TWI816515B - 雷達與影像同步方法及雷達與影像同步系統 - Google Patents
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Abstract
一種雷達與影像同步方法及雷達與影像同步系統，包括：電腦根據該平行呼叫信號執行一雷達設定程式控制一雷達產生一雷達波。影像擷取裝置讀取一影像資料。突波產生器產生近距離快速位移變化，用以在該雷達回波中產生巨大突波，該電腦的該影像處理程式比較該影像資料的其中三幀的一變化比率，若該變化比率大於一預設閥值，則以該三幀的最後一幀的幀數作為一實際突波所在幀，並根據該實際突波所在幀與該預設幀數，產生一幀平移數，且根據該幀平移數對該雷達資料與該影像資料進行同步。
Description
本發明是有關於一種同步技術，特別是指一種雷達與影像同步方法及雷達與影像同步系統。
目前缺乏雷達與影像同步的技術。
因此，本發明的一目的，即在提供一種能夠克服先前技術缺點的雷達與影像同步方法。
於是，雷達與影像同步方法包括以下步驟：
(A0)電腦執行一影像處理程式，且產生一平行呼叫信號。
(B1)電腦根據該平行呼叫信號執行一雷達設定程式，當該雷達設定程式發出一準備完成通知，產生一雷達啟動信號以控制一雷達產生一雷達波，並接收反射回波，且儲存一相關該雷達波的雷達資料到該電腦。
(A1)該影像處理程式控制影像擷取裝置讀取一影像資料，且將影像資料傳送到電腦，每一影像資料包括多個幀。
(A2)當該影像處理程式接收到該雷達準備完成通知且計數一影像擷取幀數到達一預設幀數且持續穩定時，該影像處理程式控制一突波產生器發出一突波動作，該動作造成一突波信號於雷達回波信號中，該影像處理程式比較該影像資料的其中三幀的一變化比率，若該變化比率大於一預設閥值，則以該三幀的最後一幀的幀數作為一實際突波所在幀，並根據該實際突波所在幀與該預設幀數，產生一幀平移數，該影像處理程式根據該幀平移數對該雷達資料與該影像資料進行同步。
本發明的另一目的，即在提供一種雷達與影像同步系統。
雷達與影像同步系統包含一電腦、一影像擷取裝置、一突波產生器、一雷達及雷達資料擷取裝置。
電腦執行一影像處理程式，且產生一平行呼叫信號，該電腦根據該平行呼叫信號執行一雷達設定程式，當該雷達設定程式發出一準備完成通知，產生一雷達啟動信號以控制一雷達產生一雷達波，並接收反射回波，且儲存一相關該雷達波的雷達資料到該電腦。
影像擷取裝置電連接該電腦，且根據該電腦的控制讀取一影像資料，且將影像資料傳送到電腦，每一影像資料包括多個幀。
突波產生器電連接該電腦，當該影像處理程式接收到該準備完成通知且計數一影像擷取幀數到達一預設幀數時，該影像處理程式控制該突波產生器產生一突波信號，，該電腦的該影像處理程式比較該影像資料的其中三幀的一變化比率，若該變化比率大於一預設閥值，則以該三幀的最後一幀的幀數作為一實際突波所在幀，並根據該實際突波所在幀與該預設幀數，產生一幀平移數，且根據該幀平移數對該雷達資料與該影像資料進行同步。
在本發明被詳細描述前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。
