TWI490820B - 偵測物體移動之方法及偵測系統 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種偵測物體移動之方法及偵測系統；尤其是關於一種動態更新一參考影像資料以偵測物體移動之方法及使用該方法之偵測系統。
目前利用影像偵測器以偵測兩物體間相對移動之技術，係將影像偵測器安裝於其中一物體上，藉由判斷所感測到的影像中，是否包含另一物體的相關資訊，來決定兩物體間之相對移動狀況。例如直接判斷所感測影像中是否包含另一物體之影像處理方法；或者判斷感測影像中是否包含另一物體所反射或發射之光線或遮蔽光影等光學處理方法。
以前述光學處理方法為例，由於偵測物體移動的同時，亦可能會同步接收物體所處環境中之雜散光源。當這些雜散光源所產生之陰影或者光線被影像偵測器接收時，將影響到對物體移動的偵測，導致偵測結果的穩定性降低。
習知光學處理方法例如有利用影像偵測器直接取得複數單張影像，並直接分析每張影像中之物體影像變化，以計算出物體移動的情況；此種技術對於環境中之雜散光源的抵抗力相對較低。另外亦有光學處理方法，係增加一特定發光源，以將光線發射至待測物體表面，而後於擷取影像時，依序在接收一張影像時發光，接收下一張影像時不發光，而後將兩張影像資料相減，以消除背景光之影響。此種技術對於雜散光源的抵抗力相對較高，但對於移動速度較快的物體而言，移動偵測的準確性較低。
因此，一種可增加物體移動偵測穩定性又能偵測快速移動物體之方法，即為此業界所需。
本發明之主要目的為提供一種利用動態更新一參考影像資料以偵測物體移動之方法。藉由動態更新參考影像資料以減弱環境光變化之影響，避免環境光變化時，對物體移動之偵測仍以固定參考影像資料為基礎進行判斷而導致的偵測結果錯誤。
本發明之另一目的為提供一利用動態更新一參考影像資料以偵測物體移動之方法。當兩影像資料間之變動量超過一閾值(threshold value)時，藉由動態更新參考影像資料以適用於物體移動速度較慢之情況，並可以減弱環境光變化之影響。在環境光變化時，可避免對物體移動之偵測仍以固定參考影像資料為基礎進行判斷導致的偵測結果錯誤。
為達成前述目的，本發明提供一偵測物體移動之方法，包含下列步驟：以一影像偵測器連續擷取影像資料；更新最新擷取之一張影像資料為一目前影像資料；更新該目前影像資料之前第n張影像資料為一參考影像資料；及根據該目前影像資料及該參考影像資料之差求得一物體移動資料。
一種實施態樣中，n可為1或2或根據該物體移動資料決定。
為達成前述目的，本發明另提供一偵測物體移動之方法，包含下列步驟：擷取一第一影像資料作為一參考影像資料；擷取一第二影像資料作為一目前影像資料；求出該目前影像資料及該參考影像資料之一差值作為一物體移動資料；及根據該差值與一閾值決定是否更新該參考影像資料。
一種實施態樣中，該偵測物體移動之方法另包含下列步驟：當該差值小於該閾值時不更新該參考影像資料；以及當該差值大於該閾值時將該參考影像資料更新為該第二影像資料。
一種實施態樣中，該偵測物體移動之方法另包含下列步驟：擷取一第三影像資料並將該目前影像資料更新為該第三影像資料；當該差值小於該閾值時，根據該更新後目前影像資料及該參考影像資料之差求得更新之一物體移動資料；及當該差值大於該閾值時，根據該更新後目前影像資料及該更新後參考影像資料之差求得更新之一物體移動資料。
本發明另提供一種偵測系統，包含一影像偵測器及一處理單元。該影像偵測器用以產生影像資料。該處理單元接收該等影像資料並動態地更新一參考影像資料，根據該影像偵測器最新擷取之一張目前影像資料及該參考影像資料之差求得一物體移動資料，並比較該物體移動資料與一閾值以決定是否更新該參考影像資料。
一種實施態樣中，該閾值例如可為所偵測物件之二維移動量、一維移動量或影像資料之一平均灰階值變化量。
