具攝影機自動調派功能的3D影像監控系統及其監控方法與流程
2023-06-27 04:35:36
本發明涉及監控系統及監控方法，尤其涉及具有攝影機自動調派功能的3D影像監控系統與3D影像監控方法。
背景技術：
有鑑於一般民眾對於保全意識的提升，目前影像監控系統已普及於各種場所，例如博物館、社區、辦公室、廠房、校園等。
參閱圖1，為公知的影像監控系統架構圖。如圖1所示，公知的影像監控系統10』主要建構於一監控端電腦1』中，並包括一場景創建單元101』、一資料讀取單元102』與一攝影機選擇單元103』。並且，所述監控端電腦1』還包括與該影像監控系統10』通信連接的一顯示模塊11』、一儲存模塊12』、一控制處理模塊13』與一網絡通信模塊14』。其中，該監控端電腦1』系通過該網絡通信模塊14'連接一通信網絡3』(Internet)，並通過該通信網絡3'遠端連結(link)設置在一監控場所2』內的多個攝影機20』。
請同時參閱圖2，為公知的監控區域劃分圖。如圖所示，該多個攝影機20』是分別裝設在該監控場所2』中預先劃分好的多個監控區域內，例如圖2所示的監控區域A』、B』、C』、D』、E』、F』、G』、H』、I』、J』、K』及L』。
再請同時參閱圖3，為公知的影像監控系統操作示意圖。使用者實際操作該影像監控系統10』時，該場景創建單元101』會先存取預先儲存於該儲存模塊12』中的該監控場所2』的一虛擬場景影像畫面，並顯示於該顯示模塊11'。
當使用者通過該監控端電腦1』選取欲觀看的一特定監控區域時(例如圖3中的監控區域E』)，該資料讀取單元102』便會自該儲存模塊12』中讀出對應該特定監控區域的一場景影像。其中，該場景影像是由設置於該特定監控區域中的一或多支該攝影機20'所拍攝。接著，通過該攝影機選擇單元103』的輔助，使用者可隨時調整該場景影像的展示方向與角度(即，可調整設置於該特定監控區域中的一或多支該攝影機20'的拍攝方向與角度)。
雖然公知的該影像監控系統10』能夠通過該通信網絡3'而於遠端監控該監控場所2』內任一特定監控區域的即時影像，然而該影像監控系統10』仍顯示出一個最主要的缺陷：該多個攝影機20』的覆蓋率(cover ratio)過低。
承上述，由於該些攝影機20'皆是預先配置於該監控場所2'中，並用以拍攝特定的監控區域，實缺乏有效率、精確的配置。並且，這樣的配置通常沒有考慮到該些攝影機20』的解析度(Resolution)與可視角(viewing angle)，也沒有考慮到被拍攝物的面向或實際大小等問題。因此該些攝影機20'拍攝並顯示於該監控端電腦1』上的即時影像極有可能無法清楚地顯示被拍攝物的原貌。於此情況下，使用者就必須手動通過該攝影機選擇單元103'來調整該些攝影機20'的焦距、水平角度及垂直角度，相當麻煩。
為了解決公知的該影像監控系統10』覆蓋率過低的問題，本技術領域的技術人員提出了幾種能夠提升覆蓋率的攝影機的選擇/配置方式。惟，這些配置方式主要僅將被拍攝物整體視為一個質點，或是僅覆蓋被拍攝物所在地的一個二維的平面，而仍然無法對監控場所內的3D監控目標物(object)提供一個相對精確的覆蓋。
另一方面，上述的攝影機的選擇/配置方式通常具有較高的運算複雜度，故從事件發生到完成攝影機的調派需要花費很長的運算時間，因此無法符合即時調派的需求。
技術實現要素：
本發明的主要目的，在於提供一種具攝影機自動調派功能的3D影像監控系統及其監控方法，可針對監控目標物的位置與大小自動挑選適合的攝影機，並控制攝影機採用的監控視野，藉以達到高效率、高覆蓋率、高影像清晰度的即時性攝影機調派工作。
為了達成上述目的，本發明的影像監控系統包括一監控目標物網點產生單元、一覆蓋矩陣產生單元及一權重矩陣產生單元。該監控目標物網點產生單元對一監控目標物進行切割以獲得該監控目標物的多個表面視點；該覆蓋矩陣產生單元根據該多個攝影機的多個監控視野與該多個表面視點產生一覆蓋矩陣；該權重矩陣產生單元依據該覆蓋矩陣判斷各該表面視點的被覆蓋機率，並產生一權重矩陣。
藉此，該監控系統可基於各該攝影機的各該監控視野與該多個表面視點的覆蓋關係挑選適合的一或多個該攝影機，並同時決定被挑選的攝影機需採用的該監控視野。
本發明相對於現有技術所能達到的技術功效在於，監控系統可依據監控目標物的位置與大小，自動挑選監控場所中最適合的攝影機，並控制被挑選的攝影機採用最適合的監控視野來對監控目標物進行監控。藉此，可進行高效率的調派動作，並實現以最少數量的攝影機達到最佳的覆蓋率的技術功。
附圖說明
圖1為公知的影像監控系統架構圖；
圖2為公知的監控區域劃分圖；
圖3為公知的影像監控系統操作示意圖；
圖4為3D影像監控系統的架構圖；
圖5為3D影像監控系統的設備示意圖；
