TWI305829B - Method for auto-detecting the location of an imaging acquiring apparatus and a vehicle collision warning system using thereof - Google Patents

Description

1305829 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種位置偵測方法， a ^ 影像f訊進行演算，以求得=操^ 種影像擷取裝置位置自動偵測方法及使 用邊方法之車輛碰撞警示系統。 Κ 鲁【先前技術】 丨返有行技進展，生活富裕，機動車輛日益並 家庭，而增加交通的方便性。“隨著車輛使^的頻繁: =幾=輛造成的死亡人數始終居高不下。根據内政部 g文署、、先计，歷年來台灣地區每年因交通 =在三千人左右，受傷人數則在二十萬人=的:

===年台灣地區因交通事故的死、傷人數各為2,894 及200, 009人。平均每天有8人因交通事故死亡。 =其筆事原因’百分之九十七以上是駕敬不當所 ，事故师又以追撞案例佔大宗。這些交通事故不僅造 成，人及家庭的負擔’耗費社會有限的醫療資源，並造成 國家生產力的損失。 /有馨於此，如果能以攝影機，建立一車用之碰撞警示 糸統，應用先進的影像處理技術辨識出本車週圍車輛並估 測與其之相對距離’並於距離過近時提出警示訊號，鐾土 駕駛者作”當處置，如減財速料，㈣免事故的^ 6 1305829 ， 生’亦可降低交通事故發生機率。 然而，在估測本車與它車之間距時，攝影機相對於地 面的高度資訊是必要的，而在習用之技術中，通常為人員 量測攝影機之高度，並自行輸入之系統内。例如中華民國 • ^利公告號第1246665號所揭露之技術，可以量測本車與 .$車之距離，不過卻需要使用者量測攝影機之高度，因而 造成不便。為了使用者便利性，因此亟需一種影像揭取褒 φ 置位置自動偵測方法及使用該方法之車輛碰撞警示系統來 自動估測攝影機高度，以利後續的距離估測。 【發明内容】 本發明的主要目的是提供一種影像榻取裝置位置自動 管、過操取校正工具之影像’並對該影像進行運 -处里，達到自動估測影像擷取裝置高度之目的。 本發明的次要目的是提供一種車輛 ===具之影像，並對該影像進行運i處2怯= 距置之高度’達到順利估算本車與它車之相對 為了達到上述之目的，本發明 ㈣測方法，其係包括有下列步驟 影^取於一車輛上；提供一校正工具設置於該 計算之:取範圍内；彌取該校正工具之影像，並 該影像操取裝置之高度。根據—逆透視投影法，計算 1305829 較佳的是，計算其影像之一特徵值係為計算該校正工 座標系中之該特徵值大小。而前述所謂之特徵 "Ιί二ϋ寬度’其單位為晝素(Plxel)。該影像座 铩糸之乾圍則為顯示該影像之顯示幕大小。 ㈣’該逆透視投影法更包括有下列步驟：計算影 !二比例因子；以及將該校正工具於空間座伊 系中對應該特徵值之實體大小、該特徵值、該影^ 置之角度以及該比例因子進行運算，^ 置之回度。其中該比例因子包括有該顯示幕高度 ^像操取裝置内之影像感測器（image sens〇〇之高声= t值以及顯示幕寬度畫素數量與 二： 測器（服狀啊⑹之寬度之比值。置内之心像感 ^達到上述之目的，本發明更提供 統，包括··至少一影像操取裝置， ^不系 之影像資訊;-影像處理與控制模組 擷取裝置所操取之影像資訊 收“像 物體之相對距離而產生一邀亍，:解析車輛與周遭 組更可以根據該影像操取以之=像處理與控制模 序而得知該影像操取裝置傳=像^訊進行演算程 影像處理與控制模組相連接，该顯干:頁不早疋’其係與該 理與控制模組所傳遞之訊號以顯干1Γ傻凡可接收該影像處 接收該警示訊號以產生警報拉、、且相連接，該警示單元可 f實施方式】 8 1305829 ΊΚ ‘更進一步的認目的及功能有 .部結構以及設計 二:之裝=關細 以了:本發明之特點，詳細;;：：=如;委員可 -裝置位置自_測方法該影像擷取 提供—_取裝==驟車=進 響该影像擷取裝置可 置於單輛上， 前述之組合的位置上。接著車二之：、後、左、右或者是 具設置於該影像榻取裝115提供一校正工 取該校正工具之影像，以步㈣操 像擷取裝置位置自動偵測方明 車輛 正工具9!之尺寸為已知並榻尺取斗車輛9〇前方之影像。該校 據使用者之需要而定。〃大小或者是外形’可以根 =象:畢之後，先進行判斷在擷取之影像中是否 二 工，、之影像’如果沒有的話則回到步驟12繼姨 像；反之，如果有的話則，進行步驟 轉像之-特徵值。請參閱圖—β所示 象 该特徵值之方式係以步驟131，計算該校正工^： =像座標系中之該特徵值大小。在本實施㈣，_ = 值為=正工具之寬度（其單Μ 不，该圖係為本發明之影像操取裝置位置自動偵測方$ 9 1305829 ^^圖。財間絲线㈣可定義岐正工 裝置位置自動偵測方法之影=標 例如在正工具91影像之座標系， 在本例中係為顯示幕3所構成之座標系。 逆透1::圖：？示’步驟13後再進行步驟“，根據-圖法’計鼻該影像擷取裝技置之高度。請參閱 測方法，係為本發明之影像操料置位置自動偵 ㈣視投影法流程示意圖。所謂逆投視投影 ΐ移影像座標系中任—點可經過數次座標旋轉與 千移而轉換至空間座標系，而得以計算出攝影機之高度。 4圯透視投影法14更包括有下列步驟乂步 =像顧取裝置之-比例因子。然後，以步 ^工具於空間座標系中對應該特徵值之實體大小、該特 敛值、該影像擷取裝置之角度以及該比例因子套入一" 進行運算’以得到該影像擷取裝置之高度。請 回—人Θ四所不’其中，該校正工具91於空間座標系中之 ^應該特徵值之實體大小係為⑴丄），其係為已知且單位 取：：徵值係為(Mi) ’其單位為晝素;該影像擷 又 之角度61，係為在設置影像擷取裝置2時即可得 知；該比·子包括有簡轉高度Η晝素 取裝置内之影像感測器(imagesens〇r)之高度之:二員 顯不幕i度W晝素數量與影㈣取裝置内 之寬度之比值，該比例因子之單位為書t 公尺。 —^ (1)1305829 該演算之公式如下式（1)所示 (Xcr-Xc,ifSffi sin9 + h