參閱圖1，為應用本發明雷達與影像同步系統的一實施例，包括一電腦1、一電連接電腦1的影像擷取裝置2(電腦1與影像擷取裝置2之間的影像傳輸資料量非常大，本實施例使用USB3.1介面，以避免影像掉幀)、一連接電腦1的雷達收送裝置3、一連接電腦1與雷達收送裝置3之間的雷達資料擷取裝置4(雷達資料傳輸短時間資料量非常大，本實施例使用Gbps以上網路，以避免雷達資料掉失)、一連接電腦1的突波產生器5。該影像擷取裝置2具有一鏡頭，用以產生影像資料，影像解析度848x480全彩，約每秒60幀影像。雷達收送裝置3具有一天線組，用以收發雷達波，雷達使用FMCW架構，掃描頻寬4GHz，在0.016667秒內，產生120次掃頻，每個掃頻時間0.00003秒，每個掃頻取樣120次，約0.016667秒執行一次，視為一幀，因此會有每秒60幀雷達和影像資料。該突波產生器5包括電磁鐵彈片51與一金屬片52，該金屬片52設置距離影像擷取裝置2與雷達收送裝置3約3~5cm。
如圖2所示，該實施例執行一雷達與影像同步方法，包括步驟A0、A1、A2、B1。
步驟(A0)電腦1執行一影像處理程式，且產生一平行呼叫信號。如圖3所示，步驟(A0)包括步驟(A01)~步驟(A05)。
步驟(A01)，影像處理程式設一開始擷取信號=0。步驟(A02)，影像處理程式設一停止擷取信號=0。步驟(A03)，影像處理程式設一雷達啟動信號=0。步驟(A04)，影像處理程式發出一用以通知雷達準備初始化的平行呼叫信號，且進到步驟(B10)與步驟(A05)。步驟(A05)，影像處理程式發出一用以通知雷達準備參數設定的平行呼叫信號，且進到步驟(C0)與步驟(A21)。
步驟(B1) 電腦1根據該平行呼叫信號執行一雷達設定程式，當該雷達設定程式發出一準備完成通知，產生一雷達啟動信號以控制一雷達收送裝置3產生一雷達波，並接收回波，且儲存一相關該雷達波的雷達資料到該電腦1。
如圖2及圖4所示，該步驟(B1)包括步驟B10~B16。
(B10)該雷達程式準備初始化該雷達收送裝置3與一雷達資料擷取裝置4。(B11)該雷達程式讀取一參數，該參數包括該雷達初始化狀態=未開始。(B12)該雷達程式判斷是否雷達資料儲存狀態=結束，若是，則進到步驟(B13)，若否，則回到步驟(B12)。(B13)該雷達程式發出一雷達資料擷取裝置重置指令。(B14)該雷達程式發出一雷達重置指令。(B15)該雷達程式發出一雷達資料擷取裝置設置參數。(B16)該雷達程式讀取一參數，該參數包括該雷達初始化狀態=完成。
如圖2及圖5所示，該步驟(B1)還包括步驟C0~C4。
步驟(C0) 該雷達程式準備雷達參數設定。步驟(C1) 該雷達程式讀取一參數，該參數包括該雷達參數設定=進行中。步驟(C2) 該雷達程式判斷是否該雷達初始化狀態=完成，若是，則進到步驟(C3)，若否，則回到步驟(C2)。步驟(C3) 該雷達程式發出一雷達參數設定指令。步驟(C4) 該雷達程式讀取一參數，該參數包括該雷達參數設定=完成。
如圖2及圖6所示，該步驟(B1)還包括步驟D0~D4。
步驟(D0) 該雷達程式準備雷達資料擷取。步驟(D1) 該雷達程式讀取一參數，該參數包括該雷達資料擷取啟動=未開始。步驟(D2) 該雷達程式判斷是否該雷達參數設定=完成，若是，則進到步驟(D3)，若否，則回到步驟(D2)。步驟(D3) 該雷達程式發出一雷達資料擷取指令，然後進到步驟(F0)與步驟(D4)。步驟(D4) 該雷達程式讀取一參數，該參數包括該雷達資料擷取啟動=完成。
如圖2及圖7所示，該步驟(B1)還包括步驟E0~E5。
步驟(E0) 該雷達程式準備開始雷達波。步驟(E1) 該雷達程式讀取一參數，該參數包括該雷達掃描=進行中。步驟(E2) 該雷達程式判斷是否該雷達資料擷取啟動=完成且雷達參數設定=完成，若是，則進到步驟(E3)，若否，則回到步驟(E2)。步驟(E3) 該雷達程式判斷是否雷達啟動信號=1，若是，則進到步驟(E4)，若否，則回到步驟(E3)。步驟(E4)電腦1根據該雷達程式發出一雷達啟動信號。步驟(E5) 該雷達程式讀取一參數，該參數包括該雷達掃描啟動=完成。