圖6為攝影機的立體圖；
圖7為攝影機的視野示意圖；
圖8為監控場所與監控目標物的示意圖；
圖9為監控目標物的示意性爆炸圖；
圖10為攝影機設置點與監控目標物表面視點的向量關係圖；
圖11為監控目標物被覆蓋的第一情境圖；
圖12為視野權重加總運算的第一示意圖；
圖13為監控目標物被覆蓋的第二情境圖；
圖14為視野權重加總運算的第二示意圖；
圖15為視野權重加總運算的第三示意圖；
圖16為人機接口單元的顯示示意圖；
圖17為攝影機設定流程圖；
圖18為矩陣產生流程圖；
圖19為攝影機的調派流程圖。
其中，附圖標記說明如下：
1…監控端電腦
10…監控系統
101…控制處理單元
102…空間網點產生單元
103…監控目標物網點產生單元
104…覆蓋矩陣產生單元
105…權重矩陣產生單元
106…人機接口單元
1061…影像顯示窗口
1062…監控場所顯示窗口
1063…參數設定窗口
1064…調派結果窗口
1065…攝影機控制窗口
107…事件檢測單元
108…警示單元
11…控制處理模塊
12…儲存模塊
13…網絡通信模塊
14…顯示模塊
2…監控場所
20…攝影機
20a…第一攝影機
20b…第二攝影機
20c…第三攝影機
21…監控目標物
21a…第一監控目標物
21b…第二監控目標物
23…小狗
24…火源
3…通信網絡
FoV、FoV11、FoV12、FoV21、FoV22、FoV31…視野
DOF…景深
α…視場角
αh…水平視場角
αv…垂直視場角
Cw…感測晶片寬度
CL…感測晶片長度
Rmax…最大景深
Rmin…最小景深
fL…焦距
Cj…攝影機設置點
C1…第一攝影機設置點
C2…第二攝影機設置點
C3…第三攝影機設置點
Pi…監控目標物表面視點
P1…第一表面視點
P2…第二表面視點
P3…第三表面視點
P4…第四表面視點
P5…第五表面視點
P6…第六表面視點
P7…第七表面視點
P8…第八表面視點
P9…第九表面視點
P10…第十表面視點
P11…第十一表面視點
P12…第十二表面視點
P13…第十三表面視點
P14…第十四表面視點
P15…第十五表面視點
P16…第十六表面視點
S1…第一面
S2…第二面
S3…第三面
S4…第四面
S5…第五面
S6…第六面
…觀視角
…方向向量
S10～S12…設定步驟
S20～S28…矩陣產生步驟
S30～S38…調派步驟
1』…監控端電腦
10』…影像監控系統
101』…場景創建單元
102』…資料讀取單元
103』…攝影機選擇單元
11』…顯示模塊
12』…儲存模塊
13』…控制處理模塊
14』…網絡通信模塊
2』…監控場所
20』…攝影機
3』…通信網絡
A』、B』、C』、D』、E』、F』、G』、H』、I』、J』、K』、L』…監控區域
具體實施方式
為了能夠更清楚地描述本發明所提出的一種具攝影機自動調派功能的3D影像監控系統及監控方法，以下將配合附圖，詳盡說明本發明的較佳實 施例。
請參閱圖4與圖5，分別為本發明的3D影像監控系統的架構圖與設備示意圖。如圖4與圖5所示，本發明揭露了一種具攝影機自動調派功能的3D影像監控系統(下面簡稱為該監控系統10)，應用於一監控端電腦1上，協助該監控端電腦1通過一通信網絡3控制並自動調派設置於一監控場所2內的多個攝影機20。藉此，使該多個攝影機20能夠在接受調派後，對該監控場所2中的一或多個監控目標物提供高覆蓋率、高清晰度的即時監控。
如圖4所示，該監控端電腦1至少包括一控制處理模塊11，以及與該控制處理模塊11連接的一儲存模塊12、一網絡通信模塊13及一顯示模塊14。其中，該監控端電腦1通過該網絡通信模塊13連接該通信網絡3，並通過該通信網絡3於遠端連接該多個攝影機20。
該監控系統10與該控制處理模塊11通信連接，並且至少包括彼此通信連接的一控制處理單元101、一空間網點產生單元102、一監控目標物網點產生單元103、一覆蓋矩陣產生單元104及一權重矩陣產生單元105。值得一提的是，該監控系統10中的各個模塊101-105可由硬體模塊方式實現(如電子電路或已刻錄數字電路的集成電路)，亦可由軟體模塊方式實現(如程序(program)或應用程式接口(Application Programming Interface，API))，但不以此為限。本實施例中，該些模塊101-105經由軟體模塊方式實現，並且各該模塊101-105間的通信連接是指程序間的鏈結(link)。
具體地，於本實施例中，該監控系統10主要是通過JavaScript引擎編纂成的一應用軟體，並由該控制處理模塊11來執行。並且，該監控系統10所使用的多個數學公式是利用商業數學軟體MATLAB來建立。當然，上述的JavaScript引擎以及MATLAB只是用以實現本發明一個較佳實施例，該監控系統10所使用的數學公式也可例如以FORTRAN來建立，不應以此限定。
