TW201843421A - 基於參數數學函數及影像縫合的量測系統及方法 - Google Patents

Abstract

一種基於參數數學函數及影像縫合的量測系統，係包括一影像擷取模組、一方向感測模組、一距離感測模組以及一處理模組。該影像擷取模組係對至少一目標物擷取至少二影像以及該等影像之透視值。該方向感測模組係設置於該影像擷取模組內或外部周圍，以取得該影像擷取模組與一方向基準面之一傾角。該距離感測模組係設置於該影像擷取模組內或外部周圍，以取得該影像擷取模組與該等目標物之間之一距離值。該處理模組係與該影像擷取模組、該方向感測模組以及該距離感測模組連接。本發明更揭露一種基於參數數學函數及影像縫合的量測方法。

Description

基於參數數學函數及影像縫合的量測系統及方法

本發明係為一種影像縫合的量測系統及方法，特別是一種基於參數數學函數及影像縫合的量測系統及方法。

近年來，機械視覺或光學檢測等影像處理技術蓬勃發展，但是上述之領域皆需要利用影像進行量測，其精度將受到影像的解析度、遠近與像素的數量等等所影響，卻沒有探討有關瑕疵或是裂紋在不同影像時的量測技術。

在機械視覺或光學檢測中使用鏡頭作為量測的感測器，因此瑕疵或是裂痕在兩張影像之間。

中華民國專利公告第I432021號揭露一種影像擷取裝置及其影像校正方法，該影像擷取裝置包含一影像擷取模組、一感測模組、一儲存模組及一處理模組。影像擷取模組係擷取一影像。感測模組係感測影像擷取裝置與一水平面之一夾角。儲存模組係儲存一旋轉補償數據表，該旋轉補償數據表包含複數個偏移角度及各該偏移角度所對應之複數個像素的旋轉補償值。處理模組根據夾角與一預先設定之角度所形成之一差值，於旋轉補償數據表中找出合適的複數個旋轉補償值，以旋轉校正該影像並產生一校正影像，且該校正影像符合於預先設定之角度的該影像擷取裝置所擷取之圖像。

雖然上述專利使用了感應器並且由補償表的方式對於影像校正的方法進行誤差修正，但誤差修正後之結果不但不理想，可靠度也偏低。

中華民國專利公告第I502982號揭露一種影像擷取裝置，至少包括控制模組、線性感測模組、加速度感測模組以及儲存模組。控制模組係架構於校正第一影像資料並產生第二影像資料，線性感測模組與控制模組相連接，用以擷取第一影像資料，加速度感測模組與控制模組相連接，並於線性感測模組擷取第一影像資料時擷取加速度資料，以及儲存模組與控制模組相連接，用以儲存加速度資料、第一影像資料以及第二影像資料。其中，控制模組係根據加速度資料計算出位置資料，俾根據位置資料對第一影像資料進行校正，以產生第二影像資料，而達到避免影像資料壓縮、拉長或歪斜之功效。

雖然上述專利使用了感應器來測量鏡頭的角度來調整影像資料，但並無法得知其結果是否與真實狀態符合，而無法得知其可靠度。

中華民國專利公告第I506595號揭露一種全景影像產生方法及裝置。此方法係針對一拍攝場景掃攝多張原始影像，接著對這些原始影像執行粗略移動估測，以獲得此拍攝場景的粗略移動估測結果。同時，此方法亦對上述原始影像中一興趣視窗內的影像進行裁切以作為多張裁切影像，並根據上述拍攝場景的粗略移動估測結果，對這些裁切影像執行精細移動估測，以獲得此拍攝場景的精細移動估測結果。最後，根據精細移動估測結果拼接及融合原始影像，以產生全景影像。

