TWI604416B - 影像流量分析方法及具有影像流量分析功能的攝影機 - Google Patents

影像流量分析方法及具有影像流量分析功能的攝影機 Download PDF

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Description

影像流量分析方法及具有影像流量分析功能的攝影機
本發明係提供一種監控攝影機，尤指一種具有影像流量分析功能的攝影機及相關的影像流量分析方法。
請參閱第13圖，第13圖為習知技術之流量分析技術之示意圖。流量分析技術廣泛應用在商場、風景區的遊客流量統計，或道路、停車場的車流量計算等方面，行人或車輛穿越特定出入口就視為一筆流量資訊。如第13圖所示，為了判斷物件30是否通過缺口32，傳統流量分析技術會在缺口處劃設一條偵測線Ls，只要物件30穿越偵測線Ls即認為該物件30符合條件，而增加流量計數。但是，傳統的流量分析技術不能辨識出物件30通過缺口32後的行為，例如：傳統流量分析技術係認為物件30沿著方向V1及方向V2的移動都符合流量技術標準，然實際上使用者並不希望將物件30沿著方向V2的移動行為算入流量計數中。因此，如何設計一種能夠有效分辨物件相對於缺口之移動距離及方向的嶄新流量分析技術，便為相關監控產業的重點發展目標。
本發明係提供一種具有影像流量分析功能的攝影機及相關的影像流量分析方法，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流量分析方法，用來判斷一物件是否通過一監控區域。該影像流量分析方法包含有在關連於該監控區域之一視訊畫面中劃設兩條邊界以形成一計數流道，利用該兩條邊界的相對應端點分別定義該計數流道的一入口分界以及一出口分界，當該物件經由該些邊界、該入口分界及該出口分界的其中之一進入該計數流道時設定一起始點，且在該物件經由該些邊界、該入口分界及該出口分界的其中之一離開該計數流道時設定一終止點，以及利用該起始點與該終止點，判斷該物件是否通過該計數流道。
本發明之申請專利範圍另揭露利用該起始點與該終止點，判斷該物件是否通過該計數流道之步驟包含透過該起始點與該終止點定義出一移動向量，計算該移動向量相對於一參考軸之一投影長度，以及根據該投影長度與一門檻值的比較結果，判斷該物件是否通過該計數流道。
本發明之申請專利範圍另揭露利用該兩條邊界定義至少一參考點，計算該至少一參考點與該起始點之一第一距離、及該至少一參考點與該終止點之一第二距離，以及該第一距離和該第二距離的差值之絕對值大於一預設值時，判斷該物件通過該計數流道。
本發明之申請專利範圍另揭露一種具有影像流量分析功能的攝影機，其包含有一影像擷取器以及一運算控制器。該影像擷取器用來擷取一視訊畫面。該運算控制器電連接該影像擷取器，用來執行如前段說明所述之影像流量分析方法，以計算該視訊畫面中一物件的通過數量。
本發明的影像流量分析方法以劃設邊界的方式，由使用者根據監控區域內物件移動的位置分佈與方向自行決定計數流道的尺寸，定義出計數流道的進出方向和邊界範圍，如此可大幅提高對物件移動的些微偏差的容忍度，沒有沿著定義方向穿越計數流道的物件被排除，故能顯著提高流量計數的正確率。
