TWI584648B - 具有校正功能的影像擷取裝置與影像擷取裝置的校正方法 - Google Patents

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Description

具有校正功能的影像擷取裝置與影像擷取裝置的校正方法
本發明是有關於一種具有校正功能的影像擷取裝置與影像擷取裝置的校正方法，尤指一種先對影像擷取單元所擷取的影像執行全域矯正運算，再對全域矯正運算執行局部矯正運算以提升校正準確性的影像擷取裝置與校正方法。
一般說來，通常在影像擷取裝置的組裝過程中會因影像擷取裝置鏡頭的特性或組裝過程而具有幾何誤差和組裝工差。現有技術是提供複雜的數學模型校正影像擷取裝置的幾何誤差和組裝工差，亦即現有技術所提供的數學模型是用以模擬影像擷取裝置的物理行為以降低影像擷取裝置的幾何誤差和組裝工差。
然而實際上現有技術所提供的數學模型可能因為光學特性的因素而無法完全模擬影像擷取裝置的物理行為，導致影像擷取裝置所擷取的影像品質不佳，所以如何提升現有技術在執行影像擷取裝置校正時的校正準確性成為一項重要課題。
本發明的一實施例提供一種影像擷取裝置的校正方法，其中該影像擷取裝置包含至少一影像擷取單元與一校正單元。該校正方法包含該至少一影像擷取單元中的一影像擷取單元擷取一第一影像；該校正單元對該第一影像中所有影像點的原始座標執行一全域矯正運算以產生該所有影像點的第一矯正座標；該校正單元根據該所有影像點的至少一影像點中的每一影像點的第一矯正座標，找出包含該每一影像點的幾何圖形；該校正單元根據對應該幾何圖形的校正方程式，矯正該每一影像點的第一矯正座標為一第二矯正座標
本發明的另一實施例提供一種具有校正功能的影像擷取裝置。該影像擷取裝置包含至少一影像擷取單元和一校正單元，其中該校正單元耦接於該至少一影像擷取單元。該至少一影像擷取單元的一影像擷取單元是用以擷取一第一影像。該校正單元是用以對該第一影像中所有影像點的原始座標執行一全域矯正運算以產生該所有影像點的第一矯正座標，根據該所有影像點的至少一影像點中的每一影像點的第一矯正座標，找出包含該每一影像點的幾何圖形，以及根據對應該幾何圖形的校正方程式，矯正該每一影像點的第一矯正座標為一第二矯正座標。
本發明提供一種具有校正功能的影像擷取裝置與影像擷取裝置的校正方法。該影像擷取裝置與該校正方法是先利用一校正單元對一影像擷取單元所擷取的影像中所有影像點的原始座標執行一全域矯正運算以產生該影像中所有影像點的第一矯正座標，再利用該校正單元根據該影像中所有影像點的至少一影像點中的每一影像點的第一矯正座標，找出包含該每一影像點的幾何圖形的校正方程式，以矯正該每一影像點的第一矯正座標為一第二矯正座標。因為包含該每一影像點的幾何圖形的校正方程式僅適用於該幾何圖形的範圍，所以本發明可通過包含該每一影像點的幾何圖形的校正方程式提升該每一影像點的第二矯正座標的準確性。
請參照第1圖，第1圖是本發明一第一實施例說明一種具有校正功能的影像擷取裝置100以及一目標校正樣式130的示意圖，其中目標校正樣式130是一實際的圖表。如第1圖所示，影像擷取裝置100包含一影像擷取單元102和一校正單元104，其中校正單元104耦接於影像擷取單元102。但本發明並不受限於影像擷取裝置100僅包含一個影像擷取單元，亦即影像擷取裝置100亦可包含複數個影像擷取單元。另外，如第1圖所示，目標校正樣式130具有9個特徵點FP1-FP9，但本發明並不受限於目標校正樣式130具有9個特徵點FP1-FP9。