然而，上述專利僅利用原始影像的像素資訊對於原始影像的移動進行評估與拼接，因此準確度偏低。

因此，如何設計出一較高可靠度之影像縫合量測系統及方法，即成為相關設備廠商以及研發人員所共同期待的目標。

本發明人有鑑於習知技術之影像縫合裝置及方法之準確度以及可靠度偏低之缺失，乃積極著手進行開發，以期可以改進上述既有之缺點，經過不斷地試驗及努力，終於開發出本發明。

本發明之第一目的，係提供一種較高可靠度之影像縫合的量測系統。

為了達成上述之目的，本發明之基於參數數學函數及影像縫合的量測系統，係包括一影像擷取模組、一方向感測模組、一距離感測模組以及一處理模組。

該影像擷取模組係對至少一目標物擷取至少二影像以及該等影像之透視值。該方向感測模組係設置於該影像擷取模組內或外部周圍，以取得該影像擷取模組與一方向基準面面之一傾角。該距離感測模組係設置於該影像擷取模組內或外部周圍，以取得該影像擷取模組與該等目標物之間之一距離值。

該處理模組係與該影像擷取模組、該方向感測模組以及該距離感測模組連接，接收該等影像、該等影像之透視值、該傾角以及該距離值，以該等影像之透視值、該傾角以及該距離值，建置一參數數學函數反應曲面，並以該參數數學函數反應曲面，對該等影像進行縫合。

本發明之第二目的，係提供一種較高可靠度之影像縫合的量測方法。

為了達成上述之目的，本發明之基於參數數學函數及影像縫合的量測方法，係包括步驟： 步驟A：提供一影像擷取模組、一方向感測模組、一距離感測模組以及一處理模組； 步驟B：利用該影像擷取模組對至少一目標物擷取至少二影像以及該等影像之透視值； 步驟C：利用該方向感測模組取得該影像擷取模組與一方向基準面之一傾角； 步驟D：利用該距離感測模組取得該影像擷取模組與該等目標物之間之一距離值； 步驟E：利用該處理模組，以該等影像之透視值、該傾角以及該距離值，建置一參數數學函數反應曲面；以及 步驟F：利用該處理模組，以該參數數學函數反應曲面，對該等影像進行縫合。

藉由上述之結構及方法，本發明用影像的縫合來量測跨影像的裂縫，以透視校正作為影像縫合的技術，利用透視校正得到相機的傾角、距離與透視的數據，並利用參數數學函數建置其反應曲面，此反應曲面有空間中的平均透視參數值與變異性，利用此反應曲面製作影像縫合並給予量測的信心水準，因此在跨影像的量測值將會受到信心水準的影響，使量測值為在某個可靠度之下的範圍。

為使熟悉該項技藝人士瞭解本發明之目的，兹配合圖式將本發明之較佳實施例詳細說明如下。

請參考圖1所示，本發明之基於參數數學函數及影像縫合的量測系統(1) ，係包括一影像擷取模組(10)、一方向感測模組(11)、一距離感測模組(12)以及一處理模組(13)。

該影像擷取模組(10)係對至少一目標物擷取至少二影像以及該等影像之透視值。該方向感測模組(11)係設置於該影像擷取模組(10)內或外部周圍，以取得該影像擷取模組(10)與一方向面之一傾角。該距離感測模組(12)係設置於該影像擷取模組(10)內或外部周圍，以取得該影像擷取模組(10)與該等目標物之間之一距離值。

該處理模組(13)係與該影像擷取模組(10)、該方向感測模組(11)以及該距離感測模組(12)連接，接收該等影像、該等影像之透視值、該傾角以及該距離值，以該等影像之透視值、該傾角以及該距離值，建置一參數數學函數反應曲面，並以該參數數學函數反應曲面，對該等影像進行縫合。