此外，本發明中該多個攝影機20主要為雲臺全方位移動及可變焦距/光圈的攝影機(Pan–Tilt–Zoom Camera,PTZ Camera)。再者，該監控端電腦1較佳可為伺服電腦、筆記本電腦、智慧型手機或平板電腦等具備網絡通信功能、顯示功能與運算處理功能的電子裝置，不加以限定。
於詳細說明該監控系統10的調派方式前，必須先定義該多個攝影機20的各種參數，詳細說明如下。
參閱圖6，為攝影機的立體圖。如圖6所示，由於該些攝影機20皆具有放大焦距(zoom in)、縮小焦距(zoom out)、上下傾斜(tilt)、以及左右轉動(pan)的功能，因此，放大倍率、縮小倍率、傾斜角(tilt angle)及轉動角度(pan angle)即為該些攝影機20可被該監控系統10自動或使用者手動設定與控制的參數。
續請參閱圖7，為攝影機的視野示意圖。圖7揭露了該些攝影機20的一視野(Field of View,FoV)，並且該視野中包括一景深(Depth-of-Field,DoF)、一視場角(Angle-of-View,AoV(下面用符號α代表))、一最大景深(Rmax)、一最小景深(Rmin)、一焦距(focal length,fL)、一感測晶片寬度(Chip width,CW)與一感測晶片長度(Chip length,CL)。
值得一提的是，本發明中該攝影機20主要為PTZ攝影機，其焦距與拍攝角度皆可調整，因此一臺該攝影機20會具有多個視野。然而於本發明中，該攝影機20的多個視野將會被同時考慮，故接受調派的該攝影機20隻會採用單一個視野進行監控。
另外，由於該視場角α又分為垂直視場角(Vertical AoV,αv)與水平視場角(horizontal AoV,αh)，因此該視場角α進一步地被定義為：α＝min(αv,αh)。即，該視場角α是選自該垂直視場角αv與該水平視場角αh中較小的一個。
本實施例中，該水平視場角αh與該垂直視場角αv可分別由下列公式(1)與公式(2)求得:
…公式(1)；
…公式(2)。
該最大景深(Rmax)可由以下公式(3)求得:
…公式(3)。
於上述公式(3)中，NPh為該攝影機20的水平像素，Rre為該監控系統10、操作人員或使用者對該攝影機20的解析度的要求。
該最小景深(Rmin)為泛焦距離(hyper focal distance)的一半，其中泛焦距離 是指當該攝影機20對焦在這個距離下會產生最大的景深。
為了達到「調派最少攝影機」對該監控場所2內的一監控目標物進行高覆蓋率的即時監控的技術功效，本發明的該監控系統10建置了該空間網點產生單元102與該監控目標物網點產生單元103，詳細說明如後。
請參閱圖8，為監控場所與監控目標物的示意圖。該監控系統10運作時，該空間網點產生單元102通過該控制處理模塊11取得預儲存於該儲存模塊12之中的該監控場所2的三維空間信息，並根據該三維空間信息對該監控場所2進行一二維格狀切割(2D grid segmenting)作業，以獲得多個第一網點(gridpoint)。本發明中，該多個第一網點會被該監控系統10視為該多個攝影機20的攝影機設置點Cj。也就是說，該監控場所2中的該多個攝影機20主要皆設置於該些攝影機設置點Cj上。
於另一實施例中，操作人員也可於該些攝影機20設置完成後，直接將該多個攝影機20的設置地點的座標輸入該監控系統10中。於此實施例中，該監控系統10不需具有該空間網點產生單元102。
另，在確定了要監控的該監控目標物21後(例如使用者手動選擇，或經由傳感器感測事件的發生)，該監控目標物網點產生單元103可通過該控制處理模塊11取得預儲存於該儲存模塊12內的該監控目標物21的三維空間信息。接著，該監控目標物網點產生單元103根據該三維空間信息對該監控目標物21進行一三維格狀切割(3D grid segmenting)作業，以獲得多個第二網點(grid point)。本發明中，該多個第二網點會被該監控系統10視為該監控目標物21的多個監控目標物表面視點Pi(下面簡稱為該表面視點Pi)。也就是說，一個該監控目標物21是由多個該表面視點Pi所組成。
請同時參閱圖9，為監控目標物的示意性爆炸圖。圖9用於進一步說明本發明產生該多個表面視點Pi的目的。如圖9所示，一個三維的該監控目標物21通常包含上、下、左、右、前、後六個面，具體為一第一面S1、一第二面S2、一第三面S3、一第四面S4、一第五面S5及一第六面S6。
為了提升該監控目標物21的被覆蓋率，本發明不直接判斷該六個面S1-S6是否皆攝影機所覆蓋，而是先通過該監控目標物網點產生單元103分別對該六個面S1-S6皆進行格狀切割後，再判斷該六個面S1-S6上的每個該表面視點Pi是否都能夠被攝影機所覆蓋。