如圖2、圖6及圖8所示，該步驟(B1)還包括步驟F0~F3。
步驟(F0)該雷達程式執行一雷達資料寫入命令。步驟(F1) 該雷達程式判斷是否超過一預設時間沒有雷達資料寫入，若否，則進到步驟(F2)，若是，則進到步驟(F3)。步驟(F2) 該雷達程式執行儲存資料後，回到步驟(F1)。步驟(F3) 該雷達程式結束。
參閱圖2，步驟(A1)該影像處理程式控制影像擷取裝置2讀取一影像資料，且將影像資料傳送到電腦1，每一影像資料包括多個幀。
步驟(A2)當該影像處理程式接收到該雷達準備完成通知且計數一影像擷取幀數到達一預設幀數(例如第60幀)時，該影像處理程式控制一突波產生器發出一突波動作，該突波動作造成一突波信號於雷達的回波中，該影像處理程式比較該影像資料的其中三幀的一變化比率，若該變化比率大於一預設閥值，則以該三幀的最後一幀的幀數作為一實際突波所在幀(例如第66幀)，並根據該實際突波所在幀與該預設幀數，產生一幀平移數，該影像處理程式根據該幀平移數對該雷達資料與該影像資料進行同步。
如圖9~12，步驟(A2)包括以下步驟A21~A47。
參閱圖9，步驟(A21) 該影像處理程式根據影像資料計算平均每秒幀數，得到一幀率。步驟(A22) 該影像處理程式判斷該幀率是否持續一預設時間(5秒)達到一穩定幀數(60幀)，若是，則產生一幀率穩定通知，若否，則進到步驟(A44)。步驟(A23) 該影像處理程式判斷一開始擷取參數是否設定為一執行狀態(=1)，其中，該開始擷取參數設定是該執行狀態的定義是同時符合該準備完成通知與該幀率穩定通知，若是，則進到步驟(A24)，若否，則進到步驟(A38)。步驟(A24) 該影像處理程式對該影像資料開始計數該影像擷取幀數。步驟(A25) 該影像處理程式判斷該幀平移數是否等於0，若是，則進到(A26)，若否，則進到(A28)。步驟(A26) 該影像處理程式判斷該影像擷取幀數是否為該預設幀數(60幀)，若是，則進到步驟(A27)，若否，則進到步驟(A29)。
步驟(A27)該影像處理程式透過電腦數位輸出介面控制突波控制一電磁鐵彈片51擊發該金屬片52產生該突波信號，如圖13所示，該電磁鐵彈片51包括一馬蹄形電磁鐵61、一鐵片62、一彈簧片63、一斷電器64、一電源65、一開關66、一擊槌67。電腦之數位輸出介面使開關66短路，而後致使電磁鐵61產生磁力，快速吸附與彈簧片63相連之鐵片62，鐵片62進而帶動具有彈性的擊錘67撞擊位於雷達及攝影機前方3-5公分的金屬片，使其產生高速之位移，且在磁吸瞬間，因斷電器64而形成斷路，使得擊發後瞬間回彈，不會讓擊錘67持續與雷達前方金屬片接觸，進而產生非常短時的峰值速度。(A28) 該影像處理程式判斷該資料擷取幀數是否大於該幀平移數，若是，則進到步驟(A29)，若否，則進到步驟(A21)。步驟(A29) 該影像處理程式判斷該資料擷取幀數是否大於一目標數加上該幀平移數，該目標數的定義是要儲存到硬碟的畫面幀數，若否，則進到步驟(A30)，若是，則進到步驟(A31)。步驟(A30) 該影像處理程式將所計數的該影像資料暫存到一記憶體，然後回到步驟(A21)。參閱圖10，步驟(A31) 該影像處理程式發出一信號給該雷達程式，使該雷達程式產生一停止運行命令。步驟(A32) 該影像處理程式將該記憶體所暫存的該影像資料回存到一硬碟，然後進到步驟(A330)。步驟(A330)，是否幀平移數=0，若是，則進到步驟(A33)，若否，則進到步驟(A35)。