在本發明之一較佳實施例中，該影像擷取模組(10)係為照相機。

在本發明之另一較佳實施例中，該方向感測模組(11)係為陀螺儀。

請參考圖1以及圖2所示，本發明之基於參數數學函數及影像縫合的量測方法(2) ，係包括步驟： 步驟200：提供一影像擷取模組(10)、一方向感測模組(11)、一距離感測模組(12)以及一處理模組(13)； 步驟201：利用該影像擷取模組(10)對至少一目標物擷取至少二影像以及該等影像之透視值； 步驟202：利用該方向感測模組(11)取得該影像擷取模組(10)與一方向基準面之一傾角； 步驟203：利用該距離感測模組(12)取得該影像擷取模組(10)與該等目標物之間之一距離值； 步驟204：利用該處理模組(13)，以該等影像之透視值、該傾角以及該距離值，建置一參數數學函數反應曲面；以及 步驟205：利用該處理模組(13)，以該參數數學函數反應曲面，對該等影像進行縫合。

在本發明之一較佳實施例中，該影像擷取模組(10)係為照相機。

在本發明之另一較佳實施例中，該方向感測模組(11)係為陀螺儀。

請參考圖1、圖3以及圖4所示，利用該處理模組(13)以該等影像之透視值、該傾角以及該距離值，建置該參數數學函數反應曲面。

在本發明之一較佳實施例中，該參數數學函數係為克利金。

克利金為統計資料在空間中的分佈狀況，並且其為最佳線性不偏估的預測模型。資料點在空間中能夠表示為趨勢部分和隨機部分如方程式(2)所示：F = μ (x )+ ε (x ) ……(2)

其中μ 為資料點在隨機空間中的趨勢函數，ε 為白噪音，F 為空間中資料點的觀測值。

克利金運用半變異數計算資料點在空間中的相依性，其方程式如(3)，並且定義核心函數作為共變異數的機率模型，且其模型作為擬合之，使最小化核心函數與半變異數值之間的差值，找出核心函數的最佳參數。……(3)

其中γ 為半變異數值，N 為觀測值的配對數量，h 為某個觀測點的相對距離，xi 為第i 個觀測值在空間中的位置。

從上述之公式可知，當點與點之間的距離越小，半變數值越小，表示相依性越大，反之則半變異數值越大，相依性則越小。

克利金定義其估計如方程式(4)：……(4)

其中ˆFo 為預測位置的估計值，wi 為第i 個觀測點的權重，Fi 為第i 個觀測值。

因此該克利金反應曲面之模型定義如方程式(5)：……(5)

其中f 為該克利金反應曲面之方程式，C 為觀測點之間的共變異數矩陣，Cx 為共變異數模型的變數向量。

在本發明的應用中，利用該方向感測模組(11)取得該影像擷取模組(10)與一方向基準面之該傾角、該距離感測模組(12)取得該影像擷取模組(10)與該等目標物之間之該距離值距離，與該影像擷取模組(10)擷取該等影像之透視值的平均值作為建立該參數數學函數反應曲面的資料點，並且共變異數模型選用高斯函數，其結果如圖3所示。

在該等影像之透視值、該傾角以及該距離值作為空間中，利用該等影像之透視值的平均值與變異性建立該參數數學函數反應曲面，如圖4 中，中間層為利用該等影像之透視值的平均值作為該參數數學函數反應曲面的反應值，上下層則為變異性的正負值。因此利用上下兩層可以知道某個傾角和距離下的上限值與下限值，以此作為可靠度計算的依據。

建立該參數數學函數反應曲面後量測所需要的部分，其中為了解決量測時，被量測的部分橫跨至其他影像，因此需要進行影像縫合，本案利用參數數學函數的透視反應曲面給予每張影像進行影像縫合的透視資訊，其中兩張影像中量測的部分因透視之不確定因素，將導致量測誤差。在經過影像縫合後，量測值將會帶有影像透視的不確定因素，其不確定因素將由該參數數學函數反應曲面的上下限作為依據，因此將量測值範圍將橫跨影像時，量測值與不確定因素皆相加。

透過上述之結構及方法，本發明用影像的縫合來量測跨影像的裂縫，利用透視校正作為影像縫合的技術，利用透視校正得到相機的傾角、距離與透視等數據，並利用參數數學函數建置其反應曲面，此反應曲面有空間中的平均透視參數值與變異性，利用此反應曲面製作影像縫合並給予量測的信心水準，因此在跨影像的量測值將會受到信心水準的影響，使量測值為在某個可靠度之下的範圍。再者，其結構型態並非所屬技術領域中之人士所能輕易思及而達成者，實具有新穎性以及進步性無疑。