經由上述說明，本領域的技術人員應可以清楚了解本發明的該空間網點產生單元102與該監控目標物網點產生單元103的設置目的。
在獲得該多個攝影機設置點Cj與該多個表面視點Pi之後，該覆蓋矩陣產生單元104便可接著產生一覆蓋矩陣B[M]×[N]。本發明中，該覆蓋矩陣B[M]×[N]為[bji]，其中，bji為一二元變數(binary variable)，且該覆蓋矩陣中的每一個bji的值是通過以下公式(I)所決定:
…公式(I)
在上述公式(I)中，Cj為各該攝影機設置點，Pi為各該表面視點，N為該多個表面視點Pi的集合，M為該多個攝影機20的集合。
值得一提的是，為了確保接受調派的該攝影機20所拍攝的該監控目標物21的即時影像可被清楚地辨識，因此各該攝影機設置點Cj必須符合下列幾個覆蓋條件，才能被視為可覆蓋該表面視點Pi(即，於該覆蓋矩陣中記錄為1)。反之，若各該攝影機設置點Cj無法符合下列幾個覆蓋條件的其中之一，則被視為無法覆蓋該表面視點Pi(即，於該覆蓋矩陣中記錄為0)。
請同時參閱圖10，為攝影機設置點與表面視點的向量關係圖。本實施例揭露了一覆蓋條件一：該表面視點Pi必須在(設置於該攝影機設置點Cj上的)該攝影機20的視野(FoV)的景深(DoF)內。即，該表面視點Pi與該攝影機設置點Cj之間的距離必須大於該攝影機20的該最小景深Rmin且小於該最大景深Rmax。據此，上述覆蓋條件一可以由以下公式(II)所表示：
…公式(II)。
在上述公式(II)之中，為由該表面視點Pi至該攝影機設置點Cj的方向向量，Rmin與Rmax分別表示該攝影機20的該最小景深與該最大景深。
本實施例還揭露一覆蓋條件二：該表面視點Pi必須在(設置於該攝影機設置點Cj上的)該攝影機20的視野(FoV)的視場角(AoV)內。即，該表面視點Pi必須能在該攝影機20的轉動(水平轉動(Pan)或垂直轉動(Tilt))極限內被覆蓋。具體地，該覆蓋條件二可由以下公式(III)所表示：
…公式(III)。
表示為該攝影機20相對於該監控目標物21的一觀視角(viewing-angle)，α為該攝影機20的一視野(FoV)的一視場角(AoV)。進一步，由圖10可以得知，該觀視角可以由以下公式(4)來求得：
…公式(4)
在上述公式(4)之中，為由該攝影機設置點Cj至該表面視點Pi的方向向量，為該攝影機20的一視野(FoV)的方向向量。
雖然根據上述覆蓋條件一與覆蓋條件二便能夠確定該攝影機設置點Cj是否可覆蓋該表面視點Pi，然而，即使該些攝影機設置點Cj上設置的該攝影機20可拍攝到該表面視點Pi的影像，但若拍攝角度過大，則影像可能會過於模糊或扭曲而無法被清楚識別。
基於上述理由，於一較佳實施例中還揭露一覆蓋條件三：該攝影機20相對於該監控目標物21的該觀視角必須小於一可視角度(effect angle)。具體地，該可視角度是一個事先定義的角度，在該觀視角在小於該可視角度的情況下，該監控目標物21的一個面才能夠被該攝影機20拍攝得清楚。因此，於挑選該攝影機設置點CJ時，除了要確定該表面視點Pi可被該攝影機20的一視野(FoV)的景深(DoF)與視場角(AoV)所覆蓋之外，還需確定該攝影機20相對於該監控目標物21的該觀視角小於預設的該可視角度。
進一步，該覆蓋條件三可由以下公式(IV)所表示:
…公式(IV)。
值得一提的是，除了上述的覆蓋條件一至三外，該監控系統10還可進一步考慮各該攝影機20相對於各該表面視點Pi的視線遮蔽性(Line of sight)。
具體地，該儲存模塊12中可預儲存有該監控場所2的該三維空間信息，並且具備該監控場所2中的所有該攝影機設置點Cj與所有該監控目標物21的座標資料。因此，於挑選該攝影機設置點Cj時，該監控系統10還可依據該攝影機設置點Cj的座標與該監控目標物21的座標，判斷該攝影機20與 該監控目標物21的該多個表面視點Pi之間，是否和其他的物體有交點。藉此，判斷該攝影機20與該監控目標物21之間是否被其他物體所遮蔽。若被其他物體所遮蔽，則該攝影機20對應的該攝影機設置點Cj被視為無法覆蓋該表面視點Pi。
續請參閱圖11，為監控目標物被覆蓋的第一情境圖。圖11揭示了多個該監控目標物21分別被一或多個該攝影機20所監控的情境。
如圖11所示，一第一攝影機20a被設置在一第一攝影機設置點C1上，一第二攝影機20b被設置在一第二攝影機設置點C2上。一第一監控目標物21a位於該第一攝影機20a的視野FoV11內，而一第二監控目標物21b同時位於該第一攝影機20a的視野FoV12以及該第二攝影機20b的視野FoV21之中。
