TWI814519B - 影像分析方法及其攝影設備 - Google Patents
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Abstract
一種影像分析方法,執行於一攝影設備,用來分析該攝影設備依據一預設安裝角度所拍攝之一偵測影像內的地形。該影像分析方法包含有將該偵測影像劃分為複數個第一分區以取得其第一高度,將具有相同高度且位置相鄰的第一分區定義為一第一參考平面區且計算其第一平面方程式,在該複數個第一分區選定鄰近但位於該第一參考平面區外的至少一第一分區,並套用該第一平面方程式以取得其第一平面高度且相比於選定的該至少一第一分區之一初始第一高度,以及依據一比較結果判斷該第一參考平面區和選定的該至少一第一分區之間的地形關係。
Description
本發明係提供一種影像分析方法及其攝影設備,尤指一種可略過角度計算的影像分析方法及其攝影設備。
隨著科技的進步,監控攝影機已廣泛運用在辦公室、商場或街道上,用來偵測監控區域內的物件資訊。監控攝影機係拍攝監控區域的二維影像,並可將二維影像內的物件資訊轉換成三維資訊。傳統監控攝影機需取得自身相對於監控區域的安裝高度與安裝角度,才能正確計算出監控區域內的物件三維資訊。然而,不同監控攝影機的安裝高度與安裝角度可能會因安裝手法差異而有所不同,或是監控攝影機在安裝完成後,也可能因外力因素影響而意外改變其初始的安裝高度和安裝角度。傳統監控攝影機需得知正確的安裝高度與安裝角度才能計算正確的物件三維資訊,實際使用多有不便。因此,如何設計一種略過安裝角度之計算與校正亦能取得正確物件三維資訊的影像分析方法及其攝影設備,即為相關監控產業的重點發展目標之一。
本發明係提供一種可略過角度計算的影像分析方法及其攝影設備,以解決上述之問題。
本發明之申請專利範圍係揭露一種影像分析方法,執行於具有一運算處理器與一影像擷取器之一攝影設備,用來分析該影像擷取器依據一預設安裝角度所拍攝之一偵測影像內的地形。該影像分析方法包含有將該偵測影像劃分為複數個第一分區,且取得該複數個第一分區相對於該攝影設備的複數個第一高度,將該複數個第一分區中具有相同高度且位置相鄰的多個第一分區定義為一第一參考平面區,且計算該第一參考平面區之一第一平面方程式,在該複數個第一分區選定鄰近但位於該第一參考平面區外的至少一第一分區,並套用該第一平面方程式以取得選定的該至少一第一分區之一第一平面高度,將該第一平面高度相比於選定的該至少一第一分區之一初始第一高度,以及依據一比較結果判斷相對於該攝影設備的該第一參考平面區和選定的該至少一第一分區之間的地形關係,從而判斷相對於該攝影設備的該第一參考平面區和該第二參考平面區之間的地形關係。
本發明之申請專利範圍另揭露一種攝影設備,其包含有一影像擷取器以及一運算處理器。該影像擷取器依據一預設安裝角度拍攝一偵測影像。該運算處理器以有線或無線的方式電連接於該影像擷取器。該運算處理器係將該偵測影像劃分為複數個第一分區,且取得該複數個第一分區相對於該攝影設備的複數個第一高度,將該複數個第一分區中具有相同高度且位置相鄰的多個第一分區定義為一第一參考平面區,且計算該第一參考平面區之一第一平面方程式,在該複數個第一分區選定鄰近但位於該第一參考平面區外的至少一第一分區,並套用該第一平面方程式以取得選定的該至少一第一分區之一第一平面高度,將該第一平面高度相比於選定的該至少一第一分區之一初始第一高度,以及依據一比較結果判斷相對於該攝影設備的該第一參考平面區和選定的該至少一第一分區之間的地形關係,從而判斷相對於該攝影設備的該第一參考平面區
和該第二參考平面區之間的地形關係。
本發明係以固定的安裝角度重建偵測影像的相對三維空間,不需精確地計算與校正出真實安裝角度,就能取得偵測影像內的正確地形變化及其物件資訊。本發明的影像分析方法及其攝影設備可先將偵測影像切割成大尺寸分區(意即第二實施例的第一分區),計算每一個第一分區的第一高度來判斷偵測影像內的地形;若第一分區的多筆第一高度具有過大標準差,則可將各第一分區進一步切割成小尺寸分區(意即第二實施例的第二分區),並以第二分區的第二高度去判斷是否可以合併成相同高度的參考平面區、以及判斷此參考平面區是否可與相鄰第二分區合併成相同高度的另一參考平面區,從而以快速有效的運算方式精準判定偵測影像內的地形。
10:攝影設備
12:影像擷取器
14:運算處理器
I:偵測影像
