TWI497423B - 一種以影像特徵斑點評估影像相關度之系統及其方法 - Google Patents

Description

一種以影像特徵斑點評估影像相關度之系統及其方法

一種評估影像相關度之系統及其方法，特別係指一種利用特徵斑點影像進行調變轉換以判定特徵斑點影像間之相關度，藉以做為更新特徵斑點影像之依據之系統與方法。

數位影像量測原理是經由比對兩張影像的相關度以決定影像上各點的相對位置，例如：數位影像相關係數法及質點影像量測技術等數位影像相關法(Digital Image Correlation,DIC)。由於影像擷取裝置之影像擷取速度與電腦之運算速度的進步，使得數位影像量測技術日益被受重視。

一般為增加數位影像量測比對效果以及分析的準確度，經常運用物體表面自然具有或人為製作之隨機不規則斑點圖紋(speckle patterns)做為特徵，在目標物體受外力作用而產生位置、角度或形狀改變後，以不同影像擷取裝置擷取目標物體的影像，利用相關演算法比對不同時間所擷取之影像中的特徵，如此，可求得目標物體之特定子區域在不同時間所擷取之影像中的子影像區域，隨之求出目標物體之特定子區域變形後的位移、變形及應變，而後，可以進一步分析並運算比對所有子區域，則可建立出目標物體的全域位移、變形及應變。

使用數位影像相關法首先需要為試片在至少兩個不同時間分別取像，經數位轉換器轉換成數位影像後儲存至電腦。在分析時，需要在第一時間所擷取的影像上，選取觀察區域，並選取進行分析之子影像區域的大小，接著在所選取之子影像區域內選取一定 點，並以此定點為中心展開尺寸NxN的區域，由於數位影像相關法是以不同時間的影像比對單點影像移動，當物體移動時，所擷取的影像會隨著物體移出景深範圍而逐漸失焦模糊，此時物體表面隨機不規則斑點圖紋將變模糊而使可判斷的特徵產生變化，導致影像相關度降低。此時，不僅必須增加電腦進行影像運算所需使用的時間，還會造成目標物體的全域位移、變形及應變分析上的錯誤，因此，無可避免需要透過影像處理的方式修復影像，使得子影像區域內物體表面隨機不規則斑點圖紋銳利化，改善比對上的誤差，增加影像相關度。

目前數位影像相關法均假設目標物體在不同時間所拍攝的影像位於相同的相機景深範圍及相同的光學相機空間解析範圍，但往往在對不同時間拍攝的影像進行運算後才發現無法求解，其原因為被拍攝的影像已超出相機景深範圍或非在相同光學相機空間解析範圍。

綜上所述，可知先前技術長期以來一直存在目前數位影像相關法在超出相機景深範圍或不在相同光學相機空間解析範圍使用時，會誤判被量測之目標物體位移、變形及應變的結果的問題，因此有必要提出改進的技術手段，來解決此一問題。

有鑒於先前技術存在數位影像相關法無法在不同像機景深範圍或不同光學像機空間解析範圍時使用的問題，本發明遂揭露一種以影像特徵斑點評估影像相關度之系統及其方法，其中：本發明所揭露之以影像特徵斑點評估影像相關度之系統，至少包含：影像擷取裝置，用以在不同時間對目標物體分別擷取第 一特徵斑點影像及第二特徵斑點影像；調變轉換模組，用以計算第一特徵斑點影像及第二特徵斑點影像之調變轉換函數(Modulation Transfer Function,MTF)曲線；影像評價模組，用以計算第一特徵斑點影像及第二特徵斑點影像調變轉換函數值的相關性，並在判斷相關性符合臨界值時，完成第一特徵斑點影像與第二特徵斑點影像間之相關度評估。

本發明所揭露之另一種以影像特徵斑點評估影像相關度之系統，至少包含：第一影像擷取裝置，用以擷取目標物體在第一位置之第一特徵斑點影像，及用以擷取目標物體在第二位置之第二特徵斑點影像；調變轉換模組，用以計算第一特徵斑點影像之第一調變轉換函數曲線，及計算第二特徵斑點影像之第二調變轉換函數曲線；影像評價模組，用以計算第一調變轉換函數曲線與第二調變轉換函數曲線之相關性，用以於判斷相關性符合臨界值時，完成第一特徵斑點影像及第二特徵斑點影像之相關度評估；第二影像擷取裝置，用以於影像評價模組判斷相關性不符合臨界值時，重新擷取目標物體在第二位置之第二特徵斑點影像，使調變轉換模組依據重新擷取之第二特徵斑點影像重新計算另一第二調變轉換函數曲線，直到影像評價模組重新計算出之相關性符合臨界值為止。

本發明所揭露之以影像特徵斑點評估影像相關度之方法，其步驟至少包括：在不同時間對目標物體擷取第一特徵斑點影像及第二特徵斑點影像；計算第一特徵斑點影像之第一調變轉換函數曲線，及計算第二特徵斑點影像之第二調變轉換函數曲線；計算第一調變轉換函數曲線與第二調變轉換函數曲線之相關性，並於 判斷相關性符合臨界值時，完成第一特徵斑點影像及第二特徵斑點影像之相關度評估。

