CN101408423B - 影像撷取装置角度侦测方法及其车辆碰撞警示系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种影像撷取装置角度自动侦测方法，可在多种环境下使用校正工具自动侦测影像撷取装置的角度，其是包括有下列步骤：首先，提供一影像撷取装置，其是可撷取车辆周围的影像信息；接着提供一具平行图样的校正工具设置于该影像撷取装置的撷取范围内；然后，撷取该校正工具的影像，以消失点偏离画面中线的像素数量估测影像撷取装置装设角度。本发明还提供一车辆碰撞警示系统，在摄影机高度得知并使用前述侦测方法估测角度后，车辆与周围物体的相对距离即可顺利感测，进而提高车辆碰撞警示系统使用的便利性。

Description

影像撷取装置角度侦测方法及其车辆碰撞警示系统

技术领域

本发明是有关于一种影像撷取装置角度侦测方法，尤其是指一种由撷取校正工具的影像信息进行演算，以求得影像撷取单元的设置角度的一种影像撷取装置角度自动侦测方法及使用该方法的车辆碰撞警示系统。

背景技术

随着科技进展，生活富裕，机动车辆日益普及至每个家庭，交通的方便性由于车辆科技的进步而不断提升。然而随着车辆使用的频繁，使用机动车辆造成的死亡人数始终居高不下。根据有关部门统计，历年来中国台湾地区每年因交通事故而死亡的人数皆维持在三千人左右，受伤人数则在二十万人左右，如2005年台湾地区因交通事故的死、伤人数各为2,894及200,009人。平均每天有8人因交通事故死亡。

分析其肇事原因，百分之九十七以上是驾驶不当所致，事故类型又以追撞案例占大宗。这些交通事故不仅造成个人及家庭的负担，耗费社会有限的医疗资源，并造成国家生产力的损失。

有鉴于此，如果能以摄影机，建立一车用的碰撞警示系统，应用先进的影像处理技术辨识出本车周围车辆并估测与其的相对距离，并于距离过近时提出警示信号，警告驾驶者作出适当处置，如减低车速等等，以避免事故的发生，亦可降低交通事故发生机率。

然而，在估测本车与它车的间距时，摄影机相对于地面的角度信息是必要的，而在现有的技术中，例如美国专利公告号第4942533号所揭露的技术中，其角度亦是基于消失点的侦测运算而得，然而其消失点的获得是利用道路上无限长的平行车道线特征，此法对于一般使用者过于不便。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种影像撷取角度自动侦测方法，通过撷取校正工具的影像，并对该影像进行运算处理，达到自动估测影像撷取装置角度的目的。

本发明的次要目的是提供一种车辆碰撞警示系统，通过撷取校正工具的影像，并对该影像进行运算处理以估测出影像撷取装置的角度，达到顺利估算本车与它车的相对距离的目的。

为了达到上述的目的，本发明提供一种影像撷取装置角度自动侦测方法，其是包括有下列步骤：提供一影像撷取装置，其是可撷取车辆周围的影像信息；提供一具并行线段特征的校正工具设置于该影像撷取装置的撷取范围内；撷取该校正工具的影像，并计算其影像所形成的消失点；再依据此消失点于二维影像中距画面中线的像素数量，计算该影像撷取装置相对于平行路面的角度。

较佳的是，在利用影像处理的技术辨识出此校正工具后，在演算发内即可将有限长度的并行线段校正工具延伸至产生交点，而得以计算出消失点位于影像坐标系的坐标值，由于已知摄影机平行路面时，消失点将位于画面中线的特性，我们即可在摄影机摆设非平行于路面的情形下藉由计算消失点偏离画面中线的像素(pixel)数量估测出摄影机摆设的角度。而前述的影像坐标系的范围则为该影像的显示屏大小。