請參閱第1圖，第1圖為本發明實施例之攝影機10之功能方塊圖。攝影機10包含影像擷取器12以及運算控制器14，並可選擇性搭配連結於影像顯示器16和/或輸入裝置18。影像擷取器12用來擷取視訊畫面，運算控制器14電連接影像擷取器12以利用視訊畫面執行影像流量分析方法，意即計算視訊畫面中物件在某些區域的通過數量。影像顯示器16可以是觸控顯示器，除了用來顯示視訊畫面，還能讓使用者透過觸控功能在視訊畫面上劃設流量分析用的計數流道。或者，影像顯示器16可為非觸控顯示器，使用者另藉由輸入裝置18在視訊畫面形成計數流道。輸入裝置18可為鍵盤、滑鼠等。
請參閱第2圖至第5圖，第2圖與第3圖分別為本發明不同實施例之應用攝影機10的情境示意圖，第4圖為本發明實施例之影像流量分析方法之流程圖，第5圖為本發明實施例之具有計數流道C的視訊畫面I之示意圖。攝影機10係拍攝特定監控區域以取得視訊畫面I。使用者根據監控需求，在視訊畫面I上劃設對應於監控區域之特定範圍的計數流道C。攝影機10可執行影像流量分析方法以分析物件20是否通過計數流道C，意即能解讀出物件20是否沿著特定方向穿越監控區域，故而第4圖所述之影像流量分析方法適宜應用在第1圖所示之攝影機10。
首先，步驟400在關連於監控區域的視訊畫面I中劃設兩條邊界L1、L2以形成計數流道C；影像擷取器12對準監控區域以取得視訊畫面I，讓視訊畫面I能完整呈現監控區域內的各項細節。使用者可利用輸入裝置18在視訊畫面I手動劃設該些邊界L1、L2以形成計數流道C，或是在視訊畫面I上點選劃設指令，由系統於視訊畫面I形成具有兩邊界L1、L2的計數流道C。該些邊界L1、L2可透過箭頭指出計數流道C的流道方向，如第3圖所示；若是該些邊界L1、L2沒有箭頭，如第2圖所示，則可由該些邊界的劃設方向去定義其流道方向，然實際應用不限於此。接著，步驟402利用兩條邊界L1、L2的端點P11、P21定義出口分界E1，再用端點P12、P22定義入口分界E2。出口分界E1與入口分界E2在視訊畫面I中通常為虛擬型態，無法直接目視得知。
於步驟404中，當物件20經由該些邊界L1、L2和出口分界E1與入口分界E2的其中任一個進入計數流道C，影像流量分析方法將該進入位置設定為起始點Pa，並在物件20經由該些邊界L1、L2和出口分界E1與入口分界E2的其中任一個(可相同或相異於進入位置)離開計數流道C設定成終止點Pb。如第2圖與第5圖所示，軌跡T與入口分界E2及出口分界E1的交點分別為起始點Pa和終止點Pb。因此，步驟406就能利用起始點Pa與終止點Pb判斷物件20是否通過計數流道C，據此精確計算穿越監控區域的物件20的數量。為了調控影像流量分析方法的靈敏度，該些邊界L1、L2的長度和/或間距可以任意調整，計數流道C的範圍隨其調整自然相應變化。邊界L1、L2的間距較短，計數流道C的範圍較小，從計數流道C外緣經過的物件20不會被計入；邊界L1、L2的間距越長，計數流道C的範圍越大，能確保所有進入監控區域的物件20都能被分析到。此外，邊界L1、L2的長度較短，流量分析方法的靈敏度越高；邊界L1、L2的長度越長，流量分析方法的靈敏度越則越低。
本發明的影像流量分析方法可透過數種方式判斷物件20是否通過計數流道C。請參閱第5圖與第6圖，第6圖為本發明另一實施例之具有計數流道C的視訊畫面I之示意圖。首先，影像流量分析方法利用該些邊界L1、L2定義參考軸Ax。在第5圖中，兩條邊界L1、L2彼此非平行時，該些邊界L1、L2之延伸線會形成交錯點N，並將交錯點N與終止點Pb的連線定義為參考軸Ax。在第6圖中，兩條邊界L1、L2平行無交錯，參考軸Ax可定義為任何相交於終止點Pb且實質平行該些邊界L1、L2的虛擬線。接著，影像流量分析方法分解軌跡T以定義移動向量Vm，並計算移動向量Vm相對於參考軸Ax的投影長度Lp。最後，影像流量分析方法以計數流道C的預設比例長度作為門檻值，例如門檻值可為計數流道C長度的90%；最後比較投影長度Lp與門檻值，投影長度Lp大於門檻值時，判斷物件20有通過計數流道C；若否，則認定物件20沒有通過計數流道C。