\ yc fS c〇s0 J 其中： h :影像擷取裝置距離地面之高度，單位為公尺 Xcr:校正工具於空間座標系中右緣之X向座標， 尺（請參閱圖三所示）； Xcl :校正工具於空間座標系中左緣之X向座標， 尺（請參閱圖三所示）； .杈正工具於影像座標系中右緣之χ向座標， 素（請參閱圖四所示）； .k正工具於影像座標系中右緣之χ向座標， 素（請參閱圖四所示）； yC .扠正工具於影像座標系中底部之γ向座標 素（請參閱圖四所示）； W:螢幕寬度，單位為查音（ 缺 平1苟旦素（5月參閱圖四所示）； ς •，咼度’單位為晝素(請參閱圖四所示）； X方向比例因子，單位為晝素/公尺. 方向比例因子，單位為畫素/公尺； f.焦距，單位為公尺； Θ:影像操取裝置與地面之夹角（請參閱圖三所 在4=:::高„取裝置之高度後， 新回到牛明彳9 w试 又疋否合理，如果不合理，則重 A ，後續之步驟。反之，如果合理的話，則

X

X 單位為公 單位為公 單位為晝 單位為晝 單位為畫 示 1305829 可以以步驟15將所估算之高度記錄下來。 配請參閱圖五所示’雖然前述之影像擷取裝置以圖二之 鱼來進行，但影像摘取裝置並不被限制僅能設置於 像方。在圖五中’車輛9G周圍之位置都可以設置影 、/衣置2_’至於其設置高度之演算方法，如前所 播ί不崎述。此外’該影像操取裝置2a〜2d可選擇 p摆^或者是—紅外線影像齡裝置。其中該攝影機 ^擇為-光電轉合元件（加聊―c〇upiedDevice·⑽

