TWI621554B - 基線可調式立體視覺裝置 - Google Patents

Abstract

一種基線可調式立體視覺裝置及其操作方法，其具有複數個攝影機，用以擷取複數個原始影像，前處理模組偵測原始影像，產生一物件與對應於該物件之一物件資訊；距離偵測模組依據物件資訊，配合兩支攝影機而產生物件相對距離；基線控制模組根據該物件之相對距離，調整兩支攝影機間之相對距離。藉由本發明所提出之裝置與方法，可達到解決不同距離偵測解析差的問題，進而提升不同偵測距離物體之距離準確度。

Description

基線可調式立體視覺裝置

本發明係有關一種立體視覺偵測裝置與操作方法，特別是關於一種基線可調式立體視覺裝置及其操作方法。

科技日益進步，汽車工業隨著科技之發展，也逐漸成為擁有智慧的交通工具。汽車配備多種智慧型裝置，例如：障礙物偵測裝置、距離偵測裝置等。藉由這些裝置於某些特定狀態，例如：距離障礙物過近(或)偏離車道等，會適時發出警訊用以提示駕駛者注意。

故而當汽車配備智慧型裝置，將可大幅降低車禍的傷亡與發生率。近年來我國對於影像處理之技術研究日益進步，因此採用攝影機擷取影像，再輔以影像處理，而達到偵測障礙物，不僅符合技術上之要求，亦可達到降低成本的目的。

請參照如習知技藝中之中華民國專利編號第I327536號「以立體視覺偵測障礙物的裝置與方法」，如習知技藝第1圖所示之先前技術，係以固定式雙攝影機作距離量測的裝置示意圖，經運算後僅可測量出物體距離，但因偵測時，係以相同的固定基線進行偵測，使得偵測距離有所限制，故有相當的缺點與不便利性。

故而在上述之先前技術中，由於基線B為固定端，即雙攝影機間之水平距離為一固定值，因此，其對於偵測不同距離的物體時，其距離之解析隨著物體的距離不同而改變，且對於較遠距離之精確度較差。故而急需改進研發，期能提出能夠偵測遠端，且具高精密度之偵測障礙物的裝置與操作方法。

本發明提出一種基線可調式立體視覺裝置及其操作方法，其藉由攝影機間之水平距離可調整，有效解決先前技術中，只利用基線為固定，即雙攝影機間之水平距離為一固定值所產生之缺點，可解決不同距離偵測解析差的問題，進而提升較偵測遠距離物體之距離準確度。因此本發明可採用一般廉價之攝影機，進而大幅節省成本的支出。

本發明提出一種基線可調式立體視覺裝置，其具有複數個攝影機，用以擷取複數個原始影像，包含：前處理模組，偵測該原始影像，產生物件與對應於物件之一物件資訊。距離偵測模組，依據物件資訊，配合攝影機中兩支攝影機之焦距，產生對應於物件之物件相對距離。基線控制模組，根據物件之物件相對距離，調整兩支攝影機間之相對距離。

本發明亦提出一種基線可調式立體視覺裝置之操作方法，包含下列步驟：藉由複數個攝影機，擷取複數個原始影像。偵測原始影像，產生複數個物件與對應於物件之一物件資訊。依據物件資訊，配合攝影機中兩支攝影機之焦距，產生對應於物件之物件相對距離。 根據物件之物件相對距離，調整兩支攝影機間之相對距離。

200‧‧‧基線可調式立體視覺裝置

210‧‧‧前處理模組

220‧‧‧距離偵測模組

230‧‧‧基線控制模組

330‧‧‧攝影機

3302‧‧‧影像感測器

340‧‧‧左攝影機

3402‧‧‧左影像感測器

350‧‧‧右攝影機

3502‧‧‧右影像感測器

B、B1、B2‧‧‧基線

第1圖：先前技術以雙攝影機作距離量測的裝置示意圖。

第2圖：基線可調式立體視覺裝置之方塊圖

第3A圖：單攝影機距離量測之示意圖。

第3B圖：立體視覺距離量測之示意圖。

第4A圖：立體視覺距離量測之示意圖。

第4B圖：立體視覺距離量測之示意圖。

第5圖：立體視覺距離量測之示意圖。

第6圖：以立體視覺偵測方法流程圖。

有關本發明的較佳實施例及其功效，茲配合圖式說明如后。請參照第2圖，該第2圖所示為本發明一種基線可調式立體視覺裝置及其操作方法之方塊圖。該基線可調式立體視覺裝置200包括了：前處理模組210、距離偵測模組220、基線控制模組230。

如第2圖所示之基線可調式立體視覺裝置200，其具有複數個攝影機，用以擷取複數個原始影像。於此實施例，以兩個攝影機為例作說明，但攝影機數目不以2個為限。採用複數個攝影機擷取影像，主要是因為如果只採用單一個攝影機，所擷取到的影像無法達到立體視覺的效果，所以容易受到震動或角度的變化而造成偵測距離的誤 判。因此，採用複數個攝影機就如同人眼一般，左眼與右眼同時擷取影像，所擷取到的左、右眼影像透過大腦處理而產生立體的視覺。所以，立體視覺偵測裝置200中，攝影機的數目可以兩個為一組。