较佳的是，影像撷取装置角度的计算包括有下列步骤：计算影像撷取装置的一比例因子；以及将该比例因子、该影像撷取装置的焦距、该消失点位于影像坐标系的y向坐标以及显示屏高度像素数量进行运算以得到该影像撷取装置的角度。其中该比例因子包括有该显示屏高度像素数量与影像撷取装置内的影像传感器(image sensor)的高度的比值。

为了达到上述的目的，本发明更提供车辆碰撞警示系统，包括：至少一影像撷取装置，其是设置于一车辆上；一影像处理控制模组，其是可接收该影像撷取装置所撷取的影像信息，演算得车辆与周围物体的相对距离，产生一警示信号，该影像处理控制模组还可由该影像信息演算得该影像撷取装置相对于地面的角度；一显示单元，其是与该影像处理控制模组相连接，该显示单元可接收该影像处理控制模组所传递的信号以产生影像；以及一警示单元，其是与该影像处理控制模组相连接，该警示单元可接收该警示信号以产生警报。

本发明提出以具有并行线段特征的校正工具产生消失点来估测影像撷取装置的角度，此方法可在碰撞警示系统安装完成后，快速的完成角度校正而免去行驶至道路以完成校正程序，并且当影像撷取装置的角度得知下，后续还可使用其它校正工具求取影像撷取装置的高度，而这样的影像撷取装置角度自动侦测方法及使用该方法的车辆碰撞警示系统，对于后续的距离估测具有极大的便利性。

附图说明

为使审查员能对本发明的特征、目的及功能有更进一步的认知与了解，下文特将本发明的装置的相关细部结构以及设计的理念原由进行说明，以使得审查员可以了解本发明的特点，详细说明陈述如下，其中：

图1A是为本发明的影像撷取装置角度自动侦测方法的较佳实施例流程示意图。

图1B是为本发明的影像撷取装置角度自动侦测方法的角度估算流程示意图。

图2A是为本发明的影像撷取装置角度自动侦测方法的校正工具示意图。

图2B是为本发明的影像撷取装置角度自动侦测方法的影像撷取装置撷取校正工具影像示意图。

图3是为本发明的影像撷取装置角度自动侦测方法的消失点与影像传感器关系示意图。

图4是为本发明的影像撷取装置角度自动侦测方法的显示屏影像坐标系示意图。

图5是为本发明的影像撷取装置配置位置示意图。

图6是为本发明的车辆碰撞警示系统较佳实施例示意图。

具体实施方式

请参阅图1A所示，该图是为本发明的影像撷取装置角度自动侦测方法的较佳实施例流程示意图。该影像撷取装置角度自动侦测方法1，其是包括有下列步骤：首先进行步骤10，提供一影像撷取装置，其是设置于一车辆上，该影像撷取装置可以设置于车辆的前、后、左、右或者是前述的组合的位置上，其是可撷取车辆周围的影像信息。接着，进行步骤11，提供一校正工具设置于该影像撷取装置的撷取范围内，然后以步骤12，撷取该校正工具的影像，该校正工具请参阅图2A。撷取影像完毕之后，先进行判断在撷取的影像中是否具有该校正工具的影像，如果没有的话则回到步骤12继续撷取影像；反之，如果有的话则进行步骤13锁定该影像，并计算此校正工具影像所形成的消失点。步骤13后再进行步骤14，由消失点偏离画面中线的像素多少，计算该影像撷取装置设置的角度。当求出影像撷取装置的角度后，再进行判断所估算出的角度是否合理，如果不合理，则重新回到步骤12继续后续的步骤。反之，如果合理的话，则可以以步骤15将所估算的角度记录下来。

再请参阅图1B，是为本发明的影像撷取装置角度自动侦测方法的角度估算流程示意图。其为步骤14，由消失点位于画面的所在估算影像撷取装置设置的角度，其中还包括有下列步骤：以步骤141计算影像撷取装置的一比例因子。然后，以步骤142，将该比例因子，该影像撷取装置的焦距，该消失点位于影像坐标系的y向坐标以及显示屏高度像素数量套入一演算公式(1)进行运算，以得到该影像撷取装置的角度。请分别参阅图3与图4所示，其中，该比例因子包括有该显示屏高度H像素数量与影像撷取装置内的影像传感器(image sensor)的高度的比值。