本發明所揭露之另一種以影像特徵斑點評估影像相關度之方法，其步驟至少包括：使用第一影像擷取裝置於目標物體在第一位置時擷取第一特徵斑點影像；使用第一影像擷取裝置於目標物體在第二位置時擷取第二特徵斑點影像；計算第一特徵斑點影像之第一調變轉換函數曲線，及計算第二特徵斑點影像之第二調變轉換函數曲線；計算第一調變轉換函數曲線與第二調變轉換函數曲線之相關性；判斷相關性不符合臨界值時，使用第二影像擷取裝置重新擷取目標物體在第二位置之第二特徵斑點影像，並依據重新擷取之第二特徵斑點影像重新計算另一第二調變轉換函數曲線，及重新計算第一調變轉換函數曲線與重新計算出之第二調變轉換函數曲線之相關性，直到重新計算出之相關性符合臨界值為止；判斷相關性符合臨界值時，完成第一特徵斑點影像及第二特徵斑點影像之相關度評估。

本發明所揭露之系統與方法如上，與先前技術之間的差異在於本發明透過在不同時間分別擷取目標物體之第一特徵斑點影像及第二特徵斑點影像，並依據第一特徵斑點影像與第二特徵斑點影像分別計算第一調變轉換函數曲線與第二調變轉換函數曲線後，計算第一調變轉換函數曲線與第二調變轉換函數曲線之相關性，並判斷相關性是否符合臨界值，若否，則指定新的第一特徵斑點影像、重新選擇第二特徵斑點影像或重新擷取第二特徵斑點影像，並重新計算第二調變轉換函數曲線與第一調變轉換函數曲線的相關性；若是，則完成第一特徵斑點影像及第二特徵斑點影 像之相關度評估，藉以解決先前技術所存在的問題，並可以改善並降低數位影像相關法之運算時間並提高數位影像相關法量測前後移動之目標物體之精準度的技術功效。

以下將配合圖式及實施例來詳細說明本發明之特徵與實施方式，內容足以使任何熟習相關技藝者能夠輕易地充分理解本發明解決技術問題所應用的技術手段並據以實施，藉此實現本發明可達成的功效。

本發明是以光學上之調變轉換函數(Modulation Transfer Function,MTF)來評估數位影像相關法中測量應變及位移所使用之第一特徵斑點影像及第二特徵斑點影像的影像相關度，並據以判定應變及位移量測結果的精準度；其中，數位影像相關法是將鏡頭之解像力特性結合由數位影像所獲得之影像資訊，藉以進行力學參數之定量計算，進而量測目標物體位移或變形，本發明藉由解讀目標物體的位移或變形與鏡頭景深之間的關係，取得目標物體經鏡頭成像並數位化後之數位影像因為目標物體的位置與鏡頭的景深不同而有不同的調變轉換函數曲線，與數位影像相關法量測位移與應變的誤差分布，同時以取得之特徵斑點影像計算其空間頻率，藉以在數位影像相關法分析前，判定第一特徵斑點影像及第二特徵斑點影像是否已具備理想的影像相關度。

另外，當第一特徵斑點影像及第二特徵斑點影像之影像相關度過低時，本發明可依調變轉換函數曲線選取頻率範圍，並配合影像濾波器處理第一特徵斑點影像及第二特徵斑點影像，其中，影像濾波器包括但不限於平滑濾波器、低通濾波器、高通濾波器、 帶通濾波器，或透過影像增強，本發明也可以加入銳化濾波器，增強影像中的細微部分或是恢復已經模糊的細節，如此，本發明可以對影像濾波或影像增強後之第一特徵斑點影像及第二特徵斑點影像進行影像相關度評估，確認影像濾波或影像增強後之第一特徵斑點影像及第二特徵斑點影像在進行數位影像相關法分析時，可以達到理想的分析精準度，並以由該些濾波器修補因實驗過程中模糊影像所造成的誤差值。

以下先以「第1A圖」本發明所提之一種以影像特徵斑點評估影像相關度之系統架構圖來說明本發明的系統運作。如「第1A圖」所示，本發明之系統含有影像擷取裝置210、儲存媒體220、調變轉換模組250、頻率選擇模組260、以及影像評價模組270。

影像擷取裝置210為可以拍攝目標物體並產生包含目標物體之影像的裝置，包含但不限於數位像機、攝影機等。

影像擷取裝置210負責在不同時間擷取兩張或兩張以上具有隨機不規則斑點圖紋或其他特徵的影像，且各影像被拍攝時，影像擷取裝置210與目標物體的距離可改變。被影像擷取裝置210所擷取的影像中，特定時間的影像即為本發明所提之「第一特徵斑點影像」，其餘時間的影像則都是本發明所提之「第二特徵斑點影像」。其中，第一特徵斑點影像通常為對焦清晰的影像，第二特徵斑點影像通常是隨時間變形或移動的影像，但本發明並不以此為限。

