TWI596941B - 具有補光調變功能的影像擷取方法及其監控設備 - Google Patents
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Description
本發明係提供一種影像擷取方法及其監控設備，尤指一種具有補光調變功能的影像擷取方法及其監控設備。
隨著社會形態的轉變，人們逐漸聚居到大城市裡，運載工具也因而廣泛進入日常生活之中。為了有效管理運載工具的使用情況，通常會在交通要道設置監控設備，以全天候記錄監控範圍內所有運載工具的行蹤。監控設備主要用來拍攝運載工具的車牌號碼，夜間拍攝模式另使用紅外線光源提供補光亮度，以確保拍攝的車牌號碼不會因為環境亮度過暗而無法辨識。再者，現階段有許多款式的車牌(例如:機車車牌、自小客車的新舊兩種型式車牌、大客車車牌…等等)，每種車牌皆由不同的反射率材質製作。監控影像之清晰度易受到車牌本身材質的影響，例如若車牌由高反射率材質製作，監控影像裡的牌照號碼會因車牌反光而難以辨識，傳統作法係調降補光亮度，使監控影像不要過曝；相較之下，低補光亮度的模式會讓監控影像整體的亮度變暗，當監控範圍內有配載由低反射率材質製作的車牌型式之車輛通過時，監控設備將因為亮度不足而完全無法辨識出監控影像裡的低反射率材質製作的車牌圖樣，而無法正確的辨識出車牌號碼。因此，如何設計一種能夠同時清楚辨識不同反光材質物件的影像擷取方法及其監控設備，便為相關產業的發展目標之一。
本發明係提供一種具有補光調變功能的影像擷取方法及其監控設備，以解決上述之問題。
本發明之申請專利範圍係揭露一種具有補光調變功能的影像擷取方法，應用於具有一發光單元及一影像偵測器之一監控設備。該影像擷取方法包含將該發光單元之一工作週期至少區分為一第一時段與一第二時段，驅動該發光單元在該第一時段和該第二時段各自輸出代表不同亮度值的補光亮度，驅動該影像偵測器在該第一時段和該第二時段分別擷取預設張數之監控影像，比較在該第一時段和該第二時段裡分別擷取的該些監控影像，以及分析該些監控影像之清晰度，並選取該清晰度高於一門檻值之一對應監控影像進行影像辨識。
本發明之申請專利範圍另揭露一種具有補光調變功能的監控設備，其包含有一發光單元以及一影像偵測器。該發光單元所輸出之一補光亮度的亮度值具可調性。該影像偵測器電連接於該發光單元，用來執行前揭的影像擷取方法，以能清楚辨識分別由不同反光率材質製作而成的多個物件。
在已知車牌材質的前提下，本發明的監控設備及其影像擷取方法可設定發光單元在其工作週期內的不同時段分別輸出不同的補光亮度，且影像擷取單元在不同時段(例如第一時段與第二時段)分別擷取出預設張數的第一及第二監控影像。第一監控影像是在低補光亮度環境下拍攝，能清楚辨識到高反光率材質的牌照號碼；第二監控影像是在高補光亮度環境下拍攝，能幫助辨識出低反光率材質的牌照號碼。因此，無論通過監控範圍的物件之車牌是由何種反光率材質製作，監控設備會即時拍攝多張分別於不同補光環境下的監控影像，得以從中取出符合條件的監控影像進行影像辨識。
由於工作週期之各時段、及各時段所配合之代表不同亮度值之補光亮度係因應已知的車牌材質來設計，故監控設備在工作週期內擷取的監控影像必然有數張影像能清楚顯示出牌照號碼。若是未知車牌以何種材料製作，本發明的影像擷取方法提供一套動態調整補光亮度的學習程序，其係根據監控設備是否找到清晰監控影像、清晰影像裡的圖案是否模糊、清晰影像裡圖案的整體辨識率是否符合需求等條件微調補光亮度，以能有效達到精準的牌照辨識效果。當然地，前述的動態調整補光亮度學習程序亦可應用在車牌材質為已知的使用環境。故本發明的具有補光調變功能的影像擷取方法及其監控設備能精確且快速地執行監控範圍內多種材質規格物件的影像辨識。