R1,R1i:第一分區
R2:第二分區
Z1:第一參考平面區
Z2:第二參考平面區
Z3:第三參考平面區
Z4:第四參考平面區
S100、S102、S104、S106、S108、S110、S112、S114、S116:步驟
S200、S202、S204、S206、S208、S210、S212、S214、S216、S218、S220、S222、S224:步驟
第1圖為本發明實施例之攝影設備之功能方塊圖。
第2圖為本發明實施例之攝影設備所取得偵測影像之示意圖。
第3圖為本發明第一實施例之影像分析方法之流程圖。
第4圖與第5圖為本發明第一實施例之偵測影像在不同操作階段進行分區劃設之示意圖。
第6圖為本發明第二實施例之影像分析方法之流程圖。
第7圖與第8圖為本發明第二實施例之偵測影像在不同操作階段進行分區劃設之示意圖。
請參閱第1圖至第3圖,第1圖為本發明實施例之攝影設備10之功能方塊圖,第2圖為本發明實施例之攝影設備10所取得偵測影像I之示意圖,第3圖為本發明第一實施例之影像分析方法之流程圖。第3圖所述之影像分析方法適用於第1圖所示之攝影設備10。攝影設備10可為網路攝影機,用來找出網路攝影機之監控範圍內的物件數量等資訊。攝影設備10可執行本發明的影像分析方法來判斷監控範圍的地形起伏,進而正確計算出監控範圍內的物件尺寸與物件之間距離。攝影設備10可包含影像擷取器12以及運算處理器14。攝影設備10的安裝參數為已知,故影像擷取器12可依據預設安裝角度拍攝偵測影像I。運算處理器14可利用有線或無線的方式電連接於影像擷取器12,並取得偵測影像I執行影像分析方法。
請參閱第2圖至第4圖與第5圖,第4圖與第5圖為本發明第一實施例之偵測影像I在不同操作階段進行分區劃設之示意圖。關於影像分析方法,首先執行步驟S100與步驟S102,將偵測影像I劃分為複數個第一分區R1,並且計算複數個第一分區R1相對於攝影設備10的複數個第一高度。步驟S100所劃分的第一分區R1的數量不限於第4圖所示實施態樣,第一實施例係採取分區範圍較小故而分區數量較多的劃分方式,然實際應用不限於此,端視設計需求而定。步驟S102則可利用已知的預設安裝角度和/或預設安裝高度,於偵測得物件之後,以預設之物件高度並通過三角函數等數學模型去計算每一個第一分區R1的地面相對於攝影設備10的第一高度,於此不針對數學模型詳加說明。第4圖中每一個第一分區R1內的數字即為該分區的第一高度。
步驟S102中,攝影設備10可利用預設安裝角度和/或預設安裝高度計算偵測影像I內所有物件的平均高度,例如行人的平均身高,且可選擇性依性
別、人種、年齡等進行區分。此平均身高應當接近攝影設備10所在地域的物件高度均值,故攝影設備10可將此平均身高和攝影設備10所在地域的物件高度均值相比以校正複數個第一高度,意即即使預設安裝高度為未知參數,本發明的攝影設備10及其影像分析方法亦能估算出正確的第一高度。
接著,執行步驟S104與步驟S106,在複數個第一分區R1選取位置相鄰且其第一高度相同的多個第一分區R1以定義為第一參考平面區Z1,並利用二維迴歸演算法計算第一參考平面區Z1的第一平面方程式,如第4圖所示。再接著,執行步驟S108,首先在第一參考平面區Z1的周圍尋找鄰近第一分區R1i,並將找到的第一分區R1i套用第一平面方程式得到其第一平面高度hi。接著,執行步驟S110,利用第一平面方程式計算第一分區之預測高度hi和第一分區R1i的初始第一高度(意即步驟S102算出的第一高度)相比,若兩者高度的差別在預定門檻值之內,例如小於或等於預定門檻值,執行步驟S112與步驟S114,判斷第一分區R1i與第一參考平面區Z1屬於相同地形,故將第一分區R1i併入第一參考平面區Z1,而合併後的第一分區R1i與第一參考平面區Z1即可定義為第二參考平面區Z2,並重新計算其平面迴歸方程式以得到第二平面方程式。若兩者高度的差別大於預定門檻值,執行步驟S116,判斷第一分區R1i與第一參考平面區Z1屬於不同地形,表示第一分區R1i不能併入第一參考平面區Z1。
本發明之其中一種可能實施例係在第一參考平面區Z1周圍找到一個第一分區R1i時,就執行步驟S114去計算第二參考平面區Z2之第二平面方程式。本發明之另一種可能實施例則是在第一參考平面區Z1周圍找出符合條件的所有第一分區R1i之後,再執行步驟S114去計算第二參考平面區Z2之第二平面方程式。得到第二平面方程式後,可再重新執行上述步驟,若得到新的平面方