一般而言，影像擷取裝置210會在拍攝目標物體後，每隔一段固定時間再次拍攝目標物體。影像擷取裝置210在不同時間拍攝各張影像時，影像擷取裝置210與目標物體的距離除了可以都 不相同外，影像擷取裝置210與目標物體的距離之差更可以為定值，但本發明並不以此為限。其中，影像擷取裝置210拍攝目標物體的距離可以由對焦清晰的位置開始逐漸接近/遠離至對焦模糊的距離後，回到對焦清晰的位置再逐漸遠離/接近至對焦模糊的距離，但本發明並不以此為限，影像擷取裝置210拍攝目標物體的距離也可以直接由對焦模糊的距離逐漸遠離/接近，經過對焦清晰的位置後，達到至另一對焦模糊的距離。

儲存媒體220負責儲存影像擷取裝置210所擷取之特徵斑點影像(第一特徵斑點影像與第二特徵斑點影像)。

調變轉換模組250負責依據儲存媒體220所儲存的第一特徵斑點影像計算第一調變轉換函數曲線，以及依據儲存媒體220所儲存的第二特徵斑點影像計算第二調變轉換函數曲線。

如「第2A圖」、「第2B圖」、「第2C圖」所示，「第2A圖」之左上角的特徵斑點影像510a為目標物體在影像擷取裝置210之最佳對焦位置(景深內)所拍攝到之對焦清晰的影像、「第2B圖」之左上角的特徵斑點影像510b為目標物體自最佳對焦位置向接近影像擷取裝置210之方向移動特定距離後，影像擷取裝置210所拍攝到的影像、「第2C圖」之左上角的特徵斑點影像510c為目標物體自最佳對焦位置向遠離影像擷取裝置210之方向移動另一特定距離後，影像擷取裝置210所拍攝到的影像。其中，「第2A圖」右下角的調變轉換函數曲線551a為調變轉換模組250依據特徵斑點影像510a計算產生，「第2B圖」右下角的調變轉換函數曲線551b為調變轉換模組250依據特徵斑點影像510b計算產生，調變轉換函數曲線551c為調變轉換模組250依據特徵斑點影像510c 計算產生。

在本發明中，調變轉換模組250可以一次性的依據各個第二特徵斑點影像分別計算各個第二調變轉換函數曲線，也可以在影像評價模組270判斷所計算出的相關性不符合預設的臨界值時，才依據儲存媒體220所儲存的另一張第二特徵斑點影像計算另一個第二調變轉換函數曲線。

實務上，調變轉換模組250更可以如「第1B圖」所示，包含影像轉換單元251、以及影像分析單元255。

影像轉換單元251負責依照特徵斑點影像中各像素的光度，將特徵斑點影像轉換為MxN二維矩陣，在本發明中，MxN二維矩陣表示在第一方向有M個元素且在第二方向有N個元素的二維矩陣，其中，第一方向通常為水平方向，第二方向通常為垂直方向，但本發明並不以此為限。

影像轉換單元251也負責對所產生之二維矩陣進行二維傅利葉轉換。一般而言，影像轉換單元251可以計算所產生之MxN二維矩陣中所有元素值的平均值，並在計算出平均值後，分別將該MxN二維矩陣中的各元素值減去所計算出之平均值，而後，對該MxN二維矩陣中的各個單一方向線分別計算傅利葉轉換，藉以在計算後產生各個方向線的轉換值，並對該MxN矩陣中之各個另一單一方向線分別計算傅利葉轉換，藉以產生與特徵斑點影像對應的灰階影像。例如，影像轉換單元251可以先對MxN二維矩陣中水平方向的N個數值列(方向線)分別計算一維快速傅利葉轉換(1-D Fast Fouier Transform,1D-FFT)，再對垂直方向的M個數值行(方向線)分別計算一維快速傅利葉轉換，但本發明並不以此 為限。

影像轉換模組251對特徵斑點影像進行二維傅立葉轉換後所產生的灰階影像520a/520b/520c如「第2A圖」/「第2B圖」/「第2C圖」之左下角所示。其中，各個灰階影像沿著影像中心點之水平及垂直方向呈現對稱分佈。

影像分析單元255負責分析影像轉換單元251所產生之灰階影像進行分析，並計算特徵斑點影像的調變轉換函數曲線。一般而言，影像分析單元255會對灰階影像中，通過影像中心之一特定方向進行分析以取得一空間頻率曲線，並依據所取得之空間頻率曲線計算調變轉換函數曲線。在「第2A圖」/「第2B圖」/「第2C圖」中，右上角的空間頻率圖530a/530b/530c表示出調變轉換模組250之影像分析單元255對通過灰階影像520a/520b/520c中心之水平方向進行分析後所取得之空間頻率曲線531a/531b/531c，右下角的曲線為影像分析單元255依據空間頻率曲線531a/531b/531c所計算出之調變轉換函數曲線551a/551b/551c。

頻率選擇模組260負責依據第一調變轉換函數曲線選擇空間頻率範圍。

影像評價模組270負責計算第一調變轉換函數曲線與第二調變轉換函數曲線的相關性，藉以評價第一特徵斑點影像與第二特徵斑點影像。一般而言，影像評價模組270可以依據頻率選擇模組260所選擇之空間頻率範圍，計算第一調變轉換函數曲線與第二調變轉換函數曲線的差異量，但本發明並不以此為限，也就是說，影像評價模組270也可以直接計算第一調變轉換函數曲線與 第二調變轉換函數曲線的差異量。