影像擷取單元102先對目標校正樣式130執行一影像擷取動作以產生包含一校正樣式140的一第一影像FI(如第2圖所示)，其中校正樣式140對應目標校正樣式130。因為目標校正樣式130具有9個特徵點FP1-FP9，所以第一影像FI中的校正樣式140亦具有9個特徵點FFP1-FFP9。校正單元104根據9個特徵點FFP1-FFP9，分割第一影像FI中的校正樣式140為複數個三角形(例如特徵點FFP1、FFP2、FFP5構成一三角形TR1)。但本發明並不受限於校正單元104根據9個特徵點FFP1-FFP9，分割第一影像FI中的校正樣式140為複數個三角形，亦即校正單元104亦可根據9個特徵點FFP1-FFP9，分割第一影像FI中的校正樣式140為複數個矩形或其他多邊形。在校正單元104分割第一影像FI中的校正樣式140為複數個三角形後，校正單元104即可根據三角形TR1所對應的一目標幾何圖形TTR1所包含的特徵點FP1、FP2、FP5的座標和三角形TR1所包含的特徵點FFP1、FFP2、FFP5的座標，決定對應三角形TR1的校正方程式，其中目標幾何圖形TTR1是包含於目標校正樣式130。例如特徵點FFP1、FFP2、FFP5分別對應特徵點FP1、FP2、FP5，且特徵點FFP1的座標為(X1,Y1)、特徵點FFP2的座標為(X2,Y2)、特徵點FFP5的座標為(X3,Y3)、特徵點FP1在第一影像FI內的對應座標為(X1’,Y1’)、特徵點FP2在第一影像FI內的對應座標為(X2’,Y2’)、特徵點FP5在第一影像FI內的對應座標為(X3’,Y3’)，所以校正單元104即可根據特徵點FFP1、FFP2、FFP5的座標、特徵點FP1、FP2、FP5的對應座標和式(1)-(6)，決定對應三角形TR1的校正方程式的係數a、b、c、d、e、f： X1’=aX1+bY1+c(1)
Y1’=dX1+eY1+f(2)
X2’=aX2+bY2+c(3)
Y2’=dX2+eY2+f(4)
X3’=aX3+bY3+c(5)
Y3’=aX3+bY3+c(6)
因為X1、Y1、X2、Y2、X3、Y3、X1’、Y1’、X2’、Y2’、X3’、Y3’為已知，所以可通過式(1)-(6)決定對應三角形TR1的校正方程式的係數a、b、c、d、e、f。在校正單元104根據特徵點FFP1、FFP2、FFP5的座標、特徵點FP1、FP2、FP5的對應座標和式(1)-(6)，決定對應三角形TR1的校正方程式的係數a、b、c、d、e、f後，校正單元104即可將係數a、b、c、d、e、f儲存在校正單元104內的一記憶單元1042。另外，校正單元104亦可利用上述方式產生對應第一影像FI內其餘三角形的校正方程式，在此不再贅述。另外，在本發明的另一實施例中，影像擷取裝置100包含至少二影像擷取單元且該至少二影像擷取單元中的一影像擷取單元在影像擷取裝置100出廠前已校正過，所以該影像擷取單元所擷取包含目標校正樣式130的一影像亦可做為一目標校正樣式。
請參照第1-3圖，第3圖是本發明的一第二實施例說明一種影像擷取裝置的校正方法的流程圖。第3圖的校正方法是利用第1圖的影像校正裝置100說明，詳細步驟如下：步驟300：開始；步驟302：影像擷取單元102擷取第一影像FI；步驟304：校正單元104對第一影像FI中所有影像點的原始座標執 行一全域矯正運算(global rectification operation)以產生該所有影像點的第一矯正座標；步驟306：校正單元104根據該所有影像點的至少一影像點中的每一影像點的第一矯正座標，找出包含該每一影像點的幾何圖形；步驟308：校正單元104根據對應該幾何圖形的校正方程式，矯正該每一影像點的第一矯正座標為一第二矯正座標；步驟310：結束。