如第2圖所示之前處理模組210，其將攝影機所擷取的原始影像作偵測，產生一物件與對應於物件之一物件資訊。距離偵測模組220依據物件資訊，配合複數攝影機中兩支該攝影機之一焦距，產生對應於物件之一物件相對距離。基線控制模組230根據物件之物件相對距離，調整兩支該攝影機間之相對距離。

請參考第3A圖，為單攝影機330之距離量測之示意圖。單攝影機330具有一影像感測器3302。第3A圖中代號解釋說明如下：

P：被攝物體。

Dx：被攝物件體與視角相線之距離。

Z：被攝物體與攝影機之物件相對距離。

dx：被攝物體之影像成像點與視角相線之距離。

f：焦距。

公式的推導如下所示：

請再參照第3B圖，為立體視覺距離量測之示意圖。於此實施例，為兩攝影機(左攝影機340以及右攝影機350)距離量測的示意圖。圖中代號解釋說明如下：

B：兩攝影機間之水平距離，即為基線。

Z：被攝物體與攝影機之物件相對距離。

DxL：被攝物件體於左攝影機與視角相線之距離。

DxR：被攝物件體於右攝影機與視角相線之距離。

dxL：被攝物體於左攝影機之影像成像點與視角相線之距離。

dxR：被攝物體於右攝影機之影像成像點與視角相線之距離。

公式的推導如下所示：B=DxL+DxR………(2)將(1)式代入(2)式得： 所以由(3)式可得，被攝物體與攝影機之物件相對距離(Z)為：

前述之B為兩個攝影機340、350間的水平距離，即基線。f為攝影機焦距。其中，基線B與焦距f皆為已知的值，因此只要求得dx即可得知攝影機與被攝物體間的相對距離，也就是本發明所稱之物件之物件相對距離。

由(3)式可知dx為dxL加上dxR，配合第3B圖可得知dx即為，左攝影機的影像成像點之X座標值減去右攝影機的影像成像點之X座標值(dx=Left X-Right X)。

因此，由前述可知，距離偵測模組依據物件資訊(物件座標值)，配合攝影機之焦距f與水平間距B，即可產生對應於物件之物件相對距離Z。於本實施例中，當選定攝影機時，其攝影機之焦距f隨即決定。

以第3B圖為例，由於所選擇之兩支該攝影機(左攝影機340以及右攝影機350)為相同之攝影機，因此兩攝影機之焦距即為相同。

請參考第2圖以及第3B圖，立體視覺偵測裝置200具有複數個攝影機，於本實施例中，選擇兩攝影機，即左攝影機340以及右攝影機350。左攝影機340以及右攝影機350分別擷取被攝物體P之原始影 像。前處理模組210偵測原始影像，並產生一物件與對應於物件之物件資訊。物件資訊可包含每一個物件之物件座標值、影像點數、物件長度及物件寬度等。距離偵測模組220依據物件資訊，配合左攝影機340以及右攝影機350中兩支攝影機之一焦距f，產生對應於物件之物件相對距離Z。最終，基線控制模組230根據物件之物件相對距離Z，去調整左攝影機340以及右攝影機350之相對距離。

請參考第2圖以及第3B圖，於本實施例中，由於每一攝影機具有一影像感測器，左攝影機340具有左影像感測器3402。右攝影機350具有右影像感測器3502。其中左影像感測器3402之解析度與右影像感測器3502之解析度相同。左影像感測器3402中心點以及右影像感測器3502中心點間距離為一基線B。由於基線控制模組230調整左攝影機340以及右攝影機350之相對距離，同時也調整左影像感測器3402中心點以及右影像感測器3502中心點間距離，即達到調整基線B之目的。解決被攝物體P因不同距離，而偵測解析差的問題，進而提升較偵測遠距離被攝物體P之距離準確度。

請參考第4A圖，為立體視覺距離量測之示意圖。於此實施例中，基線控制模組230調整基線，增加基線距離為基線B2，當基線增加時，有效影像偵測距離變遠。

請參考第4B圖，為立體視覺距離量測之示意圖。於此實施例中，基線控制模組230調整基線，減小基線距離為基線B1，當基線減小時，有效影像偵測距離變近。因此，可解決被攝物體不同距離，而偵測解析差的問題，進而提升較偵測遠距離被攝物體P之距離準確度。

請參考第4B圖，於此實施例中，左影像感測器3402以及右影像感測器3502之間的設置方式，可為共平面設置，惟本發明之影像感測器亦可以不共平面設置完成。

而如第5圖所示。其中，基線控制模組230調整基線，增加基線距離為基線B2，當基線增加時，有效影像偵測距離變遠。於此實施例中，基線控制模組230調整基線，減小基線距離為基線B1，當基線減小時，有效影像偵測距離變近。

