CN1268896C - 利用影像测定方位的方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用影像测定方位的方法，借助一已知视角的影像撷取系统取得一数字影像信号，而数字影像的画素矩阵被定义为该已知视角，继而此数字影像每一行、列的单位画素间距为该已知视角的等分角，借此，由数字影像上预设的一单位画素为基点，通过一运算单元来定义数字影像上被选定的显示目标与自基点延伸的假想轴线的相对夹角。本发明可以扩大影像定位的应用领域，并且能以较价廉的费用达到极精准的定位。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用影像测定方位的方法。
背景技术
以CCD(Charg Coupled Device)或CMOS(Complementary Metal-OxideSemiconductor)影像感测组件取得的数字影像被广泛应用于物性分析与伺服定位，尤甚在伺服定位被用于精密的加工设备上，此类的分析模式是以被摄物标记的色阶差来定义其几何区域，再运算出几何区域的几何中心，借助影像画素(pixel)矩阵求得精密的平面象限距离值或角度值，再利用这些距离值或角度值作为伺服机构的驱动值，例如被用于PCB(Printed Circuit Board)板冲孔设备时，工件上的标记受影像撷取系统摄录而显示于显示器上，此冲孔设备上的计算单元即计算出标记的几何中心，再命令伺服机构移动工件至标记的几何中心与冲梢的中心轴线重叠位置。
然而至目前为止，伺服定位多数仅应用于2D的范畴，若平面定位所需位移距离极大时，伺服机构在长距位移行程时即易产生机械性误差所以并不适用。
另一类型的定位系统如射击系统之类，其瞄准目标方式不外是人工操作或雷达侦测，但人工操作在效率及精确性上经常是因人而异，雷达侦测则所需费用很高，用于轻便的射击武器并不普遍。
发明内容
为了克服现有的影像定位的方法存在的上述缺点，本发明提供一种利用影像测定方位的方法，其可以扩大影像定位的应用领域，并且能以较价廉的费用达到极精准的定位。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种利用影像测定方位的方法，其特征在于，借助一已知视角(Angleof View)的影像撷取系统取得一数字影像信号，而数字影像的画素(Pixel)矩阵被定义为该已知视角，继而此数字影像每一行、列的单位画素间距为该已知视角的等分角，借此，由数字影像上预设的一单位画素为基点，通过一运算单元来定义数字影像上被选定的显示目标与基点的相对夹角。
前述的利用影像测定方位的方法，其中影像撷取系统的已知视角为通过取像镜头所得的视角。
前述的利用影像测定方位的方法，其中影像撷取系统的已知视角为取像镜头的焦平面(Focal Plane)上的影像感测芯片(Image Sensor)的感测区域(Format Size)。
前述的利用影像测定方位的方法，其中数字影像信号支持一显示器的影像来源，以及显示目标的选定是通过显示器上的一选取单元来定义一个区域的画素群，并由运算单元求得画素群的几何中心为该显示目标方位角度运算基准点。
前述的利用影像测定方位的方法，其中选取单元是一鼠标光标，以窗选出一显示目标。
前述的利用影像测定方位的方法，其中运算单元求出该数字影像上的显示目标与取像位置的相对夹角，并由一存储单元记录之，而再次以选取单元选定另一显示目标测定其方位。
前述的利用影像测定方位的方法，其中运算单元求出该数字影像上的显示目标与取像位置的相对夹角，并由一存储单元记录之，而再次以选取单元选定另一显示目标测定其方位。
前述的利用影像测定方位的方法，其中影像撷取系统的取像镜头视角为可变，借以将显示目标的成像缩放，求得显示目标成像轮廓的方位角度变化，各视角求得显示目标方位角度与该视角相对的焦距(Focal Length)差值为运算显示目标物距。
前述的利用影像测定方位的方法，其中影像撷取系统的取像镜头视角的变化是通过一变镜头完成至少两种视角焦距及视角变化。
前述的利用影像测定方位的方法，其中显示目标的选定是由运算单元判断影像撷取系统视角范围内移动物体的数字影像画素群。
前述的利用影像测定方位的方法，其中影像撷取系统的取像镜头视角为可变，借以将显示目标的成像缩放，求得显示目标成像轮廓的方位角度变化，各视角求得显示目标方位角度与该视角相对的焦距(Focal Length)差值为运算显示目标物距。
前述的利用影像测定方位的方法，其中影像撷取系统的取像镜头视角的变化是通过一变镜头完成至少两种视角焦距及视角变化。
本发明的有益效果是，其可以扩大影像定位的应用领域，并且能以较价廉的费用达到极精准的定位。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是通过镜头取像的立体示意图。
图2是本发明利用影像感测芯片image sensor等分视角的示意图。
图3是图1所示目标物在显示屏幕上的示意图。
图4是图3所示目标物被窗选后的画素放大示意图。
图5是本发明利用两种焦距的成像作图法示意图。
图6是图5所示的利用两种焦距的成像作图法的简化图。
图7是图5所示的两种焦距的成像显示于屏幕的示意图。
图8是本发明另一显示目标的选定示意图，显示移动物体的数字影像画素群移动变化。
具体实施方式
