TWI610569B - 物體追蹤資訊的傳輸與顯示方法及其系統 - Google Patents

物體追蹤資訊的傳輸與顯示方法及其系統 Download PDF

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Abstract

一種物體追蹤資訊的傳輸與顯示方法,包含下列步驟:由一攝影機擷取一影像,其中該影像存在一物體;由該攝影機分析該影像,以得到該物體之一3D世界座標資訊;由該攝影機將一投影矩陣、該影像與該3D世界座標資訊傳送至一顯示器;由該顯示器以該投影矩陣將該3D世界座標資訊轉換為一2D影像座標資訊;以及由該顯示器顯示該影像且根據該2D影像座標資訊於該影像中顯示對應該物體之一圖案。

Description

物體追蹤資訊的傳輸與顯示方法及其系統
本發明關於一種物體追蹤資訊的傳輸與顯示方法及其系統,尤指一種可有效減少資料傳輸量之物體追蹤資訊的傳輸與顯示方法及其系統。
目前,在以攝影機進行物體追蹤時,皆是由攝影機分析影像,得到物體在影像中的2D影像座標資訊,再將物體之2D影像座標資訊傳送至顯示器,細節可參考"ONVIFTM Analytics Service Specification"(http://www.onvif.org/specs/srv/analytics/ONVIF-Analytics-Service-Spec-v250.pdf)。接著,再由顯示器根據物體之2D影像座標資訊於影像中顯示對應物體之追蹤資訊。當追蹤資訊包含物體之形狀、長、寬、高等資訊時,攝影機便需傳送對應不同追蹤資訊的2D影像座標資訊給顯示器,造成資料傳輸量的增加。資料傳輸量愈多,系統運算負荷就愈大,進而對系統整體效能產生影響。
本發明的目的之一在於提供一種可有效減少資料傳輸量之物體追蹤資訊的傳輸與顯示方法及其系統,以解決上述問題。
根據一實施例,本發明之物體追蹤資訊的傳輸與顯示方法包含下列步驟:由一攝影機擷取一影像,其中該影像存在一物體;由該攝影機分析該影像,以得到該物體之一3D世界座標資訊;由該攝影機將一投影矩陣、該影像與該3D世界座標資訊傳送至一顯示器;由該顯示器以該投影矩陣將該3D世界座標資訊轉換為一2D影像座標資訊;以及由該顯示器顯示該影像且根據該2D影像座標資訊於該影像中顯示對應該物體之一圖案。
根據另一實施例,本發明之物體追蹤資訊的傳輸與顯示系統包含一攝影機以及一顯示器。該攝影機擷取一影像,其中該影像存在一物體。該攝影機分析該影像,以得到該物體之一3D世界座標資訊。該顯示器與該攝影機形成通訊。該攝影機將一投影矩陣、該影像與該3D世界座標資訊傳送至該顯示器。該顯示器以該投影矩陣將該3D世界座標資訊轉換為一2D影像座標資訊。該顯示器顯示該影像且根據該2D影像座標資訊於該影像中顯示對應該物體之一圖案。
綜上所述,在攝影機擷取影像後,先由攝影機分析影像,得到物體在真實世界中的3D世界座標資訊,再將物體之3D世界座標資訊傳送至顯示器。接著,再由顯示器以攝影機之投影矩陣將物體之3D世界座標資訊轉換為影像中的2D影像座標資訊。藉此,顯示器即可根據2D影像座標資訊於影像中顯示對應物體之圖案,其中此圖案即為追蹤資訊。由於2D影像座標資訊係由顯示器產生,攝影機只要傳送物體在真實世界中的3D世界座標資訊給顯示器即可,因此,本發明可大幅減少資料傳輸量,進而增進系統整體效能。此外,由於2D影像座標資訊係由顯示器產生,顯示器可根據2D影像座標資訊直接客製化追蹤資訊的顯示方式,因此,攝影機不需針對不同的追蹤資訊傳送不同的2D影像座標資訊至顯示器。
關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。
請參閱第1圖至第3圖,第1圖為根據本發明一實施例之物體追蹤資訊的傳輸與顯示系統1的功能方塊圖,第2圖為第1圖中的攝影機10所擷取之影像I的示意圖,第3圖為根據本發明一實施例之物體追蹤資訊的傳輸與顯示方法的流程圖。第3圖中的物體追蹤資訊的傳輸與顯示方法適用於第1圖中的物體追蹤資訊的傳輸與顯示系統1。
如第1圖所示,物體追蹤資訊的傳輸與顯示系統1包含一攝影機10以及一顯示器12,其中顯示器12與攝影機10形成通訊。於此實施例中,攝影機10可為立體攝影機或已校正攝影機(calibrated camera),且顯示器12可為電腦螢幕、監視器、電視、平板電腦或其它具有顯示功能之電子裝置。於實際應用中,顯示器12與攝影機10可以有線或無線的方式形成通訊,顯示器12與攝影機10之間的通訊網路可為區域網路(local area network)或網際網路(Internet)。