請參照第6圖，該圖所示為本發明以立體視覺偵測方法流程圖，包含下列步驟：

首先進行第6圖之步驟S10，藉由複數個攝影機，擷取複數個原始影像。

接著執行第6圖之步驟S20，進行偵測該原始影像，產生一物件與對應該物件之一物件資訊。

再繼續進行第6圖之步驟S30，依據該物件資訊，配合該複數個攝影機中兩支該攝影機之一焦距，產生對應該物件之一物件相對距離。

最後進行第6圖之步驟S40，根據該物件之該物件相對距離，調整兩支該攝影機間之相對距離。

藉由本發明之立體視覺偵測方法，可解決先前技術中，只利用固定基線，即雙攝影機間之水平距離為一固定值所產生之缺點，本發明可解決不同距離偵測解析差的問題，進而提升較偵測遠距離物體之距離準確度。

以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本 發明之申請專利範圍；凡其它未脫離本發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。

Claims (2)

1. 一種具有複數個攝影機的基線可調式立體視覺偵測裝置，其中具有一基線控制模組，根據物件相對距離，調整攝影機間之相對距離，以達到調整一基線之目的，包含：複數個攝影機，其中該複數個攝影機可調整該複數個攝影機間之一相對距離，其具有擷取複數個原始影像的功能，該複數個攝影機中之兩支該攝影機之一焦距相同，其中每一該複數個攝影機具有一影像感測器，該影像感測器具有一解析度且該解析度相同，兩支該影像感測器之一中心點的距離為一基線，該兩支影像感測器之間的設置係由一共平面設置以及一不共平面設置群組中所選出；一前處理模組，偵測該原始影像，產生一物件與對應於該物件之一物件資訊；一距離偵測模組，依據該物件資訊，配合該複數個攝影機中兩支該攝影機之一焦距，產生對應於該物件之一物件相對距離；以及一基線控制模組，根據該物件之該物件相對距離，調整兩支該攝影機間之相對距離，以達到調整一基線之目的，其中該立體視覺偵測裝置具有一適用於共平面與不共平面之立體視覺偵測方法係以轉換為方法(1)， B：兩攝影機間之水平距離，即為基線，Dx：被攝物件體與視角相線之距離，Z：被攝物體與攝影機之物件相對距離，dx：被攝物體之影像成像點與視角相線之距離，f：焦距，B=DxL+DxR為方法(2)，將方法(1)代入方法(2)得到為方法(3)，得到被攝物體與攝影機之物件相對距離(Z)係為方法(4)，Z：被攝物體與攝影機之物件相對距離，DxL：被攝物件體於左攝影機與視角相線之距離，DxR：被攝物件體於右攝影機與視角相線之距離，dxL：被攝物體於左攝影機之影像成像點與視角相線之距離，以及dxR：被攝物體於右攝影機之影像成像點與視角相線之距離，其中當該基線控制模組增加一基線時，一有效影像偵測距離變遠，當該基線控制模組減小該基線時，該有效影像偵測距離變近，以在該不共平面下偵測一被攝物體之距離。
2. 一種具有複數個攝影機的基線可調式立體視覺偵測裝置之立體視覺偵測方法，其中具有一基線控制模組，根據物件相對距離，調整攝影機間之相對距離，以達到調整一基線之目的，包含下列步驟： 藉由複數個攝影機，其中該複數個攝影機可調整該複數個攝影機間之一相對距離，該複數個攝影機擷取複數個原始影像，該複數個攝影機中之兩支該攝影機之一焦距相同，其中每一該複數個攝影機具有一影像感測器，該影像感測器具有一解析度且該解析度相同，兩支該影像感測器之一中心點的距離為一基線，該基線控制模組根據該物件之該物件相對距離調整該基線，該兩支影像感測器之間的設置係由一共平面設置以及一不共平面設置群組中所選出；偵測該原始影像，產生一物件與對應該物件之一物件資訊；依據該物件資訊，配合該複數個攝影機中兩支該攝影機之一焦距，產生對應該物件之一物件相對距離；以及根據該物件之該物件相對距離，調整兩支該攝影機間之相對距離，該立體視覺偵測方法係以轉換為方法(1)，B：兩攝影機間之水平距離，即為基線，Dx：被攝物件體與視角相線之距離，Z：被攝物體與攝影機之物件相對距離，dx：被攝物體之影像成像點與視角相線之距離，f：焦距，B=DxL+DxR為方法(2)，將方法(1)代入方法(2)得到為方法(3)， 得到被攝物體與攝影機之物件相對距離(Z)係為方法(4)，Z：被攝物體與攝影機之物件相對距離，DxL：被攝物件體於左攝影機與視角相線之距離，DxR：被攝物件體於右攝影機與視角相線之距離，dxL：被攝物體於左攝影機之影像成像點與視角相線之距離，以及dxR：被攝物體於右攝影機之影像成像點與視角相線之距離，其中當該基線控制模組增加一基線時，一有效影像偵測距離變遠，當該基線控制模組減小該基線時，該有效影像偵測距離變近。