TWI585364B - 具距離辨識之影像處理系統及其方法 - Google Patents
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Description
本發明係有關於一種具距離辨識之影像處理系統及其方法，尤其是指一種利用快速對焦光學模組進行目標物之距離辨識的車載影像處理系統及其方法，主要係藉由具有可快速對焦功能之液態透鏡模組由近到遠調變對焦距離，以針對至少一目標物進行掃描並擷取複數張影像，有效依據至少一張對焦正確之目標物影像得知其距離，達到簡化與加快目標物距離量測之優勢者。
按，在傳統車載系統之測距方法中，有一種方式係利用一測距裝置先針對一目標物發射一偵測光線，再接收由目標物反射之反射光，藉由反射光的成像位置差異推算目標物之距離；然而，測距裝置所發射的偵測光與目標物所反射的反射光容易受到環境光的影響，例如雨天光線行進路線受阻礙或電源系統的頻率造成光源閃爍等，皆會產生量測誤差而得不到正確的目標物距離等缺點；為了解決上述問題，另一種方式係藉由影像擷取裝置之自動對焦進行距離量測，主要係利用自動對焦取得像距，再透過系統內建之運算單元進行公式運算後得到目標物距離；然而，使用者必須等待影像擷取裝置自動對焦的時間，且運算單元亦耗費過多的系統資
源，使得整體系統的運作速度變得緩慢，若將此系統運用於車載裝置，將因為系統無法即時回饋目標物的距離而縮短駕駛反應的時間，進而造成車禍發生的機率提升；因此，如何有效以快速對焦的硬體設計，準確量測交通運輸工具周圍的目標物距離，藉由快速影像處理特性達到延長駕駛反應的時間，以避免嚴重的人員傷亡與行車糾紛，仍是車載影像處理系統等相關產業之開發業者與相關研究人員需持續努力克服與解決之課題。
今，發明人即是鑑於上述傳統車載距離量測系統於實際實施時仍存在有耗費過多對焦與運算之時間等諸多缺失，於是乃一本孜孜不倦之精神，並藉由其豐富之專業知識及多年之實務經驗所輔佐，而加以改善，並據此研創出本發明。
本發明主要目的為提供一種具距離辨識之影像處理系統及其方法，尤其是指一種利用快速對焦光學模組進行目標物之距離辨識的車載影像處理系統及其方法，主要係藉由具有可快速對焦功能之液態透鏡模組由近到遠調變對焦距離，以針對至少一目標物進行掃描並擷取複數張影像，有效依據至少一張對焦正確之目標物影像得知其距離，達到簡化與加快目標物距離量測之優勢。
為了達到上述實施目的，本發明人提出一種具距離辨識之影像處理系統，係至少包括有一控制單元、一影像處理單元，以及一顯示單元；影像處理單元係電性連接控制單元，影像處理單元係包括有一快速對焦光學模組、一影像擷取模組、以及一影像處理模組，其中控制單元係調變快速對焦光學模組之對焦距離由近到遠對至少一目標物掃描，影像擷取
模組係於快速對焦光學模組由近到遠調變對焦距離的過程中連續擷取目標物之複數張影像，影像處理模組係分析影像中至少一對焦正確之目標物影像，並辨識其距離；顯示單元係電性連接影像處理單元，顯示單元係包括有一顯示模組，以及一儲存模組，顯示模組係顯示影像處理模組辨識之目標物影像與其距離，並儲存於儲存模組內。
如上所述的具距離辨識之影像處理系統，其中具距離辨識之影像處理系統係適用於一交通運輸工具之車載裝置，以進行交通運輸工具對周圍目標物之距離辨識。
如上所述的具距離辨識之影像處理系統，其中快速對焦光學模組係為液態透鏡模組。
如上所述的具距離辨識之影像處理系統，其中顯示模組係為具有一顯示螢幕之顯示器、智慧型手機、平板電腦或可攜式電腦等其中之一種裝置。
此外，為了達到具距離辨識之影像處理系統實施目的，本發明人乃研擬如下實施技術；首先，使用一控制單元調變一內建於一影像處理單元之快速對焦光學模組的對焦距離由近到遠對至少一目標物進行掃描；接著，使用一內建於影像處理單元之影像擷取模組於快速對焦光學模組由近到遠調變對焦距離的過程中連續對目標物擷取複數張影像；接續，使用一內建於影像處理單元之影像處理模組分析影像中至少一對焦正確之目標物影像，並辨識其距離；最後，使用一顯示單元內建之顯示模組顯示影像處理模組辨識之影像與其距離，並儲存於一儲存模組內。
