TW201520980A - 可即時估算踏頻之視頻裝置 - Google Patents

Abstract

一種可即時估算踏頻之視頻裝置，其係裝設於單車上，利用影像擷取單元擷取騎乘者上半身之連續動態影像，並透過影像辨識單元自連續動態影像中辨識出騎乘者之對稱區域影像及其相對擺動影像，藉由微處理器根據對稱區域影像及其相對擺動影像以計算出騎乘者週期性擺動頻率之一踏頻資訊，並將其顯示於顯示器上。利用現在很普遍使用的智慧型手持裝置取代習知額外的感應器、顯示器及複雜的踏板機構配線結構，並透過本發明新穎的影像辨識技術以更便利、更低成本卻不失精確度的方式對騎乘者的踏頻進行量測，可大幅提昇應用彈性及量測的便利性。

Description

可即時估算踏頻之視頻裝置

本發明係有關一種視頻裝置，尤指一種可即時估算踏頻之視頻裝置。

按，現今國人愈來愈注重休閒生活，而在眾多戶外休閒活動中，能夠體驗大自然的舒暢，最合適亦最能達到運動健康的即是騎自行車，自行車兜風不但能鍛鍊體魄，還可怡情養性，是最適合現代人的運動；甚至，愈來愈多自行車愛好者成立自行車隊，來與志同道合者一同進行登山、競速等各式運動或比賽。

在日漸興起的自行車旅遊風氣，騎乘自行車的過程中，有多項騎乘參數是騎乘者感興趣的項目，像是騎乘速度、騎乘距離、使用的齒輪比大小、騎乘的平滑性甚至平衡性等，而騎乘速度、騎乘距離與騎乘者體能狀態或是消耗的體力有關；在評估騎乘速度上，過去較便捷的方式是以GPS(Global Positioning System)定位騎乘者的所在地，以移動距離跟消耗的時間估算騎乘速度。然而，雖然此種估算方法只需要具備無線上網功能，即可推估騎乘者的騎乘速度，但是因為欠缺考慮地形因素，所推估出的速度應為騎乘者移動的速度，並非真正因腳踏施力而產生的踏板速度，此非為騎乘者真正想要得知的與體能狀態有關、騎乘過程所消耗的體力或是由 騎乘者自己腳踏施力所產生的騎乘速度，故差異甚大。

目前踏頻計已廣泛應用於量測騎乘者的騎乘速度及踩踏板的頻率，騎乘參數在取樣技術的進步，使得計算出的騎乘數據也越趨精確。舉例來說，偵測踏頻的方式可以使用n個磁鐵環狀地安裝在齒盤或是曲柄內，使得齒輪的每一轉都可以被感應器偵測n次，藉以量測到騎乘者的腳踏施力(pedaling force)、產生的功率輸出(power output)以及車速變化(speed variation)。或者是，使用車鏈速度感應器(chain speed sensor)及車鏈張力感應器(chain tension sensor)來量測車鏈的速度及張力，因為車鏈的轉動是由腳踏踏板而產生的，因此兩者的頻率一致，故能量測到真正的踏頻。

然而，為了安裝於自行車上加裝的感應器及磁鐵，以電磁感應的方式量測騎乘者的踏頻，自行車踏板機構及其中心軸以及鏈條齒輪盤都必須進行大幅修改，並換上專門為此設計的踏板機構，且必須再透過複雜的配線線路將硬體裝置與感應器、顯示器連接；其中，裝在後下叉的感測器及裝在曲柄上的磁鐵必須要靠得非常的近，在騎乘過程中才能準確的量測，此安裝過程不僅複雜繁瑣，再者，必須根據不同廠牌的自行車生產適合其使用的裝有這種量測踏頻資訊的踏板機構及感應器的配線線路，硬體設備的成本高，其不便利性使得發展性低。

有鑑於此，本發明遂針對上述先前技術之缺失，提出一種可即時估算踏頻之視頻裝置，以有效克服上述之該等問題。

本發明估算踏頻之視頻裝置，其利用現在普及應用的智慧型手持裝置裝設於單車上，並透過智慧型手持裝置既有的鏡頭直接擷取騎 乘者具有週期性擺動的連續動態影像，能即時估算並顯示騎乘者的踏頻資訊，無須在單車上裝設額外的感應器、螢幕及或無線收發等硬體設備，以及複雜的線路配置，可大幅降低單車的設計成本以及解決單車上的設備被偷竊之疑慮。