以下將透過實施例來解釋本發明內容，其係關於一偵測物體移動之方法及偵測系統，藉由利用一動態更新一參考影像資料之步驟，將後續取得之影像資料減去該經動態更新之參考影像資料，以偵測物體移動。然而，本發明的實施例並非用以限制本發明需在如實施例所述之任何特定的環境、應用或特殊方式方能實施。因此，關於實施例之說明僅為闡釋本發明之目的，而非用以限制本發明。需說明者，以下實施例及圖式中，與本發明非直接相關之元件已省略而未繪示；且為求容易瞭解起見，各元件間之尺寸關係乃以稍誇大之比例繪示出。
本發明係關於一偵測物體移動之方法；尤其是關於利用一動態更新一參考影像資料之步驟以偵測物體移動之方法及使用該方法之偵測系統。
請參照第1圖所示，其顯示本發明實施例之偵測系統之方塊示意圖。偵測系統10包含一影像偵測器11及一處理單元12。該影像偵測器11例如可為一攝影機，用以偵測一物體移動以產生影像資料。該處理單元12接收該影像偵測器11所產生之影像資料並動態地更新一參考影像資料，根據該影像偵測器最新擷取之一張目前影像資料及該參考影像資料之差求得一物體移動資料。
第2圖顯示本發明第一實施例之偵測物體移動之方法之流程示意圖。本方法可利用該偵測系統10來實現。當一物體移動被該影像偵測器11偵測到時，影像偵測器11所捕捉的影像即會包含關於該物體移動之影像，例如直接偵測到該物體發光之影像，或者是偵測到被該物體反射之光線之影像，並且呈現在影像偵測器11所產生的一影像資料中。以下利用該影像偵測器11所偵測之影像資料輔助說明本方法之實施要旨。
請參照第2圖所示，時間t0時，影像偵測器11偵測影像並產生一第一影像資料101。該第一影像資料101係作為一參考影像資料，其包含一雜散光影像資料121。時間t1時，影像偵測器11偵測影像並產生一第二影像資料102，其包含一雜散光影像資料121以及物體移動所產生之移動影像資料112。此時，該處理單元12將該第二影像資料102減去該參考影像資料(即第一影像資料101)。由圖中可知，將會留下移動影像資料112，因此可獲得一物體移動資料Δ1。進一步言，第二影像資料102與第一影像資料101包含有相同的雜散光影像資料121，所不同處，乃是物體移動時，會在時間t1時，造成一移動影像資料112，而此移動影像資料112並未見於第一影像資料101，故將第二影像資料102減去第一影像資料101，便可獲得一物體移動資料Δ1。接著，該處理單元12將該第二影像資料102作為一更新之參考影像資料，以取代先前的參考影像資料(即該第一影像資料101)。而後在時間t2時，影像偵測器11擷取一第三影像資料103，其同樣包含雜散光影像資料121以及物體持續移動所產生之移動影像資料113。此時，該處理單元12將第三影像資料103減去更新之參考影像資料(即第二影像資料102)。由圖中可知，將會留下更新之移動影像資料(即移動影像資料113減去移動影像資料112)，因此可獲得一物體移動資料△2。
接著，類似前述作法，將該第三影像資料103作為一更新之參考影像資料，以取代先前的參考影像資料(即該第二影像資料102)。而後在時間t3時，影像偵測器11擷取一第四影像資料104，其同樣包含雜散光影像資料121以及物體持續移動所產生之移動影像資料114。再將第四影像資料104減去更新之參考影像資料(即第三影像資料103)，便可獲得一物體移動資料Δ3。依序類推，分別在時間t4、t5、t6分別獲得第五影像資料105、第六影像資料106以及第七影像資料107並以相鄰前一次所獲得之影像資料作為參考影像資料，而後將該等影像資料減去與其所對應的參考影像資料，便可獲得物體移動資料Δ4、Δ5、Δ6。重複前述步驟，便可以持續更新該物體移動資料。
第一實施例的優點在於，相較於以一固定之參考影像資料作為比較基準之實施方式，以相鄰前一次所獲得之影像資料作為參考影像資料，可減低背景光源的變異對於物體移動判斷準確率的影響。同時直接以相鄰前一次所獲得之影像資料作為參考影像資料，可以確保系統能以足夠快之畫面更新率(frame rate)運作無礙。