步驟(A33) 該影像處理程式根據該突波信號與該影像資料的多幀畫面間的變化比率，得到該實際突波所在幀(66)。步驟(A34) 該影像處理程式根據該實際突波所在幀與該預設幀數運算後，得到該幀平移數，然後回到步驟A21。在此舉例說明，影像的每一像素包括RGB三原色，也就是紅（Red）、綠（Green）、藍（Blue），像素的灰階變化從0-255，最大變化是255(就是從0變255或255變0)，最小變化是0，就是原本的值不變，例如75變成75就是0變化，環境假設圖片解析度120x120，單一原色(RGB)深度256，取前後兩張圖，從(0,0)座標的點開始，將兩張圖的藍色減藍色之絕對值(差異量)、綠色減綠色之絕對值、紅色減紅色之絕對值相加，然後依序改變座標，計算所有的差異值，然後全部相加得到一變化總值，此變化總值和下兩張比對的變化總值相比，即可得到變化比例，此變化比例大於某閥值，即判定為關鍵幀。例如X=第一幀和第二幀相比，變化了216000(=120×120×(5+5+5))，而X'=第三幀和第二幀相比，變化了432000(=120×120×(10+10+10))， (X'－X) / X 大於50%(閥值)，則代表變動的變化率超過閥值，否則則視為緩慢變動。例如於開始一秒後啟動突波，因預設幀數為60，理論上，第60幀的影像和雷達均有劇烈波動，而實際上，影像於第60幀劇烈波動，而雷達第1~65幀前後畫面變化平緩，第66幀與第65幀比較出現大幅變動，則表示幀平移數=66-60=6，再設定幀平移數，校正同步。步驟(A35) 該影像處理程式發出一信號給該雷達程式，使該雷達程式產生一啟動初始化命令。步驟(A36)該雷達程式產生一參數設定命令。步驟(A37) 該影像處理程式設置參數，該參數包括資料擷取幀數=0、上次幀序列號=0、開始擷取信號=0、停止擷取信號=0。
參閱圖11，步驟(A38) 該影像處理程式判斷該幀率的時間是否長達5秒，若是，則進到步驟(A39)，若否，則進到步驟(A21)。步驟(A39) 該影像處理程式檢查一雷達資料儲存狀態是否未開始，若是，則進到步驟 (A40)，若否，則進到步驟(A21)。 步驟(A40) 該影像處理程式檢查一開始擷取信號是否是0，若是，則進到步驟 (A41)，若否，則進到步驟(A21)。步驟(A41) 該影像處理程式檢查一雷達參數設定是否完成，若是，則進到步驟 (A42)，若否，則進到步驟(A21)。步驟(A42)該影像處理程式檢查一雷達資料擷取啟動是否完成，若是，則進到步驟 (A43)，若否，則進到步驟(A21)。步驟(A43)該影像處理程式設置參數，該參數包括雷達啟動信號=1、開始擷取信號=1、停止擷取信號=0，然後回到步驟(A21)。
參閱圖12，步驟(A44) 該影像處理程式判斷是否與該預設時間(5秒)差2秒，若是，則進到步驟(A45)，若否，則進到步驟(A46)。步驟(A45) 該影像處理程式通知該雷達程式產生一啟動雷達資料擷取命令，然後，進到步驟(A21)與步驟D0。步驟(A46) 該影像處理程式判斷是否與該預設時間(5秒)差1秒，若是，則進到步驟(A47)。步驟(A47) 該影像處理程式通知該雷達程式產生一開始雷達波命令，然後，到步驟(A21) 與步驟E0。
綜上所述，上述實施例透過先平行設定好雷達收發裝置3與影像擷取裝置2，再同時啟動，啟動後根據電磁鐵彈片51所造成的雷達波變量與影像變動率進行幀平移值的校正，而達到無需修改硬體，即來同步影像與雷達的功效。
惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。