影像評價模組270所計算出的差異量實際上也就是在空間頻率範圍中之第一調變轉換函數曲線與第二調變轉換函數曲線的相關性(R)。在實務上，影像評價模組270所計算出的相關性介於0至1之間(0≦R≦1)。

由「第2A圖」與「第2B圖」或「第2A圖」與「第2C圖」可以發現，隨著特徵斑點影像越來越模糊，空間頻譜灰階影像中的十字線也越來越明顯，空間頻率圖中之空間頻率曲線的跳動間距與調變轉換函數曲線下滑的趨勢也越來越大，當兩調變轉換函數曲線之間的下滑幅度達到一定差異時，影像評價模組270會判斷所計算出的相關性不符合(小於)臨界值，也就是說，影像評價模組270會判斷出當數位影像相關法使用第一特徵斑點影像與第二特徵斑點影像進行分析時，將產生無法忽視的誤差。

當影像評價模組270所計算出的相關性大於或等於臨界值(T_value )時，表示完成第一特徵斑點影像與第二特徵斑點影像的相關度評估，第二特徵斑點影像與第一特徵斑點影像可以進行數位影像相關法的計算，如此，數位影像相關法之計算結果便可以產生目標物體的位移場、應變場等物理量分析結果。

而當影像評價模組270所計算出的相關性小於臨界值時，表示第二特徵斑點影像與第一特徵斑點影像在進行數位影像相關法之計算後，無法正確獲得目標物體的物理量分析結果，因此，需要選擇調變轉換模組250依據另一張第二特徵斑點影像所計算出的第二調變轉換函數曲線，再次計算原本之第一調變轉換函數曲線與新選擇之第二特徵斑點影像所計算出之第二調變轉換函數曲 線的相關性，或需要指定另一張第二特徵斑點影像為第一特徵斑點影像，並再次計算被指定之第一特徵斑點影像所計算出之第一調變轉換函數曲線與原本之第二調變轉換函數曲線的相關性，直到所計算出的相關性大於或等於臨界值(T_value )為止，或是直到沒有可選擇的特徵斑點影像為止。

此外，本發明更可以包含影像濾波模組290，影像濾波模組290包含一個或多個影像濾波器，影像濾波模組290可以包含平滑濾波器、低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器等濾波器，藉以過濾第一特徵斑點影像及第二特徵斑點影像中的雜訊；影像濾波模組290也可以包含銳化濾波器，藉以增強第一特徵斑點影像及第二特徵斑點影像中之品質。但影像濾波模組290所包含之濾波器並不以上述為限，凡可以對特徵斑點影像濾波，使經過濾波後之特徵斑點影像能夠提高數位影像相關法之精準度的濾波器都可以在本發明中被使用。

接著以第一實施例來解說本發明的運作系統與方法，並請參照「第3A圖」本發明所提之以影像特徵斑點評估影像相關度之方法流程圖。

首先，影像擷取模組210可以在不同時間對表面具有特徵斑點的目標物體擷取特徵斑點影像，在影像擷取模組210所擷取的特徵斑點影像中，在特定時間被擷取之特徵斑點影像即為第一特徵斑點影像，其他時間被擷取之特徵斑點影像為第二特徵斑點影像(步驟310)，之後，影像擷取模組210可以將所擷取到的第一特徵斑點影像以及第二特徵斑點影像儲存至儲存媒體220中。在本實施例中，影像擷取模組210可以在固定或非固定的時間間隔 對目標物體拍攝特徵斑點影像，假設目標物體在影像擷取模組210可以清晰的擷取影像之位置，此時，影像擷取模組210對目標物體所拍攝的特徵斑點影像為第一特徵斑點影像，之後，在目標物體運動或移動或變形時，不論目標物體是由影像擷取模組210可以擷取清晰影像之位置向接近影像擷取模組210之方向移動，或是由可以擷取清晰影像之位置向遠離影像擷取模組210之方向移動，影像擷取模組210都會拍攝多張第二特徵斑點影像，其中，有部分的第二特徵斑點影像可能會因為目標物體的運動或移動或變形過大，使得目標物體過於接近或遠離影像擷取模組210而過於模糊，也有部分的第二特徵斑點影像會因為拍攝到目標物體的運動或移動或變形過程而過於模糊。

在影像擷取模組210擷取第一特徵斑點影像及第二特徵斑點影像(步驟310)後，調變轉換模組250可以依據第一特徵斑點影像計算第一調變轉換函數曲線(步驟320a)，以及依據第二特徵斑點影像計算第二調變轉換函數曲線(步驟320b)。

其中，調變轉換模組250可以如「第3B圖」之流程，調變轉換模組250中之影像轉換單元251可以轉換特徵斑點影像為一個MxN二維矩陣(步驟321)，並可以計算該MxN二維矩陣中之各元素值的平均值，並將該MxN二維矩陣中之各元素減去計算出之平均值(步驟323)。而後，影像轉換單元251可以對該MxN二維矩陣中之N個數值集合以及M個數值集合中的各組數據(各個單一數值列/行)先後進行一維快速傅利葉轉換，並在轉換後產生與特徵斑點影像對應的灰階影像(步驟325)，接著，調變轉換模組250中的影像分析單元255可以分析灰階影像中的空間頻率(步 驟327)，藉以計算出調變轉換函數曲線(步驟329)。