第3圖顯示本發明之第二實施例之偵測物體移動之方法之流程示意圖。本方法亦可利用偵測系統10來實現，如同第一實施例。第二實施例與第一實施例最主要不同在於，第二實施例除判斷相鄰兩影像資料之差異程度外，亦會判斷最新影像資料與目前參考影像資料之差異程度；其中兩影像資料之差異程度係用以偵測物體移動，最新影像資料與目前參考影像資料之差異程度則可用以與一閾值比較，僅有在最新影像資料與目前參考影像資料之差異程度大於該閾值時，才更新參考影像資料；其中所述閾值例如為所偵測物體之二維移動量或一維移動量(橫向移動量及/或縱向移動量)或影像資料之一平均灰階值變化量。另外，第二實施例中之雜散光對影像資料影響則不特別標示出，因已由前述第一實施例得知，在兩影像資料相減時，便可將雜散光造成之影像資料影響消去。第二實施例之詳細說明如後。
請參照第3圖所示，時間t0時，影像偵測器11偵測影像並產生一第一影像資料201。該第一影像資料201係作為一初始參考影像資料。時間t1時，影像偵測器11偵測影像並產生一第二影像資料202，其包含物體移動所產生之移動影像資料212。將第二影像資料202減去第一影像資料201時，可以獲得物體移動資料Δ1。此時，偵測系統10比較Δ1與一閾值，若Δ1大於該閾值，則偵測系統10將以第二影像資料202作為更新之參考影像資料；反之，則繼續保留第一影像資料201作為參考影像資料。在本實施例中，Δ1小於該閾值，故持續以第一影像資料201作為參考影像資料。在時間t2，影像偵測器11偵測影像並產生一第三影像資料203，其包含物體移動所產生之移動影像資料213。將第三影像資料203減去參考影像資料(即第一影像資料201)時，可以獲得物體移動資料Δ2。此時，偵測系統10比較Δ2與閾值，此實施例中由於Δ2仍舊小於該閾值，因此偵測系統10繼續保留第一影像資料201作為參考影像資料。在時間t3，影像偵測器11偵測影像並產生一第四影像資料204，其包含物體移動所產生之移動影像資料214。將第四影像資料204減去參考影像資料(即第一影像資料201)時，可以獲得物體移動資料Δ3。此時，偵測系統10比較Δ3與閾值，此實施例中由於Δ3大於該閾值，因此偵測系統10將第四影像資料204作為更新之參考影像資料。
當在時間t4，影像偵測器11偵測影像並產生一第五影像資料205，其包含物體移動所產生之移動影像資料215。將第五影像資料205減去參考影像資料(即第四影像資料204)時，可以獲得物體移動資料Δ4。此時，偵測系統10比較Δ4與閾值，此實施例中由於Δ4小於該閾值，因此偵測系統10繼續保留第四影像資料204作為參考影像資料。依此類推，當在時間t5時，該處理單元12將所產生之第六影像資料206減去參考影像資料(即第四影像資料204)後，獲得物體移動資料Δ5，此實施例中由於Δ5大於該閾值，因此偵測系統10則以第六影像資料206作為更新之參考影像資料。依此類推，第二實施例中，第七影像資料207以及第九影像資料209均被作為更新之參考影像資料，而第八影像資料208減去參考影像資料(第七影像資料207)所獲得之物體移動資料Δ7小於該閾值。
第二實施例的優點在於，相較於以一固定之參考影像資料作為比較基準之實施方式，本方法以影像資料差異量(物件之二維移動量、一維移動量或影像資料之平均灰階值變化量)大於一閾值時，將目前所獲得之影像資料更新為新的參考影像資料。因此本方法可減低因相鄰兩影像資料之差異量較小，而可能導致對物體移動的錯誤判斷，特別適用於偵測移動速度較為緩慢之物體。
第4圖顯示本發明第三實施例之偵測物體移動之方法之流程示意圖。本實施例特別適用於偵測移動速度較為緩慢之物體。第三實施例與第一實施例之差異在於，由於所偵測物體之移動速度較慢，為避免對物體移動的錯誤判斷，參考影像資料係固定為至少兩張影像資料才進行更新；例如第3圖顯示每隔一張影像資料更新一次參考影像。此外，參考影像之更新頻率可根據所偵測物體之移動量(即物體移動資料)決定，例如當所偵測物體之移動量愈小則可設定經過愈多影像資料才進行參考影像資料的更新。可以了解的是，此時該處理單元12較佳包含一暫存器儲存一目前影像資料之前數張影像資料，而實際需儲存之影像資料張數可根據實際需要決定。本實施例之偵測物體移動之方法與第一實施例(第1圖)相類似；亦即，該影像偵測器11連續擷取影像資料；該處理單元12更新最新擷取之一張影像資料為一目前影像資料，更新該目前影像資料之前第n張影像資料為一參考影像資料以及根據該目前影像資料及該參考影像資料之差求得一物體移動資料，其中n可為1或2或根據該物體移動資料決定。