Meta"互η補式金氧半之光學感測元件(Co__tary

Metal-〇xlde Semic〇nduct〇r> CM0S)^t^- 〇 利用前述之偵測方法， 系統6。請來閱圖丄所_ =収&供—車輛碰撞警示 *系統較佳實：=::==明之車輛碰撞警 至少一爭偾描俶壯明 忑皁輛娅揎警不系統6，具有 干單元衣6卜一影像處理與控制模組60、一顯 i = H ^單元⑷該影賴取裝置6卜其係 了以彳σ貞取車輛周圍之寻彡務次μ '、 ==控^ 61所傳之影像資訊進行 了=據該影像擷取裝置 61之高度。 ’、#序而侍知該影像擷取裝置 接，該顯示與该影像處理與控制模組60相連 遞之訊號嘯影與控龍㈣所傳 之距離估算值等相關 3辆追縱晝面、與它車 心像與文予數據等資訊。該顯示單 12 1305829 .元63可為液晶顯示器或者是發光二極體顯示器等，但不在 此限。該警示單元64，其係與該影像處理與控制模組60 相連接，該警示單元64可接收該警示訊號以產生警報，以 提醒駕駛者本車與它車之間距過近。該警示單元64可對駕 駛可發出聲、光或振動等方式警示訊號。 ' 該車輛碰撞警示系統6其係更具有一使用者控制單元 - 62，該使用者控制單元62可提供使用者一操控界面，以供 使用者進行啟動該車輛碰撞警示系統6、用於設定是否啟 • 動碰撞警示系統6、進行影像擷取裝置61位置偵測程序或 車輛追蹤與測距程序。該影像擷取裝置61位置偵測程序為 前述之影像擷取裝置位置自動偵測方法所述之步驟。而該 車輛追蹤與測距程序則為利用影像資訊來偵測車輛與車輛 周圍之物體之距離，以維持車輛之行進安全。 該影像處理與控制模組60更包含：一影像擷取與解碼 單元601、一數位訊號處理與控制單元600以及一影像編 碼與輸出單元603。該影像擷取與解碼單元601，其係與該 參 影像擷取裝置61相連接，以將該影像擷取裝置61所擷取 之資訊轉成一數位化影像資訊。該數位訊號處理與控制單 元600，其係可接收該數位化影像資訊，進行演算與解析。 該影像編碼與輸出單元603,其係與該數位訊號處理與控 制單元600以及該顯示單元63相連接，該影像編碼與輸出 單元603可接收該數位訊號處理與控制單元600所輸出之 一控制訊號將影像編碼並輸出影像視訊給該顯示單元63。 此外，該影像處理與控制模組60更包含：一影像隨機 存取記憶體602以及一非揮發性可程式記憶體604。該影 1305829 .像隨機存取記憶體602,其係可記憶該數位化影像資訊以 及經由該數位訊號處理與控制單元600處理完畢之影像， 該影像隨機存取記憶體602可提供該數位化影像資訊給該 數位訊號處理與控制單元600以及提供處理完畢之影像給 該影像編碼與輸出單元603。該非揮發性可程式記憶體 604,可記錄該數位訊號處理與控制單元600所運算解析之 • 該影像擷取裝置61之估算高度。 當透過使用者控制單元62切換至車輛追蹤與測距程序 • 時，該影像處理與控制模組60亦將根據影像擷取裝置61 所接收到的影像資訊，辨識與追蹤車輛並估測與其之相對 距離。並將計算出之相對距離疊加於原始影像資訊上，以 成一新的車輛追蹤影像資訊，並儲存於該影像隨機存取記 憶體602。而該影像隨機存取記憶體602内的影像資訊將 傳至該影像編碼與輸出單元603，轉成可支援顯示單元63 的影像視訊訊號，輸出影像，以顯示車輛追蹤與測距晝面。 惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例，當不能以 • 之限制本發明範圍。即大凡依本發明申請專利範圍所做之 均等變化及修飾，仍將不失本發明之要義所在，亦不脫離 本發明之精神和範圍，故都應視為本發明的進一步實施狀 況。 綜合上述，本發明提供之影像擷取裝置位置自動偵測 方法及使用該方法之車輛碰撞警示系統，具有自動估測攝 影機高度，以利後續的距離估測之優點，因此可以滿足業 界之需求，進而提高該產業之競爭力以及帶動週遭產業之 發展，誠已符合發明專利法所規定申請發明所需具備之要 1305829 貴審查委員允 件，故爰依法呈提發明專利之申請，謹請 撥時間惠予審視，並賜准專利為禱。

