TWI681166B - 資訊量測方法及資訊量測系統 - Google Patents

Abstract

一種資訊量測方法，用以量測一攝影機之安裝資訊。攝影機以一安裝高度設置於一平面上方且以一拍攝角度朝向平面。資訊量測方法包含下列步驟：於平面上設置第一參考點以及第二參考點；量測第一參考點、第二參考點與第三參考點間之第一距離以及第二距離；擷取包含第一參考點、第二參考點與第三參考點在內之影像；分析影像，以定義第一參考線以及第二參考線；根據第一參考線、第二參考線與第一法線決定第一角度以及第二角度；以及根據第一距離、第二距離、第一角度與第二角度決定安裝高度及/或拍攝角度。

Description

資訊量測方法及資訊量測系統

本發明關於一種資訊量測方法及資訊量測系統，尤指一種用以量測攝影機之安裝資訊之資訊量測方法及資訊量測系統。

隨著安全意識日漸提升，安全監控應用也愈來愈受到重視。目前，在許多公開或非公開的場合中，皆會安裝攝影機來進行監控。攝影機在擷取真實世界的影像後，可根據鏡頭特性自影像中取得真實世界的相對座標。然而，在計算真實世界的相對座標之前，必須得知攝影機的安裝高度以及拍攝角度等安裝資訊。由於上述攝影機之安裝資訊通常需要以人工方式實地量測才能得知，不僅沒有效率且會耗費額外的人力成本。

本發明的目的之一在於提供一種用以量測攝影機之安裝資訊之資訊量測方法及資訊量測系統，以解決上述問題。

根據一實施例，本發明之資訊量測方法用以量測一攝影機之安裝資訊。攝影機以一安裝高度設置於一平面上方且以一拍攝角度朝向平面。攝影機包含一鏡頭，且鏡頭具有一光學中心。資訊量測方法包含下列步驟：於平面上設置一第一參考點以及一第二參考點，其中鏡頭之一第一法線通過光學中心且與平面相交於一第三參考點；量測第一參考點、第二參考點與第三參考點間之一第一距離以及一第二距離；擷取包含第一參考點、第二參考點與第三參考點在內之一影像；分析影像，以定義一第一參考線以及一第二參考線，其中第一 參考線通過第一參考點與光學中心，且第二參考線通過第二參考點與光學中心；根據第一參考線、第二參考線與第一法線決定一第一角度以及一第二角度；以及根據第一距離、第二距離、第一角度與第二角度決定安裝高度及/或拍攝角度。

根據另一實施例，本發明之資訊量測系統用以量測一攝影機之安裝資訊。攝影機以一安裝高度設置於一平面上方且以一拍攝角度朝向平面。平面上設置有一第一參考點以及一第二參考點。資訊量測系統包含一鏡頭、一影像感測器以及一處理器。鏡頭設置於攝影機中，且鏡頭具有一光學中心。鏡頭之一第一法線通過光學中心且與平面相交於一第三參考點。第一參考點、第二參考點與第三參考點間存在一第一距離以及一第二距離。影像感測器設置於攝影機中。影像感測器擷取包含第一參考點、第二參考點與第三參考點在內之一影像。處理器分析影像，以執行如上所述之資訊量測方法之步驟。

綜上所述，於平面上設置第一參考點以及第二參考點後，本發明即可藉由分析攝影機所擷取之影像決定攝影機之安裝高度及/或拍攝角度等安裝資訊。藉此，不僅可有效增進攝影機之安裝資訊的量測，亦可避免耗費額外的人力成本。