透過上述之詳細說明，即可充分顯示本發明之目的及功效上均具有實施之進步性，極具產業之利用性價值，且為目前市面上前所未見之新發明，完全符合發明專利要件，爰依法提出申請。唯以上所述著僅為本發明之較佳實施例而已，當不能用以限定本發明所實施之範圍。即凡依本發明專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應屬於本發明專利涵蓋之範圍內，謹請 貴審查委員明鑑，並祈惠准，是所至禱。

(1)‧‧‧基於參數數學函數及影像縫合的量測系統

(10)‧‧‧影像擷取模組

(11)‧‧‧方向感測模組

(12)‧‧‧距離感測模組

(13)‧‧‧處理模組

(2)‧‧‧基於參數數學函數及影像縫合的量測方法

200‧‧‧步驟

201‧‧‧步驟

202‧‧‧步驟

203‧‧‧步驟

204‧‧‧步驟

205‧‧‧步驟

圖1係本發明之基於參數數學函數及影像縫合的量測系統之結構示意圖； 圖2係本發明之基於參數數學函數及影像縫合的量測方法之方法流程圖； 圖3係本發明之基於參數數學函數及影像縫合的量測系統及方法建置之一參數數學函數反應曲面之示意圖；以及 圖4係本發明之基於參數數學函數及影像縫合的量測系統及方法建置之一基於參數數學函數透視的平均值與變異性的反應曲面之示意圖。

Claims (8)

1. 一種基於參數數學函數及影像縫合的量測系統，係包括： 一影像擷取模組，係對至少一目標物擷取至少二影像以及該等影像之透視值； 一方向感測模組，係設置於該影像擷取模組內或外部周圍，以取得該影像擷取模組與一方向基準面之一傾角； 一距離感測模組，係設置於該影像擷取模組內或外部周圍，以取得該影像擷取模組與該等目標物之間之一距離值；以及 一處理模組，係與該影像擷取模組、該方向感測模組以及該距離感測模組連接，接收該等影像、該等影像之透視值、該傾角以及該距離值，以該等影像之透視值、該傾角以及該距離值，建置一參數數學函數反應曲面，並以該參數數學函數反應曲面，對該等影像進行縫合。
2. 如申請專利範圍第1項所述之基於參數數學函數及影像縫合的量測系統，其中該影像擷取模組係為照相機。
3. 如申請專利範圍第1項所述之基於參數數學函數及影像縫合的量測系統，其中該方向感測模組係為陀螺儀。
4. 如申請專利範圍第2項所述之基於參數數學函數及影像縫合的量測系統，其中該方向感測模組係為陀螺儀。
5. 一種基於參數數學函數及影像縫合的量測方法，係包括步驟： 步驟A：提供一影像擷取模組、一方向感測模組、一距離感測模組以及一處理模組； 步驟B：利用該影像擷取模組對至少一目標物擷取至少二影像以及該等影像之透視值； 步驟C：利用該方向感測模組取得該影像擷取模組與一方向基準面之一傾角； 步驟D：利用該距離感測模組取得該影像擷取模組與該等目標物之間之一距離值； 步驟E：利用該處理模組，以該等影像之透視值、該傾角以及該距離值，建置一參數數學函數反應曲面；以及 步驟F：利用該處理模組，以該參數數學函數反應曲面，對該等影像進行縫合。
6. 如申請專利範圍第5項所述之基於參數數學函數及影像縫合的量測方法，其中該影像擷取模組係為照相機。
7. 如申請專利範圍第5項所述之基於參數數學函數及影像縫合的量測方法，其中該方向感測模組係為陀螺儀。
8. 如申請專利範圍第6項所述之基於參數數學函數及影像縫合的量測方法，其中該方向感測模組係為陀螺儀。