請參閱第7圖，第7圖為本發明另一實施例之具有計數流道C的視訊畫面I之示意圖。此實施例的軌跡T有部分在邊界L1外(也有可能在邊界L2、出口分界E1或入口分界E2外)，故會形成兩個起始點Pa及兩個終止點Pb，也相應產生兩段投影長度Lp。影像流量分析方法係將該些投影長度Lp的總和比較於門檻值，以判斷物件20是否符合通過計數流道C的條件。
除此之外，影像流量分析方法還可選擇性地比較移動向量Vm與計數流道C之流道方向的指向差異。計數流道C之流道方向係相當於參考軸Ax之軸向，指向差異等於移動向量Vm相對於計數流道C的偏移量。當指向差異介於容忍範圍內時，物件20的移動方向大致符合計數流道C的走向，影像流量分析方法判斷物件20能夠通過計數流道C；若指向差異超過容忍範圍，表示物件20的移動方向沒有遵循流道方向穿越計數流道C，影像流量分析方法便可以認定物件20沒有通過計數流道C。容忍範圍一般設定為30度，其係表示移動向量Vm和流道方向的夾角；容忍範圍的數值並不限於此，端視實際需求而定。
請參閱第8圖與第9圖，第8圖與第9圖分別為本發明另一實施例之具有計數流道C的視訊畫面I之示意圖。本實施例的影像流量分析方法與前述影像流量分析方法略有不同。首先以第8圖為例，兩條邊界L1、L2非平行，影像流量分析方法將兩條邊界L1、L2延伸交錯所形成的交錯點定義為參考點Pr(意即本實施例僅會有一個參考點Pr)，接著計算參考點Pr與起始點Pa間的第一距離D1、及參考點Pr與終止點Pb間的第二距離D2。最後，影像流量分析方法比較第一距離D1和第二距離D2之差值相對於預設值的大小，預設值根據實際需求可隨意改變 以決定流量計數的靈敏度。當所述差值的絕對值大於預設值時，即可判斷物件20通過了計數流道C；反之表示物件20沒有通過計數流道C。
在第9圖中，兩條邊界L1、L2彼此平行無交錯，此實施態樣較佳具有兩個以上的參考點Pr1、Pr2，視軌跡T是否部分突出計數流道C而定。參考點Pr1係為相連於起始點Pa且實質平行該些邊界L1、L2的虛擬線與入口分界E2相交之第一交點，參考點Pr2則是相連於終止點Pb且實質平行該些邊界L1、L2的虛擬線與入口分界E2相交之第二交點。故第一距離D1即為參考點Pr1(第一交點)與起始點Pa的間距，第二距離D2另為參考點Pr2(第二交點)與終止點Pb的間距。在第8圖及第9圖所示實施例中，第一距離D1大於第二距離D2時表示物件20進入計數流道C，而第一距離D1小於第二距離D2則判斷物件20離開計數流道C。上述實施例之計數流道C的流道方向可順著軌跡T和/或該些邊界L1、L2的指向、或依使用者繪製該些邊界L1、L2時的劃設方向而定，其設計可具多種變化，於此不再詳加敘明。
請參閱第10圖，第10圖為本發明另一實施例之計數流道C之設計示意圖。當使用者在視訊畫面上劃設兩條邊界L1、L2後，攝影機10可根據預設的間距參數在該些邊界L1、L2之間選擇性地自動產生多條線段，例如線段L3、L4、L5，然其數量並不限於此。該些線段L3~L5可作為判斷物件20是在該些邊界L1、L2內或外(意即計數流道C內外)的參考基準。特別一提的是，計數流道C形成後，使用者仍可任意調整該些邊界L1、L2的各式參數，例如夾角、旋轉角、長度、指向、間隔距離等，使用者能隨意改變計數流道C的範圍，以自行調整影像流量分析方法的靈敏度及辨識精確度。