在步驟302中，第一影像FI中的每一影像點是由影像擷取單元102的一對應像素所產生。在步驟304中，校正單元104是利用現有技術所提供的全域校正模型(global calibration model)對第一影像FI中所有影像點的原始座標執行該全域矯正運算以產生該所有影像點的第一矯正座標，且使該所有影像點中每一影像點的第一矯正座標匹配目標校正樣式130內的一相對應座標。例如，如第4圖所示，當第一影像FI中的校正樣式140為枕狀變形(Pincushion Distortion)樣式150或桶狀變形(Barrel Distortion)樣式160時，校正單元104可利用現有技術所提供的全域校正模型對第一影像FI中所有影像點的原始座標執行該全域矯正運算使該所有影像點中每一影像點的第一矯正座標匹配目標校正樣式130內的一相對應座標，亦即校正單元104可利用現有技術所提供的全域校正模型使枕狀變形樣式150或桶狀變形樣式160變成一矩形樣式170。
在步驟306中，在該所有影像點的第一矯正座標產生之後，校正單元104可根據該所有影像點的至少一影像點中的每一影像點的第一矯正座標，找出包含該每一影像點的幾何圖形，亦即校正單元104可根據該所有影像點(或該所有影像點的部分影像點)中的每一影像點的第一矯正座標，找出包含該每一影像點 的幾何圖形。在步驟308中，因為現有技術所提供的全域校正模型可能無法適用於第一影像FI的所有影像點中的每一影像點，所以校正單元104可根據對應包含該所有影像點(或該所有影像點的部分影像點)中的每一影像點的幾何圖形的校正方程式，矯正該每一影像點的第一矯正座標為該第二矯正座標。例如，如第5圖所示，第一影像FI的一影像點IMP位於三角形TR1的範圍內，其中三角形TR1的範圍以虛線表示。因此，在校正單元104利用現有技術所提供的全域校正模型對影像點IMP的原始座標執行該全域矯正運算產生影像點IMP的第一矯正座標後，校正單元104可再根據對應三角形TR1的校正方程式，矯正影像點IMP的第一矯正座標為影像點IMP的第二矯正座標。如此，因為三角形TR1的校正方程式僅適用於三角形TR1的範圍(亦即三角形TR1的校正方程式僅用以模擬對應三角形TR1的影像擷取單元102的局部像素的物理行為，而不適用於第一影像FI的內其餘三角形)，所以校正單元104可通過三角形TR1的校正方程式提升影像點IMP的第二矯正座標的準確性。
然而因為校正單元104可能不容易根據該所有影像點(或該所有影像點的部分影像點)中的每一影像點的第一矯正座標，找出包含該每一影像點的幾何圖形(例如上述三角形TR1)，所以在本發明的另一實施例中，本案提供顯示在一顯示幕190上的可程式化目標校正樣式180(如第6圖所示)，其中一主機200電連接顯示幕190與影像擷取裝置100。如第6圖所示，在影像擷取單元102對可程式化目標校正樣式180執行一影像擷取動作產生一第二影像SI給主機200後，雖然顯示幕190所顯示的可程式化目標校正樣式180的特徵點可構成複數個矩形，但主機200所顯示的第二影像SI上的一些特徵點卻可能無法和第二影像SI上的相對應特徵點構成矩形(例如第二影像SI上的特徵點SFP1無法和第二影像SI上的特徵點SFP2、SFP3構成一矩形，以及第二影像SI上的特徵點SFP4無法和第二影像SI上 的特徵點SFP3、SFP5構成一矩形)。因此，如第7圖所示，主機200可重複調整第二影像SI上的特徵點SFP1、SFP4所對應的可程式化目標校正樣式180的特徵點CFP1、CFP2在顯示幕190上的位置直到特徵點SFP1可和特徵點SFP2、SFP3構成一矩形，以及特徵點SFP4可和特徵點SFP3、SFP5構成一矩形。如第7圖所示，在主機200調整特徵點CFP1、CFP2在顯示幕190上的位置後，由第二影像SI上的所有特徵點所構成的複數個幾何圖形都可為複數個矩形。如此，校正單元104就可利用上述方式產生對應第二影像SI內複數個矩形的校正方程式。因為校正單元104僅需儲存一矩形的四邊資訊即可定義一矩形的位置，所以校正單元104不需大容量的記憶單元1042以儲存第二影像SI內複數個矩形的資訊，且在步驟306中校正單元104可輕易地根據該所有影像點中每一影像點的第一矯正座標和第二影像SI內複數個矩形的資訊，找出包含該每一影像點的矩形。亦即在步驟306中，校正單元104判斷該每一影像點位於一對應矩形的負荷是少於判斷該每一影像點位於一對應三角形的負荷。如此，在步驟306中，校正單元104不需複雜運算即可根據該所有影像點中每一影像點的第一矯正座標，找出包含該每一影像點的矩形。