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。

1、2、3、4、5‧‧‧資訊量測系統

3‧‧‧平面

10‧‧‧攝影機

11‧‧‧電子裝置

12‧‧‧鏡頭

13‧‧‧可攜式裝置

14‧‧‧影像感測器

16‧‧‧處理器

18‧‧‧位置產生器

C‧‧‧光學中心

d1、d2‧‧‧距離

D1‧‧‧第一距離

D2‧‧‧第二距離

D3‧‧‧第三距離

h‧‧‧安裝高度

L1‧‧‧第一參考線

L2‧‧‧第二參考線

N1‧‧‧第一法線

N2‧‧‧第二法線

P1‧‧‧第一參考點

P2‧‧‧第二參考點

P3‧‧‧第三參考點

P4‧‧‧第四參考點

θ 1‧‧‧第一角度

θ 2‧‧‧第二角度

θ 3‧‧‧第三角度

θ c‧‧‧拍攝角度

S10-S20‧‧‧步驟

第1圖為根據本發明一實施例之資訊量測系統的功能方塊圖。

第2圖為根據本發明另一實施例之資訊量測系統的功能方塊圖。

第3圖為根據本發明一實施例之攝影機設置於平面上方的示意圖。

第4圖為根據本發明一實施例之資訊量測方法的流程圖。

第5圖為根據本發明另一實施例之攝影機設置於平面上方的示意圖。

第6圖為根據本發明另一實施例之攝影機設置於平面上方的示意圖。

第7圖為根據本發明另一實施例之資訊量測系統的功能方塊圖。

第8圖為根據本發明另一實施例之資訊量測系統的功能方塊圖。

第9圖為根據本發明另一實施例之資訊量測系統的功能方塊圖。

請參閱第1圖至第4圖，第1圖為根據本發明一實施例之資訊量測系統1的功能方塊圖，第2圖為根據本發明另一實施例之資訊量測系統2的功能方塊圖，第3圖為根據本發明一實施例之攝影機10設置於平面3上方的示意圖，第4圖為根據本發明一實施例之資訊量測方法的流程圖。第4圖中的資訊量測方法適用於第1圖中的資訊量測系統1與第2圖中的資訊量測系統2。

如第1圖所示，資訊量測系統1包含一鏡頭12、一影像感測器14以及一處理器16。於此實施例中，資訊量測系統1可由一攝影機10組成，其中鏡頭12、影像感測器14與處理器16皆設置於攝影機10中。如第2圖所示，資訊量測系統2可由一攝影機10與一電子裝置11組成，且兩者透過網路形成通訊，其中鏡頭12與影像感測器14設置於攝影機10中，且處理器16設置於電子裝置11中。上述之電子裝置11可為手機、平板電腦、桌上型電腦、伺服器或其它具有資料處理/運算功能之電子裝置。於實際應用中，影像感測器14可為電荷耦合元件(Charge-coupled Device，CCD)感測器或互補式金屬氧化半導體(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，CMOS)感測器；處理器16可為具有資料處理/運算功能之處理器或控制器。

如第3圖所示，攝影機10以一安裝高度h設置於一平面3上方且以一拍攝角度θ c朝向平面3，其中攝影機10包含鏡頭12與影像感測器14，且鏡頭12具有一光學中心C。此外，平面3上設置有一第一參考點P1以及一第二參考點P2。根 據第一參考點P1與第二參考點P2，本發明之資訊量測系統1與資訊量測方法即可用以量測攝影機10之安裝資訊，其中安裝資訊包含安裝高度h及/或拍攝角度θ c。

在以資訊量測系統1執行資訊量測方法時，首先，於平面3上設置第一參考點P1以及第二參考點P2(第4圖中的步驟S10)，其中鏡頭12之一第一法線N1通過鏡頭12之光學中心C且與平面3相交於一第三參考點P3，使得第一參考點P1、第二參考點P2與第三參考點P3間存在一第一距離D1以及一第二距離D2。於此實施例中，第三參考點P3位於第一參考點P1與第二參考點P2之間，第一距離D1為第一參考點P1與第三參考點P3間之距離，且第二距離D2為第二參考點P2與第三參考點P3間之距離，如第2圖所示。換言之，第一參考點P1與第二參考點P2係位於第一法線N1之相對二側。

接著，量測第一參考點P1、第二參考點P2與第三參考點P3間之第一距離D1以及第二距離D2(第4圖中的步驟S12)。於此實施例中，第一距離D1與第二距離D2可由人工方式進行量測，但不以此為限。於另一實施例中，第一距離D1與第二距離D2亦可由位置產生器(未繪示於圖中)進行量測，其中位置產生器可為全球衛星定位系統(Global Positioning System，GPS)模組、擴增實境工具組(Augmented Reality kit，ARKit)、或其它可產生位置資訊之模組。

接著，由影像感測器14擷取包含第一參考點P1、第二參考點P2與第三參考點P3在內之一影像(第4圖中的步驟S14)。接著，由處理器16分析影像，以定義一第一參考線L1以及一第二參考線L2，其中第一參考線L1通過第一參考點P1與光學中心C，且第二參考線L2通過第二參考點P2與光學中心C(第4圖中的步驟S16)。接著，由處理器16根據第一參考線L1、第二參考線L2與第一法線N1決定一第一角度θ 1以及一第二角度θ 2(第4圖中的步驟S18)。於此實施例中，第一角度θ 1為第一參考線L1與第一法線N1間之夾角，且第二角度θ 2為第二參考線L2與第一法線N1間之夾角。接著，由處理器16根據第一距離D1、第二距離 D2、第一角度θ 1與第二角度θ 2決定安裝高度h及/或拍攝角度θ c(第4圖中的步驟S20)。