该演算的公式如下式(1)所示：

$\mathrm{\θ}={\tan }^{-1}\left(\frac{H/2-\mathrm{Yv}}{{\mathrm{fS}}_y}\right)............\left(1\right)$

Sy：Y方向比例因子，单位为像素/公尺；

f：焦距，单位为公尺；

θ：影像撷取装置与地面的夹角(请参阅图3所示)；

H：显示屏高度像素数量；

Yv：消失点的y向坐标；

再请参阅图2A，是为本发明的影像撷取装置角度自动侦测方法的校正工具示意图。该校正元件91是为具有相互平行约180度的两侧边线段，该两侧边线段可于显示屏显示出延伸至远方交于一点。

再请参阅图2B，是为本发明的影像撷取装置角度自动侦测方法的撷取校正工具影像示意图。在本实施例中，该校正工具91是设置车辆90的前方，而影像撷取装置2则可撷取车辆90前方的影像。该校正工具91为一有限长度的并行线段，其尺寸大小或者是外观颜色，可以根据使用者的需要而定。

如图4所示，是为本发明的影像撷取装置角度自动侦测方法的影像坐标系示意图。该影像坐标系是指显示该校正工具91影像的坐标系，例如在本实施例中是为显示屏3所构成的坐标系。

请参阅图5所示，虽然前述的说明以图2的配置方式来进行说明，但影像撷取装置并不被限制仅能设置于车辆的前方。在图5中，车辆90周围的位置都可以设置影像撷取装置2a-2d，至于其设置角度的演算方法，如前所述的演算公式(1)，在此不做赘述。此外，该影像撷取装置2a-2d可选择为一摄影机或者是一红外线影像撷取装置。其中该摄影机可选择为一光电耦合元件(charge-coupled Device；CCD)以及一互补式金属氧化半导体的光学感测元件(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，CMOS)其中之一。

利用前述的侦测方法，本发明还提供一车辆碰撞警示系统6。请参阅图6所示，该图是为本发明的车辆碰撞警示系统较佳实施例示意图。该车辆碰撞警示系统6，具有至少一影像撷取装置61、一影像处理控制模组60、一显示单元63以及一警示单元64。该影像撷取装置61，其是可以撷取车辆周围的影像信息。该影像处理控制模组60，其是可接收该影像撷取装置61所撷取的影像信息，进行演算与解析车辆与周围物体的相对距离而产生一警示信号，该影像处理控制模组60更可以根据该影像撷取装置61所传的影像信息进行演算程序而得知该影像撷取装置61的角度。

该显示单元63，其是与该影像处理控制模组60相连接，该显示单元63可接收该影像处理控制模组60所传递的信号以显示影像，例如：显示车辆追踪画面、与它车的距离估算值等相关的影像与文字数据等信息。该显示单元63可为液晶显示器或者是发光二极管显示器等，但不在此限。该警示单元64，其是与该影像处理控制模组60相连接，该警示单元64可接收该警示信号以产生警报，以提醒驾驶者本车与它车的间距过近。该警示单元64可对驾驶可发出声、光或振动等方式警示信号。

该车辆碰撞警示系统6其是还具有一使用者控制单元62，该使用者控制单元62可提供使用者一操控界面，以供使用者进行启动该车辆碰撞警示系统6、用于设定是否启动碰撞警示系统6、进行影像撷取装置61位置侦测程序或车辆追踪与测距程序。该影像撷取装置61角度侦测程序为前述的影像撷取装置角度自动侦测方法所述的步骤。而该车辆追踪与测距程序则为利用影像信息来侦测车辆与车辆周围的物体的距离，以维持车辆的行进安全。