另外，在本發明的另一實施例中，主機200可重複調整顯示幕190所顯示的可程式化目標校正樣式180的特徵點的位置直到第二影像SI的所有特徵點位於相對應的預定位置(例如，如第8圖所示，在重複調整可程式化目標校正樣式180的特徵點的位置後，第二影像SI的所有特徵點都位於網格上(亦即第二影像SI的所有特徵點都位於相對應的預定位置))。因為第二影像SI的所有特徵點位於相對應的預定位置，所以校正單元104亦不需大容量的記憶單元1042以儲存第二影像SI內所有特徵點的位置資訊，且在步驟306中校正單元104可輕易地根據該所有影像點中每一影像點的第一矯正座標和第二影像SI內所有特徵點的位置資訊，找 出包含該每一影像點的矩形。
綜上所述，本發明所提供的具有校正功能的影像擷取裝置與影像擷取裝置的校正方法是先利用校正單元對影像擷取單元所擷取的影像中所有影像點的原始座標執行全域矯正運算以產生該影像中所有影像點的第一矯正座標，再利用校正單元根據該影像中所有影像點的至少一影像點中的每一影像點的第一矯正座標，找出包含該每一影像點的幾何圖形的校正方程式，以矯正該每一影像點的第一矯正座標為一第二矯正座標。因為包含該每一影像點的幾何圖形的校正方程式僅適用於該幾何圖形的範圍，所以本發明可通過包含該每一影像點的幾何圖形的校正方程式提升該每一影像點的第二矯正座標的準確性。
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。
100‧‧‧影像擷取裝置
102‧‧‧影像擷取單元
104‧‧‧校正單元
130‧‧‧目標校正樣式
140‧‧‧校正樣式
150‧‧‧枕狀變形樣式
160‧‧‧桶狀變形樣式
170‧‧‧矩形樣式
180‧‧‧可程式化目標校正樣式
190‧‧‧顯示幕
200‧‧‧主機
1042‧‧‧記憶單元
FI‧‧‧第一影像
FP1-FP9、FFP1-FFP9、SFP1-SFP5、CFP1、CFP2‧‧‧特徵點
IMP‧‧‧影像點
SI‧‧‧第二影像
TR1‧‧‧三角形
TTR1‧‧‧目標幾何圖形
第1圖是本發明第一實施例說明一種具有校正功能的影像擷取裝置以及目標校 正樣式的示意圖。 第2圖是說明包含校正樣式的第一影像的示意圖。 第3圖是本發明第二實施例說明一種影像擷取裝置的校正方法的流程圖。 第4圖是說明第一影像中的校正樣式為枕狀變形樣式或桶狀變形樣式的示意圖。 第5圖是說明第一影像的影像點位於三角形的範圍內的示意圖。 第6圖是說明顯示在顯示幕上的可程式化目標校正樣式的示意圖。 第7圖是說明在主機調整特徵點在顯示幕上的位置後，由第二影像上的所有特徵 點所構成的複數個幾何圖形都可為複數個矩形的示意圖。 第8圖是說明第二影像的所有特徵點都位於網格上的示意圖。
300-310                                                     步驟

Claims (16)

  1. 一種影像擷取裝置的校正方法，其中該影像擷取裝置包含至少一影像擷取單元與一校正單元，該校正方法包含：該至少一影像擷取單元中的一影像擷取單元擷取一第一影像；該校正單元對該第一影像中所有影像點的原始座標執行一全域矯正運算(global rectification operation)以產生該所有影像點的第一矯正座標；該校正單元根據該所有影像點的至少一影像點中的每一影像點的第一矯正座標，找出該第一影像中包含該每一影像點的幾何圖形，其中該幾何圖形是該第一影像的局部範圍；及該校正單元根據對應該幾何圖形的校正方程式，矯正該每一影像點的第一矯正座標為一第二矯正座標。
  2. 如請求項1所述的校正方法，其中該幾何圖形是一三角形或一矩形。
