TWI543611B - 影像接合方法及具有影像接合功能的攝影系統 - Google Patents

影像接合方法及具有影像接合功能的攝影系統 Download PDF

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Description

影像接合方法及具有影像接合功能的攝影系統
本發明係提供一種影像接合方法及其具有影像接合功能的攝影系統，尤指一種適用於將兩個攝影單元之監控影像進行接合的影像接合方法及其具有影像接合功能的攝影系統。
攝影機用途十分廣泛，舉凡安裝在工廠廠房、宿舍、商店、大樓或社區住宅出入口、馬路等需監視的場合或人跡罕至之隱密處，均可藉由監視攝影機即時監看，或者錄下當時狀況，以供日後追查、存證等用途。然而每台攝影機所能拍攝的視野範圍有限，若是監控區域較廣，就需要同時使用多台攝影機，由該些攝影機分別抓取不同監控區域的影像畫面，才不會漏失監控區域內任何可疑的事物。此外，為了避免產生監控死角，該些攝影機的視野範圍通常會設置為彼此有部分重疊，藉此確保不會漏失監控區域內的任何影像畫面。
為了讓監控人員能夠很直觀的取得多台攝影機分別擷取到的影像畫面，通常會將多個影像畫面進行接合，形成一張全景的影像畫面。然而，如何正確接合不同攝影機從不同視角擷取到的影像畫面、且不致產生影像畫面在接合處出現錯位的影像接合方法，便成為監控產業的發展目標之一。
本發明係提供一種影像接合方法及其具有影像接合功能的攝影系統，以解決上述之問題。
本發明之申請專利範圍係揭露一種影像接合方法，應用於分別具有一第一座標系統與第二座標系統的兩個攝影單元，該兩個攝影單元係形成具有一重疊監控區域的相鄰兩監控區域。該影像接合方法包含有偵測位於該重疊監控區域內的至少一移動物件，計算該第一座標系統相對於該第二座標系統的至少一轉換參數，根據該至少一轉換參數與一門檻值的比較結果取得一可靠度，依該可靠度決定一最終轉換參數，以及利用該最終轉換參數將該些攝影單元分別擷取的監控影像接合在一起。
本發明之申請專利範圍另揭露一種具有影像接合功能的攝影系統，具有電連接的一運算處理單元和二攝影單元，該運算處理單元用來執行如前段說明所述之影像接合方法，以將該二攝影單元從不同視角分別擷取的監控影像接合在一起。
本發明的影像接合方法及具有影像接合功能的攝影系統將兩個攝影單元的監控區域以彼此相鄰且部分重疊之方式設置，利用在重疊監控區域內的移動物件產生的參考點之座標值，可反覆計算以歸納出最適合套用在兩個攝影單元因為設置再不同位置所形成之兩個座標系統的最終轉換參數，再利用特徵點或基準直線等方式接合在不同視角產生的兩個監控影像，形成可供使用者目視觀察以下達控制指令的接合影像。
請參閱第1圖與第2圖，第1圖為本發明實施例之攝影系統10之功能方塊圖，第2圖為本發明實施例之攝影系統10之裝配位置示意圖。攝影系統10包含彼此電連接的運算處理單元12以及多個攝影單元14A、14B；本說明書以兩個攝影單元14 A、14B為例，然實際應用不限於此。如第2圖所示，在安裝環境之範圍大於單一攝影單元14 A或14B之監控範圍的情況下，攝影單元14A與攝影單元14B會分設在安裝環境下的兩相對側，攝影單元14A的監控區域16A與攝影單元14B的監控區域16B彼此相鄰且有部分重疊，因此部分重疊的監控區域16A與16B具有一重疊監控區域16C，使其監控區域16A及16B之組合能涵蓋到安裝環境之整體監控範圍。由於攝影單元14A及攝影單元14B係分別從移動物件18的不同角度擷取監控影像(意即分別針對其監控區域擷取影像)，故能利用本發明之影像接合方法調整不同視角的監控影像以進行接合。
請參閱第2圖至第5圖，第3圖為本發明實施例之攝影系統10從不同視角取得的兩張監控影像之示意圖，第4圖為本發明實施例之攝影系統10完成監控影像接合之拼接影像I3之示意圖，第5圖為本發明實施例之影像接合方法之流程圖。攝影單元14A與攝影單元14B係同步地擷取第一監控影像I1及第二監控影像I2，以取得移動物件18在重疊監控區域16C內的停留點、移動距離、移動方向等行為資訊。因為攝影單元14A及14B位於不同的位置，所以其分別擷取的第一監控影像I1之第一座標系統會不同於第二監控影像I2之第二座標系統。其中，移動物件18的數量不限於第2圖所示態樣，端視實際需求而定。