第5圖與第6圖的出口分界E1與入口分界E2係以直線連結該些邊界L1、L2的該些端點P11、P12、P21、P22，然不限於此，如第2圖的出口分界E1與入口分界E2就屬弧線樣式。以第11圖為例，第11圖為本發明另一實施例之具有弧線出入口分界的計數流道C之示意圖。首先將該些邊界L1、L2延伸形成的交錯點N定為圓心畫出兩個同心圓弧C1、C2(或可為完整的圓形)。圓弧C1的半徑為交錯點N與端點P12、P22的距離，圓弧C2的半徑為交錯點N與端點P11、P21的距離。圓弧C1介於端點P12、P22間的弧線區段作為入口分界E2，圓弧C2之介於端點P11、P21間的弧線區段作為出口分界E1，如此設定出計數流道C的範圍。如第10圖所示實施例，本實施例亦可在該些邊界L1、L2間自動產生多條線段L3、L4、L5，作為參考基準供判斷物件20是在該些邊界L1、L2的內部或外面；該些邊界L1、L2的長度與間距等參數亦能任意改變以調整影像流量分析方法的靈敏度。
請參閱第12圖，第12圖為本發明另一實施例之具特殊形狀的計數流道C之示意圖。此實施例的兩條邊界L1、L2的夾角可為360度，該些邊界L1、L2間的環型區域即為計數流道C；或可解釋成兩條邊界L1、L2的夾角是0度，該些邊界L1、L2間的環型區域仍屬影像流量分析方法所需的計數流道C。環型計數流道C的中心處不是流道範圍，凡是從中心處(計數流道C之內部)移往計數流道C之外部的物件20、或是從計數流道C之外部進入中心處(計數流道C之內部) 的物件20，都會被影像流量分析方法計入流量資訊。
綜上所述，本發明的影像流量分析方法以劃設邊界的方式，由使用者根據監控區域內物件移動的位置分佈與方向自行決定計數流道的尺寸，定義出計數流道的進出方向和邊界範圍，如此可大幅提高對物件移動的些微偏差的容忍度，沒有沿著定義方向穿越計數流道的物件被排除，故能顯著提高流量計數的正確率。 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‧‧‧攝影機
12‧‧‧影像擷取器
14‧‧‧運算控制器
16‧‧‧影像顯示器
18‧‧‧輸入裝置
20‧‧‧物件
30‧‧‧物件
32‧‧‧缺口
C‧‧‧計數流道
C1、C2‧‧‧圓弧
I‧‧‧視訊畫面
L1、L2‧‧‧邊界
L3、L4、L5‧‧‧線段
P11、P21、P12、P22‧‧‧端點
E1‧‧‧出口分界
E2‧‧‧入口分界
T‧‧‧軌跡
Pa‧‧‧起始點
Pb‧‧‧終止點
Ax‧‧‧參考軸
Vm‧‧‧移動向量
Lp‧‧‧投影長度
Pr、Pr1、Pr2‧‧‧參考點
D1‧‧‧第一距離
D2‧‧‧第二距離
Ls‧‧‧偵測線
V1、V2‧‧‧方向
400、402、404、406‧‧‧步驟
第1圖為本發明實施例之攝影機之功能方塊圖。 第2圖與第3圖分別為本發明不同實施例之應用攝影機的情境示意圖。 第4圖為本發明實施例之影像流量分析方法之流程圖。 第5圖為本發明實施例之具有計數流道的視訊畫面之示意圖。 第6圖為本發明另一實施例之具有計數流道的視訊畫面之示意圖。 第7圖為本發明另一實施例之具有計數流道的視訊畫面之示意圖。 第8圖與第9圖分別為本發明不同實施例之具有計數流道的視訊畫面之示意圖。 第10圖為本發明另一實施例之計數流道之設計示意圖。 第11圖為本發明另一實施例之具有弧線出入口分界的計數流道之示意圖。 第12圖為本發明另一實施例之具特殊形狀的計數流道之示意圖。 第13圖為習知技術之流量分析技術之示意圖。