承上，該第一監控目標物21a包含一第一表面視點P1至一第八表面視點P8。該第二監控目標物21b則包括一第九表面視點P9至一第十六表面視點P16。
根據圖11的相關信息，一個示範性的覆蓋矩陣可被建立，並如下表一所示。
表一
獲得例如上述表一的覆蓋矩陣後，該權重矩陣產生單元105便能夠接著
將該覆蓋矩陣轉換為一權重矩陣。
具體地，為了確保被覆蓋率較低的該表面視點Pi可以被覆蓋，本發明主要是依據每個表面視點Pi的被覆蓋機率來計算每個表面視點Pi的權重。特別地，所述被覆蓋機率可依據下列公式(V)來計算得出：
…公式(V)。
在上述的公式(V)之中，weighti為權重值，Qi為同時覆蓋單一表面視點 Pi的該攝影機20的數量，M為該多個攝影機20的集合。藉此，該權重矩陣產生單元105可根據該公式(V)將表一所示的該覆蓋矩陣轉換成如下表二所示的權重矩陣。
表二
獲得如上述表二所示的該權重矩陣後，該控制處理單元101可接著對該權重矩陣中的每一個該攝影機設置點Cj進行一攝影機權重加總運算，並根據運算結果挑選適合的該攝影機設置點Cj。
在挑選了適合的該攝影機設置點Cj後，該控制處理單元101進一步對設置於被挑選的該攝影機設置點Cj上的該攝影機20進行一視野權重加總運算，並根據運算結果決定被挑選的該攝影機20要採用的一監控視野。其中，該監控視野為該攝影機20所具備的多個視野(FoV)的其中之一。
本發明中，該控制處理單元101主要是通過迭代法(iteration)對該權重矩陣進行該攝影機權重加總運算以及該視野權重加總運算。舉例而言，根據上述表二可計算出該第一攝影機設置點C1的權重值為[(1x8)+(0.5x8)]＝12，而該第二攝影機設置點C2的權重值為[(0x8)+(0.5x8)]＝4，明顯低於該第一攝影機設置點C1的權重值。因此，根據該攝影機權重加總運算的結果，設置於該第一攝影機設置點C1的該第一攝影機20a會被該控制處理單元101所優先挑選。
接著請參閱圖12，為視野權重加總運算的第一示意圖。如圖12所示，由於該第一表面視點P1至該第八表面視點P8隻被該第一攝影機20a的該視野FoV11所覆蓋，因此，該第一攝影機20a的該視野FoV11的權重值為(1x8)＝8。
相對地，由於該第九表面視點P9至該第十六表面視點P16是同時被該第一攝影機20a的該視野FoV12以及該第二攝影機20b的該視野FoV21所覆蓋，因此該第一攝影機20a的該視野FoV12的權重值為(0.5x8)＝4，明顯低於另一 視野FoV11的權重值。因此，根據該視野權重加總運算的結果，該控制處理單元101在挑選了該第一攝影機20a後，會控制該第一攝影機20a以該視野FoV11來監控第一監控目標物21a。
完成第一次的該攝影機權重加總運算以及該視野權重加總運算後，已被挑選的該攝影機設置點Cj，以及可被已採用的該監控視野所覆蓋的多個表面視點Pi，會從該權重矩陣中被移除。
以上述表二為例，若將已被挑選的該第一攝影機設置點C1，以及該視野FoV11可覆蓋的該第一表面視點P1至該第八表面視點P8自表二所示的該權重矩陣中移除，則可獲得一更新後權重矩陣，如下表三所示。
表三
獲得上述表三所示的該更新後權重矩陣之後，可以確定的是，該控制處理單元101必須調派設置於該第二攝影機設置點C2上的該第二攝影機20b，並控制該第二攝影機20b以其視野FoV21監控該第二監控目標物21b(即，該第九表面視點P9至該第十六表面視點P16)。如此，才能完整監控該第一監控目標物21a與該第二監控目標物21b。
當該權重矩陣再度更新，且該第二攝影機設置點C2以及其視野FoV21可覆蓋的該第九表面視點P9至該第十六表面視點P16也自該權重矩陣中被刪除後，該權重矩陣便會成為空矩陣。當該權重矩陣變成空矩陣後，表示已經沒有適合的該攝影機設置點Cj可以被挑選，或是該監控場所2內已不存在等待被覆蓋的該表面視點Pi。屆此，該監控系統10便完成了攝影機的調派工作。
值得一提的是，除了該權重矩陣外，該監控系統10也可對該覆蓋矩陣進行上述更新動作，並判斷該更新後覆蓋矩陣是否為空矩陣，其判斷基準不以該權重矩陣為限。
上述表一、表二、表三、圖11與圖12是以兩個攝影機設置點Cj與兩個 監控目標物21為範例，說明該監控系統10如何自動建立該覆蓋矩陣與該權重矩陣，以及如何利用迭代法挑選該攝影機設置點Cj和該攝影機20所採用的該監控視野。
通過上述說明，本技術領域的技術人員可以理解，本發明能夠達到發揮高效率攝影機調派功能的技術功效的原因在於：「通過設立嚴格的覆蓋條件(上述覆蓋條件一、覆蓋條件二、覆蓋條件三及視線遮蔽性)，確保被挑選的該攝影機20及其採用的該監控視野與該監控目標物21的該多個表面視點Pi的覆蓋關係」。換句話說，只有同時滿足了上述該些覆蓋條件的該攝影機20及該監控視野，才能夠被該監控系統10挑選來監控該監控目標物21。