請參閱第1圖至第4圖，第1圖為本發明實施例之監控設備10之功能方塊圖。第2圖為本發明實施例之影像擷取方法之流程圖，第3圖為本發明實施例之監控設備10與物件16之位置關係示意圖，第4圖為本發明實施例之發光單元12之亮度變化示意圖。監控設備10包含彼此電連接的發光單元12以及影像偵測器14。監控設備10設置在定點位置，用來偵測其監控範圍內的物件16。影像偵測器14可擷取關於監控範圍的監控影像；環境亮度偏低時，發光單元12輸出補光亮度，用來對監控範圍進行補光照明，輔助影像偵測器14取得關於監控範圍的清晰監控影像。於本發明中，發光單元12輸出之補光亮度的亮度值具可調性，為因應不同物件16的不同反光特性，影像偵測器監控設備10可任意改變發光單元12的補光亮度，以使影像偵測器14相應取得適用的監控影像。舉例來說，當監控設備10應用於車況監控系統時，運載工具為拍攝的物件16，影像偵測器14利用發光單元12之補光亮度的可調整特性，能夠針對各種反光特性的物件16適應性取得清晰監控影像，利於正確辨識出運載工具的牌照號碼。於一實施例中，影像偵測器14另可包含影像擷取單元(圖未示)以及影像分析單元(圖未示)，影像擷取單元為可為影像感測器，用來進行影像擷取，取得監控影像。影像分析單元則用來對監控影像進行影像辨識。其中，影像擷取單元及影像分析單元係可設置在同一台攝影機內部、或者影像分析單元係可設置在與攝影機分離之後端的影像處理系統內。此外，本發明的監控設備及其影像擷取方法除了進行牌照號碼的辨識外，亦可應用在其他的影像辨識功能中，例如: 人臉辨識、指紋辨識、虹膜辨識…等等，而不侷限於本專利所述之牌照號碼的辨識的實施例。
第2圖所述影像擷取方法適用於第1圖所示的監控設備10。首先，執行步驟200，監控設備10提供一組專用模式，其係於辨識到物件16在監控範圍R裡移動時開始執行此影像擷取方法。於另一實施例中，可由使用者自行藉由操作介面進行選擇是否開啟監控設備10所提供的專用模式，開始執行此影像擷取方法。此外，於另一實施例中，使用者係可在監控範圍R內設定一個監控區域，步驟200可於物件16進入到監控區域內才開始執行此影像擷取方法。接著，執行步驟202以及步驟204，監控設備10將發光單元12之工作週期T區分成多個時段，且發光單元12在不同時段會各自輸出代表不同亮度值的補光亮度，例如工作週期T可分為第一時段T1與第二時段T2，發光單元12在第一時段T1的補光亮度之亮度值低於在第二時段T2的補光亮度之亮度值。此外，除了工作週期T可以區分為多個時段外，對每個時段的補光亮度亦可由使用者根據實際需求而自行調配。請參閱第5圖，第5圖為本發明另一實施例之發光單元之亮度變化示意圖。舉將工作週期T區分成5個時段為例，該5個時段係彼此連續由T11~T15組成，其分別對應輸出的補光亮度係如第5圖所示。該些時段T11、T12、T13、T14、T15之變化可透過補光亮度逐漸提高、補光亮度逐漸降低、或補光亮度以亮度高低交錯等方式呈現，其應用可由使用者依據實際使用需求自行調整，並不以此為限。
物件16為高速行進的運載工具，監控設備10的監控範圍R因影像偵測器14的視野範圍有所限制，故工作週期T的時間長度較佳應根據物件16的移動速度和監控範圍R的大小來設定；例如物件16的移動速度慢且監控範圍R較廣時，工作週期T的時間較長，物件16的移動速度快且監控範圍R較窄時，工作週期T的時間較短。該多個時段的時間長度一般係根據工作週期T之總長度與所需時段的數量去平均分配，然亦可能給予特定亮度值的補光亮度較為寬鬆的工作時段，其它亮度值的補光亮度的工作時段則相應縮短。工作週期T之時段數量與各時段長度的參數不限於前揭實施態樣所述，端視實際需求而定。