程式後,沒有任何新的第一分區R1i被合併,則結束此平面的合併及找尋;特別一提的是,若影像分析方法在前次循環中執行步驟S114取得了第二參考平面區Z2及其第二平面方程式,應代入下次循環之步驟S108的第一參考平面區Z1及其第一平面方程式。
換句話說,本發明可將第一參考平面區Z1(如第4圖所示的高度100的第一分區R1)擴展為第二平面方程式(如第5圖所示的高度100的第一分區R1和高度105的第一分區R1i),而重複執行下次循環的相應步驟可將此平面更進一步擴展到高度110與高度115的第一分區R1i(例如將前次循環的步驟S114產生的第二平面方程式帶入下次循環的步驟S108當成新的第一平面方程式以進行新的平面高度之計算及後續比較),進一步擴展的參考平面區沒有繪製在附圖中。本發明可執行前述步驟另外尋找其它參考平面區,例如第4圖所示之高度155與高度160的分區平面,唯此時若已併入第一參考平面區Z1或第二參考平面區Z2的第一分區,應排除不列入其它參考平面區的考量,如此可得到其它參考平面區的相應平面方程式。
步驟S106與步驟S114係利用二維迴歸演算法計算第一平面方程式和第二平面方程式。以第一參考平面區Z1為例,第一參考平面區Z1可包含偵測影像I內左上方的四個第一分區R1,四個第一分區R1的X-Y座標分別為(0,0)、(0,1)、(1,0)、(1,1),如第4圖所示,故可列出公式一~五,從而得到第一平面方程式的矩陣x的值。第二平面方程式的矩陣x則可加入第五個第一分區R1的X-Y座標(0,2),其運算公式如第一平面方程式,故此不再重複說明。
a*0+b*0+c=100 公式一
a*1+b*0+c=100 公式二
a*0+b*1+c=100 公式三
a*1+b*1+c=100 公式四
請參閱第2圖與第6圖至第8圖,第6圖為本發明第二實施例之影像分析方法之流程圖,第7圖與第8圖為本發明第二實施例之偵測影像I在不同操作階段進行分區劃設之示意圖。首先執行步驟S200與步驟S202,將偵測影像I劃分為複數個第一分區R1,並且計算複數個第一分區R1相對於攝影設備10的複數個第一高度;該些步驟類同於步驟S100與步驟S102,故此不再詳加說明。接著,執行步驟S204,計算複數個第一高度的標準差以取得其離散程度。若複數個第一高度的離散程度不符合預定條件,意即相似程度較高,故執行步驟S206,影像分析方法可將複數個第一高度直接視為偵測影像I內的地形高度、或是利用第一實施例的步驟S104、S106、S108、S110、S112、S114、S116去判斷偵測影像I內不同參考平面區之間的地形關係。
若複數個第一高度的離散程度符合預定條件,意即相似程度偏低,故執行步驟S208,將每一個第一分區R1進一步劃分成複數個第二分區R2;本實施例係將各第一分區R1分成四個第二分區R2,然實際應用不限於此。接著,執行步驟S210,利用預設安裝角度分別計算複數個第二分區R2相對於攝影設備10的複數個第二高度。
再接下來,執行步驟S212與步驟S214,在複數個第二分區R2選取位置相鄰且其第二高度相近的多個第二分區R2以定義為第三參考平面區Z3,並利用二維迴歸演算法計算第三參考平面區Z3的第三平面方程式;前述之相近第二高度係可以預定閥值來尋找判斷。接著,執行步驟S216至步驟S224,在複數個第二分區R2另尋找鄰近但位於第三參考平面區Z3外的至少一第二分區R2,並利用第三平面方程式計算選定第二分區R2的第二平面高度。然後,將選定第二分區R2計算所得之第二平面高度(預測高度)相比於選定第二分區R2的初始第二高度。如兩者高度的差別大於預定門檻值,表示選定第二分區R2與第三參考平面區Z3的第二分區R2屬於不同地形。如兩者高度的差別小於或等於預定門檻值,表示選定第二分區R2與第三參考平面區Z3的第二分區R2屬於相同地形,故可將選定第二分區R2併入第三參考平面區Z3、且定義為第四參考平面區Z4,再利用二維迴歸演算法計算第四參考平面區Z4之第四平面方程式。
如此一來,影像分析方法就能正確且快速地判斷出第三參考平面區Z3與其周圍的第二分區R2分具不同高度、或是第三參考平面區Z3可以進一步擴增為第四參考平面區Z4,從而分析出相對於攝影設備10的第三參考平面區Z3和第四參考平面區Z4之間的地形關係。