  3. 如請求項1所述的校正方法，其中該每一影像點對應該影像擷取單元的一像素。
  4. 如請求項1所述的校正方法，另包含：該影像擷取單元產生包含一校正樣式的一第二影像，其中該校正樣式包含複數個特徵點；該校正單元根據該第二影像中的校正樣式的複數個特徵點，分割該第二影像中的校正樣式為複數個幾何圖形；及該校正單元根據該複數個幾何圖形中的每一幾何圖形所對應的一目標幾何圖形所包含的特徵點的座標和該每一幾何圖形所包含的特徵點的座 標，決定對應該每一幾何圖形的校正方程式，其中該目標幾何圖形是包含於一目標校正樣式。
  5. 如請求項4所述的校正方法，其中對應該每一幾何圖形的校正方程式儲存在該校正單元內的一記憶單元。
  6. 如請求項4所述的校正方法，其中該校正樣式是對應顯示在一顯示幕上的一可程式化目標校正樣式，且電連接該顯示幕與該影像擷取裝置的一主機調整該可程式化目標校正樣式的複數個特徵點在該顯示幕上的位置使該複數個幾何圖形為複數個矩形。
  7. 如請求項4所述的校正方法，其中該校正樣式是對應顯示在一顯示幕上的一可程式化目標校正樣式，且電連接該顯示幕與該影像擷取裝置的一主機調整該可程式化目標校正樣式的複數個特徵點在該顯示幕上的位置使該校正樣式的複數個特徵點位於該第二影像中的預定位置。
  8. 如請求項4所述的校正方法，其中該校正單元對該第一影像中所有影像點的原始座標執行該全域矯正運算使該所有影像點中每一影像點的第一矯正座標匹配該目標校正樣式內的一相對應座標。
  9. 一種具有校正功能的影像擷取裝置，包含：至少一影像擷取單元，其中該至少一影像擷取單元的一影像擷取單元是用以擷取一第一影像；及一校正單元，耦接於該至少一影像擷取單元，用以對該第一影像中所有影 像點的原始座標執行一全域矯正運算以產生該所有影像點的第一矯正座標，根據該所有影像點的至少一影像點中的每一影像點的第一矯正座標，找出該第一影像中包含該每一影像點的幾何圖形，其中該幾何圖形是該第一影像的局部範圍，以及根據對應該幾何圖形的校正方程式，矯正該每一影像點的第一矯正座標為一第二矯正座標。
  10. 如請求項9所述的影像擷取裝置，其中該幾何圖形是一三角形或一矩形。
  11. 如請求項9所述的影像擷取裝置，其中該每一影像點對應該影像擷取單元的一像素。
  12. 如請求項9所述的影像擷取裝置，其中該影像擷取單元另用以產生包含一校正樣式的一第二影像，其中該校正樣式包含複數個特徵點，該校正單元另用以根據該第二影像中的校正樣式的複數個特徵點，分割該第二影像中的校正樣式為複數個幾何圖形，以及根據該複數個幾何圖形中的每一幾何圖形所對應的一目標幾何圖形所包含的特徵點的座標和該每一幾何圖形所包含的特徵點的座標，決定對應該每一幾何圖形的校正方程式，其中該目標幾何圖形是包含於一目標校正樣式。
  13. 如請求項12所述的影像擷取裝置，其中對應該每一幾何圖形的校正方程式儲存在該校正單元內的一記憶單元。
  14. 如請求項12所述的影像擷取裝置，其中該校正樣式是對應顯示在一 顯示幕上的一可程式化目標校正樣式，且電連接該顯示幕與該影像擷取裝置的一主機調整該可程式化目標校正樣式的複數個特徵點在該顯示幕上的位置使該複數個幾何圖形為複數個矩形。
  15. 如請求項12所述的影像擷取裝置，其中該校正樣式是對應顯示在一顯示幕上的一可程式化目標校正樣式，且電連接該顯示幕與該影像擷取裝置的一主機調整該可程式化目標校正樣式的複數個特徵點在該顯示幕上的位置使該校正樣式的複數個特徵點位於該第二影像中的預定位置。
  16. 如請求項12所述的影像擷取裝置，其中該校正單元對該第一影像中所有影像點的原始座標執行該全域矯正運算使該所有影像點中每一影像點的第一矯正座標匹配該目標校正樣式內的一相對應座標。
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