標物體，再輔以所開發出來之多種影像式物體定位系統，以獲取所偵測到的目標物體相對於量測系統的座標位置。在機器人避障系統方面，本計畫擬設計一模糊系統，將多種感測器資訊融合成障礙物的距離與方向資訊，並透過模糊避障機制來決定機器人的移動方向與旋轉角度，最後再以SOPC實現各種相關演算法，利用FPGA的硬體電路優勢，以軟硬體協同設計(Hardware/Software Co-design)的技術設計各種硬體加速器電路，提升相關演算法的執〈行效率，實現以SOC晶片系統即時處理及控制移動式機器人的目的。Item 夜視型自主式群組校園巡邏機器人之研究,--子計畫三：探索室外環境功能之導航自走車之研製(II)(行政院國家科學委員會, 2012-07-31) 盧明智; 許陳鑑; 簡忠漢本計畫為整合型計畫「夜視型自主式群組校園巡邏機器人之研究」之子計畫三。整合型計畫的總體目標為設計一群組機器人，使其能夠自主地在日間(使用一般影像辨識技術)、夜間或是光線不佳(整合紅外線熱像儀影像辨識技術)的環境下，進行環境巡邏的工作。故本子計畫之題目為「探索室外環境功能之導航自走車之研製」，即希望研製一部適合於社區室外環境(住宅區、工廠廠區、學校等)移動之自走輪型機器人(簡稱自走車)，使其能夠依據一般影像辨識技術(日間)、或整合紅外線熱像儀影像辨識技術(夜間或是光線不佳時)，進行社區環境巡邏的工作。 本研究中著重於發展機器人視覺感測技術為主，本計畫預計自行研發一適合室外環境移動之差動式驅動之自走機器人，搭載多組的攝影機，包括：紅外線攝影機、Pan-Tilt CCD攝影機及搭配其它感測設備如：GPS、電子羅盤、超音波感測器與雷射距離感測器等以蒐集環境的資訊。使用IPM技術，分別定位日、夜間的路面、道路邊線、牆壁與路燈，以提供自走車自我定位。並搭配上GPS與電子羅盤的定位，擷取影像上顯著的特徵，推測導航方式來定位自走車的絕對位置。知道自走車的絕對位置之後， 再應用SIFT 特徵或Harris-Laplace 特徵偵測技術建立特徵資料庫，並依據所建立之影像特徵資料庫，以最小方差法與Kalman Filter 方法進行比對以修正定位誤差，達成自我定位與目標定位，並使用IBDMS(Image-Based Distance Measurement System)的技術來計算物體之間距離並完成三度空間的定位。最後，發展以白天追蹤道路邊線以達成沿路行進及夜間偵測紅外線被動式反射型標線並追蹤標線行進之影像導航控制器。並與各子計畫整合達成日、夜間之巡航任務。Item 以軟硬體協同設計之混合型即時影像物體追蹤系統(2011-06-18) 許陳鑑; 易志孝; 李世安; 林玟玲