如上所述的具距離辨識之影像處理方法，其中具距離辨識之
影像處理方法係適用於一交通運輸工具之車載裝置，以進行交通運輸工具對周圍目標物之距離辨識。
如上所述的具距離辨識之影像處理方法，其中快速對焦光學模組係為液態透鏡模組。
如上所述的具距離辨識之影像處理方法，其中顯示模組係為具有一顯示螢幕之顯示器、智慧型手機、平板電腦或可攜式電腦等其中之一種裝置。
藉此，本發明之具距離辨識之影像處理系統及其方法係藉由具有可快速對焦功能之液態透鏡模組由近到遠調變對焦距離，以針對至少一目標物進行掃描並擷取複數張影像，有效依據至少一張對焦正確之目標物影像得知其距離，達到簡化與加快目標物距離量測之優勢；此外，本發明之具距離辨識之影像處理系統及其方法係藉由具有快速對焦功能之液態透鏡模組進行至少一目標物之影像擷取，直接以液態透鏡模組快速對焦之功能掃描目標物，並以相似三角形之原理推算目標物之距離，可有效解決傳統車載測距系統需要設置光源或藉由傳統透鏡模組自動對焦與繁雜計算而耗費過多時間之缺點，達到即時反應與簡化計算之目的；最後，本發明之具距離辨識之影像處理系統及其方法係可適用於任何型態的交通運輸工具之車載裝置上，駕駛可依據本發明之具距離辨識之影像處理系統及其方法得知車輛周圍之障礙物、行人或車輛與本身車輛之間的距離，並以即時距離顯示之優點提醒駕駛閃避或啟動煞車之動作，有效增加駕駛反應之時間，達到減少車禍發生的機率與保障人身安全之優勢。
(1)‧‧‧交通運輸工具
(2)‧‧‧目標物
(21)‧‧‧球體
(22)‧‧‧人物
(23)‧‧‧大樹
(3)‧‧‧控制單元
(4)‧‧‧影像處理單元
(41)‧‧‧快速對焦光學模組
(42)‧‧‧影像擷取模組
(43)‧‧‧影像處理模組
(5)‧‧‧顯示單元
(51)‧‧‧顯示模組
(52)‧‧‧儲存模組
(S1)‧‧‧步驟一
(S2)‧‧‧步驟二
(S3)‧‧‧步驟三
(S4)‧‧‧步驟四
(D)‧‧‧距離
(H1)‧‧‧實體寬度
(H2)‧‧‧成像寬度
第一圖：本發明具距離辨識之影像處理系統其一較佳實施例之系統架構方塊圖
第二圖：本發明具距離辨識之影像處理系統其一較佳實施例之車載運作示意圖
第三圖：本發明具距離辨識之影像處理系統其一較佳實施例之對焦面掃描示意圖
第四圖(A)~(C)：本發明具距離辨識之影像處理系統其一較佳實施例之目標物對焦正確影像示意圖
第五圖：本發明具距離辨識之影像處理方法之步驟流程圖
為利 貴審查委員瞭解本發明之技術特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本發明配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的權利範圍，合先敘明。
首先，為了讓 貴審查委員更瞭解本發明之技術特徵，將簡要說明液態透鏡(Liquid Lens)之基本概念；任何材質都具有一定的介電特性，亦即在外加電場下，材質間的微粒會受到不同程度的極化，並因而傾向於順著外加電場的方向來排列，如果外加電場的空間分佈是不均勻的，這些被極化的微粒就會受到介電泳動力(dielectrophoretic force)的影響，而進行不同程度的飄移運動，這種可極化的微粒在不均勻的外加電場中所發生