為了強調這個重要的技術設定，以下將配合圖13來進行再次的示範說明。
參閱圖13，為監控目標物被覆蓋的第二情境圖。圖13中的圖(a)揭示了一第一攝影機設置點C1(設有一第一攝影機20a)、一第二攝影機設置點C2(設有一第二攝影機20b)與一第三攝影機設置點C3(設有一第三攝影機20c)。並且，圖(a)亦顯示了一第一表面視點P1、一第二表面視點P2、一表面視點P3與一第四表面視點P4。根據圖13的圖(a)所示的情境，該覆蓋矩陣產生單元104可建立如下表四所示的一覆蓋矩陣。
表四
獲得如上述表四所示的該覆蓋矩陣後，該權重矩陣產生單元105便可參考該覆蓋矩陣，以依據各該表面視點Pi的被覆蓋機率來計算各該表面視點Pi的權重，進而產生如下表五所示的一權重矩陣。
表五
獲得例如上述表五所示的該權重矩陣後，該控制處理單元101即可通過迭代法(iteration)對該權重矩陣進行該攝影機權重加總運算以及該視野權重加總運算。
根據上述表五可計算出該第一攝影機設置點C1的權重值為[(1x1)+(0.5x1)+(0x2)]＝1.5，該第二攝影機設置點C2的權重值為[(0x2)+(0.5x2)]＝1，而該第三攝影機設置點C3的權重值為[(0x1)+(0.5x3)]＝1.5。
於該攝影機權重加總運算結束後，可得出該第二攝影機設置點C2的權重值最低，而該第一攝影機設置點C1與該第三攝影機設置點C3的權重值最高。惟，本實施例中，該第一表面視點P1僅能被該第一攝影機設置點C1所覆蓋，因此，根據該攝影機權重加總運算的結果，位於該第一攝影機設置點C1上的該第一攝影機20a會被該控制處理單元101所優先挑選。
續請參閱圖13中的圖(b)，並請同時參閱圖14，為視野權重加總運算的第二示意圖。如圖14所示，由於該第一攝影機20a的一視野FoV11僅覆蓋該第一表面視點P1，因此該視野FoV11的權重值為1。相對地，該第一攝影機20a的一視野FoV12是同時覆蓋該第一表面視點P1與該第二表面視點P2，因此該視野FoV12的權重值為1.5。
根據該視野權重加總運算的結果，該控制處理單元101將會調派設置於該第一攝影機設置點C1上的該第一攝影機20a，並控制該第一攝影機20a以其視野FoV12來同時監控該第一表面視點P1與該第二表面視點P2。
完成第一次的該攝影機權重加總運算及該視野權重加總運算後，已被挑選的該攝影機設置點Cj及其可覆蓋的一或多個該表面視點Pi即自該權重矩 陣之中被移除。於上述實施例中，即將已被挑選的該第一攝影機設置點C1及該第一表面視點P1與該第二表面視點P2自表五所示的該權重矩陣內移除，並可更新該權重矩陣為下表六所示的內容。
表六
獲得如上述表六所示的更新後權重矩陣後，該控制處理單元101可發現該第二攝影機設置點C2與該第三攝影機設置點C3的權重值皆為1。因此，在第二次迭代運算中，該控制處理單元101暫時同時挑選這兩個攝影機設置點C2、C3。
續請參閱圖13的圖(c)，並同時參閱圖15，為視野權重加總運算的第三示意圖。如圖所示，該第二攝影機20b的一視野FoV21僅覆蓋該第三表面視點P3，因此該視野FoV21的權重值為0.5。此外，該第二攝影機20b的另一視野FoV22僅覆蓋該第四表面視點P4，因此該視野FoV22的權重值也是0.5。
不同於該視野FoV21與該視野FoV22，該第三攝影機20c的一視野FoV31是同時覆蓋該第三表面視點P3與該第四表面視點P4，故該視野FoV31的權重值為1。因此，根據該視野權重加總運算的結果，該控制處理單元101於第二次迭代運算後會調派設置於該第三攝影機設置點C3上的該第三攝影機20c，並控制該第三攝影機20c以其視野FoV31同時監控該第三表面視點P3與該第四表面視點P4。
完成第二次的該攝影機權重加總運算及該視野權重加總運算後，已被挑選的該第三攝影機設置點C3及該第三表面視點P3與該第四表面視點P4會自表五所示的該權重矩陣內移除。而該權重矩陣再次更新後，該控制處理單元101會發現該權重矩陣已成為空矩陣，也就是說沒有剩餘的該表面視點Pi等待被覆蓋。因此於本實施例中，該第二攝影機設置點C2及其上設置的該第二攝影機20b不會被挑選，藉此可達到本發明以最少的攝影機達到最高的覆蓋 率的目的。
必須進一步說明的是，本發明的該監控系統10還提供一基於網頁(Web-based)的人機界面單元106。藉此，使用者可經由網絡連接該監控端電腦1，並登入該人機接口單元106，進而存取該監控系統10。
參閱圖16，為人機接口單元的顯示示意圖。如圖16所示，該人機接口單元106主要可包括多個影像顯示窗口1061、一監控場所顯示窗口1062、一參數設定窗口1063、一調派結果窗口1064及一攝影機控制窗口1065。
