TWI573104B - 室內監控系統及其方法 - Google Patents

Description

室內監控系統及其方法

下列敘述是有關於一種室內監控系統及其方法，特別是一種透過微型飛行器來進行監控之系統及其方法。

有鑑於微型飛行器，如四軸飛行器，的技術愈趨成熟，有愈來愈多的產品針對其而產生不同的應用，如進行高空攝影、極限運動自拍等等，其主要特點在於所拍攝的影像範圍較大且相異於一般人使用相機所拍攝之角度，因此逐漸受到大眾的喜愛。然而目前的應用僅侷限於在一室外環境下進行使用，而較少在一室內環境裡進行使用，其原因在於微型飛行器於室內操控時之活動範圍有限，容易遭到碰撞而損毀。

在另一方面，目前的室內監控系統仍以安裝多個監視器為主，其利用每一監視器所擷取到的畫面來進行特定空間裡的監控，然而此種監控方式的缺點在於容易有死角的存在，換言之，監視器無法擷取到所有的畫面，且此監視器之添置以及維護均需要耗費一定的成本。

因此，若在室內監控系統裡能有效結合四軸飛行器的影像擷取特性，將可以解決上述所存在之問題。

有鑑於上述習知之問題，本發明係解決傳統室內監視器所存在之死角問題。

有鑑於上述習知之問題，本發明係延伸四軸飛行器之應用於一室內空間裡之監控，並可避免在室內空間碰到其他物品而遭受損毀。

基於上述目的，本發明係提供一種室內監控方法，其適用於在一室內空間操控一微型飛行器，微型飛行器包含一飛行器本體、一影像擷取單元、一儲存單元、一定位單元、一處理單元、一傳輸單元以及一電力供應單元，此室內監控方法包含下列步驟：讀取儲存單元內之一立體室內地圖，立體室內地圖係依序包含複數個預設影像，且每一預設影像包含至少一標的。根據立體室內地圖之一預設飛行軌跡以驅動飛行器本體飛行於室內空間。利用影像擷取單元依照一擷取順序擷取室內空間之複數個擷取影像，其中每一擷取影像包含至少一特徵點。按照擷取順序成對地比對每一預設影像以及每一擷取影像。當每一對中的預設影像之至少一標的符合擷取影像之至少一特徵點時，計算飛行器本體與每一至少一特徵點之偏移距離，並根據偏移距離修正飛行器本體在預設飛行軌跡上之位置。其中，處理單元係利用定位單元所產生之三維空間資訊以進一步地修正飛行器本體在預設飛行軌跡上之位置。

較佳地，本發明之室內監控方法更包含當每一對之預設影像之至少一標的未符合擷取影像之至少一特徵點時，利用傳輸單元傳送擷取影像至一雲端伺服器，並由雲端伺服器對擷取影像進行一影像辨識。