在調變轉換模組250分別依據第一特徵斑點影像與第二特徵斑點影像計算出第一調變轉換函數曲線與第二調變轉換函數曲線(步驟320a、320b)後，影像評價模組270可以計算第一調變轉換函數曲線與第二調變轉換函數曲線的相關性(步驟350)。在本實施例中，假設影像評價模組270使用習知之函數相關性計算方法計算第一調變轉換函數曲線與第二調變轉換函數曲線的相關性，但影像評價模組270並不以上述為限，凡可以計算第一調變轉換函數曲線與第二調變轉換函數曲線是否具相似性之數學運算手段都可以在本發明中被使用。

在部分的實施例中，調變轉換模組250分別依據第一特徵斑點影像與第二特徵斑點影像計算出第一調變轉換函數曲線與第二調變轉換函數曲線(步驟320a、320b)後，頻率選擇模組260可以依據第一調變轉換函數曲線選擇空間頻率範圍(步驟330)。在頻率選擇模組260依據第一調變轉換函數曲線選擇空間頻率範圍(步驟330)後，影像評價模組270可以依據頻率選擇模組260所選擇的之空間頻率範圍計算第一調變轉換函數曲線與第二調變轉換函數曲線的相關性(步驟350)。

在影像評價模組270計算第一調變轉換函數曲線與第二調變轉換函數曲線的相關性(步驟350)後，影像評價模組270可以判斷所計算出的相關性是否符合預設的臨界值(步驟360)。在本實施例中，由於調變轉換模組250計算第二調變轉換函數曲線所依據之第二特徵斑點影像為模糊的特徵斑點影像，因此，影像評價模組270所計算出之相關性可能將不符合臨界值。

當影像評價模組270判斷所計算出的相關性不符合臨界值時，影像評價模組270可以選擇依據另一第一特徵斑點影像所計算出之第一調變轉換函數曲線，或選擇依據另一第二特徵斑點影像所計算出之第二調變轉換函數曲線(步驟370)，並在選擇第一調變轉換函數曲線或第二調變轉換函數曲線後，重新計算第一調變轉換函數曲線與第二調變轉換函數曲線的相關性(步驟350)，直到判斷第一調變轉換函數曲線與第二調變轉換函數的相關性符合(大於或等於)臨界值為止(步驟360)。其中，影像評價模組270可以如「第3C圖」之流程所示，依需求判斷是否重新指定第一特徵斑點影像(步驟372)，若不需要重新指定第一特徵斑點影像，則可以選擇調變轉換模組250依據另一第二特徵斑點影像所計算出之第二調變轉換函數曲線(步驟376、320b)，並重新計算第一調變轉換函數曲線與新選擇之第二調變轉換函數曲線的相關性(步驟350)；而若影像評價模組270判斷需要重新指定第一特徵斑點影像，則可以選擇調變轉換模組250依據重新指定之第一特徵斑點影像所計算出的第一調變轉換函數曲線(步驟378、320a)，並重新計算新指定之第一調變轉換函數曲線與第二調變轉換函數曲線之相關性(步驟350)。

在影像評價模組270判斷所計算出之相關性符合臨界值(步驟360)時，表示本發明完成了計算出第一調變轉換函數曲線之第一特徵斑點影像與計算出第二調變轉換函數曲線之第二特徵斑點影像的相關度評估(步驟390)，也就是說，數位影像相關法可以使用第一特徵斑點影像及第二特徵斑點影像正確的求解。如此，第一特徵斑點影像與第二特徵斑點影像可以進行數位影像相關分 析，藉以在分析後取得目標物體的移動場、應變場等可依據影像相關計算取得之物理量分析結果。

以下再以「第4圖」本發明另一種以影像特徵斑點評估影像相關度之系統架構圖來說明本發明的系統運作。如「第4圖」所示，本發明之系統含有第一影像擷取裝置211、第二影像擷取裝置212、儲存媒體220、調變轉換模組250、影像評價模組270，以及可附加的頻率選擇模組260、影像濾波模組290。其中，第一影像擷取裝置211、調變轉換模組250、頻率選擇模組260、影像評價模組270、影像濾波模組290分別與「第1A圖」中之影像擷取裝置210、調變轉換模組250、頻率選擇模組260、影像評價模組270、影像濾波模組290相同，故不再贅述。

第一影像擷取裝置211與第二影像擷取裝置212為可以拍攝目標物體並產生包含目標物體之影像的裝置，包含但不限於數位像機、攝影機等。其中，第一影像擷取裝置211與第二影像擷取裝置212被設置在不同的位置，如此，第一影像擷取裝置211拍攝目標物體的角度與第二影像擷取裝置212拍攝目標物體的角度可能不同，第一影像擷取裝置211及目標物體間的距離與第二影像擷取裝置212及目標物體間的距離也可能不同。

第二影像擷取裝置212負責在影像評價模組270判斷所計算出之相關性不符合預定的臨界值時，擷取包含目標物體的影像，在本發明中，第二影像擷取裝置212所擷取的影像同樣被稱為「第二特徵斑點影像」。