的運動，一般稱之為『介電泳動』；液態透鏡即是藉由介電泳動的機制控制內部液體微滴的幾何形狀，由於極化後的液體微滴包含許多電偶極距，利用不均勻的電場分佈對電偶極距造成強弱不一的吸引力，可有效改變液態透鏡內液體微滴的形狀，亦即可調整液態透鏡的焦距，其中液體微滴可為液晶或任何可被極化的高分子材料，且液體微滴可以不具有導電性，用以產生電場的任何一個電極皆不需要與液體微滴接觸，可有效避免傳統電子式變焦技術中以液珠為鏡片所遭遇到的高耗電量與液珠蒸發等問題；接著，請參閱第一圖與第二圖所示，為本發明具距離辨識之影像處理系統其一較佳實施例之系統架構方塊圖，以及車載運作示意圖，其中本發明之具距離辨識之影像處理系統係可適用於一交通運輸工具(1)之車載裝置，以進行交通運輸工具(1)對周圍至少一目標物(2)之距離辨識，而具距離辨識之影像處理系統係可設置於交通運輸工具(1)外部之適當處，本發明之具距離辨識之影像處理系統係至少包括有：一控制單元(3)；一影像處理單元(4)，係電性連接控制單元(3)，影像處理單元(4)係包括有一快速對焦光學模組(41)、一影像擷取模組(42)、以及一影像處理模組(43)，其中控制單元(3)係調變快速對焦光學模組(41)之對焦距離由近到遠對目標物(2)掃描，影像擷取模組(42)係於快速對焦光學模組(41)由近到遠調變對焦距離的過程中連續擷取目標物(2)之複數張影像，影像處理模組(43)係分析影像中至少一對焦正確之目標物(2)影像，並辨識其距離；此外，快速對焦光學模組(41)係為一液態透鏡模組，一般而言，對焦面越靠近影像擷取模組(42)其景深就越淺；在本發明其一較佳實施例中，藉由液態透
鏡模組之對焦面掃描機制，由近到遠連續取得不同對焦面的目標物(2)影像，藉由適當的液態透鏡模組的調變量設計，使連續拍攝之目標物(2)影像可涵蓋所設定之拍攝距離；以及一顯示單元(5)，係電性連接影像處理單元(4)，顯示單元(5)係包括有一顯示模組(51)，以及一儲存模組(52)，該顯示模組(51)係顯示影像處理模組(43)辨識之目標物(2)影像與其距離，並儲存於儲存模組(52)內；此外，顯示單元(5)係可設置於交通運輸工具(1)之內部並可讓駕駛容易觀看之適當處，而顯示模組(51)係為具有一顯示螢幕之顯示器、智慧型手機、平板電腦或可攜式電腦等其中之一種裝置。
請再一次參閱第二圖所示，在本發明其一較佳實施例中，具距離辨識之影像處理系統係設置於一交通運輸工具(1)之前方適當處，而交通運輸工具(1)之前方係存在有三個目標物(2)，由近至遠分別為一球體(21)、一人物(22)，以及一大樹(23)，其中當控制單元(3)調變快速對焦光學模組(41)之液態透鏡模組的對焦距離由近到遠對三個目標物(2)進行掃描，而影像擷取模組(42)於液態透鏡模組由近到遠調變對焦距離的過程中以每張影像0.6毫秒之擷取速度連續對三個目標物(2)擷取複數張影像，其中每一目標物(2)必定有一張對焦正確的影像，之後由影像處理模組(43)分析複數張影像中對焦正確之目標物(2)影像，透過相似三角形之幾何運算，可獲得目標物(2)之距離，其中相似三角形之幾何運算公式如下列所示：
其中目標物(2)之距離(D)係與目標物(2)實體寬度(H1)及目標物(2)於液態透鏡模組焦距處的成像寬度(H2)之比值呈一函數關係，而F係為一定值。
請一併參閱第三圖與第四圖(A)~(C)所示，為本發明具距離辨識之影像處理系統其一較佳實施例之對焦面掃描示意圖，以及目標物對焦正確影像示意圖，其中當液態透鏡由近到遠調變對焦距離以對交通運輸工具(1)前方之三個目標物(2)進行掃描時，於一掃描時間t內共可擷取k張影像，並顯示於顯示模組(51)中；首先，如第四圖(A)之顯示模組(51)顯示之影像所示，影像擷取模組(42)擷取到位於近距離之球體(21)的對焦正確影像係為第a張影像，亦即影像中僅有近距離之球體(21)影像為對焦正確之清晰影像，後者之人物(22)與大樹(23)皆為模糊影像(圖式中以虛線代替之部分)；接著，液態透鏡模組繼續掃描則擷取到位於中距離之人物(22)對焦正確影像，即為第b張影像，如第四圖(B)所示，近距離之球體(21)影像與遠距離之大樹(23)影像皆為模糊影像；最後，如第四圖(C)所示，影像擷取模組(42)擷取到位於遠距離之大樹(23)的對焦正確影像係為第c張影像；之後由影像處理模組(43)判斷三個目標物(2)之第a、b、c張對焦正確影像，藉由相似三角形之幾何運算公式以辨識三個目標物(2)與交通運輸工具(1)之間的距離；在本發明其一較佳實施例之預設條件中，顯示單元(5)之顯示模組(51)最後僅顯示距離交通運輸工具(1)最近距離之目標物(2)，即為第四圖(A)之球體(21)影像。