本发明利用影像测定方位的方法，是借助一已知视角(Angle of View)的影像撷取系统，支持一显示器的数字影像来源，其中，影像撷取系统的己知视角为通过取像镜头所得的视角，或者为取像镜头的焦平面(Focal Plane)上的影像感测芯片(Image Sensor)的感测区域(Format Size)。该数字影像的画素(Pixel)矩阵被定义为该已知视角，而每一行、列的单位画素间距为该已知视角的等分角，如图1、图2所示，取像镜头视角为θ及影像感测芯片的画素(Pixel)为1280×960，故每一纵向画素间距θy＝θ/1280；每一横向画素间距θx＝θ/960。
在图1所示的目标物10显示于图3所示的显示器屏幕，显示目标物10′的选定方法的一是通过显示器上的一选取单元(如：鼠标光标)窗选一个区域2的画素群，借以界定出一显示目标10′，并由运算单元求得画素群的几何中心，如图4中标号11所示为该显示目标10′方位角度运算基准点，继而借由影像上预定的单画素为基点41，在此例中，基点以取像镜头主轴(Principal Axis)为基点41，通过运算单元求得数字影像上的显示目标与自基点延伸的假想轴线41的相对夹角θ1。
本发明可进一步在运算单元求出显示目标与取像位置的相对夹角并由一存储单元(未显示于图面)记录的，所以若在视角θ范围内呈现另一显示目标，可再次以选取单元选定此另一显示目标测定其方位。
图6、图7所示为本发明影像撷取系统的取像镜头是通过一变镜头完成至少两种视角焦距f1、f2及视角变化A1、A2，以将显示目标的成像缩放，求得显示目标第一成像及第二成像的方位角度变化，各视角求得显示目标方位角度与该视角相对的焦距(focal length)差值为运算显示目标物距(x+y)。
前述所导出关系式为
(tanA1)×(x+y)＝(tanA2)×y
x＝f2-f1
综上所述，利用本发明影像测定方位的方法可向伺服系统提供驱动信号而调整一定位机构的角度修正量，而且其精确度与影像感测芯片的画素(Pixel)成正比，亦即画素愈多等分角多愈小就可获得更高精确度，以应用于射击系统为例：当远方目标物在显示器上被窗选锁定，通过运算单元计算出目标物方位角度及物距，再依弹道换算该物距相对应偏移值，所得数据即为射击武器的角度修正量，借此达到射击系统快速及精准的瞄准，进而可利用缆线或网络传输功能将数字影像传递至远程，在显示器上的目标物仍可被窗选锁定，而不需将操作者处在危险之中。
由于本发明并非以人工方式完成定位，以致于实际上并非要搭配显示器上的选取单元，参阅图8所示，显示目标的选定是直接由运算单元判断影像撷取系统视角范围内移动物体的数字影像画素群8，画素群由P1位移到P2即被判断为显示目标，并由运算单元求得画素群的几何中心为该81显示目标方位角度运算基准点，继而如先前所述，通过运算单元来求得数字影像上的显示目标与自基点41延伸的假想轴线的相对夹角。这种功能可被广泛的应用，例如在监视系统的使用，当系统视角范围内出现移动物体时，运算单元即能判断录像系统的启动，此功能正普遍的设在监视系统上，然而本发明的功能可进一步通过运算单元求出移动物体的方位，使影像撷取系统的伺服机构得调整镜头方向，借此可在镜头许可转向范围内跟踪移动物体。
Claims (11)
1.一种利用影像测定方位的方法，其特征在于，借助一已知视角的影像撷取系统取得一数字影像信号，而数字影像的画素矩阵被定义为该已知视角，继而此数字影像每一行、列的单位画素间距为该已知视角的等分角，借此，由数字影像上预设的一单位画素为基点，通过一运算单元来定义数字影像上被选定的显示目标与自基点延伸的假想轴线的相对夹角。
2.根据权利要求1所述的利用影像测定方位的方法，其特征在于所述影像撷取系统的已知视角为通过取像镜头所得的视角。
3.根据权利要求1所述的利用影像测定方位的方法，其特征在于所述影像撷取系统的已知视角为取像镜头的焦平面上的影像感测芯片的感测区域。
4.根据权利要求1所述的利用影像测定方位的方法，其特征在于所述数字影像信号支持一显示器的影像来源，以及显示目标的选定是通过显示器上的一选取单元来定义一个区域的画素群，并由运算单元求得画素群的几何中心为该显示目标方位角度运算基准点。
5.根据权利要求4所述的利用影像测定方位的方法，其特征在于所述选取单元是一鼠标光标，以窗选出一显示目标。
6.根据权利要求4所述的利用影像测定方位的方法，其特征在于所述运算单元求出该数字影像上的显示目标与取像位置的相对夹角，并由一存储单元记录之，而再次以选取单元选定另一显示目标测定其方位。
7.根据权利要求1所述的利用影像测定方位的方法，其特征在于所述影像撷取系统的取像镜头视角为可变，借以将显示目标的成像缩放，求得显示目标成像轮廓的方位角度变化，各视角求得显示目标方位角度与该视角相对的焦距差值为运算显示目标物距。
8.根据权利要求7所述的利用影像测定方位的方法，其特征在于所述影像撷取系统的取像镜头视角的变化是通过一变镜头完成至少两种视角焦距及视角变化。
9.根据权利要求1所述的利用影像测定方位的方法，其特征在于所述显示目标的选定是由运算单元判断影像撷取系统视角范围内移动物体的数字影像画素群。
10.根据权利要求9所述的利用影像测定方位的方法，其特征在于所述影像撷取系统的取像镜头视角为可变，借以将显示目标的成像缩放，求得显示目标成像轮廓的方位角度变化，各视角求得显示目标方位角度与该视角相对的焦距差值为运算显示目标物距。
11.根据权利要求10所述的利用影像测定方位的方法，其特征在于所述影像撷取系统的取像镜头视角的变化是通过一变镜头完成至少两种视角焦距及视角变化。
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