較佳地，本發明之室內監控方法更包含在一降落定點置放一無線充電單元，當飛行器本體降落於降落定點時，由無線充電單元對電力供應單元進行充電。

較佳地，本發明之室內監控方法更包含利用傳輸單元接收一控制指令，並由處理單元根據控制指令以驅動飛行器本體。

較佳地，本發明之室內監控方法更包含根據控制指令以驅動飛行器本體進行定時或定點之監控。

較佳地，定位單元包含三軸加速度器、陀螺儀、電子羅盤或其組合。

較佳地，本發明之室內監控方法更包含利用傳輸單元即時傳送每一擷取影像至一行動裝置上。

較佳地，飛行器本體更包含煙霧感測器、二氧化碳感測器、光源感測器、動作感測器或以上任意之組合。

基於上述目的，本發明再提供一種室內監控系統，其包含一飛行器本體、一影像擷取單元、一儲存單元、一定位單元、一傳輸單元以及一處理單元。影像擷取單元係依一擷取順序擷取一室內空間之複數個擷取影像，每一擷取影像包含至少一特徵點。儲存單元係儲存對應室內空間之一立體室內地圖，立體室內地圖係依序包含複數個預設影像以及一預設飛行軌跡，且每一預設影像可包含至少一標的。定位單元可用以產生飛行器本體之三維空間資訊。傳輸單元可用以接收控制指令或傳送每一擷取影像。處理單元可電性連接飛行器本體、影像擷取單元、儲存單元、定位單元、以及傳輸單元，處理單元根據預設飛行軌跡以驅動飛行器本體飛行於室內空間，並按照擷取順序成對地比對每一預設影像以及每一擷取影像，當每一對中的預設影像之至少一標的符合擷取影像之至少一特徵點時，計算飛行器本體與每一至少一特徵點之偏移距離，並根據偏移距離修正飛行 器本體在預設飛行軌跡上之位置。其中影像擷取單元、儲存單元、定位單元、傳輸單元以及處理單元係位於飛行器本體上，處理單元可根據三維空間資訊以進一步地修正飛行器本體在預設飛行軌跡上之位置。

較佳地，當每一對之預設影像之至少一標的未符合擷取影像之至少一特徵點時，傳輸單元係傳送擷取影像至雲端伺服器，並由雲端伺服器對擷取影像進行一影像辨識。

較佳地，影像擷取單元、儲存單元、定位單元、傳輸單元以及處理單元係位於飛行器本體上。

較佳地，本發明之室內監控系統更包含電力供應單元以及無線充電單元，電力供應單元係位於飛行器本體上並用以提供電力，無線充電單元係置放於降落定點上，當飛行器本體降落於降落定點時，由無線充電單元對電力供應單元進行充電。

較佳地，處理單元根據控制指令以驅動飛行器本體進行定時或定點之監控。

較佳地，本發明之室內監控系統更包含一驅動單元以及一機械手臂，驅動單元係位於飛行器本體上且電性連接機械手臂，處理單元係根據控制指令以控制驅動單元，使驅動單元係驅動機械手臂以進行一作動。

較佳地，定位單元包含三軸加速度器、陀螺儀、電子羅盤或其組合。

較佳地，傳輸單元即時傳送每一擷取影像至一行動裝置上。

較佳地，飛行器本體更包含煙霧感測器、二氧化碳感測器、光源感測器、動作感測器或以上任意之組合。

100‧‧‧室內監控系統

10‧‧‧飛行器本體

20‧‧‧影像擷取單元

22‧‧‧擷取影像

23‧‧‧特徵點

30‧‧‧儲存單元

31‧‧‧立體室內地圖

32‧‧‧預設影像

33‧‧‧標的

34‧‧‧預設飛行軌跡

40‧‧‧定位單元

41‧‧‧三維空間資訊

50‧‧‧處理單元

51‧‧‧偏移距離

60‧‧‧傳輸單元

70‧‧‧電力供應單元

80‧‧‧無線充電單元

91‧‧‧室內空間

92‧‧‧雲端伺服器

93‧‧‧控制指令

941、942、943、944‧‧‧物件

95‧‧‧平板

96‧‧‧感測器

本發明之上述及其他特徵及優勢將藉由參照附圖詳細說明其例示性實施例而變得更顯而易知，其中：第1圖係為根據本發明實施例之室內監控系統之方塊圖。

第2A圖係為根據本發明另一實施例之室內監控系統之第一示意圖。

第2B圖係為根據本發明另一實施例之室內監控系統之第二示意圖。

第3圖係為根據本發明第二實施例之室內監控系統之示意圖。

第4圖係為根據本發明第三實施例之室內監控系統之示意圖。

第5圖係為根據本發明實施例之室內監控方法之步驟流程圖。

為利 貴審查員瞭解本發明之特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本發明配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的權利範圍。

本發明之優點、特徵以及達到之技術方法將參照例示性實施例及所附圖式進行更詳細地描述而更容易理解，且本發明或可以不同形式來實現，故不應被理解僅限於此處所陳述的實施例，相反地，對所屬技術領域具有通常知識者而言，所提供的實施例將使本揭露更加透徹與全面且完整地傳達本發明的範疇，且本發明將僅為所附加的申請專利範圍所定義。