此外，為使 貴審查委員能對本發明有更深入且具體之瞭解，請參閱第五圖所示，為本發明具距離辨識之影像處理方法之步驟流程圖，其中具距離辨識之影像處理方法係適用於一交通運輸工具(1)之車載裝置，以進行交通運輸工具(1)對周圍至少一目標物(2)之距離辨識，本發明之具距離辨識之影像處理方法主要包括有下列步驟：
步驟一(S1)：使用一控制單元(3)調變一內建於一影像處理單元(4)之快速對焦光學模組(41)的對焦距離由近到遠對目標物(2)進行掃描；在本發明其一較佳實施例中，快速對焦光學模組(41)係為液態透鏡模組，藉由具有快速對焦功能之液態透鏡模組進行至少一目標物之掃描；步驟二(S2)：使用一內建於影像處理單元(4)之影像擷取模組(42)於快速對焦光學模組(41)由近到遠調變對焦距離的過程中連續對目標物(2)擷取複數張影像；請一併參閱第二圖與第三圖所示，具距離辨識之影像處理系統設置於一交通運輸工具(1)之前方適當處，且交通運輸工具(1)之前方係存在有三個目標物(2)，由近至遠分別為一球體(21)、一人物(22)，以及一大樹(23)，其中當控制單元(3)調變快速對焦光學模組(41)之液態透鏡模組的對焦距離由近到遠對三個目標物(2)進行掃描，而影像擷取模組(42)於液態透鏡模組由近到遠調變對焦距離的過程中以每張影像0.6毫秒之擷取速度於一時間t內連續對三個目標物(2)擷取共k張影像；步驟三(S3)：使用一內建於影像處理單元(4)之影像處理模組(43)分析影像中至少一對焦正確之目標物(2)影像，並辨識其距離；請再一併參閱第三圖與第四圖(A)~(C)所示，其中經由影像處理模組(43)分析影像擷取模組(42)所擷取之k張影像中，第a張影像係為近距離之球體(21)對焦正確之影像，第b張影像係為中距離之人物(22)對焦正確之影像，而第c張影像則為遠距離之大樹(23)對焦正確之影像，再透過相似三角形之幾何運算，可獲得目標物(2)之距離，其中相似三角形之幾何運算公式如下列所示：
其中目標物(2)距離(D)係與目標物(2)實體寬度(H1)與目標物(2)於液態透鏡
模組焦距處成像寬度(H2)的比值呈一函數關係，而F係為一定值；以及步驟四(S4)：使用一顯示單元(5)內建之顯示模組(51)顯示影像處理模組(43)辨識之影像與其距離，並儲存一儲存模組(52)內；此外，顯示單元(5)係可設置於交通運輸工具(1)之內部並可讓駕駛容易觀看之適當處，而顯示模組(51)係為具有一顯示螢幕之顯示器、智慧型手機、平板電腦或可攜式電腦等其中之一種裝置。
由上述之實施說明可知，本發明之具距離辨識之影像處理系統及其方法與現有技術相較之下，本發明係具有以下優點：
1.本發明之具距離辨識之影像處理系統及其方法係藉由具有可快速對焦功能之液態透鏡模組由近到遠調變對焦距離，以針對至少一目標物進行掃描並擷取複數張影像，有效依據至少一張對焦正確之目標物影像得知其距離，達到簡化與加快目標物距離量測之優勢。
2.本發明之具距離辨識之影像處理系統及其方法係藉由具有快速對焦功能之液態透鏡模組進行至少一目標物之影像擷取，直接以液態透鏡模組快速對焦之功能掃描目標物，並依相似三角形之原理推算目標物之距離，可有效解決傳統車載測距系統需要設置光源或藉由傳統透鏡模組自動對焦與繁雜計算而耗費過多時間之缺點，達到即時反應與簡化計算之目的。
3.本發明之具距離辨識之影像處理系統及其方法係可適用於任何型態的交通運輸工具之車載裝置上，駕駛可依據本發明之具距離辨識之影像處理系統及其方法得知車輛周圍之障礙物、行人或車輛與本身車輛之間的距離，並以即時距離顯示之優點提醒駕駛閃避或啟動煞車之動