该影像处理控制模组60还包含：一影像撷取解码单元601、一数字信号处理控制单元600以及一影像编码输出单元603。该影像撷取解码单元601，其是与该影像撷取装置61相连接，以将该影像撷取装置61所撷取的信息转成一数字化影像信息。该数字信号处理控制单元600，其是可接收该数字化影像信息，进行演算与解析。该影像编码输出单元603，其是与该数字信号处理控制单元600以及该显示单元63相连接，该影像编码输出单元603可接收该数字信号处理控制单元600所输出的一控制信号将影像编码并输出影像视频给该显示单元63。

此外，该影像处理控制模组60还包含：一影像随机存取存储器602以及一非挥发性可程序存储器604。该影像随机存取存储器602，其是可储存该数字化影像信息以及经由该数字信号处理控制单元600处理完毕的影像，该影像随机存取存储器602可提供该数字化影像信息给该数字信号处理控制单元600以及提供处理完毕的影像给该影像编码输出单元603。该非挥发性可程序存储器604，可记录该数字信号处理控制单元600所运算解析的该影像撷取装置61的估算角度。

当通过使用者控制单元62切换至车辆追踪与测距程序时，该影像处理控制模组60亦将根据影像撷取装置61所接收到的影像信息，辨识与追踪车辆并估测与其的相对距离。并将计算出的相对距离叠加于原始影像信息上，以成一新的车辆追踪影像信息，并储存于该影像随机存取存储器602。而该影像随机存取存储器602内的影像信息将传至该影像编码输出单元603，转成可支持显示单元63的影像视频信号，输出影像，以显示车辆追踪与测距画面。

惟以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，当不能以的限制本发明范围。即凡是依本发明权利要求所做的均等变化及修饰，仍将不失本发明的要义所在，亦不脱离本发明的精神和范围，故都应视为本发明的进一步实施状况。

综合上述，本发明提供的影像撷取装置角度自动侦测方法及使用该方法的车辆碰撞警示系统，具有自动估测摄影机角度，以利后续的距离估测的优点，因此可以满足业界的需求，进而提高该产业的竞争力以及带动周围产业的发展，诚已符合发明专利法所规定申请发明所需具备的条件，故依法提出发明专利的申请。

Claims (19)

1.一种影像撷取装置角度自动侦测方法，其特征在于，其是包括有下列步骤：

提供一影像撷取装置，其是可撷取车辆周围的影像信息；

提供一校正工具设置于该影像撷取装置的撷取范围内，撷取该校正工具的影像，并计算该影像的消失点于影像中的位置，消失点的侦测方法为利用影像处理的技术辨识出有限长度的平行校正工具后，延伸两并行线至相交为止而获得消失点的位置，并计算此消失点距画面中线的像素数量；以及