藉由前述說明可知，本發明之偵測物體移動之方法，主要在於動態更新一參考影像資料之步驟以偵測物體移動之方法。藉由動態更新參考影像資料，可以減弱環境光變化之影響，避免環境光變化時，對物體移動之偵測仍以固定的參考影像資料為基礎進行判斷，而使偵測結果產生誤判。另外，能藉由設定一閾值，來避免參考影像資料過於頻繁被更新，以適用於偵測移動速度較為緩慢之物體。
上述之實施例僅用來例舉本發明之實施態樣，以及闡釋本發明之技術特徵，並非用來限制本發明之保護範疇。任何熟悉此技術者可輕易完成之改變或均等性之安排均屬於本發明所主張之範圍，本發明之權利保護範圍應以申請專利範圍為準。
10．．．偵測系統
11．．．影像偵測器
12．．．處理單元
101~107．．．影像資料
112~116．．．移動影像資料
121．．．雜散光影像資料
Δ1~Δ8．．．物體移動資料
201~209．．．影像資料
212~219．．．移動影像資料
第1圖顯示本發明實施例之偵測系統之方塊示意圖。
第2圖顯示本發明第一實施例之偵測物體移動之方法之示意圖。
第3圖顯示本發明第二實施例之偵測物體移動之方法之示意圖。
第4圖顯示本發明第三實施例之偵測物體移動之方法之示意圖。
Δ1~Δ8．．．物體移動資料
201~209．．．影像資料
212~219．．．移動影像資料
Claims (11)
- 一種偵測物體移動之方法，包含下列步驟：以一影像偵測器連續擷取影像資料；更新最新擷取之一張影像資料為一目前影像資料；更新該目前影像資料之前第n張影像資料為一參考影像資料；及根據該目前影像資料及該參考影像資料之差求得一物體移動資料；其中，n之值根據該物體移動資料決定。
- 根據申請專利範圍第1項之偵測物體移動之方法，其中n為1或2。
- 根據申請專利範圍第1項之偵測物體移動之方法，其中該影像資料為該影像偵測器擷取至少一物體發光或反射光線所成之影像。
- 一種偵測物體移動之方法，包含下列步驟：擷取一第一影像資料作為一參考影像資料；擷取一第二影像資料作為一目前影像資料；其中，該第一影像資料為該第二影像資料之前第n張影像資料；求出該目前影像資料及該參考影像資料之一差值作為一物體移動資料；及根據該差值與一閾值決定是否更新該參考影像資料。
- 根據申請專利範圍第4項之偵測物體移動之方法，其中該閾值為一二維移動量、一一維移動量或該影像資料之一平均灰階值變化量。
- 根據申請專利範圍第4項之偵測物體移動之方法，另包含下列步驟：當該差值小於該閾值時，不更新該參考影像資料；及當該差值大於該閾值時，將該參考影像資料更新為該第二影像資料。
- 根據申請專利範圍第6項之偵測物體移動之方法，另包含下列步驟：擷取一第三影像資料並將該目前影像資料更新為該第三影像資料；當該差值小於該閾值時，根據該更新後目前影像資料及該參考影像資料之差求得更新之一物體移動資料；及當該差值大於該閾值時，根據該更新後目前影像資料及該更新後參考影像資料之差求得更新之一物體移動資料。
- 根據申請專利範圍第4或7項之偵測物體移動之方法，其中該等影像資料為擷取至少一物體發光或反射光線所成之影像。
- 一種偵測系統，包含：一影像偵測器，用以產生影像資料；及 一處理單元，接收該等影像資料並動態地更新一參考影像資料，根據該影像偵測器最新擷取之一張目前影像資料及該參考影像資料之差求得一物體移動資料並比較該物體移動資料與一閾值以決定是否更新該參考影像資料；其中，該參考影像資料為該目前影像資料之前第n張影像資料。
- 根據申請專利範圍第9項之偵測系統，其中n為1或2。
- 根據申請專利範圍第9項之偵測系統，其中該閾值為一二維移動量、一一維移動量或該影像資料之一平均灰階值變化量。
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