如第3圖所示，平面3之一第二法線N2通過鏡頭12之光學中心C，且第二法線N2與平面3相交於一第四參考點P4。此外，第一參考點P1位於第三參考點P3與第四參考點P4之間，第一參考線L1與第二法線N2間之夾角定義為一第三角度θ 3，且第一參考點P1與第四參考點P4間之距離定義為一第三距離D3。需說明的是，拍攝角度θ c即為第一法線N1與第二法線N2之夾角，亦即，第一角度θ 1與第三角度θ 3之和。

第三距離D3可由下列公式一計算得到：公式一：D3=h*tan(θ3)。

第一距離D1可由下列公式二計算得到：公式二：D1=h*tan(θ1+θ3)-D3=h*tan(θ1+θ3)-h*tan(θ3)。

第二距離D2可由下列公式三計算得到：公式三：D2=h*tan(θ1+θ2+θ3)-D1-D3=h[tan(θ1+θ2+θ3)-tan(θ1+θ3)]。

由公式二與公式三整理可得到下列公式四：

由公式四根據正切函數之和角公式整理可得到下列公式五：

於此實施例中，第一角度θ 1與第二角度θ 2可由下列公式六與公式七計算得到：

於公式六與公式七中，f表示鏡頭12與影像感測器14間之距離，d1表示第一參考點P1在影像感測器14上之成像位置與第一法線N1間之距離，且d2表示第二參考點P2在影像感測器14上之成像位置與第一法線N1間之距離，如第3圖所示。於此實施例中，距離d1、d2可由影像分析得到，且距離f可由攝影機10之參數得到。藉此，即可根據公式六與公式七計算得到第一角度θ 1與第二角度θ 2。於另一實施例中，距離d1、d2亦可由鏡頭12之畸變對照表(distortion table)查表得到，視實際應用而定。需說明的是，上述之畸變對照表係為習知技藝之人所熟知，在此不再贅述。

此外，第一距離D1與第二距離D2已於上述之步驟S12中量測得到。因此，可將第一角度θ 1、第二角度θ 2、第一距離D1與第二距離D2代入公式五，以計算得到第三角度θ 3。

接著，拍攝角度θ c與安裝高度h即可分別根據下列公式八與公式九計算得到：公式八：θc=θ1+θ3。

因此，於平面3上設置第一參考點P1以及第二參考點P2後，本發明之資訊量測系統1即可藉由分析攝影機10所擷取之影像決定攝影機10之安裝高度h及/或拍攝角度θ c等安裝資訊。藉此，不僅可有效增進攝影機10之安裝資訊的量測，亦可避免耗費額外的人力成本。

請參閱第5圖，第5圖為根據本發明另一實施例之攝影機10設置於平面3上方的示意圖。於此實施例中，第一參考點P1位於第二參考點P2與第四參考點P4之間，第二參考點P2位於第一參考點P1與第三參考點P3之間，第一距離D1 為第一參考點P1與第二參考點P2間之距離，第二距離D2為第二參考點P2與第三參考點P3間之距離，第一角度θ 1為第一參考線L1與第二參考線L2間之夾角，第二角度θ 2為第二參考線L2與第一法線N1間之夾角，第一參考線L1與第二法線N2間之夾角定義為第三角度θ 3，且第一參考點P1與第四參考點P4間之距離定義為第三距離D3，如第5圖所示。

此時，第三角度θ 3與安裝高度h仍可分別根據上述之公式五與公式九計算得到。此外，拍攝角度θ c為第一法線N1與第二法線N2之夾角，亦即，第一角度θ 1、第二角度θ 2與第三角度θ 3之和。因此，拍攝角度θ c可根據下列公式十計算得到：公式十：θc=θ1+θ2+θ3。

請參閱第6圖，第6圖為根據本發明另一實施例之攝影機10設置於平面3上方的示意圖。於此實施例中，第一參考點P1位於第二參考點P2與第三參考點P3之間，第三參考點P3位於第一參考點P1與第四參考點P4之間，第一距離D1為第一參考點P1與第三參考點P3間之距離，第二距離D2為第二參考點P2與第一參考點P1間之距離，第一角度θ 1為第一參考線L1與第一法線N1間之夾角，第二角度θ 2為第二參考線L2與第一參考線L1間之夾角，第一法線N1與第二法線N2間之夾角定義為第三角度θ 3，且第三參考點P3與第四參考點P4間之距離定義為第三距離D3，如第6圖所示。