關於影像接合方法，首先，執行步驟500以偵測在相鄰兩監控區域16A及16B所包含之部分重疊區域(意即重疊監控區域16C)裡面停留或短暫通過的移動物件18；意即攝影單元14A與攝影單元14B先擷取第一監控影像I1及第二監控影像I2，再利用運算處理單元12從監控影像I1與I2中找出活動物體當成參考點，據此確認移動物件18的位置和/或移動軌跡。接著，執行步驟502，運算處理單元12計算第一監控影像I1之第一座標系統相對於第二監控影像I2之第二座標系統的轉換參數，例如第一座標系統之任意特徵相對於第二座標系統之對應特徵的偏移距離、縮放比例和/或旋轉視角等等。接著，執行步驟504與步驟506，根據步驟502得到的多筆轉換參數與門檻值進行互相比較的結果取得可靠度之數值，並依照該可靠度來決定最終轉換參數。最後，執行步驟508，運算處理單元12利用最終決定的最終轉換參數將攝影單元14A與攝影單元14B分別擷取的第一監控影像I1及第二監控影像I2接合在一起，形成拼接影像I3。拼接影像I3可供使用者清楚辨認攝影系統10的整體監控範圍區域內的影像。
一般來說，本發明的影像接合方法係先利用在重疊監控區域16C出現的移動物件18計算出轉換參數，接著另於沒有移動物件出現在攝影單元14 A與14B之監控範圍的情況下，再分別拍攝一組新的第一監控影像I1與第二監控影像I2；此時取得的監控影像I1及I2內沒有移動物件(意即路人)，影像接合方法即針對此些監控影像I1及I2進行接合來製作拼接影像I3(意即拼接監控範圍內的背景圖案)。當然，影像接合方法也可以在移動物件18存在於第一監控影像I1與第二監控影像I2內的情況下接合製作拼接影像I3，其實際應用端視使用者需求而定。
請參閱第6圖，第6圖為本發明實施例之影像接合方法如何取得轉換參數之流程圖。首先，運算處理單元12在移動物件18的移動過程中，隨機取得移動物件18在至少一個預設時間區間內的一個或多個時間點於第一座標系統及第二座標系統各自的座標值(步驟5021)；該些座標值可用來換算出一個假定參數(步驟5022)，並利用假定參數產生對應的假定函數；此時該假定函數尚不能正確套用於第一座標系統相對第二座標系統的座標值轉換，仍須進行驗證校準；因此，運算處理單元12再將移動物件18於移動過程中的前述預設時間區間內所有時間點的座標值都代入上述的假定函數(步驟5023)，產生了多個代入結果。其中，移動物件18在重疊監控區域16C中出現的時間可以切分為複數個預設時間區間。愈多代入結果能符合該假定函數，表示該假定函數的正確機率愈高；最後根據代入結果判斷其相對應的假定參數是否可被採用為轉換參數(步驟5024)。換句話說，在執行步驟5024時，影像接合方法係找出該些代入結果介於容許範圍內次數最多的假定參數(其正確機率最高)，並採用其作為轉換參數。於一實施例中，當重疊監控區域16C具有多個移動物件18時，可以採取每個移動物件18產生至少一個代入結果的方式去決定被採用的轉換參數。而當只有一個移動物件18時，則可利用多個預設時間區間的方式，將移動物件18在重疊監控區域16C中出現的時間切分為複數個預設時間區間，每個預設時間區間再產生至少一個代入結果的方式去決定被採用的轉換參數。此外關於上述第一座標系統與第二座標系統的轉換係可根據業界所熟習的線性轉換公式即可達成, 本發明僅再說明如何取得兩個座標系統之間的轉換參數，關於上述轉換的公式，在此不再贅述。