1:電腦
2:影像擷取裝置
3:雷達收送裝置
4:雷達資料擷取裝置
5:突波產生器
51:電磁鐵彈片
52:金屬片
61:馬蹄形電磁鐵
62:鐵片
63:彈簧片
64:斷電器
65:電源
66:開關
67:擊槌
A0~A2:影像處理的步驟
B1:雷達啟動的步驟
A01~A47:影像處理的步驟
B10~B16:雷達初始化的步驟
C0~C4:雷達參數設定的步驟
D0~D4:雷達資料擷取的步驟
E0~E5:雷達波的步驟
F0~F3:雷達資料寫入的步驟
本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：
圖1是本發明雷達與影像同步系統的一實施例的一系統圖；
圖2是該實施例執行一雷達與影像同步方法的一流程圖；
圖3是執行影像處理程式的一流程圖；
圖4是初始化雷達的一流程圖；
圖5是雷達參數設定的一流程圖；
圖6是雷達資料擷取的一流程圖；
圖7是開始雷達波的一流程圖；
圖8是雷達資料寫入的一流程圖；
圖9是影像處理程式的一流程圖；
圖10是影像處理程式的一流程圖；
圖11是影像處理程式的一流程圖；
圖12是影像處理程式的一流程圖；及
圖13是電磁鐵彈片的一結構圖。
1:電腦
2:影像擷取裝置
3:雷達收送裝置
4:雷達資料擷取裝置
5:突波產生器
51:電磁鐵彈片
52:金屬片
Claims (8)
- 一種雷達與影像同步方法，包含：(A0)電腦執行一影像處理程式，且產生一平行呼叫信號；(B1)電腦根據該平行呼叫信號執行一雷達設定程式，當該雷達設定程式發出一準備完成通知，產生一雷達啟動信號以控制一雷達產生一雷達波，並接收回波，且儲存一相關該雷達波的雷達資料到該電腦；(A1)該影像處理程式控制影像擷取裝置讀取一影像資料，且將影像資料傳送到電腦，每一影像資料包括多個幀；(A2)當該影像處理程式接收到該準備完成通知且計數一影像擷取幀數到達一預設幀數時，該影像處理程式控制一突波產生器造成一突波信號於該回波中，該影像處理程式比較該影像資料的其中三幀的一變化比率，若該變化比率大於一預設閥值，則以該三幀的最後一幀的幀數作為一實際突波所在幀，並根據該實際突波所在幀與該預設幀數，產生一幀平移數，該影像處理程式根據該幀平移數對該雷達資料與該影像資料進行同步。
- 如請求項1所述的雷達與影像同步方法，其中，該步驟(A2)包括在該當該影像處理程式接收到該準備完成通知且計數一影像擷取幀數到達一預設幀數時，該影像處理程式控制一突波產生器造成一突波信號於該回波中的步 驟之前的(A21)該影像處理程式根據影像資料計算平均每秒幀數，得到一幀率。
- 如請求項2所述的雷達與影像同步方法，其中，該步驟(A2)還包括介於該當該影像處理程式接收到該準備完成通知且計數一影像擷取幀數到達一預設幀數時，該影像處理程式控制一突波產生器造成一突波信號於該回波中的步驟之前，與該步驟(A21)之後的(A22)該影像處理程式判斷該幀率是否持續一預設時間達到一穩定幀數。
- 如請求項3所述的雷達與影像同步方法，其中，該步驟(A2)還包括介於該當該影像處理程式接收到該準備完成通知且計數一影像擷取幀數到達一預設幀數時，該影像處理程式控制一突波產生器造成一突波信號於該回波中的步驟之前，與該步驟(A22)之後的，(A24)該影像處理程式對該影像資料開始計數該影像擷取幀數。
