利用影像測定方位的方法
2023-06-27 18:46:26 1
專利名稱：利用影像測定方位的方法
技術領域：
本發明涉及一種利用影像測定方位的方法。
背景技術：
以CCD(Charg Coupled Device)或CMOS(Complementary Meta 1-OxideSemiconductor)影像感測組件取得的數字影像被廣泛應用於物性分析與伺服定位，尤甚在伺服定位被用於精密的加工設備上，此類的分析模式是以被攝物標記的色階差來定義其幾何區域，再運算出幾何區域的幾何中心，藉助影像畫素(pixel)矩陣求得精密的平面象限距離值或角度值，再利用這些距離值或角度值作為伺服機構的驅動值，例如被用於PCB(Printed CircuitBoard)板衝孔設備時，工件上的標記受影像擷取系統攝錄而顯示於顯示器上，此衝孔設備上的計算單元即計算出標記的幾何中心，再命令伺服機構移動工件至標記的幾何中心與衝梢的中心軸線重疊位置。
然而至目前為止，伺服定位多數僅應用於2D的範疇，若平面定位所需位移距離極大時，伺服機構在長距位移行程時即易產生機械性誤差所以並不適用。
另一類型的定位系統如射擊系統之類，其瞄準目標方式不外是人工操作或雷達偵測，但人工操作在效率及精確性上經常是因人而異，雷達偵測則所需費用很高，用於輕便的射擊武器並不普遍。
發明內容
為了克服現有的影像定位的方法存在的上述缺點，本發明提供一種利用影像測定方位的方法，其可以擴大影像定位的應用領域，並且能以較價廉的費用達到極精準的定位。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是一種利用影像測定方位的方法，其特徵在於，藉助一已知視角(Angle ofView)的影像擷取系統取得一數字影像信號，而數字影像的畫素(Pixel)矩陣被定義為該已知視角，繼而此數字影像每一行、列的單位畫素間距為該已知視角的等分角，藉此，由數字影像上預設的一單位畫素為基點，通過一運算單元來定義數字影像上被選定的顯示目標與自基點延伸的假想軸線的相對夾角。
前述的利用影像測定方位的方法，其中影像擷取系統的已知視角為通過取像鏡頭所得的視角。
前述的利用影像測定方位的方法，其中影像擷取系統的已知視角為取像鏡頭的焦平面(Focal Plane)上的影像感測晶片(Image Sensor)的感測區域(Format Size)。
前述的利用影像測定方位的方法，其中數字影像信號支持一顯示器的影像來源，以及顯示目標的選定是通過顯示器上的一選取單元來定義一個區域的畫素群，並由運算單元求得畫素群的幾何中心為該顯示目標方位角度運算基準點。
前述的利用影像測定方位的方法，其中選取單元是一滑鼠光標，以窗選出一顯示目標。
前述的利用影像測定方位的方法，其中運算單元求出該數字影像上的顯示目標與取像位置的相對夾角，並由一存儲單元記錄之，而再次以選取單元選定另一顯示目標測定其方位。
前述的利用影像測定方位的方法，其中運算單元求出該數字影像上的顯示目標與取像位置的相對夾角，並由一存儲單元記錄之，而再次以選取單元選定另一顯示目標測定其方位。
前述的利用影像測定方位的方法，其中影像擷取系統的取像鏡頭視角為可變，藉以將顯示目標的成像縮放，求得顯示目標成像輪廓的方位角度變化，各視角求得顯示目標方位角度與該視角相對的焦距(Focal Length)差值為運算顯示目標物距。
前述的利用影像測定方位的方法，其中影像擷取系統的取像鏡頭視角的變化是通過一變鏡頭完成至少兩種視角焦距及視角變化。
前述的利用影像測定方位的方法，其中顯示目標的選定是由運算單元判斷影像擷取系統視角範圍內移動物體的數字影像畫素群。
前述的利用影像測定方位的方法，其中影像擷取系統的取像鏡頭視角為可變，藉以將顯示目標的成像縮放，求得顯示目標成像輪廓的方位角度變化，各視角求得顯示目標方位角度與該視角相對的焦距(Focal Length)差值為運算顯示目標物距。
前述的利用影像測定方位的方法，其中影像擷取系統的取像鏡頭視角的變化是通過一變鏡頭完成至少兩種視角焦距及視角變化。
本發明的有益效果是，其可以擴大影像定位的應用領域，並且能以較價廉的費用達到極精準的定位。
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
圖1是通過鏡頭取像的立體示意圖。
圖2是本發明利用影像感測晶片image sensor等分視角的示意圖。
圖3是圖1所示目標物在顯示屏幕上的示意圖。
圖4是圖3所示目標物被窗選後的畫素放大示意圖。
圖5是本發明利用兩種焦距的成像作圖法示意圖。
圖6是圖5所示的利用兩種焦距的成像作圖法的簡化圖。
圖7是圖5所示的兩種焦距的成像顯示於屏幕的示意圖。