請參閱第1圖，其係為根據本發明實施例之室內監控系統之方塊圖。如圖所示，此室內監控系統100包含一飛行器本體10、一影像擷取單元20、一儲存單元30、一定位單元40、一處理單元50、一傳輸單元60以及一電力供應單元70。在本實施例中，影像擷取單元20、儲存單元30、定位單元40、傳輸單元60以及處理單元50係裝設於飛行器本體10上，但不以此為限，儲存單元30以及處理單元50亦可以裝設在飛行器本體10外來加以實施。

此飛行器本體10可包含一無人飛行載具，影像擷取單元20可包含一鏡頭模組，儲存單元30可包含一實體記憶體，定位單元40可包含一三軸加速度器、一陀螺儀、一電子羅盤或其組合。處理單元50可包含一微處理器，傳輸單元60可包含一網路晶片模組，電力供應單元70可包含一可充放電之電池，以供給飛行器本體10運作所需要之電力。

影像擷取單元20係依據一擷取順序以擷取一室內空間之複數個擷取影像22，其中此室內空間可以包含一廠房或是一商場，每一擷取影像22包含至少一特徵點23。儲存單元30可儲存對應此室內空間之一立體室內地圖31，此立體室內地圖31係事先針對此室內空間繪製，且立體室內地圖31係依序包含複數個預設影像32以及一預設飛行軌跡34，其中每一預設影像32則包含至少一標的33。

值得一提的是，此預設飛行軌跡34可以由使用者進行建置，使用者可以先行決定在室內空間裡之一路線，並根據此路線以遙控飛行器本體10進行第一次飛行，此時處理單元50可以先行讀取儲存單元30裡的立體室內地圖31，此時之立體室內地圖31僅包含複數個預設影像32，處理單元50可以根據第一次飛行之資訊以額外建立在立體室內地圖31之內的預 設飛行軌跡34，其中此資訊可包含影像擷取單元20在第一次飛行時對室內空間所擷取之影像，其用以和預設影像32進行比對以得知飛行器本體10在室內空間裡的每一點位置，經由串連這些位置便可以得出一預設飛行軌跡34並將此預設飛行軌跡34儲存至儲存單元30中。

定位單元40可用以產生飛行器本體10在飛行時之一三維空間資訊41，其主要目的在於測量飛行器本體10在預設飛行軌跡34上之x軸、y軸及z軸上之偏移角度。傳輸單元60可用以接收一控制指令93或傳送所擷取的每一擷取影像22，其中此控制指令93可由一電子裝置，如手機、平板或是電腦透過網際網路所發出。處理單元50係電性連接飛行器本體10、影像擷取單元20、儲存單元30、定位單元40、以及傳輸單元60，其根據預設飛行軌跡34以驅動飛行器本體10飛行於室內空間91，並按照擷取順序成對地比對每一預設影像32以及每一擷取影像22。

詳細地說明，每一張擷取影像22係依照擷取順序對應至一預設影像32，且理想的情況下是，擷取影像22內的每一特徵點23係可對應至預設影像32的每一標的33，當其完全對應時，表示所擷取到的影像如同預期之情況，即無異常的情況發生。此外，飛行器本體10之周圍可配備2~3個鏡頭，以涵蓋360度之視角，而達到無死角之影像擷取功能。

再者，當每一次比對中的預設影像32的每一標的33符合擷取影像22之每一特徵點23時，此時可計算飛行器本體10與每一特徵點23之偏移距離51，並根據偏移距離51修正飛行器本體10在預設飛行軌跡34上之位置。此外，處理單元50更可根據三維空間資訊41以進一步地修正飛行器本體10在預設飛行軌跡34上之位置。

舉例來說，若是飛行器本體10飛行至一位置時，其在預設飛行軌跡34上與兩個特徵點23之理想距離分別為1公尺及1.5公尺，但由於飛行時之誤差所致，此飛行器本體10與此兩個特徵點23之實際距離變成0.7公尺及1.2公尺，此時可得知此飛行器本體10與此兩個特徵點23之偏移距離51為0.3及0.2公尺，處理單元50便可以根據此資訊修正飛行器本體10預設飛行軌跡34上之位置，同時，由定位單元40所產生的三維空間資訊41可修正飛行器本體10之傾斜角度，使飛行器本體10能夠繼續正確地在預設飛行軌跡34裡飛行，而避免因為偏離預設飛行軌跡34而碰撞到其他物品而受損。