接著，執行步驟206，影像偵測器14在每一個時段分別都會擷取預設張數的監控影像，而監控影像之數量係依工作週期T的時間長度和/或影像偵測器14的幀率（Frame rate）相應調整。工作週期T或其劃分出的時段的時間長度充裕時，影像偵測器14所能擷取的監控影像的預設張數較多；工作週期T或其劃分出的時段的時間長度緊湊時，影像偵測器14所擷取監控影像的預設張數會相應減少。最後，執行步驟208以及步驟210，監控設備10將不同時段裡分別擷取的所有監控影像進行分析比較，計算出所有監控影像之清晰度後，從中選取符合標準(例如清晰度高於特定門檻值)的數張監控影像，以利用符合標準的監控影像進行影像辨識，得到正確的牌照號碼。
步驟208中，影像擷取方法可在監控影像裡設定一個感興趣區域，該感興趣區域之位置較佳對應於運載工具在監控範圍R裡行進時其牌照所在之範圍。影像擷取方法係針對感興趣區域內的圖案進行分析比較，以期減少系統運算量。步驟210中，影像擷取方法可在某張監控影像的清晰度高於特定門檻值時、或是在具有清晰度高於特定門檻值之監控影像的數量大於預設值時，判斷此模式下的補光亮度能配合物件16的材料反光率特性，得以清楚辨識出監控影像裡關於物件16的圖案(意即牌照號碼)，故可將發光單元12在第一時段T1和第二時段T2分別輸出之補光亮度的參數設為確定數值，以相對應地決定發光單元12分別在第一時段T1與第二時段T2的補光亮度。
影像偵測器14在工作週期T內取得的該些監控影像，部份為高補光亮度環境下擷取、部份為低補光亮度環境下擷取，不適合使用者直接目視觀察。故於完成步驟210之後，本發明的影像擷取方法另可選擇性將影像偵測器14在第一時段T1擷取的監控影像建立為第一影像串流，以及將其在第二時段T2擷取的監控影像另建立為第二影像串流，第一影像串流與第二影像串流分別為在相同補光亮度的環境下所拍攝的監控影像組成，所以將第一影像串流與第二影像串流分別進行播放時不會有頻繁明暗閃爍的現象，適於放映在電腦系統的顯示螢幕上供使用者目測檢視。
通常來說，發光單元12於不同時段下的補光亮度係為確定數值，該定值根據監控設備10所在地區的物件16(運載工具)的車牌材質來確定。例如，某一地區或國家的官方車牌有兩種規格材質，材質與其反光率為已知參數，監控設備10可相應定義預設表單，並根據預設表單內容在不同時段分別調整發光單元12輸出的補光亮度，舉例說明，預設表單的內容可以但不限制為包含有反光率、預設補光亮度、相應的補光時段…等等。此外，本發明之影像擷取方法還能進一步根據監控影像之分析結果來調整發光單元12輸出的補光亮度；意即影像擷取方法在比較監控影像之清晰度與特定門檻值但找不到清晰影像時、或是找到清晰影像但分析監控影像裡物件的反光率判定無法辨識牌照號碼時、或是找到清晰影像但清晰影像之數量不符預設張數時，都可相對應調整發光單元12輸出的補光亮度。
綜上所述，在已知車牌材質的前提下，本發明的監控設備及其影像擷取方法可設定發光單元在其工作週期內的不同時段分別輸出不同的補光亮度，且影像擷取單元在不同時段(例如第一時段與第二時段)分別擷取出預設張數的第一及第二監控影像。第一監控影像是在低補光亮度環境下拍攝，能清楚辨識到高反光率材質的牌照號碼；第二監控影像是在高補光亮度環境下拍攝，能幫助辨識出低反光率材質的牌照號碼。因此，無論通過監控範圍的物件的車牌是由何種反光率材質製作，監控設備會即時拍攝多張分別於不同補光環境下的監控影像，得以從中取出符合條件的監控影像進行影像辨識。
由於工作週期之各時段、及各時段所配合之代表不同亮度值之補光亮度係因應已知的車牌材質來設計，故監控設備在工作週期內擷取的監控影像必然有數張影像能清楚顯示出牌照號碼。若是未知車牌以何種材料製作，本發明的影像擷取方法另提供一套動態調整補光亮度的學習程序，其係根據監控設備是否找到清晰監控影像、清晰影像裡的圖案是否模糊、清晰影像裡圖案的整體辨識率是否符合需求等條件微調補光亮度，以能有效達到精準的牌照辨識效果。當然地，前述的動態調整補光亮度學習程序亦可應用在車牌材質為已知的使用環境，例如：當整體環境亮度改變時，可以動態調整補光亮度，以能有效達到精準的牌照辨識效果。相較於先前技術，本發明的具有補光調變功能的影像擷取方法及其監控設備能精確且快速地執行監控範圍內多種材質規格物件的影像辨識。 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‧‧‧監控設備