請參閱第1圖及第7圖，第7圖為本發明實施例之影像接合方法如何取得最終轉換參數之流程圖。運算處理單元12首先執行步驟5041，利用在重疊的監控區域16A及16B所包含之重疊監控區域16C內的移動物件18取得複數個轉換參數；移動物件18的數量愈多，轉換參數的數量也愈多，愈能找到更精確的轉換參數。由於該些轉換參數並不會彼此完全相同，故執行步驟5042，只要該些轉換參數的差異低於門檻值，運算處理單元12便認定該些轉換參數為同一轉換參數。然後，執行步驟5043，運算處理單元12將步驟5042定義成相同的轉換參數之數量定義為可靠度的值；例如把定義成相同的轉換參數的數量直接當成可靠度、或是把定義成相同的轉換參數之數量經特定方式換算出可靠度，其應用端視設計需求而定。最後執行步驟5044，當可靠度大於預設值時，利用具有近似該轉換參數值的該些轉換參數去定義最終使用的最終轉換參數；舉例來說，預設值為10，表示步驟5042找到10個定義成相同的轉換參數(具有近似轉換參數值，且其差異低於門檻值)，就可從該些轉換參數中任選一個作為最終轉換參數、或是從中選擇數個或全部之轉換參數所算出的平均值作為最終轉換參數，其變化不限於前述說明，合先敘明。
本發明之影像接合方法係利用該最終轉換參數變化(意即最終轉換參數)換算第一及第二座標系統的變化而接合第一監控影像I1與第二監控影像I2，形成如第4圖所示的拼接影像I3，將分別涵蓋監控區域16A及16B的第一監控影像I1與第二監控影像I2拼接成一張完整的影像I3。於一實施例中，係利用該最終轉換參數選擇性調整該第一監控影像I1的偏移距離、縮放比例和/或旋轉視角以接合於該第二監控影像I2，藉此拼接成一張完整的影像I3。
此外，為了進一步加強接合後影像I3的效果，不至於發生錯位的問題，本發明更於第一監控影像I1與第二監控影像I2拼接接合後在進行下列影像拼接強化處理：從第一監控影像I1與第二監控影像I2中找出彼此對應的特徵點或基準直線進行接合以形成拼接影像I3。影像接合方法可從第一監控影像I1及第二監控影像I2尋找特徵點以計算切線，如第3圖與第4圖所示，特徵點例如可為影像內具有特定顏色、形狀和尺寸的黑色地磚，然不限於此；算出切線後，影像接合方法便能利用步驟506取得的最終轉換參數將第一監控影像I1和第二監控影像I2沿著切線接合成第4圖所示之拼接影像I3；其中，切線通常為不規則的線條，故未標示於圖中，合先敘明，藉由上述處理方式可達成影像拼接強化處理的效果。此外，影像接合方法亦可利用從第一監控影像I1及第二監控影像I2中分別尋找第一基準直線L1和第二基準直線L1，圖中將牆面與地板的連接處視為基準直線，然實際應用並不限於此；接著利用最終轉換參數取得第一基準直線L1相對於第二基準直線L2的轉換參數變化，藉此可得知第一座標系統及第二座標系統之間的關連；最後，就能依據該最終轉換參數變化對拼接影像進行調整，達成影像拼接強化處理的效果。
於一實施例中，使用者係可透過觀看拼接影像I3達成直觀的觀看兩攝影單元14A、14B分別擷取的第一監控影像I1及第二監控影像I2。於另一實施例中，使用者係可進一步憑藉該拼接影像I3(結合第一監控影像I1及第二監控影像的全景影像)對該攝影系統10下達相關的控制指令，例如畫線、圈選物件、標記物件等等。
綜上所述，本發明的影像接合方法及具有影像接合功能的攝影系統將兩個攝影單元的監控區域以彼此相鄰且部分重疊之方式設置，利用在重疊監控區域內的移動物件產生的參考點之座標值，可反覆計算以歸納出最適合套用在兩個座標系統的最終轉換參數，透過最終轉換參數即可將兩個攝影單元分別拍攝的影像彼此接合，生成一全景的拼接影像，此外，更可再利用特徵點或基準直線等方式強化接合之拼接影像的效果，形成可供使用者目視觀察以下達控制指令的拼接影像。   以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
10‧‧‧攝影系統
12‧‧‧運算處理單元
14A‧‧‧攝影單元
14B‧‧‧攝影單元
16A‧‧‧監控區域
16B‧‧‧監控區域
16C‧‧‧重疊監控區域
18、18’‧‧‧移動物件
I1‧‧‧第一監控影像
I2‧‧‧第二監控影像
I3‧‧‧拼接影像
L1‧‧‧第一基準直線
L2‧‧‧第二基準直線
500、502、504、506、508‧‧‧步驟
5021、5022、5023、5024‧‧‧步驟
5041、5042、5043、5044‧‧‧步驟