請參閱第2A圖及第2B圖，其係為根據本發明另一實施例之室內監控系統之第一示意圖及第二示意圖，並請一併參閱第1圖。值得一提的是，在此實施例中，儲存單元30係儲存兩張預設影像32，第一張係包含對應物件941、942之標的，第二張係包含對應物件942、943、944之標的。如第2A圖所示，當此飛行器本體10依據一預設飛行軌跡34飛行於室內空間91時，其上之影像擷取單元20將會先擷取到包含物件941及942之一擷取影像22，此時處理單元50將此擷取影像22與儲存單元30中之第一張預設影像32進行比對，當發現其比對的結果符合時，則飛行器本體10便依據預設飛行軌跡34飛行至下一個位置，如第2B圖所示。

而在下一個位置時，此時所擷取的擷取影像22僅包含物件942及944，而經由比對第二張預設影像32所包含之標的33後，由於兩者並未完全符合，傳輸單元60便會傳送所擷取到的擷取影像22至一雲端伺服器92，並由雲端伺服器92對此擷取影像22進行一高計算量之影像辨識處理，以得知此擷取影像22之內容為何，以監視是否有異常的情況發生。

請參閱第3圖，其係為根據本發明第二實施例之室內監控系統之示意圖。請一併參閱第1圖，本發明之室內監控系統100可更包含一無線充電單元80，其係用以對電力供應單元70進行充電。無線充電單元80可置放於一降落定點上，當飛行器本體10降落於此降落定點時，由無線充電單元80對電力供應單元70進行充電，其中此降落定點可以為飛行器本體10飛行之起點、終點或是在預設飛行軌跡34路徑之任一點位置上。

請參閱第4圖，其係為根據本發明第三實施例之室內監控系統之示意圖。請一併參閱第1圖，在此實施例中，使用者可以透過一平板95發出一控制指令93，但並不以此為限，控制指令93亦可以由電腦、智慧型手機所發出。此控制指令93經由網際網路傳送至傳輸單元60，處理單元50則根據此控制指令93驅動飛行器本體10進行定時或定點之巡航監控，或者是進行即時之操控。另一方面，此傳輸單元60亦可即時傳送所擷取的每一張擷取影像22或是連續之視訊至平板95上，讓使用者可以立即觀看欲監視之內容。

此外，在進行即時之操控時，本發明之室內監控系統100更可以包含一驅動單元以及一機械手臂，此驅動單元係連接於飛行器本體10上且電性連接此機械手臂，處理單元50可以根據控制指令93以控制驅動單元，使此驅動單元可以驅動機械手臂以進行一簡單之作動，如進行吸附、夾取之作動。

此外，在本發明之室內監控系統100中，飛行器本體10更可以裝設感測器96，例如煙霧感測器、二氧化碳感測器、光源感測器、動作感測器或以上任意之組合，其目的可用於偵測特定之環境，如火災現場或是人類無法進入之一危險場所。

請參閱第5圖，其係為根據本發明實施例之室內監控方法之步驟流程圖。此室內監控方法係適用於在一室內空間操控一微型飛行器，微型飛行器包含一飛行器本體、一影像擷取單元、一儲存單元、一定位單元、一處理單元、一傳輸單元以及一電力供應單元，並包含以下步驟。

步驟S11讀取儲存單元內之一立體室內地圖。如第1圖所示，其中立體室內地圖31係依序包含複數個預設影像32，且每一預設影像32包含至少一標的33。

步驟S12根據立體室內地圖之一預設飛行軌跡以驅動飛行器本體飛行於室內空間。

步驟S13利用影像擷取單元依照一擷取順序擷取室內空間之複數個擷取影像。如第1圖所示，其中每一擷取影像22包含至少一特徵點23。

步驟S14按照擷取順序成對地比對每一預設影像以及每一擷取影像。

步驟S15係當每一對中的預設影像之至少一標的符合擷取影像之至少一特徵點時，計算飛行器本體與每一至少一特徵點之一偏移距離，並根據偏移距離修正飛行器本體在預設飛行軌跡上之位置。其中處理單元係利用定位單元所產生之一三維空間資訊以進一步地修正飛行器本體在預設飛行軌跡上之位置。其中定位單元可包含三軸加速度器、陀螺儀、電子羅盤或其組合。而飛行器本體之修正之方式已於第1圖中描述，故在此不進行贅述。