接著以第二實施例來解說本發明的運作系統與方法，並請參照「第5圖」本發明所提之另一種以影像特徵斑點評估影像相關 度之方法流程圖。

首先，第一影像擷取模組211可以在目標物體處在第一位置時，擷取第一特徵斑點影像(步驟311)，並將擷取到的第一特徵斑點影像儲存至儲存媒體220中。而後，在目標物體處在第二位置時，擷取第二特徵斑點影像(步驟312)，並將擷取到的第二特徵斑點影像儲存至儲存媒體220中。在本實施例中，假設第一影像擷取模組211在對焦清晰之位置對目標物體拍攝了第一特徵斑點影像，之後，目標物體可能因為運動、移動或變形，而由影像擷取模組210對焦清晰之位置向接近影像擷取模組210之方向移動至對焦模糊位置，或是由對焦清晰之位置向遠離影像擷取模組210之方向移動至對焦模糊位置。

在第一影像擷取模組211擷取第一特徵斑點影像及第二特徵斑點影像(步驟311、312)後，調變轉換模組250可以依據第一特徵斑點影像計算第一調變轉換函數曲線(步驟320a)，以及依據第二特徵斑點影像計算第二調變轉換函數曲線(步驟320b)。接著，影像評價模組270可以直接依據第一調變轉換函數曲線與第二調變轉換函數曲線計算第一調變轉換函數曲線與第二調變轉換函數曲線的相關性(步驟340)，並可以判斷所計算出的相關性是否符合預設的臨界值(步驟350)。在本實施例中，假設目標物體在運動、移動或變形後，移動到了第一影像擷取裝置211的對焦模糊位置，所以，第一影像擷取裝置211所擷取到的第二特徵斑點影像將會非常的模糊，如此，影像評價模組270會判斷所計算出的相關性不符合(小於)臨界值。

當影像評價模組270判斷所計算出的相關性不符合預設的臨 界值時，第二影像擷取裝置212可以擷取目標物體在第二位置的影像，並將所擷取的影像做為第二特徵斑點影像(步驟380)。在本實施例中，若第二影像擷取裝置212被設置的位置可以讓第二影像擷取裝置212的對焦清晰位置與第一影像擷取裝置211的對焦清晰位置不同，因此，在目標物體移動到第一影像擷取裝置211之對焦模糊位置時，第二影像擷取裝置212便可以擷取到對焦清晰的第二特徵斑點影像。

如此，調變轉換模組250可以計算第二影像擷取裝置212重新擷取出之第二特徵斑點影像的第二調變轉換函數曲線(步驟320b)，影像評價模組270可以重新計算第一調變轉換函數曲線與第二調變轉換函數曲線的相關性(步驟350)，並可以在重新計算出相關性後，判斷重新計算出的相關性是否符合預設的臨界值(步驟360)。

在影像評價模組270判斷所計算出的相關性符合預設的臨界值時，表示本發明完成第一特徵斑點影像及第二特徵斑點影像之相關度評估(步驟390)。第一特徵斑點影像與第二特徵斑點影像可以進行數位影像相關分析，藉以在分析後取得目標物體的移動場、應變場等可依據影像相關計算取得之物理量分析結果。

在上述的實施例中，也可以包含頻率選擇模組260，影像評價模組270可以在頻率選擇模組260依據第一調變轉換函數曲線選擇空間頻率範圍(步驟330)後，依據頻率選擇模組260所選擇的之空間頻率範圍計算第一調變轉換函數曲線與第二調變轉換函數曲線的相關性(步驟350)。

綜上所述，可知本發明與先前技術之間的差異在於具有在不 同時間分別擷取包含目標物體之第一特徵斑點影像及第二特徵斑點影像，並依據第一特徵斑點影像與第二特徵斑點影像分別計算第一調變轉換函數曲線與第二調變轉換函數曲線後，計算第一調變轉換函數曲線與第二調變轉換函數曲線之相關性，並判斷相關性是否符合臨界值，若否，則重新計算新的第一調變轉換函數曲線與第二調變轉換函數曲線或第一調變轉換函數曲線與新的第二調變轉換函數曲線的相關性，若是相關性符合臨界值，則完成第一特徵斑點影像及第二特徵斑點影像之相關度評估之技術手段，藉由此一技術手段可以解決先前技術所存在數位影像相關法無法正確量測前後移動之目標物體的問題，進而取得因目標物體移動出景深範圍或物體移動時擷取到之模糊影像所造成數位影像相關法量測位移與應變之誤差量，達成改善並降低以數位影像相關法之運算時間並提高數位影像相關法量測前後移動之目標物體之精準度的技術功效。

再者，本發明之一種以影像特徵斑點評估影像相關度之方法，可實現於硬體、軟體或硬體與軟體之組合中，亦可在電腦系統中以集中方式實現或以不同元件散佈於若干互連之電腦系統的分散方式實現。

雖然本發明所揭露之實施方式如上，惟所述之內容並非用以直接限定本發明之專利保護範圍。任何本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明所揭露之精神和範圍的前提下，對本發明之實施的形式上及細節上作些許之更動潤飾，均屬於本發明之專利保護範圍。本發明之專利保護範圍，仍須以所附之申請專利範圍所界定者為準。