在以物體追蹤資訊的傳輸與顯示系統1進行物體追蹤資訊的傳輸與顯示時,首先,由攝影機10擷取一影像I(第3圖中的步驟S10)。如第2圖所示,影像I存在複數個物體O1-O4。需說明的是,影像I存在之物體數量可為一或多個,不以第2圖所繪示之實施例為限。此外,第2圖所繪示之物體O1-O4係以行人為例。然而,於另一實施例中,影像I存在之物體亦可為車輛、動物或其它物體。
接著,由攝影機10分析影像I,以得到物體O1-O4之3D世界座標資訊(第3圖中的步驟S12)。上述之3D世界座標資訊係為物體O1-O4在真實世界中的3D世界座標資訊,其中3D世界座標資訊可包含物體O1-O4之位置座標(例如該物體腳底間的一個點座標或該物體頭頂的一個點座標)及/或高度(一個數字)。需說明的是,上述之3D世界座標資訊之取得方式係為習知技藝之人所熟,細節可參考Leibe, K. Schindler, N. Cornelis, L. Van Gool, "Coupled Object Detection and Tracking from Static Cameras and Moving Vehicles" Pattern Analysis and Machine Intelligence, IEEE Transactions on, Vol. 30, No. 10. (Oct 2008), pp. 1683-1698以及M. Munaro, F. Basso and E. Menegatti. "Tracking people within groups with RGB-D data". Proceedings of the International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) 2012,在此不再贅述。
接著,由攝影機10將一投影矩陣(projection matrix)、影像I與物體O1-O4之3D世界座標資訊傳送至顯示器12(第3圖中的步驟S14)。請參閱下列公式一,公式一中的
Figure TWI610569BD00001
係為攝影機10之投影矩陣,(x,y,w)係為2D齊次座標(homogeneous coordinate),且(X,Y,Z,T)係為3D齊次座標。
公式一:
Figure TWI610569BD00002
於公式一中,(X,Y,Z,T)中的X、Y、Z係為真實世界中的3D世界座標點(以攝影機10為原點),且(x,y,w)中的x、y係為影像I中的2D影像座標點。此外,(X,Y,Z,T)中的T與(x,y,w)中的w是為了寫成齊次座標而增加的一個比例因子(scaling factor)。在齊次座標下,一個點座標乘以一個比例因子後,還是會對應到同一點。例如,(1, 2, 3, 1)與(2, 4, 6, 2)係為同一點。關於攝影機如何計算自身投影矩陣及投影矩陣的相關應用,可參閱“Richard Hartley and Andrew Zisserman, "Multiple View Geometry in Computer Vision", Second Edition, Cambridge University Press, March 2004”。
接著,由顯示器12根據公式一以投影矩陣將物體O1-O4於真實世界中的3D世界座標資訊轉換為物體O1-O4於影像I中的2D影像座標資訊(第3圖中的步驟S16)。需說明的是,攝影機10只要一次性地把投影矩陣傳送至顯示器12,顯示器12即可重複使用投影矩陣將真實世界中的3D世界座標資訊轉換為影像I中的2D影像座標資訊。
最後,由顯示器12顯示影像I且根據2D影像座標資訊於影像I中顯示對應物體O1-O4之圖案P1-P4(第3圖中的步驟S18),其中圖案P1-P4即為追蹤資訊。第2圖所繪示之圖案P1-P4係為相同圓形形狀,然而,本發明亦可將圖案P1-P4顯示為不同形狀(例如,矩形、圓形、三角形、任意多邊形等),以方便使用者辨識物體O1-O4。此外,於此實施例中,顯示器12係於物體O1-O4之一頂端(例如,頭)上顯示圖案P1-P4。於另一實施例中,顯示器12亦可於物體O1-O4之一底端(例如,腳底之間)上顯示圖案P1-P4。換言之,顯示器12可選擇性地於物體O1-O4之頂端或底端上顯示圖案P1-P4,視實際應用而定。當然,本發明亦可將圖案P1-P4顯示於物體O1-O4之附近。
請參閱第4圖,第4圖為以框架F1-F4作為物體O1-O4之追蹤資訊的示意圖。如第4圖所示,在得到物體O1-O4於影像I中的2D影像座標資訊後,顯示器12可以一預設真實長度將2D影像座標資訊擴展成框架F1-F4,以作為物體O1-O4之追蹤資訊。上述之預設真實長度可為人類平均身體寬度及/或厚度(例如,24公分)或其它數值。於此實施例中,框架F1-F4係為立方體。由於物體O1-O4之2D影像座標資訊與高度為已知,因此,本發明可以上述之預設真實長度將物體O1-O4之2D影像座標資訊向四周擴展,且以物體O1-O4之高度作為框架F1-F4之高度,即可得到第4圖所示之框架F1-F4。