此外，在步驟S15中，更包含當每一對之預設影像之至少一標的未符合擷取影像之至少一特徵點時，處理單元可利用傳輸單元傳送擷取影像至 雲端伺服器，並由雲端伺服器對擷取影像進行一影像辨識，以監視是否有異常的情況發生。

較佳的情況是，本方法更可以包含在一降落定點置放一無線充電單元，當飛行器本體降落於降落定點時，由無線充電單元對此電力供應單元進行自動充電。

較佳的情況是，本方法更可以包含利用傳輸單元接收一控制指令，並由處理單元根據控制指令以驅動飛行器本體進行定時或定點之巡航監控。

較佳的情況是，本方法更可以包含利用傳輸單元即時傳送每一擷取影像至一行動裝置上，以供行動裝置之使用者即時觀看用，且飛行器本體更可以包含煙霧感測器、二氧化碳感測器、光源感測器、動作感測器或以上任意之組合，以進行特定目的之監控，如進行火災現場之監控。

由以上可得知，本發明之室內監控系統及其方法的確可解決傳統室內監視器所存在之死角問題，再者當利用微型飛行器來監控一室內空間之環境時，亦可有效避免在室內空間碰到其他物品而遭到損毀。

以上所述之實施例僅係為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。

10‧‧‧飛行器本體

20‧‧‧影像擷取單元

30‧‧‧儲存單元

34‧‧‧預設飛行軌跡

40‧‧‧定位單元

50‧‧‧處理單元

60‧‧‧傳輸單元

91‧‧‧室內空間

941、942、943、944‧‧‧物件

Claims (16)