本發明的次要目的在於提供一種可即時估算踏頻之視頻裝置，其安裝、拆卸相當便利，且透過現有生活普及應用的智慧型手持裝置來獲得更精準、即時的踏頻資訊，確實能取代傳統昂貴的踏頻裝置及解決安裝步驟繁瑣的不便性。

為達以上之目的，本發明提供一種可即時估算踏頻之視頻裝置，包括一影像擷取單元、一影像辨識單元、一微處理器及一顯示器。影像擷取單元係擷取騎乘者上半身之連續動態影像，影像辨識單元電性連接影像擷取單元，影像辨識單元係自連續動態影像中辨識出騎乘者之對稱區域影像及其相對擺動影像，微處理器電性連接影像辨識單元及顯示器，微處理器根據對稱區域影像及其相對擺動影像以計算出騎乘者週期性擺動頻率之一踏頻資訊，最後，藉由顯示器顯示踏頻資訊。

底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

1‧‧‧視頻裝置

10‧‧‧影像擷取單元

12‧‧‧影像辨識單元

14‧‧‧微處理器

16‧‧‧顯示器

18‧‧‧單車

20‧‧‧左肩影像

22‧‧‧右肩影像

第1圖為本發明之電路架構圖。

第2圖為本發明安裝於一單車上之示意圖。

第3A~3C圖為本發明擷取騎乘者之對稱區域影像及其相對擺動之示意圖。

第4圖為本發明量測騎乘者擺動週期之波形圖。

由於現今科技的智慧型手持裝置應用相當普及，例如智慧型手機或是手持式平版電腦等，幾乎人手一機的情況下，且多媒體應用功能的多元化已成為趨勢；因此，本發明基於成本及便利性的考量，在不改變單車原有結構下及使用最少硬體設備的考量下，僅需要將智慧型手持裝置裝設在單車上，再透過智慧型手持裝置既有的功能性應用在量測騎乘者的踏頻資訊，不僅便於安裝、拆卸的彈性應用，又可取代習知的複雜及高成本的硬體設備，實能為生活帶來大大的便利性。

請同時參閱第1圖及第2圖，第1圖為本發明之電路架構圖，第2圖為本發明安裝於一單車上之示意圖。可即時估算踏頻之視頻裝置1包括一影像擷取單元10、一影像辨識單元12、一微處理器14及一顯示器16；其中，影像辨識單元12電性連接影像擷取單元10，微處理器14電性連接影像辨識單元12及顯示器16，影像擷取單元10係為電耦合裝置或互補式金屬氧化半導體之感測元件。首先，可先將視頻裝置1架設於單車18的前端，也就是兩把手之間的位置，當騎乘者開始騎乘時，由影像擷取單元10擷取騎乘者上半身之連續動態影像，騎乘者踩踏踏板帶動車鍊轉動時，會有一高一低踩踏動作，使得人體自然呈現左、右擺動狀態；因此，可透過影像辨識單元12自連續動態影像中辨識出騎乘者之對稱區域影像及其相對擺動影像，例如雙肩或雙耳的影像。微處理器14根據對稱區域影像及其相對擺動 影像以計算出騎乘者週期性擺動頻率之一踏頻資訊，最後，藉由顯示器16顯示踏頻資訊予騎乘者瀏覽。