10‧‧‧攝影機
20‧‧‧物件
C‧‧‧計數流道
L1、L2‧‧‧邊界
P11、P21、P12、P22‧‧‧端點
E1‧‧‧出口分界
E2‧‧‧入口分界

Claims (11)

  1. 一種影像流量分析方法，用來判斷一物件是否通過一監控區域，該影像流量分析方法包含有：在關連於該監控區域之一視訊畫面中劃設兩條邊界以形成一計數流道；利用該兩條邊界的相對應端點分別定義該計數流道的一入口分界以及一出口分界；當該物件經由該些邊界、該入口分界及該出口分界的其中之一進入該計數流道時設定一起始點，且在該物件經由該些邊界、該入口分界及該出口分界的其中之一離開該計數流道時設定一終止點；透過該起始點與該終止點定義出一移動向量；計算該移動向量相對於一參考軸之一投影長度；以及根據該投影長度與一門檻值的比較結果，判斷該物件是否通過該計數流道。
  2. 如請求項1所述之影像流量分析方法，其中當該兩條邊界延伸交錯形成一交錯點時，該參考軸係為該交錯點與該終止點的連線。
  3. 如請求項1所述之影像流量分析方法，其中當該兩條邊界無交錯時，該參考軸係為相交於該終止點且實質平行於該些邊界的虛擬線。
  4. 如請求項1所述之影像流量分析方法，其中該兩條邊界的該相對應端點選擇性以直線或弧線定義其連結關係以作為該入口分界與該出口分界。
  5. 如請求項1所述之影像流量分析方法，其中該門檻值為該計數流道之 長度的一預設比例。
  6. 如請求項1所述之影像流量分析方法，更包含，調整該些邊界之長度。
  7. 一種影像流量分析方法，用來判斷一物件是否通過一監控區域，該影像流量分析方法包含有：在關連於該監控區域之一視訊畫面中劃設兩條邊界以形成一計數流道；利用該兩條邊界的相對應端點分別定義該計數流道的一入口分界以及一出口分界；當該物件經由該些邊界、該入口分界及該出口分界的其中之一進入該計數流道時設定一起始點，且在該物件經由該些邊界、該入口分界及該出口分界的其中之一離開該計數流道時設定一終止點；利用該兩條邊界定義至少一參考點；計算該至少一參考點與該起始點之一第一距離、及該至少一參考點與該終止點之一第二距離；以及該第一距離和該第二距離的差值之絕對值大於一預設值時，判斷該物件通過該計數流道。
  8. 如請求項7所述之影像流量分析方法，其中當該兩條邊界延伸交錯形成一交錯點時，該至少一參考點之數量為1，且該參考點係為該交錯點。
  9. 如請求項7所述之影像流量分析方法，其中當該兩條邊界無交錯時，該至少一參考點之數量為2，且該些參考點其中之一係為相連於該起始點且實質平行於該些邊界的虛擬線與該入口分界相交之一第一交點，該些參考點其中之另一係為相連於該終止點且實質平行於該些邊界的虛擬線與該入口分界相交之一第二交點，其中，該第一距離係為該第一交點與該起始點之距 離，該第二距離係為該第二交點與該終止點之距離。
  10. 如請求項7所述之影像流量分析方法，其係於該第一距離大於該第二距離時判斷該物件進入該計數流道，或於該第一距離小於該第二距離時判斷該物件離開該計數流道。
  11. 一種具有影像流量分析功能的攝影機，其包含有：一影像擷取器，用來擷取一視訊畫面；以及一運算控制器，電連接該影像擷取器，該運算控制器用來執行如請求項1至6、或7至10所述之影像流量分析方法，以計算該視訊畫面中一物件的通過數量。
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