綜上所述,本發明係以固定的安裝角度重建偵測影像的相對三維空間,不需精確地計算與校正出真實安裝角度,就能取得偵測影像內的正確地形變化及其物件資訊。本發明的影像分析方法及其攝影設備可先將偵測影像切割成大尺寸分區(意即第二實施例的第一分區),計算每一個第一分區的第一高度來判斷偵測影像內的地形;若第一分區的多筆第一高度具有過大標準差,則可將各第一分區進一步切割成小尺寸分區(意即第二實施例的第二分區),並以第
二分區的第二高度去判斷是否可以合併成相同高度的參考平面區、以及判斷此參考平面區是否可與相鄰第二分區合併成相同高度的另一參考平面區,從而以快速有效的運算方式精準判定偵測影像內的地形。
以上所述僅為本發明之較佳實施例,凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾,皆應屬本發明之涵蓋範圍。
S200、S202、S204、S206、S208、S210、S212、S214、S216、S218、S220、S222、S224:步驟
Claims (10)
- 一種影像分析方法,執行於具有一運算處理器與一影像擷取器之一攝影設備,用來分析該影像擷取器依據一預設安裝角度所拍攝之一偵測影像內的地形,該影像分析方法包含有:該運算處理器將該偵測影像劃分為複數個第一分區,且取得該複數個第一分區相對於該攝影設備的複數個第一高度;該運算處理器將該複數個第一分區中具有相同高度且位置相鄰的多個第一分區定義為一第一參考平面區,且計算該第一參考平面區之一第一平面方程式;該運算處理器在該複數個第一分區選定鄰近但位於該第一參考平面區外的至少一第一分區,並套用該第一平面方程式以取得選定的該至少一第一分區之一第一平面高度;該運算處理器將該第一平面高度相比於選定的該至少一第一分區之一初始第一高度;以及該運算處理器依據一比較結果判斷相對於該攝影設備的該第一參考平面區和選定的該至少一第一分區之間的地形關係。
- 如請求項1所述之影像分析方法,另包含有:該運算處理器在該複數個第一高度之離散程度符合一預定條件時,將各第一分區劃分為複數個第二分區;該運算處理器取得該複數個第二分區相對於該攝影設備的複數個第二高度; 該運算處理器將該複數個第二分區中具有相同高度且位置相鄰的多個第二分區定義為一第三參考平面區,且計算該第三參考平面區之一第三平面方程式;該運算處理器在該複數個第二分區選定鄰近但位於該第三參考平面區外的至少一第二分區,並套用該第三平面方程式以取得選定的該至少一第二分區之一第二平面高度;該運算處理器將該第二平面高度相比於選定的該至少一第二分區之一初始第二高度;以及該運算處理器依據一比較結果判斷相對於該攝影設備的該第三參考平面區和選定的該至少一第二分區之間的地形關係。
- 如請求項2所述之影像分析方法,另包含有:該運算處理器以該預設安裝角度分別計算該複數個第一分區的複數個第一高度;以及該運算處理器計算該複數個第一高度之一標準差以取得該離散程度。
- 如請求項3所述之影像分析方法,其中該運算處理器以該預設安裝角度計算該偵測影像內所有物件的一平均身高,並將該平均身高和該攝影設備所在地域的一物件身高均值相比以校正該複數個第一高度。
- 如請求項2所述之影像分析方法,另包含有:若該複數個第一高度之該離散程度不符該預定條件,該運算處理器將該複數個第一高度視為該偵測影像內的地形高度。
- 如請求項1所述之影像分析方法,另包含有:該運算處理器以二維迴歸演算法取得該第一平面方程式。
- 如請求項1所述之影像分析方法,另包含有:若選定的該至少一第一分區之該第一平面高度與該初始第一高度之間差異低於一預定門檻值,該運算處理器判斷鄰近但位於該第一參考平面區外的該至少一第一分區係與該第一參考平面區屬於相同平面。
- 如請求項1所述之影像分析方法,另包含有:若選定的該至少一第一分區之該第一平面高度與該初始第一高度之間差異超出或等於一預定門檻值,該運算處理器判斷鄰近但位於該第一參考平面區外的該至少一第一分區與該第一參考平面區具有不同高度。
- 如請求項8所述之影像分析方法,另包含有:該運算處理器在該複數個第一分區另尋找是否具有相同高度且位置相鄰的其它第一分區。
- 一種攝影設備,其包含有:一影像擷取器,依據一預設安裝角度拍攝一偵測影像;以及一運算處理器,以有線或無線的方式電連接於該影像擷取器,用來根據該偵測影像來執行如請求項1至請求項9的任一項所述之影像分析方法。
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