於先前技術中,若欲得到第4圖所示之框架F1-F4,先前技術必須由攝影機傳送框架之八個頂點的點座標給顯示器。然而,本發明只需由攝影機傳送物體O1-O4之位置座標(一個點)與高度(一個數字)給顯示器,顯示器即可根據上述方式得到第4圖所示之框架F1-F4。因此,本發明可大幅減少資料傳輸量,進而增進系統整體效能。
於另一實施例中,當影像中的物體數量大於或等於預定數量時,可於物體上顯示第2圖所示之圖案P1-P4;而當影像中的物體數量小於預定數量時,可於物體上顯示第4圖所示之框架F1-F4。
請參閱第5圖,第5圖為以不同尺寸顯示追蹤資訊圖案P1-P4的示意圖。當攝影機10傳送給顯示器12之3D世界座標資訊包含物體O1-O4之高度時,本發明可進一步根據物體O1-O4之高度以不同尺寸顯示圖案P1-P4。當物體之高度大於或等於預設高度時,可由顯示器12以一第一尺寸顯示圖案;而當高度小於預設高度時,可由顯示器12以一第二尺寸顯示圖案,其中第二尺寸小於第一尺寸。舉例而言,可將上述之預設高度設定為大人與小孩的判定標準,例如,140公分。如第5圖所示,物體O1-O2係為大人,且物體O3-O4係為小孩,物體O1-O2之高度大於或等於預設高度,且物體O3-O4之高度小於預設高度。此時,顯示器12即會以較大的第一尺寸顯示圖案P1-P2,且以較小的第二尺寸顯示圖案P3-P4。藉此,使用者即可根據圖案P1-P4之尺寸得知物體O1-O4中何者為大人與何者為小孩。
請參閱第6圖,第6圖為以不同形狀顯示追蹤資訊圖案P1-P4的示意圖。當攝影機10傳送給顯示器12之3D世界座標資訊包含物體O1-O4之高度時,本發明可進一步根據物體O1-O4之高度以不同形狀顯示圖案P1-P4。當物體之高度大於或等於預設高度時,可由顯示器12以一第一形狀顯示圖案;而當高度小於預設高度時,可由顯示器12以一第二形狀顯示圖案,其中第二形狀不同於第一形狀。舉例而言,可將上述之預設高度設定為大人與小孩的判定標準,例如,140公分。如第6圖所示,物體O1-O2係為大人,且物體O3-O4係為小孩,物體O1-O2之高度大於或等於預設高度,且物體O3-O4之高度小於預設高度。此時,顯示器12即會以第一形狀(例如,矩形)顯示圖案P1-P2,且以第二形狀(例如,三角形)顯示圖案P3-P4。藉此,使用者即可根據圖案P1-P4之形狀得知物體O1-O4中何者為大人與何者為小孩。
此外,當攝影機10傳送給顯示器12之3D世界座標資訊包含物體O1-O4之高度時,本發明可進一步根據物體O1-O4之高度以不同尺寸及形狀顯示圖案P1-P4。當物體之高度大於或等於預設高度時,可由顯示器12以一第一尺寸及第一形狀顯示圖案;而當高度小於預設高度時,可由顯示器12以一第二尺寸及第二形狀顯示圖案,其中第二尺寸小於第一尺寸且第二形狀不同於第一形狀。舉例而言,可將上述之預設高度設定為大人與小孩的判定標準,例如,140公分。藉此,使用者即可根據圖案P1-P4之尺寸及形狀得知物體O1-O4中何者為大人與何者為小孩。
需說明的是,本發明之物體追蹤資訊的傳輸與顯示方法之控制邏輯可以軟體設計來實現。此軟體可於攝影機與顯示器組成之系統中執行。當然,控制邏輯中的各個部分或功能皆可透過軟體、硬體或軟硬體的組合來實現。
綜上所述,在攝影機擷取影像後,先由攝影機分析影像,得到物體在真實世界中的3D世界座標資訊,再將物體之3D世界座標資訊傳送至顯示器。接著,再由顯示器以攝影機之投影矩陣將物體之3D世界座標資訊轉換為影像中的2D影像座標資訊。藉此,顯示器即可根據2D影像座標資訊於影像中顯示對應物體之圖案,其中此圖案即為追蹤資訊。由於2D影像座標資訊係由顯示器產生,攝影機只要傳送物體在真實世界中的3D世界座標資訊給顯示器即可,因此,本發明可大幅減少資料傳輸量,進而增進系統整體效能。此外,由於2D影像座標資訊係由顯示器產生,顯示器可根據2D影像座標資訊直接客製化追蹤資訊的顯示方式,因此,攝影機不需針對不同的追蹤資訊傳送不同的2D影像座標資訊至顯示器。 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。
1‧‧‧物體追蹤資訊的傳輸與顯示系統
10‧‧‧攝影機
12‧‧‧顯示器
I‧‧‧影像
F1-F4‧‧‧框架
O1-O4‧‧‧物體
P1-P4‧‧‧圖案
S10-S18‧‧‧步驟
第1圖為根據本發明一實施例之物體追蹤資訊的傳輸與顯示系統的功能方塊圖。 第2圖為第1圖中的攝影機所擷取之影像的示意圖。 第3圖為根據本發明一實施例之物體追蹤資訊的傳輸與顯示方法的流程圖。 第4圖為以框架作為物體之追蹤資訊的示意圖。 第5圖為以不同尺寸顯示追蹤資訊圖案的示意圖。 第6圖為以不同形狀顯示追蹤資訊圖案的示意圖。
S10-S18‧‧‧步驟