1. 一種室內監控方法，適用於在一室內空間操控一微型飛行器，該微型飛行器包含一飛行器本體、一影像擷取單元、一儲存單元、一定位單元、一處理單元、一傳輸單元以及一電力供應單元，該方法包含：讀取該儲存單元內之一立體室內地圖，其中該立體室內地圖係依序包含複數個預設影像，且每一該複數個預設影像包含至少一標的；控制該飛行器本體於該室內空間內飛行，並利用該影像擷取單元擷取複數個擷取影像；利用該處理單元比對該複數個擷取影像與該複數個預設影像，以分別取得該飛行器本體於擷取各該擷取影像時於該室內空間之位置，並據以串聯得到一預設飛行軌跡；根據該立體室內地圖之該預設飛行軌跡以驅動該飛行器本體飛行於該室內空間；利用該影像擷取單元依照一擷取順序擷取該室內空間之該複數個擷取影像，其中每一該複數個擷取影像包含至少一特徵點；按照該擷取順序成對地比對每一該複數個預設影像以及每一該複數個擷取影像；以及當每一對中的該預設影像之該至少一標的符合該擷取影像之該至少一特徵點時，計算該飛行器本體與每一該至少一特徵點之一偏移距離，並根據該偏移距離修正該飛行器本體在該預設飛行軌跡上之位置； 其中該處理單元係利用該定位單元所產生之一三維空間資訊以進一步地修正該飛行器本體在該預設飛行軌跡上之位置。
2. 如申請專利範圍第1項之室內監控方法，更包含當每一對之該預設影像之該至少一標的未符合該擷取影像之該至少一特徵點時，利用該傳輸單元傳送該擷取影像至一雲端伺服器，並由該雲端伺服器對該擷取影像進行一影像辨識，以得知該擷取影像之內容，並據以監視是否有異常的情況發生。
3. 如申請專利範圍第1項之室內監控方法，更包含在一降落定點置放一無線充電單元，當該飛行器本體降落於該降落定點時，由該無線充電單元對該電力供應單元進行充電。
4. 如申請專利範圍第1項之室內監控方法，更包含利用該傳輸單元接收一控制指令，並由該處理單元根據該控制指令以驅動該飛行器本體。
5. 如申請專利範圍第4項之室內監控方法，更包含根據該控制指令以驅動該飛行器本體進行定時或定點之監控。
6. 如申請專利範圍第1項之室內監控方法，其中該定位單元包含三軸加速度器、陀螺儀、電子羅盤或其組合。
7. 如申請專利範圍第1項之室內監控方法，更包含利用該傳輸單元即時傳送每一該複數個擷取影像至一行動裝置上。
8. 如申請專利範圍第1項之室內監控方法，其中該飛行器本體更包含煙霧感測器、二氧化碳感測器、光源感測器、動作感測器或以上任意之組合。
9. 一種室內監控系統，係包含： 一飛行器本體；一影像擷取單元，係依一擷取順序擷取一室內空間之複數個擷取影像，其中每一該複數個擷取影像包含至少一特徵點；一儲存單元，係儲存對應該室內空間之一立體室內地圖，其中該立體室內地圖係依序包含複數個預設影像，且每一該複數個預設影像係包含至少一標的；一定位單元，係用以產生該飛行器本體之一三維空間資訊；一傳輸單元，係用以接收一控制指令或傳送每一該複數個擷取影像；一處理單元，係電性連接該飛行器本體、該影像擷取單元、該儲存單元、該定位單元、以及該傳輸單元，該處理單元根據一預設飛行軌跡以驅動該飛行器本體飛行於該室內空間，並按照該擷取順序成對地比對每一該複數個預設影像以及每一該複數個擷取影像，當每一對中的該預設影像之該至少一標的符合該擷取影像之該至少一特徵點時，計算該飛行器本體與每一該至少一特徵點之一偏移距離，並根據該偏移距離修正該飛行器本體在該預設飛行軌跡上之位置；以及一電力供應單元，係提供該飛行器本體運作所需之電力；其中，該影像擷取單元、該儲存單元、該定位單元、該傳輸單元、該處理單元及該電力供應單元係位於該飛行器本體上；其中，該飛行器本體根據該預設飛行軌跡飛行於該室內空間前，該飛行器本體於該室內空間內飛行，且該影像擷取單元擷取複數個擷取影像，該處理單元比對該複數個擷取影像與該複數個預設影像，以分別取得該飛行器本體於擷取各該擷取影 像時於該室內空間之位置，並據以串聯得到該預設飛行軌跡，並由該儲存單元儲存該預設飛行軌跡；其中，該處理單元係根據該三維空間資訊以進一步地修正該飛行器本體在該預設飛行軌跡上之位置。
10. 如申請專利範圍第9項之室內監控系統，其中當每一對之該預設影像之該至少一標的未符合該擷取影像之該至少一特徵點時，該傳輸單元係傳送該擷取影像至一雲端伺服器，並由該雲端伺服器對該擷取影像進行一影像辨識，以得知該擷取影像之內容，並據以監視是否有異常的情況發生。
11. 如申請專利範圍第9項之室內監控系統，更包含一無線充電單元，該無線充電單元係置放於一降落定點上，當該飛行器本體降落於該降落定點時，由該無線充電單元對該電力供應單元進行充電。
12. 如申請專利範圍第9項之室內監控系統，其中該處理單元根據該控制指令以驅動該飛行器本體進行定時或定點之監控。
13. 如申請專利範圍第13項之室內監控系統，更包含一驅動單元以及一機械手臂，該驅動單元係位於該飛行器本體上且電性連接該機械手臂，該處理單元係根據該控制指令以控制該驅動單元，使該驅動單元係驅動該機械手臂以進行一作動。
14. 如申請專利範圍第9項之室內監控系統，其中該定位單元包含三軸加速度器、陀螺儀、電子羅盤或其組合。
15. 如申請專利範圍第9項之室內監控系統，其中該傳輸單元即時傳送每一該複數個擷取影像至一行動裝置上。
16. 如申請專利範圍第9項之室內監控系統，其中該飛行器本體更包含煙霧感測器、二氧化碳感測器、光源感測器、動作感測器或以上任意之組合。