作，有效增加駕駛反應之時間，達到減少車禍發生的機率與保障人身安全之優勢。
綜上所述，本發明之具距離辨識之影像處理系統及其方法，的確能藉由上述所揭露之實施例，達到所預期之使用功效，且本發明亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求。爰依法提出發明專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。
惟，上述所揭示之圖示及說明，僅為本發明之較佳實施例，非為限定本發明之保護範圍；大凡熟悉該項技藝之人士，其所依本發明之特徵範疇，所作之其它等效變化或修飾，皆應視為不脫離本發明之設計範疇。
(3)‧‧‧控制單元
(4)‧‧‧影像處理單元
(41)‧‧‧快速對焦光學模組
(42)‧‧‧影像擷取模組
(43)‧‧‧影像處理模組
(5)‧‧‧顯示單元
(51)‧‧‧顯示模組
(52)‧‧‧儲存模組
Claims (8)
- 一種具距離辨識之影像處理系統，係至少包括有：一控制單元；一影像處理單元，係電性連接該控制單元，該影像處理單元係包括有一快速對焦光學模組、一影像擷取模組、以及一影像處理模組，其中該控制單元係調變該快速對焦光學模組之對焦距離由近到遠對至少一目標物掃描，該影像擷取模組係於該快速對焦光學模組由近到遠調變對焦距離的過程中連續擷取該目標物之複數張影像，該影像處理模組係分析該等影像中至少一對焦正確之目標物影像，並透過相似三角形之幾何運算，以辨識該目標物之距離，其中相似三角形之幾何運算公式如下：
- 如申請專利範圍第1項所述之具距離辨識之影像處理系統，其中該具距離辨識之影像處理系統係適用於一交通運輸工具之車載裝置，以進行該交通運輸工具對周圍目標物之距離辨識。
- 如申請專利範圍第1項所述之具距離辨識之影像處理系統，其中該快速對焦光學模組係為液態透鏡模組。
- 如申請專利範圍第1項所述之具距離辨識之影像處理系統，其中該顯示模組係為具有一顯示螢幕之顯示器、智慧型手機、平板電腦或可攜式電腦其中之一裝置。
- 一種具距離辨識之影像處理方法，係包括有下列步驟：步驟一：使用一控制單元調變一內建於一影像處理單元之快速對焦光學模組的對焦距離由近到遠對至少一目標物進行掃描；步驟二：使用一內建於該影像處理單元之影像擷取模組於該快速對焦光學模組由近到遠調變對焦距離的過程中連續對該目標物擷取複數張影像；步驟三：使用一內建於該影像處理單元之影像處理模組分析該等影像中至少一對焦正確之目標物影像，並透過相似三角形之幾何運算，以辨識該目標物之距離，其中相似三角形之幾何運算公式如下：
- 如申請專利範圍第5項所述之具距離辨識之影像處理方法，其中該具距離辨識之影像處理方法係適用於一交通運輸工具之車載裝置，以進行該交通運輸工具對周圍目標物之距離辨識。
- 如申請專利範圍第5項所述之具距離辨識之影像處理方法，其中該快速對焦光學模組係為液態透鏡模組。
- 如申請專利範圍第5項所述之具距離辨識之影像處理方法，其中該顯示模組係為具有一顯示螢幕之顯示器、智慧型手機、平板電腦或可攜式電腦其中之一裝置。
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|---|---|
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| TW105101978A TWI585364B (zh) | 2016-01-21 | 2016-01-21 | 具距離辨識之影像處理系統及其方法 |
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| TW (1) | TWI585364B (zh) |
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