Claims (10)

  1. 一種物體追蹤資訊的傳輸與顯示方法,包含下列步驟: 由一攝影機擷取一影像,其中該影像存在一物體; 由該攝影機分析該影像,以得到該物體之一3D世界座標資訊; 由該攝影機將一投影矩陣、該影像與該3D世界座標資訊傳送至一顯示器; 由該顯示器以該投影矩陣將該3D世界座標資訊轉換為一2D影像座標資訊;以及 由該顯示器顯示該影像且根據該2D影像座標資訊於該影像中顯示對應該物體之一圖案。
  2. 如請求項1所述之物體追蹤資訊的傳輸與顯示方法,另包含下列步驟: 由該顯示器以一預設真實長度將該2D影像座標資訊擴展成一框架。
  3. 如請求項1所述之物體追蹤資訊的傳輸與顯示方法,另包含下列步驟: 由該顯示器於該物體之一頂端或一底端上顯示該圖案。
  4. 如請求項1所述之物體追蹤資訊的傳輸與顯示方法,其中該3D世界座標資訊包含該物體之一高度,該物體追蹤資訊的傳輸與顯示方法另包含下列步驟: 當該高度大於或等於一預設高度時,由該顯示器以一第一尺寸顯示該圖案;以及 當該高度小於該預設高度時,由該顯示器以一第二尺寸顯示該圖案,其中該第二尺寸小於該第一尺寸。
  5. 如請求項1所述之物體追蹤資訊的傳輸與顯示方法,其中該3D世界座標資訊包含該物體之一高度,該物體追蹤資訊的傳輸與顯示方法另包含下列步驟: 當該高度大於或等於一預設高度時,由該顯示器以一第一形狀顯示該圖案;以及 當該高度小於該預設高度時,由該顯示器以一第二形狀顯示該圖案,其中該第二形狀不同於該第一形狀。
  6. 一種物體追蹤資訊的傳輸與顯示系統,包含: 一攝影機,擷取一影像,該影像存在一物體,該攝影機分析該影像,以得到該物體之一3D世界座標資訊;以及 一顯示器,與該攝影機形成通訊,該攝影機將一投影矩陣、該影像與該3D世界座標資訊傳送至該顯示器,該顯示器以該投影矩陣將該3D世界座標資訊轉換為一2D影像座標資訊,該顯示器顯示該影像且根據該2D影像座標資訊於該影像中顯示對應該物體之一圖案。
  7. 如請求項6所述之物體追蹤資訊的傳輸與顯示系統,其中該顯示器以一預設真實長度將該2D影像座標資訊擴展成一框架。
  8. 如請求項6所述之物體追蹤資訊的傳輸與顯示系統,其中該顯示器於該物體之一頂端或一底端上顯示該圖案。
  9. 如請求項6所述之物體追蹤資訊的傳輸與顯示系統,其中該3D世界座標資訊包含該物體之一高度,當該高度大於或等於一預設高度時,該顯示器以一第一尺寸顯示該圖案,當該高度小於該預設高度時,該顯示器以一第二尺寸顯示該圖案,該第二尺寸小於該第一尺寸。
  10. 如請求項6所述之物體追蹤資訊的傳輸與顯示系統,其中該3D世界座標資訊包含該物體之一高度,當該高度大於或等於一預設高度時,該顯示器以一第一形狀顯示該圖案,當該高度小於該預設高度時,該顯示器以一第二形狀顯示該圖案,該第二形狀不同於該第一形狀。
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