- 如請求項1所述的雷達與影像同步方法，其中，該步驟(A2)還包括在該當該影像處理程式接收到該準備完成通知且計數一影像擷取幀數到達一預設幀數時，該影像處理程式控制一突波產生器造成一突波信號於該回波中的步驟之前的(A25)該影像處理程式判斷該幀平移數是否等於0；(A26)若該步驟(A25)的該幀平移數等於0，則該影 像處理程式判斷該影像擷取幀數是否為該預設幀數；且該當該影像處理程式接收到該準備完成通知且計數一影像擷取幀數到達一預設幀數時，該影像處理程式控制一突波產生器造成一突波信號於該回波中的步驟還包括步驟(A27)，其中，該突波產生器包括電磁鐵彈片，若該步驟(A26)的該影像擷取幀數為該預設幀數時，該影像處理程式控制一電磁鐵彈片擊發產生該突波信號。
- 如請求項1所述的雷達與影像同步方法，其中，該步驟(A2)還包括介於該當該影像處理程式接收到該準備完成通知且計數一影像擷取幀數到達一預設幀數時，該影像處理程式控制一突波產生器造成一突波信號於該回波中的步驟之後，與該產生幀平移數的步驟之前的(A28)該影像處理程式判斷該資料擷取幀數是否大於該幀平移數；(A32)若該步驟(A28)的該資料擷取幀數大於該幀平移數時，則該影像處理程式將該記憶體所暫存的該影像資料回存到一硬碟。
- 如請求項1所述的雷達與影像同步方法，其中，該步驟(A2)還包括介於該當該影像處理程式接收到該準備完成通知且計數一影像擷取幀數到達一預設幀數時，該影像處理程式控制一突波產生器造成一突波信號於該回波中的步驟之後，與該產生幀平移數的步驟之前的，(A330)該影像處理程式判斷該幀平移數是否等於0；(A33)若該步驟(A330)的該幀平移數等於0，則該影 像處理程式根據該突波信號與該影像資料的多幀畫面間的變化比率，得到該實際突波所在幀；且該產生幀平移數的步驟還包括步驟(A34)，該影像處理程式根據該實際突波所在幀與該預設幀數運算後，得到該幀平移數。
- 一種雷達與影像同步系統，包含：一電腦，執行一影像處理程式，且產生一平行呼叫信號，該電腦根據該平行呼叫信號執行一雷達設定程式，當該雷達設定程式發出一準備完成通知，產生一雷達啟動信號以控制一雷達產生一雷達波，並接收回波，且儲存一相關該雷達波的雷達資料到該電腦；一影像擷取裝置，電連接該電腦，且根據該電腦的控制讀取一影像資料，且將影像資料傳送到電腦，每一影像資料包括多個幀；一突波產生器，電連接該電腦，當該影像處理程式接收到該準備完成通知且計數一影像擷取幀數到達一預設幀數時，該影像處理程式控制該突波產生器造成一突波信號於該回波中，該電腦的該影像處理程式比較該影像資料的其中三幀的一變化比率，若該變化比率大於一預設閥值，則以該三幀的最後一幀的幀數作為一實際突波所在幀，並根據該實際突波所在幀與該預設幀數，產生一幀平移數，且根據該幀平移數對該雷達資料與該影像資料進行同步。
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| TW111130981A TWI816515B (zh) | 2022-08-17 | 2022-08-17 | 雷達與影像同步方法及雷達與影像同步系統 |
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| Country | Link |
|---|---|
| TW (1) | TWI816515B (zh) |
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2022
- 2022-08-17 TW TW111130981A patent/TWI816515B/zh active
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