12‧‧‧發光單元
14‧‧‧影像偵測器
16‧‧‧物件
R‧‧‧監控範圍
T‧‧‧工作週期
T1‧‧‧第一時段
T2‧‧‧第二時段
T11、T12、T13、T14、T15‧‧‧時段
200、202、204、206、208、210‧‧‧步驟
第1圖為本發明實施例之監控設備之功能方塊圖。 第2圖為本發明實施例之影像擷取方法之流程圖。 第3圖為本發明實施例之監控設備與物件之位置關係示意圖。 第4圖為本發明實施例之發光單元之亮度變化示意圖。 第5圖為本發明另一實施例之發光單元之亮度變化示意圖。
200、202、204、206、208、210‧‧‧步驟
Claims (11)
- 一種具有補光調變功能的影像擷取方法，應用於具有一發光單元及一影像偵測器之一監控設備，該影像擷取方法包含： 將該發光單元之一工作週期至少區分為一第一時段與一第二時段； 驅動該發光單元在該第一時段和該第二時段各自輸出代表不同亮度值的補光亮度； 驅動該影像偵測器在該第一時段和該第二時段分別擷取預設張數之監控影像； 比較在該第一時段和該第二時段裡分別擷取的該些監控影像；以及 分析該些監控影像之清晰度，並選取該清晰度高於一門檻值之一對應監控影像進行影像辨識。
- 如請求項1所述之影像擷取方法，其中該監控設備係偵測一物件在一監控範圍內之移動，該影像擷取方法另包含有： 根據該物件之移動速度和該監控範圍之尺寸設定該工作週期之一長度。
- 如請求項1所述之影像擷取方法，其中該影像偵測器在該第一時段和/或該第二時段所擷取之該預設張數之監控影像的數量係依該工作週期之一長度相應調整。
- 如請求項1所述之影像擷取方法，其中該監控設備係偵測一物件在一監控範圍內之移動，該影像擷取方法另包含有： 分析該物件之反光率；以及 根據該反光率，相應調整該發光單元在該第一時段和該第二時段分別輸出之該些補光亮度。
- 如請求項1所述之影像擷取方法，另包含有： 根據該清晰度與該門檻值之一比較結果，相應調整該發光單元在該第一時段和該第二時段分別輸出之該些補光亮度。
- 如請求項1所述之影像擷取方法，其中該監控設備係偵測一物件在一監控範圍內之移動，該物件為一運載工具，且該影像辨識用來辨識該運載工具之一牌照號碼。
- 如請求項1所述之影像擷取方法，另包含有： 將該影像偵測器在該第一時段與該第二時段擷取之該些監控影像分別建立一第一影像串流以及一第二影像串流。
- 如請求項1所述之影像擷取方法，其中該監控設備係於偵測到一物件在一監控範圍內移動時，執行該影像擷取方法。
- 如請求項1所述之影像擷取方法，其中於該監控影像之清晰度高於一門檻值時，確定該發光單元在該第一時段和該第二時段分別輸出之該些補光亮度。
- 如請求項9所述之影像擷取方法，其中更包含： 計數該些監控影像之清晰度高於一門檻值之監控影像的數量；以及 當數量大於一預設值時，確定該發光單元在該第一時段和該第二時段分別輸出之該些補光亮度。
- 一種具有補光調變功能的監控設備，其包含有： 一發光單元，其輸出之一補光亮度的亮度值具可調性；以及 一影像偵測器，電連接於該發光單元，用來執行如請求項1至請求項10之其中之一或其組合所述之影像擷取方法，以能清楚辨識分別由不同反光率材質製作而成的多個物件。
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