210‧‧‧影像擷取裝置

211‧‧‧第一影像擷取裝置

212‧‧‧第二影像擷取裝置

220‧‧‧儲存媒體

250‧‧‧調變轉換模組

251‧‧‧影像轉換單元

255‧‧‧影像分析單元

260‧‧‧頻率選擇模組

270‧‧‧影像評價模組

290‧‧‧影像濾波模組

510a/b/c‧‧‧特徵斑點影像

520a/b/c‧‧‧灰階影像

530a/b/c‧‧‧空間頻率圖

531a/b/c‧‧‧空間頻率曲線

551a/b/c‧‧‧調變轉換函數曲線

步驟310‧‧‧在不同時間對目標物體擷取第一特徵斑點影像及第二特徵斑點影像

步驟311‧‧‧使用第一影像擷取裝置於目標物體在第一位置時擷取第一特徵斑點影像

步驟312‧‧‧使用第一影像擷取裝置於目標物體在第二位置時擷取第二特徵斑點影像

步驟320a‧‧‧計算第一特徵斑點影像之第一調變轉換函數曲線

步驟320b‧‧‧計算第二特徵斑點影像之第二調變轉換函數曲線

步驟321‧‧‧轉換特徵斑點影像為二維矩陣

步驟323‧‧‧計算二維矩陣之平均值，並將二維矩陣中之各元素減去平均值

步驟325‧‧‧對二維矩陣進行傅利葉轉換，藉以產生對應特徵斑 點影像之灰階影像

步驟327‧‧‧分析灰階影像之空間頻率

步驟329‧‧‧計算調變轉換函數曲線

步驟330‧‧‧依據第一調變轉換函數曲線選擇空間頻率範圍

步驟350‧‧‧計算第一調變轉換函數曲線與第二調變轉換函數曲線之相關性

步驟360‧‧‧判斷相關性是否符合臨界值

步驟370‧‧‧選擇依據另一第一特徵斑點影像所計算出之第一調變轉換函數曲線，或選擇依據另一第二特徵斑點影像計算出之第二調變轉換函數曲線

步驟372‧‧‧是否重新指定第一特徵斑點影像

步驟376‧‧‧指定另一新第一特徵斑點影像

步驟378‧‧‧選擇另一第二特徵斑點影像

步驟380‧‧‧使用第二影像擷取裝置重新擷取目標物體在第二位置時之第二特徵斑點影像

步驟390‧‧‧完成第一特徵斑點影像與第二特徵斑點影像之相關度評估

第1A圖為本發明所提之一種以影像特徵斑點評估影像相關度之系統架構圖。

第1B圖為本發明所提之調變轉換模組之元件示意圖。

第2A圖為本發明實施例所提之對焦清晰位置之變轉換函數曲線圖。

第2B圖為本發明實施例所提之前景深對焦模糊位置之變轉換函數曲線圖。

第2C圖為本發明實施例所提之前景深對焦模糊位置之變轉換函數曲線圖。

第3A圖為本發明所提之一種以影像特徵斑點評估影像相關度之方法流程圖。

第3B圖為本發明所提之計算調變轉換函數曲線之詳細方法流程圖。

第3C圖為本發明所提之重新選擇調變轉換函數曲線之詳細方法流程圖。

第4圖為本發明所提之另一種以影像特徵斑點評估影像相關度之系統架構圖。

第5圖為本發明所提之另一種以影像特徵斑點評估影像相關度之方法流程圖。

步驟310‧‧‧在不同時間對目標物體擷取第一特徵斑點影像及第二特徵斑點影像

步驟320a‧‧‧計算第一特徵斑點影像之第一調變轉換函數曲線

步驟320b‧‧‧計算第二特徵斑點影像之第二調變轉換函數曲線

步驟330‧‧‧依據第一調變轉換函數曲線選擇空間頻率範圍

步驟350‧‧‧計算第一調變轉換函數曲線與第二調變轉換函數曲線之相關性

步驟360‧‧‧判斷相關性是否符合臨界值

步驟370‧‧‧選擇依據另一第一特徵斑點影像所計算出之第一調變轉換函數曲線，或選擇依據另一第二特徵斑點影像計算出之第二調變轉換函數曲線

步驟390‧‧‧完成第一特徵斑點影像與第二特徵斑點影像之相關度評估

Claims (10)