此時，第三角度θ 3與安裝高度h仍可分別根據上述之公式五與公式九計算得到。此外，拍攝角度θ c為第一法線N1與第二法線N2之夾角，亦即，拍攝角度θ c等於第三角度θ 3。因此，拍攝角度θ c可根據下列公式十一計算得到：公式十一：θc=θ3。

請參閱第7圖，第7圖為根據本發明另一實施例之資訊量測系統3的功能方塊圖。資訊量測系統3與上述之資訊量測系統1的主要不同之處在於，資訊 量測系統3另包含一位置產生器18，其中位置產生器18可為全球衛星定位系統(Global Positioning System，GPS)模組、擴增實境工具組(Augmented Reality kit，ARKit)、或其它可產生位置資訊之模組。於此實施例中，位置產生器18可設置於一可攜式裝置13(例如，手機、平板電腦等)中，且可攜式裝置13可與第3、5、6圖中的攝影機10形成通訊。使用者可攜帶裝設有位置產生器18之可攜式裝置13於第3、5、6圖中的第一參考點P1、第二參考點P2與第三參考點P3間移動，以量測第一距離D1與第二距離D2。

於此實施例中，可由可攜式裝置13將位置產生器18得到之第一參考點P1、第二參考點P2與第三參考點P3之座標傳送至攝影機10，且由攝影機10之處理器16計算第一距離D1與第二距離D2，以由攝影機10之處理器16計算安裝高度h及/或拍攝角度θ c等安裝資訊。

請參閱第8圖，第8圖為根據本發明另一實施例之資訊量測系統4的功能方塊圖。資訊量測系統4與上述之資訊量測系統3的主要不同之處在於，資訊量測系統4之處理器16設置於可攜式裝置13。於此實施例中，可由可攜式裝置13之處理器16根據位置產生器18得到之第一參考點P1、第二參考點P2與第三參考點P3之座標計算第一距離D1與第二距離D2，且由攝影機10將第一角度θ 1、第二角度θ 2與第三角度θ 3傳送至可攜式裝置13，以由可攜式裝置13之處理器16計算安裝高度h及/或拍攝角度θ c等安裝資訊。

請參閱第9圖，第9圖為根據本發明另一實施例之資訊量測系統5的功能方塊圖。資訊量測系統5與上述之資訊量測系統3的主要不同之處在於，資訊量測系統5之處理器16設置於電子裝置11中。於此實施例中，可由可攜式裝置13將位置產生器18得到之第一參考點P1、第二參考點P2與第三參考點P3之座標傳送至電子裝置11，且由攝影機10將第一角度θ 1、第二角度θ 2與第三角度θ 3傳送至電子裝置11，以由電子裝置11之處理器16計算安裝高度h及/或拍攝角度θ c等 安裝資訊。

綜上所述，於平面上設置第一參考點以及第二參考點後，本發明即可藉由分析攝影機所擷取之影像決定攝影機之安裝高度及/或拍攝角度等安裝資訊。其中，所述的計算可分開或集中在不同的處理器上進行，而計算所需資訊皆可以透過通訊方法傳遞給負責計算的處理器。藉此，不僅可有效增進攝影機之安裝資訊的量測，亦可避免耗費額外的人力成本。

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‧‧‧資訊量測系統

3‧‧‧平面

10‧‧‧攝影機

12‧‧‧鏡頭

14‧‧‧影像感測器

C‧‧‧光學中心

d1、d2‧‧‧距離

D1‧‧‧第一距離

D2‧‧‧第二距離

D3‧‧‧第三距離

h‧‧‧安裝高度

L1‧‧‧第一參考線

L2‧‧‧第二參考線

N1‧‧‧第一法線

N2‧‧‧第二法線

P1‧‧‧第一參考點

P2‧‧‧第二參考點

P3‧‧‧第三參考點

P4‧‧‧第四參考點

θ 1‧‧‧第一角度

θ 2‧‧‧第二角度

θ 3‧‧‧第三角度

θ c‧‧‧拍攝角度

Claims (10)