1305829 【圖式簡單說明】 圖一 A係為本發明之影像擷取裝置位置自 佳實施例流程示意圖。 、剛方法之較 動偵測方法之計 動偵測方法之逆 圖一 B係為本發明之影像擷取裝置位置自 算其影像之一特徵值流程示意圖。 圖一 C係為本發明之影像擷取裝置位置自 透視投影法流程示意圖。 動偵測方法之擷取 圖二係為本發明之影像擷取裝置位置自 才父正工具影像不·意圖。 圖三係為本發明之影像擷取裝置位置自動偵測方法之处 座標系示意圖。 工 圖四係為本發明之影像擷取裝置位置自動偵測方法之顯示 幕顯座標系示意圖。 圖五係為本發明之影像擷取裝置配置位置示意圖。 圖/、係為本發明之車輛碰撞警示系統較佳實施例示意圖。 【主要元件符號說明】 1-影像擷取裝置位置自動偵測方法 10〜15-步驟 131-步驟 141〜142-步驟 影像擷取裝置 2a〜2d-影像操取裝置 3-顯示幕 1305829 6-車輛碰撞警示系統 60- 影像處理與控制模組 600- 數位訊號處理與控制單元 601- 影像擷取與解碼單元 602- 影像隨機存取記憶體 603- 影像編碼與輸出單元 604- 非揮發性可程式記憶體 61- 影像擷取裝置 62- 使用者控制單元 63- 顯示單元 64- 警示單元 90-車輛 91 -校正工具 92-影像擷取範圍 17

Claims (1)

1305829 乃年^月日修(更)正替換頁 (案號第〇951443 ] 〇號專利案之說明書修正） 十、申請專利範圍： 1· 一種影像擷取裝置位置自動偵測方法，其係包括有下列 步驟： 提供一影像擷取裝置，其係設置於一車輛上； 提供一校正工具設置於該影像擷取裝置之擷取範圍 内’並擷取該校正工具之影像 計算該影像之一特徵值；以及 根據一逆透視投影法，計算該影像擷取裝置之高度。 如申請專利範圍第1項所述之影像擷取裝置位置自動 偵測方法，其中該影像擷取裝置係為一攝影機。

3.