根据消失点偏离画面中线的像素数量计算该影像撷取装置的角度。

2.如权利要求1所述的影像撷取装置角度自动侦测方法，其特征在于，其中该影像撷取装置是为一摄影机。

3.如权利要求2所述的影像撷取装置角度自动侦测方法，其特征在于，其中该摄影机可选择为一光电耦合元件以及一互补式金属氧化半导体的光学感测元件其中之一。

4.如权利要求1所述的影像撷取装置角度自动侦测方法，其特征在于，其中该影像撷取装置是为一红外线影像撷取装置。

5.如权利要求1所述的影像撷取装置角度自动侦测方法，其特征在于，其中该影像撷取装置是选择设置于车辆的前、侧、后以及前述组成的位置其中之一。

6.如权利要求1所述的影像撷取装置角度自动侦测方法，其特征在于，其中该消失点的位置是为该消失点于影像坐标中的坐标值。

7.如权利要求1所述的影像撷取装置角度自动侦测方法，其特征在于，其中定义该消失点的影像坐标范围是为显示该影像的显示屏范围。

8.如权利要求1所述的影像撷取装置角度自动侦测方法，其特征在于，其中该角度自动侦测方法还包括有下列步骤：

计算影像撷取装置的一比例因子；以及

将该比例因子、该影像撷取装置的焦距、该消失点位于影像坐标系的y向坐标以及显示屏高度像素数量进行运算以得到该影像撷取装置的角度。

9.如权利要求8所述的影像撷取装置角度自动侦测方法，其特征在于，其中该比例因子包括有显示影像的显示屏高度像素数量与影像撷取装置内的影像传感器的高度的比值。

10.一种车辆碰撞警示系统，其特征在于，包括：

至少一影像撷取装置，其是设置于一车辆上；

一影像处理控制模组，其是可接收该影像撷取装置所撷取的影像信息，演算得车辆与周围物体的相对距离，产生一警示信号，该影像处理控制模组是计算一校正工具关于每一影像撷取装置的影像的消失点于影像中的位置，其是利用影像处理的技术辨识出有限长度的平行校正工具后，延伸两并行线至相交为止而获得消失点的位置，并计算此消失点距画面中线的像素数量，即可利用消失点投影至影像传感器上的几何模型计算出影像撷取装置的角度；

一显示单元，其是与该影像处理控制模组相连接，该显示单元可接收该影像处理控制模组所传递的信号以产生影像；以及

一警示单元，其是与该影像处理控制模组相连接，该警示单元可接收该警示信号以产生警报。

11.如权利要求10所述的车辆碰撞警示系统，其特征在于，其中该影像撷取装置是为一摄影机。

12.如权利要求11所述的车辆碰撞警示系统，其特征在于，其中该摄影机可选择为一光电耦合元件以及一互补式金属氧化半导体的光学感测元件其中之一。

13.如权利要求10所述的车辆碰撞警示系统，其特征在于，其中该影像撷取装置是为一红外线影像撷取装置。

14.如权利要求10所述的车辆碰撞警示系统，其特征在于，其中该影像撷取装置是可选择设置于车辆的前、侧、后以及前述组成的位置其中之一。

15.如权利要求10所述的车辆碰撞警示系统，其特征在于，其中该警示单元可对驾驶可发出声、光或振动方式警示信号。

16.如权利要求10所述的车辆碰撞警示系统，其特征在于，其是还具有一使用者控制单元，该使用者控制单元可提供使用者一操控界面，以供使用者启动该车辆碰撞警示系统、进行影像撷取装置角度侦测程序或车辆追踪与测距程序。

17.如权利要求10所述的车辆碰撞警示系统，其特征在于，其中该影像处理控制模组还包含：

一影像撷取解码单元，其是与该影像撷取装置相连接，以将该影像撷取装置所撷取的信息转成一数字化影像信息；

一数字信号处理控制单元，其是可接收该数字化影像信息，进行演算与解析；以及

一影像编码输出单元，其是与该数字信号处理控制单元以及该显示单元相连接，该影像编码输出单元可接收该数字信号处理控制单元所输出的一控制信号将影像编码并输出影像视频给该显示单元。

18.如权利要求17所述的车辆碰撞警示系统，其特征在于，其中该影像处理控制模组还包含：

一影像随机存取存储器，其是可储存该数字化影像信息以及经由该数字信号处理控制单元处理完毕的影像，该影像随机存取存储器可提供该数字化影像信息给该数字信号处理控制单元以及提供处理完毕的影像给该影像编码输出单元；以及

一非挥发性可程序存储器，可记录该数字信号处理控制单元所运算解析出该影像撷取装置设置的角度。

19.如权利要求18所述的车辆碰撞警示系统，其特征在于，其中该数字信号处理控制单元，可将影像撷取装置的角度校正结果或追踪与测距结果叠加于原始数字影像上，以成一新的影像信息，并储存于该影像随机存取存储器。

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