第1圖為本發明實施例之攝影系統之功能方塊圖。 第2圖為本發明實施例之攝影系統之裝配位置示意圖。 第3圖為本發明實施例之攝影系統從不同視角取得的兩張監控影像之示意圖。 第4圖為本發明實施例之攝影系統完成監控影像接合之拼接影像之示意圖。 第5圖為本發明實施例之影像接合方法之流程圖。 第6圖為本發明實施例之影像接合方法如何取得轉換參數之流程圖。 第7圖為本發明實施例之影像接合方法如何取得最終轉換參數之流程圖。
500、502、504、506、508‧‧‧步驟

Claims (12)

  1. 一種影像接合方法，應用於分別具有一第一座標系統與第二座標系統的兩個攝影單元，該兩個攝影單元係形成具有一重疊監控區域的相鄰兩監控區域，該影像接合方法包含有： 偵測位於該重疊監控區域內的至少一移動物件； 計算該第一座標系統相對於該第二座標系統的至少一轉換參數； 根據該至少一轉換參數與一門檻值的比較結果取得一可靠度； 依該可靠度決定一最終轉換參數；以及 利用該最終轉換參數將該些攝影單元分別擷取的監控影像接合在一起。
  2. 如請求項1所述之影像接合方法，其中該至少一轉換參數係包含該第一座標系統與該第二座標系統兩者間之偏移距離、縮放比例和/或旋轉視角等參數之其中之一或其組合。
  3. 如請求項2所述之影像接合方法，其中利用該最終轉換參數將該些攝影單元分別擷取的監控影像接合在一起之步驟係利用該最終轉換參數選擇性調整該第一監控影像的偏移距離、縮放比例和/或旋轉視角以接合於該第二監控影像。
  4. 如請求項3所述之影像接合方法，其中利用該最終轉換參數將該些攝影單元分別擷取的監控影像接合在一起之步驟更包含： 從該兩個攝影單元分別擷取的一第一監控影像與一第二監控影像尋找特徵點以計算一切線；以及 利用該最終轉換參數將該第一監控影像和該第二監控影像沿著該切線彼此接合。
  5. 如請求項3所述之影像接合方法，其中利用該最終轉換參數將該些攝影單元分別擷取的監控影像接合在一起之步驟更包含： 從該兩個攝影單元分別擷取的一第一監控影像與一第二監控影像分別尋找一第一基準直線和一第二基準直線； 利用該最終轉換參數取得該第一基準直線相對於該第二基準直線的最終轉換參數變化；以及 依據該最終轉換參數變化接合該第一監控影像與該第二監控影像。
  6. 如請求項1所述之影像接合方法，其中該些攝影單元係同步地擷取其重疊監控區域內的該至少一移動物件之影像。
  7. 如請求項1所述之影像接合方法，其中計算該第一座標系統相對於該第二座標系統的該至少一轉換參數之步驟包含： 隨機取得該至少一移動物件在至少一預設時間區間內數個時間點的座標值； 以該些座標值換算出一假定參數； 利用該假定參數產生一假定函數； 將該至少一移動物件在該至少一預設時間區間內所有時間點的座標值代入該假定函數，產生至少一代入結果；以及 根據該至少一代入結果判斷其相對應之該假定參數是否作為該至少一轉換參數。
  8. 如請求項7所述之影像接合方法，其中該至少一移動物件在該重疊監控區域中出現的時間係可切分為複數個預設時間區間。
  9. 如請求項7所述之影像接合方法，其中根據該至少一代入結果判斷其相對應之該假定參數是否作為該至少一轉換參數之步驟係將該些代入結果介於一容許範圍內次數最多的該假定參數定義為該至少一轉換參數。
  10. 如請求項1所述之影像接合方法，其中根據該至少一轉換參數與該門檻值的比較結果取得該可靠度之步驟包含： 利用在該重疊監控區域內的至少一移動物件取得複數個轉換參數； 將具有近似轉換參數值的該複數個轉換參數視為彼此相同；以及 將該些被視為彼此相同的轉換參數之數量定義為該可靠度。
  11. 如請求項10所述之影像接合方法，其中當該可靠度大於一預設值時，利用具有近似轉換參數值的該複數個轉換參數去定義該最終轉換參數。
  12. 一種具有影像接合功能的攝影系統，具有電連接的一運算處理單元和二攝影單元，該運算處理單元用來執行如請求項1至11其中之一所述之影像接合方法，將該二攝影單元從不同視角分別擷取的監控影像接合在一起。
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