如申請專利範㈣2項所述之影像擷取裝置位置自動 偵測方法’其中該攝影機可選擇為—光電輕合元件 (charge-coupled Device;. CCD)以及一互補式金氧半 ，光學感測元件（Complementary Metai〇xi如 Semiconductor，CMOS)其中之一。 ^申請專鋪㈣丨項所述之影像擷取裝置 法，其t該影雜取裝置射為—紅外線影像= =申請_關第1韻述之影像裝置位置 :則方法’其中該影像擷取裝置係可選㈣置 月’J、側、後以及前述之組成之位置其中之一。 6·如申請專利範圍帛丨項 偵測方法，其令計曾^像操取装置位置 叫正工具於—影像座標系中之該特徵值大為 18 1305829 (案號第095丨443丨0號專利案之麵雜正） 值之單位為畫素。 項所述之軸取裝置位置自動 _方法，其中該特徵值係為該校正工 8_ :二請專利範圍第6項所述之影像擷取裝置:置自動 顯示幕大小、。^〜座払糸之範圍係為顯示該影像之 9' 计异影像擷取裝置之一比例因子；以及 將該才又正上工具於空間座標系中對應該特徵值之實體 大J Α特徵值、该影像擷取裝置之角度以及該比 例因子進行運算，崎_影像齡裝置之高度。 10·如申請專利範圍第9項所述之影像線取裝置位置自動 n法’其中該比例因子包括有顯示影像之顯示幕高 度旦素數量與影像擷取裝置内之影像感測器（image sen曰sor)之尚度之比值以及顯示影像之顯示幕寬度畫素 ^罝與影像擷取裝置内之影像感測器（imagesens0I^之 寬度之比值。 11. 一種車輛碰撞警示系統，包括： 至少-影像擷取褒置，其係可以擷取車輛周圍之影像 資訊； ’IV像處理與控制模組，其係可接收該影像擷取裝置 所擷取之影像資訊，進行演算與解析車輛與周遭物 體之相對距離而產生一警示訊號，該影像處理與控 19 1305g。9514431。號_案之_書赃）’7年^日f多⑻止替換頁j • 制模組更可以根據該影像擷取裝置所傳之影像資 • 訊進行演算程序而得知該影像擷取裝置之位置，該 影像處理與控制模組更具有： 一影像擷取與解碼單元，其係與該影像擷取裝 置相連接，以將該影像擷取裝置所擷取之資 訊轉成一數位化影像資訊； • 一數位訊號處理與控制單元，其係可接收該數 • 位化影像資訊，進行演算與解析；以及 • 一影像編碼與輸出單元，其係與該數位訊號處 理與控制單元以及該顯示單元相連接，該影 像編碼與輸出單元可接收該數位訊號處理與 控制單元所輸出之一控制訊號將影像編碼並 輸出影像視訊給該顯示單元； 一顯示單元，其係與該影像處理與控制模組相連接， 該顯示單元可接收該影像處理與控制模組所傳遞 之訊號以顯示影像；以及 • 一警示單元，其係與該影像處理與控制模組相連接， ， 該警示單元可接收該警示訊號以產生警報。 12. 如申請專利範圍第11項所述之車輛碰撞警示系統，其 中該影像擷取裝置係為一攝影機。 13. 如申請專利範圍第12項所述之車輛碰撞警示系統，其 中該攝影機可選擇為一光電搞合元件（charge-coup 1 ed Dev i ce; CCD )以及一互補式金氧半之光學感測元件 (Complementary Metal-Oxide Semiconductor, CMOS) 20 1305829 (案號第0951443丨〇號專利案之說明書I畔 、 其令之一。 頁 认如申請專利範圍第u項所述 中該影像擷取裝置係可為—紅“不系統，其 15.如申請專利範圍第11項所述之車：、,：取裝置。 中該影像擷取裝置係可選擇設置=㈣ 1示系統’其 及前述之組成之位置其中之一。；輛之耵、侧、後以 '=_專利範園第„、項所述之 :號…w聲、光或振動等方4; #如^°1 專利犯圍第旧貞所述之車㈣撞邀示季# 1 係更具有—使用者控制單元，該使用者了系、.苑^、 ί用二操：:’以供使用者敬動該:輛 程序一操取裳置位置備測程序或車輪； 如申π專概㈣U項料之 中該影像處理與控制模組更包含：I不系統，其 憶體，其係可記憶該數位化影像資 之影像單元處理完畢 像資訊給該數位訊號處理二體:== ^完畢之影像給該影像編碼舆輸出單元；以^ 非揮發性可程式記憶體， 控制單元所運瞀解批屮兮錄趙位訊號處理與 度。 冑析出W像掏取裳置設置之高 21 1305829 乃年/ώ月？日修(更)正替換買 _ (案號第095144310號專利案之說明書修正）_—_ 19.如申請專利範圍第18項所述之車輛碰撞警示系統，其 中該數位訊號處理與控制單元，可將影像擷取裝置之高 度校正結果或追蹤與測距結果疊加於原始數位影像 上，以成一新的影像資訊，並儲存於該影像隨機存取記 憶體。

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