其中，本發明以人體上半身具有對稱區域作為感興趣區域(region of interest,ROI)影像，由於人體身體各部位位置都有相對關係，可利用人體對稱的特性，經由影像辨識單元12自連續動態影像中辨識出騎乘者會相對擺動的對稱區域。請同時配合第3A圖，在此，以對稱區域影像係為擷取騎乘者之左肩影像20與右肩影像22為例說明，影像辨識單元12係為人像辨識軟體，其可整合於微處理器14內。影像辨識單元12自連續動態影像中辨識出具有對稱區域影像的左肩影像20與右肩影像22後，其分別設有第一參考點a及第二參考點b，並擷取連續第一參考點a及第二參考點b的影像之相對傾斜角度變化視為擺動影像。詳言之，影像辨識單元12利用邊緣偵測方式偵測連續動態影像中具有梯度上劇烈變化的複數邊緣像素，邊緣偵測方式如Canny、Sobel、Prewitt、Robert及Laplacian算子，以Canny算子進行ROI邊緣偵測的結果，再透過霍夫轉換方式以數個直線或曲線連接此些邊緣像素，並去除不必要的雜訊，以找出左肩影像20之一左肩線與右肩影像22之一右肩線。由於騎乘單車時，身體擺動會有一定程度活動範圍的特性，為能計算左肩線與右肩線的傾斜角度，騎乘者之脖子與左肩線之交界點作為一左肩線起始點，於左肩線起始點向外延伸50個像素點作為第一參考點a，其近似左肩線線段的中間點位置；騎乘者之脖子與右肩線之交界點作為一右肩線起始點，於右肩線起始點向外延伸50個像素點作為第二參考點b，其近似右肩線線段的中間點位置。微處理器14根據左肩線與右肩線之擺動週期時間及相對傾斜角度變化取得騎乘者週期性擺動頻率之踏頻資 訊。

接續，請同時配合第3B、3C圖及第4圖，第4圖為本發明量測騎乘者擺動週期之波形圖。其中α點表示為騎乘者之左肩線的第一參考點傾斜角度，γ點表示為騎乘者之右肩線的第二參考點傾斜角度，β點表示為第一參考點a與第二參考點b之交界點。如第3B圖所示，當騎乘者左腳向下踩踏踏板時，左肩線的第一參考點a即呈現一傾斜角度，進而取得左肩線的第一參考點a與右肩線的第二參考點b之相對傾斜夾角θ；同理，如第3C圖所示，當騎乘者右腳向下踩踏踏板時，右肩線的第二參考點b即呈現一傾斜角度，進而取得左肩線的第一參考點a與右肩線的第二參考點b之相對傾斜夾角θ。如第4圖所示，當騎乘者擺動週期呈現出α點為傾斜角度6度、β點為傾斜角度為0度及γ點為傾斜角度-6度狀態時，透過時間軸上追蹤騎乘者騎乘過程中雙肩線擺動的傾角大小，也就是極大值α點至極小值γ點所經時間及相對傾斜角度變化，即可取得騎乘者週期性擺動頻率之踏頻資訊。

除了利用左肩影像及右肩影像作為對稱區域影像來量測踏頻資訊之外，亦可擷取騎乘者之左耳影像與右耳影像作為對稱區域影像，於左耳影像與右耳影像分別設有第一參考點及第二參考點，並擷取第一參考點及第二參考點的連續影像之相對傾斜角度變化視為擺動影像，影像辨識單元12係利用邊緣偵測方式偵測連續動態影像中具有梯度上劇烈變化的複數邊緣像素，再透過霍夫轉換方式連接此些邊緣像素以找出左耳影像之一左耳輪廓線與右耳影像之一右耳輪廓線。微處理器14根據左耳輪廓線與右耳輪廓線之擺動週期時間及相對傾斜角度變化取得騎乘者週期性擺動頻率之踏頻資訊。如此一來，僅需要透過影像處理技術偵測及追蹤騎乘者於 騎乘時的雙肩或雙耳的週期性擺動頻率，其騎乘者的踏頻一致，故能得到準確的踏頻資訊。更進一步而言，微處理器14可根據踏頻資訊、單車之齒輪比及輪徑以計算出騎乘者之踩踏速度，由於不同廠的單車結構會有些差異，因此，僅需要將單車之齒輪比及輪徑之參數資料輸入至視頻裝置中，再配合影像處理的技術，即可精確估算出踩踏速度，此適用於各種廠牌及款式的單車，無須修改任何原單車結構，能大幅提昇產品的應用彈性，極具市場競爭優勢。