1. 一種資訊量測方法，用以量測一攝影機之安裝資訊，該攝影機以一安裝高度設置於一平面上方且以一拍攝角度朝向該平面，該攝影機包含一鏡頭，該鏡頭具有一光學中心，該資訊量測方法包含下列步驟：於該平面上設置一第一參考點以及一第二參考點，其中該鏡頭之一第一法線通過該光學中心且與該平面相交於一第三參考點；量測該第一參考點、該第二參考點與該第三參考點間之一第一距離以及一第二距離；擷取包含該第一參考點、該第二參考點與該第三參考點在內之一影像；分析該影像，以定義一第一參考線以及一第二參考線，其中該第一參考線通過該第一參考點與該光學中心，該第二參考線通過該第二參考點與該光學中心；根據該第一參考線、該第二參考線與該第一法線決定一第一角度以及一第二角度；以及根據該第一距離、該第二距離、該第一角度、該第二角度與一第三角度決定該安裝高度及/或該拍攝角度。
2. 如請求項1所述之資訊量測方法，另包含下列步驟：以一位置產生器於該第一參考點、該第二參考點與該第三參考點間移動，以藉由該位置產生器量測該第一距離與該第二距離。
3. 如請求項1所述之資訊量測方法，其中該第三參考點位於該第一參考點與該第二參考點之間，該第一距離為該第一參考點與該第三參考點間之距離，該第二距離為該第二參考點與該第三參考點間之距離，該第一角度為該第一參考線與該第一法線間之夾角，該第二角度為該第二參考線與該第一法線間之夾角。
4. 如請求項3所述之資訊量測方法，其中該平面之一第二法線通過該光學中心，該第二法線與該平面相交於一第四參考點，該第一參考點位於該第三參考點與該第四參考點之間，該第一參考線與該第二法線間之夾角定義為該第三角度，該第三角度、該拍攝角度與該安裝高度根據下列公式計算得到：

   

   θc=θ1+θ3；以及

   

   其中，θ 1表示該第一角度，θ 2表示該第二角度，θ 3表示該第三角度，D1表示該第一距離，D2表示該第二距離，θ c表示該拍攝角度，且h表示該安裝高度。
5. 如請求項1所述之資訊量測方法，其中該第二參考點位於該第一參考點與該第三參考點之間，該第一距離為該第一參考點與該第二參考點間之距離，該第二距離為該第二參考點與該第三參考點間之距離，該第一角度為該第一參考線與該第二參考線間之夾角，該第二角度為該第二參考線與該第一法線間之夾角。
6. 如請求項5所述之資訊量測方法，其中該平面之一第二法線通過該光學中心，該第二法線與該平面相交於一第四參考點，該第一參考點位於該第二參考點與該第四參考點之間，該第一參考線與該第二法線間之夾角定義為該第三角度，該第三角度、該拍攝角度與該安裝高度根據下列公式計算得到：

   

   θc=θ1+θ2+θ3；以及

   

   其中，θ 1表示該第一角度，θ 2表示該第二角度，θ 3表示該第三角度，D1表示該第一距離，D2表示該第二距離，θ c表示該拍攝角度，且h表示該安裝高度。
7. 如請求項1所述之資訊量測方法，其中該第一參考點位於該第二參考點與該第三參考點之間，該第一距離為該第一參考點與該第三參考點間之距離，該第二距離為該第二參考點與該第一參考點間之距離，該第一角度為該第一參考線與該第一法線間之夾角，該第二角度為該第二參考線與該第一參考線間之夾角。
8. 如請求項7所述之資訊量測方法，其中該平面之一第二法線通過該光學中心，該第二法線與該平面相交於一第四參考點，該第三參考點位於該第一參考點與該第四參考點之間，該第一法線與該第二法線間之夾角定義為該第三角度，該第三角度、該拍攝角度與該安裝高度根據下列公式計算得到：

   

   θc=θ3；以及

   

   其中，θ 1表示該第一角度，θ 2表示該第二角度，θ 3表示該第三角度， D1表示該第一距離，D2表示該第二距離，θ c表示該拍攝角度，且h表示該安裝高度。
9. 一種資訊量測系統，用以量測一攝影機之安裝資訊，該攝影機以一安裝高度設置於一平面上方且以一拍攝角度朝向該平面，該平面上設置有一第一參考點以及一第二參考點，該資訊量測系統包含：一鏡頭，設置於該攝影機中，該鏡頭具有一光學中心，該鏡頭之一第一法線通過該光學中心且與該平面相交於一第三參考點，該第一參考點、該第二參考點與該第三參考點間存在一第一距離以及一第二距離；一影像感測器，設置於該攝影機中，該影像感測器擷取包含該第一參考點、該第二參考點與該第三參考點在內之一影像；以及一處理器，分析該影像，以執行如請求項1、4、6及8中任一項所述之步驟。
10. 如請求項9所述之資訊量測系統，另包含一位置產生器，該位置產生器於該第一參考點、該第二參考點與該第三參考點間移動，以量測該第一距離與該第二距離。

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