1. 一種以影像特徵斑點評估影像相關度之方法，該方法至少包含下列步驟：在不同時間對一目標物體擷取第一特徵斑點影像及至少一第二特徵斑點影像；計算該第一特徵斑點影像之一第一調變轉換函數(Modulation Transfer Function,MTF)曲線，及計算該第二特徵斑點影像之一第二調變轉換函數曲線；計算該第一調變轉換函數曲線與該第二調變轉換函數曲線之一相關性；及判斷該相關性符合一臨界值時，完成該第一特徵斑點影像及該第二特徵斑點影像之相關度評估。
2. 如申請專利範圍第1項所述之以影像特徵斑點評估影像相關度之方法，其中該依據該第一特徵斑點影像/該第二特徵斑點影像計算該第一調變轉換函數曲線/該第二調變轉換函數曲線之步驟更包含轉換該第一特徵斑點影像/該第二特徵斑點影像為一二維矩陣，計算該二維矩陣之一平均值，並將該二維矩陣中之各元素減去該平均值，及分別對該二維矩陣進行傅利葉轉換以產生一灰階影像，並分析該灰階影像以計算該第一調變轉換函數曲線/該第二調變轉換函數之步驟。
3. 如申請專利範圍第1項所述之以影像特徵斑點評估影像相關度之方法，其中該方法更包含判斷該相關性不符合該臨界值時，選擇依據另一第一特徵斑點影像計算出之第一調變轉換函數曲線，並重新計算該重新選擇之第一調變轉換函數曲線 與該第二調變轉換函數曲線之相關性，或選擇依據另一第二特徵斑點影像計算出之第二調變轉換函數曲線，並重新計算該第一調變轉換函數曲線與該重新選擇之第二調變轉換函數曲線之相關性之步驟。
4. 如申請專利範圍第1項所述之以影像特徵斑點評估影像相關度之方法，其中計算該第一調變轉換函數曲線與該第二調變轉換函數曲線之該相關性之步驟，更包含依據該第一調變轉換函數曲線選擇一空間頻率範圍，並依據該空間頻率範圍計算該相關性之步驟。
5. 一種以影像特徵斑點評估影像相關度之方法，該方法至少包含下列步驟：使用一第一影像擷取裝置於一目標物體在第一位置時擷取一第一特徵斑點影像；使用該第一影像擷取裝置於該目標物體在第二位置時擷取一第二特徵斑點影像；計算該第一特徵斑點影像之一第一調變轉換函數曲線，及計算該第二特徵斑點影像之一第二調變轉換函數曲線；計算該第一調變轉換函數曲線與該第二調變轉換函數曲線之一相關性；判斷該相關性不符合一臨界值時，使用至少一第二影像擷取裝置重新擷取該目標物體在該第二位置之該第二特徵斑點影像，並依據該重新擷取之第二特徵斑點影像重新計算另一第二調變轉換函數曲線，及重新計算該第一調變轉換函數曲線與該重新計算出之第二調變轉換函數曲線之相關性，直 到該重新計算出之相關性符合該臨界值為止；及判斷該相關性符合該臨界值時，完成該第一特徵斑點影像與該第二特徵斑點影像之相關度評估。
6. 一種以影像特徵斑點評估影像相關度之系統，該系統至少包含：一影像擷取裝置，用以在不同時間對一目標物體分別擷取一第一特徵斑點影像及至少一第二特徵斑點影像；一調變轉換模組，用以計算該第一特徵斑點影像之一第一調變轉換函數曲線，及計算該第二特徵斑點影像之一第二調變轉換函數曲線；及一影像評價模組，用以計算該第一調變轉換函數曲線與該第二調變轉換函數曲線之一相關性，並於判斷該相關性符合一臨界值時，完成該第一特徵斑點影像與該第二特徵斑點影像之相關度評估。
7. 如申請專利範圍第6項所述之以影像特徵斑點評估影像相關度之系統，其中該影像評價模組更用以於判斷該相關性不符合該臨界值時，選擇該調變轉換模組依據另一第一特徵斑點影像計算出之第一調變轉換函數曲線，並重新計算該重新選擇之第一調變轉換函數曲線與該第二調變轉換函數曲線之相關性，或依據另一該第二特徵斑點影像計算出之第二調變轉換函數曲線，並重新計算該第一調變轉換函數曲線與該重新選擇之第二調變轉換函數曲線之相關性。
8. 如申請專利範圍第6項所述之以影像特徵斑點評估影像相關度之系統，其中該系統更包含一頻率選擇模組，用以依據該 第一調變轉換函數曲線選擇一空間頻率範圍，該影像評價模組更用以依據該空間頻率範圍計算該相關性。
9. 如申請專利範圍第6項所述之以影像特徵斑點評估影像相關度之系統，其中該系統更包含影像濾波模組，用以過濾該第一特徵斑點影像及該第二特徵斑點影像中之雜訊及/或增強該第一特徵斑點影像及該第二特徵斑點影像中之品質。
10. 一種以影像特徵斑點評估影像相關度之系統，該系統至少包含：一第一影像擷取裝置，用以擷取一目標物體在第一位置時之一第一特徵斑點影像，及用以擷取該目標物體在一第二位置時之一第二特徵斑點影像；一調變轉換模組，用以計算該第一特徵斑點影像之一第一調變轉換函數曲線，及計算該第二特徵斑點影像之一第二調變轉換函數曲線；一影像評價模組，用以計算該第一調變轉換函數曲線與該第二調變轉換函數曲線之一相關性，及用以於判斷該相關性符合一臨界值時，完成該第一特徵斑點影像與該第二特徵斑點影像之相關度評估；及一第二影像擷取裝置，用以於該影像評價模組判斷該相關性不符合該臨界值時，重新擷取該目標物體在該第二位置之該第二特徵斑點影像，使該調變轉換模組依據該重新擷取之第二特徵斑點影像重新計算另一第二調變轉換函數曲線，直到該影像評價模組重新計算出之相關性符合該臨界值為止。