該多個影像顯示窗口1061用以接收並顯示該多個攝影機20拍攝並回傳的即時影像。更具體地，該多個影像顯示窗口1061可接收並顯示該監控場所2中的所有攝影機20的即時影像，或僅接收並顯示被調派的一或多個該攝影機20的即時影像，不加以限定。
該監控場所顯示窗口1062用以顯示該監控場所2的一虛擬影像，例如，該監控場所2的平面圖或三維空間信息等。
根據該監控系統10所搭載的該多個攝影機20的種類，該監控端電腦1的操作人員必須於初期運行時通過該參數設定窗口1063進行該多個攝影機20的參數設定。例如，設定該多個攝影機20的型號。
由前述說明可知，要達到高效率攝影機調派的目的，則該監控系統10必須能清楚判斷各該攝影機20的不同視野(FoV)與各該監控目標物21的該多個表面視點Pi的覆蓋關係。因此，當操作人員(或使用者)通過該參數設定窗口1063輸入該多個攝影機20的型號後(例如PTZ攝影機的型號)，該監控系統10便可自動地取得該些攝影機20的視野(FoV)、景深(DoF)與視場角(AoV)等參數。
完成該些攝影機20的參數設定後，操作人員可接著通過該參數設定窗口1063輸入該些攝影機20需滿足的該些覆蓋條件的計算參數，例如該些攝影機20需滿足的解析度(Pixel per foot,PPF)與可視角度(θ)等。
接著，該監控系統10可接受操作人員手動選擇要監視的該監控目標物21。具體地，包括該監控目標物位置(或座標)、數量或大小等資料。藉此，由該監控系統10針對要監視的該監控目標物21自動調派合適的一或多個該攝影機20，並控制該一或多個攝影機20所採用合適的該監控視野。
值得一提的是，該監控場所2中可設置多個固定的傳感器，例如門窗傳 感器、溫度傳感器、煙霧傳感器、聲音傳感器、氣壓傳感器等。該些傳感器可用以感測該監控場所2中的異常事件，並於異常事件發生時回復事件的發生位置給該監控系統10。藉此，該監控系統10可通過該事件的發生位置來自動確定該監控目標物21，不需由操作人員來手動選擇，相當便利。
再者，該監控場所2中還可包含移動式的傳感器，例如員工門禁卡或具備無線傳輸功能(例如BLE)的感應卡等，並且該些傳感器一般是被人員所攜帶。本實施例中，該些傳感器可持續回復自身的位置給該監控系統10，藉此，該監控系統10可通過該些傳感器的位置(即，人員的位置)來自動確定該監控目標物21(即，將該人員視為該監控目標物21)。通過本實施例的該些傳感器，該監控系統10還可進一步實現該監控場所2內的人員追蹤。
進一步，該監控系統10可控制該多個攝影機20的其中之一常態地對該監控場所2的整體進行拍攝，並將拍攝所得的即時影像回傳至該監控系統10。該監控系統10可對該些即時影像進行影像辨識，並通過影像辨識的結果判斷是否有事件發生(例如火災、闖空門、氣爆或特定人士進入)。並且，於事件發生時，該監控系統10可直接依據該些即時影像來確定事件的發生位置(即，確定該監控目標物21)，相當便利。
在確定了該監控目標物21後，該監控系統10內的該空間網點產生單元102、該監控目標物網點產生單元103、該覆蓋矩陣產生單元104與該權重矩陣產生單元105便會自動地完成相關演算，使得該控制處理單元101可針對該監控目標物21調派適合的該攝影機20，並控制該攝影機20採用適合的該監控視野，藉以完成高效率的攝影機調派工作。並且，接受調派的該攝影機20所拍攝的即時影像，會回傳該監控系統10並顯示於該人機接口單元106的該影像顯示窗口1061上。
如上所述，其中相關的調派結果，例如該監控目標物21的被覆蓋率(cover ratio)、即時調派工作的運算時間及決定調派的該攝影機20的數量、編號及採用的該監控視野等，都會即時性地顯示於該人機接口單元106的該調派結果窗口1064上。
此外，在本發明的該監控系統10正常運行時，操作人員或使用者也可通過觸發該攝影機控制窗口1065上的控制鍵，選擇該監控場所顯示窗口1062上的任一支該攝影機20，並控制該被選擇的攝影機20進行焦距縮放 (Zoom-In/Zoom-Out)、傾斜角度(tilt angle)及轉動角度(pan angle)等動作。
請再參閱圖4，該本發明的該監控系統10可更進一步包括一事件檢測單元107與一警示單元108。該事件檢測單元107耦接於該多個攝影機20與該些傳感器，接收該多個攝影機20拍攝的即時影像與該些傳感器的感測數據。進一步地，該事件檢測單元107可對所接收的即時影像進行影像辨識，或是依據所接收的感測數據進行分析，以判斷該監控場所2內是否有事件發生。
當該事件檢測單元107判斷該監控場所2中有事件發生時，該監控系統10會先經判斷以獲得該事件的發生位置，並通過該警示單元108於該監控場所顯示窗口1062中標示出來。