綜上所述，本發明提出新穎的量測騎乘者踏頻資訊之方式，利用現在普及應用的智慧型手持裝置裝設於單車上，並透過智慧型手持裝置既有的鏡頭(即為影像擷取單元)直接擷取騎乘者具有週期性擺動的連續動態影像，並使用本發明之人像辨識軟體(即為影像辨識單元)及微處理器之功能，能即時估算並顯示騎乘者的踏頻資訊。由於現今科技智慧型手持裝置中的微處理器已從單核心新增至八核心，也就是使用八個微處理元件進行運算所有得應用軟體(如APPS)，因此，能快速且精確的估算出所需的踏頻資訊，並即時利用顯示器提供予騎乘者瀏覽；本發明之量測方式確實無須在單車上裝設額外的感應器、螢幕及或無線收發等硬體設備，以及複雜的線路配置，可大幅降低單車的設計成本。再者，本發明之安裝、拆卸相當簡易且實用，確實能取代傳統昂貴的踏頻裝置及解決安裝步驟繁瑣的不便性，又能解決單車上的設備被偷竊之疑慮，實能為人們帶來生活上更大的便利性。

唯以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍。故即凡依本發明申請範圍所述之特徵及精神所為之 均等變化或修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

1‧‧‧視頻裝置

10‧‧‧影像擷取單元

12‧‧‧影像辨識單元

14‧‧‧微處理器

16‧‧‧顯示器

Claims (11)

1. 一種可即時估算踏頻之視頻裝置，其裝設於一單車上，該視頻裝置包括：一影像擷取單元，係擷取騎乘者上半身之連續動態影像；一影像辨識單元，電性連接該影像擷取單元，係自該連續動態影像中辨識出該騎乘者之對稱區域影像及其相對擺動影像；一微處理器，電性連接該影像辨識單元，根據該對稱區域影像及其相對擺動影像以計算出該騎乘者週期性擺動頻率之一踏頻資訊；及一顯示器，電性連接該微處理器，係顯示該踏頻資訊。
2. 如請求項1所述之可即時估算踏頻之視頻裝置，其中該微處理器可根據該踏頻資訊、該單車之齒輪比及輪徑以計算出該騎乘者之踩踏速度。
3. 如請求項1所述之可即時估算踏頻之視頻裝置，其中該對稱區域影像係為擷取該騎乘者之左肩影像與右肩影像，其分別設有第一參考點及第二參考點，並擷取連續該第一參考點及該第二參考點的影像之相對傾斜角度變化視為該擺動影像。
4. 如請求項3所述之可即時估算踏頻之視頻裝置，其中該影像辨識單元係利用邊緣偵測方式偵測該連續動態影像中具有梯度上劇烈變化的複數邊緣像素，再透過霍夫轉換方式連接該些邊緣像素以找出該左肩影像之一左肩線與右肩影像之一右肩線。
5. 如請求項3所述之可即時估算踏頻之視頻裝置，其中該微處理器根據該左肩線與該右肩線之擺動週期時間及該相對傾斜角度變化取得該騎乘者週期性擺動頻率之該踏頻資訊。
6. 如請求項3所述之可即時估算踏頻之視頻裝置，其中該騎乘者之脖子與該 左肩線之交界點作為一左肩線起始點，於該左肩線起始點向外延伸50個像素點作為該第一參考點，該騎乘者之脖子與該右肩線之交界點作為一右肩線起始點，於該右肩線起始點向外延伸50個像素點作為該第二參考點。
7. 如請求項1所述之可即時估算踏頻之視頻裝置，其中該對稱區域影像係為擷取該騎乘者之左耳影像與右耳影像，其分別設有第一參考點及第二參考點，並擷取該第一參考點及該第二參考點的連續影像之相對傾斜角度變化視為該擺動影像。
8. 如請求項7所述之可即時估算踏頻之視頻裝置，其中該影像辨識單元係利用邊緣偵測方式偵測該連續動態影像中具有梯度上劇烈變化的複數邊緣像素，再透過霍夫轉換方式連接該些邊緣像素以找出該左耳影像之一左耳輪廓線與右耳影像之一右耳輪廓線。
9. 如請求項7所述之可即時估算踏頻之視頻裝置，其中該微處理器根據該左耳輪廓線與該右耳輪廓線之擺動週期時間及該相對傾斜角度變化取得該騎乘者週期性擺動頻率之該踏頻資訊。
10. 如請求項1所述之可即時估算踏頻之視頻裝置，其中該影像擷取單元係為電耦合裝置或互補式金屬氧化半導體之感測元件。
11. 如請求項1所述之可即時估算踏頻之視頻裝置，其中該影像辨識單元係為人像辨識軟體，其可整合於該微處理器內。