上述的該突發事件可例如為物體移動事件、人員跌倒事件、人員爭吵事件、突發火源事件、突發聲響事件、突發光源事件、攝影鏡頭遭受遮蔽事件、攝影主機遭受破壞事件等。
如圖16所示，當一隻小狗23快速地跑進該監控場所2中時，該警示單元108便立即在該監控場所顯示窗口1062中的對應位置標示一星星符號。再例如，當一火源24於該監控場所2中快速竄起時，該警示單元108便立即在該監控場所顯示窗口1062中的對應位置標示一星星符號。
續請參閱圖17、圖18與圖19，分別為攝影機設定流程圖、矩陣產生流程圖與攝影機的調派流程圖。圖17至圖19揭露了本發明的具有攝影機自動調派功能的3D影像監控方法(下面簡稱為該監控方法)，其中該監控方法主要運用於圖4、圖5所示的該監控系統10、該監控場所2與該多個攝影機20。
首請參閱圖17，要執行本發明的該監控方法前，需先對設置於該監控場所2內的該多個攝影機20進行參數設定(步驟S10)，例如，設定該多個攝影機20的型號。
接著，使用者可通過該人機接口單元106進一步設定所需的覆蓋條件(步驟S12)。具體地，該覆蓋條件指的是前文中所述的該覆蓋條件一、該覆蓋條件二、該覆蓋條件三與該視線遮蔽性等，但不以此為限。
另外，於開始執行該監控方法前，該監控系統10還可預先通過該監控場所2的該三維空間信息取得該監控場所2內的所有該攝影機20的座標，以及所有該監控目標物21的座標。藉此，易於判斷各該攝影機20與各該監控目標物21的相對關係(例如距離、方位、一攝影機與一監控目標物之間是 否存在其他物體等)。
續請參閱圖18，要執行本發明的該監控方法，首先需確定該監控目標物21為何(步驟S20)，本實施例中，可由使用者通過該人機接口單元106來手動選擇該監控目標物21，或由該監控場所2內的傳感器或該攝影機20來自動感測，不加以限定。
該監控目標物21確定後，該監控系統10通過該監控目標物網點產生單元103依據該監控目標物21的該三維空間信息對該監控目標物21進行三維格狀切割，以獲得該監控目標物21的多個表面視點Pi(步驟S22)。接著，該覆蓋矩陣產生單元104可根據該監控場所2中的該多個攝影機設置點Cj與該多個表面視點Pi來產生該覆蓋矩陣(步驟S24)。
值得一提的是，該監控系統10可預先對該監控場所2中的所有物體皆進行切割，並獲得所有物體的該多個表面視點Pi，或是在確定了該監控目標物21後，再對該監控目標物21進行切割，不加以限定。另，若該監控目標物21為一移動物體，或是原本不存在於該監控場所2中的新物體，則該監控系統10需於該步驟S20後，即時對該監控目標物21進行切割。
另外，該監控系統10可直接由該儲存模塊12獲得預儲存的該多個攝影機設置點Cj的座標，或是通過該空間網點產生單元102對該監控場所2的該三維空間信息進行二維格狀切割，以獲得該多個攝影機設置點Cj的座標，不加以限定。
該覆蓋矩陣建立完成後，該權重矩陣產生單元105可依據該覆蓋矩陣的內容(如前文中的表一、表四所示)，判斷各該表面視點Pi的被覆蓋機率(步驟S26)。接著，該權重矩陣產生單元105再依據該多個表面視點Pi的被覆蓋機率來計算各該表面視點Pi的權重，進而產生該權重矩陣(步驟S28)。該權重矩陣的內容如前文中的表二、表五所示。值得一提的是，於其他實施例中，該覆蓋矩陣產生單元104與該權重矩陣產生單元105可被整合為一矩陣產生單元。
續請參閱圖19，該權重矩陣建立完成後，該控制處理單元101對該權重矩陣中的該多個攝影機設置點Cj進行該攝影機權重加權運算，並挑選權重值最高的一個該攝影機設置點Cj(步驟S30)。接著，該控制處理單元101進一步對設置在被挑選的該攝影機設置點Cj上的該攝影機20進行該視野權重加 權運算，並挑選權重值最高的一個監控視野(步驟S32)。
該步驟S32後，該控制處理單元101將已被挑選的該攝影機設置點Cj，以及被已挑選的該監控視野所覆蓋的一或多個該表面視點Pi自該權重矩陣中刪除(步驟S34)，以更新該權重矩陣。並且，該控制處理單元101判斷更新後的該權重矩陣是否為空矩陣(步驟S36)，若該權重矩陣不是空矩陣，則再次執行該步驟S30至該步驟S34，以挑選其他的該攝影機設置點Cj及的監控視野。
若該權重矩陣為空矩陣，則表示已經沒有剩餘的該攝影機設置點Cj可被挑選，或是所有的該表面視點Pi皆已被覆蓋。因此，該控制處理單元101依據已挑選的該攝影機置點Cj以及監控視野，調派對應的該攝影機20以對應的該監控視野對該監控目標物21進行監控(步驟S38)。
以上所述僅為本發明的較佳具體實例，非因此即局限本發明的專利範圍，故舉凡運用本發明內容所為的等效變化，均同理皆包含於本發明的範圍內，合予陳明。