圖8是本發明另一顯示目標的選定示意圖，顯示移動物體的數字影像畫素群移動變化。
具體實施例方式
本發明利用影像測定方位的方法，是藉助一已知視角(Angle of View)的影像擷取系統，支持一顯示器的數字影像來源，其中，影像擷取系統的已知視角為通過取像鏡頭所得的視角，或者為取像鏡頭的焦平面(Focal Plane)上的影像感測晶片(Image Sensor)的感測區域(Format Size)。該數字影像的畫素(Pixel)矩陣被定義為該已知視角，而每一行、列的單位畫素間距為該已知視角的等分角，如圖1、圖2所示，取像鏡頭視角為θ及影像感測晶片的畫素(Pixel)為1280×960，故每一縱向畫素間距θy＝θ/1280；每一橫向畫素間距θx＝θ/960。
在圖1所示的目標物10顯示於圖3所示的顯示器屏幕，顯示目標物10′的選定方法的一是通過顯示器上的一選取單元(如滑鼠光標)窗選一個區域2的畫素群，藉以界定出一顯示目標10′，並由運算單元求得畫素群的幾何中心，如圖4中標號11所示為該顯示目標10′方位角度運算基準點，繼而藉由影像上預定的單畫素為基點41，在此例中，基點以取像鏡頭主軸(Principal Axis)為基點41，通過運算單元求得數字影像上的顯示目標與自基點延伸的假想軸線41的相對夾角θ1。
本發明可進一步在運算單元求出顯示目標與取像位置的相對夾角並由一存儲單元(未顯示於圖面)記錄的，所以若在視角θ範圍內呈現另一顯示目標，可再次以選取單元選定此另一顯示目標測定其方位。
圖6、圖7所示為本發明影像擷取系統的取像鏡頭是通過一變鏡頭完成至少兩種視角焦距f1、f2及視角變化A1、A2，以將顯示目標的成像縮放，求得顯示目標第一成像及第二成像的方位角度變化，各視角求得顯示目標方位角度與該視角相對的焦距(focal length)差值為運算顯示目標物距(x+y)。
前述所導出關係式為(tanA1)×(x+y)＝(tanA2)×yx＝f2-f1綜上所述，利用本發明影像測定方位的方法可向伺服系統提供驅動信號而調整一定位機構的角度修正量，而且其精確度與影像感測晶片的畫素(Pixel)成正比，亦即畫素愈多等分角多愈小就可獲得更高精確度，以應用於射擊系統為例當遠方目標物在顯示器上被窗選鎖定，通過運算單元計算出目標物方位角度及物距，再依彈道換算該物距相對應偏移值，所得數據即為射擊武器的角度修正量，藉此達到射擊系統快速及精準的瞄準，進而可利用纜線或網絡傳輸功能將數字影像傳遞至遠程，在顯示器上的目標物仍可被窗選鎖定，而不需將操作者處在危險之中。
由於本發明並非以人工方式完成定位，以致於實際上並非要搭配顯示器上的選取單元，參閱圖8所示，顯示目標的選定是直接由運算單元判斷影像擷取系統視角範圍內移動物體的數字影像畫素群8，畫素群由P1位移到P2即被判斷為顯示目標，並由運算單元求得畫素群的幾何中心為該81顯示目標方位角度運算基準點，繼而如先前所述，通過運算單元來求得數字影像上的顯示目標與自基點41延伸的假想軸線的相對夾角。這種功能可被廣泛的應用，例如在監視系統的使用，當系統視角範圍內出現移動物體時，運算單元即能判斷錄像系統的啟動，此功能正普遍的設在監視系統上，然而本發明的功能可進一步通過運算單元求出移動物體的方位，使影像擷取系統的伺服機構得調整鏡頭方向，藉此可在鏡頭許可轉向範圍內跟蹤移動物體。
權利要求
1.一種利用影像測定方位的方法，其特徵在於，藉助一已知視角的影像擷取系統取得一數字影像信號，而數字影像的畫素矩陣被定義為該已知視角，繼而此數字影像每一行、列的單位畫素間距為該已知視角的等分角，藉此，由數字影像上預設的一單位畫素為基點，通過一運算單元來定義數字影像上被選定的顯示目標與自基點延伸的假想軸線的相對夾角。
2.根據權利要求1所述的利用影像測定方位的方法，其特徵在於所述影像擷取系統的已知視角為通過取像鏡頭所得的視角。
3.根據權利要求1所述的利用影像測定方位的方法，其特徵在於所述影像擷取系統的已知視角為取像鏡頭的焦平面上的影像感測晶片的感測區域。
4.根據權利要求1所述的利用影像測定方位的方法，其特徵在於所述數字影像信號支持一顯示器的影像來源，以及顯示目標的選定是通過顯示器上的一選取單元來定義一個區域的畫素群，並由運算單元求得畫素群的幾何中心為該顯示目標方位角度運算基準點。
5.根據權利要求4所述的利用影像測定方位的方法，其特徵在於所述選取單元是一滑鼠光標，以窗選出一顯示目標。
6.根據權利要求4所述的利用影像測定方位的方法，其特徵在於所述運算單元求出該數字影像上的顯示目標與取像位置的相對夾角，並由一存儲單元記錄之，而再次以選取單元選定另一顯示目標測定其方位。
7.根據權利要求4所述的利用影像測定方位的方法，其特徵在於所述運算單元求出該數字影像上的顯示目標與取像位置的相對夾角，並由一存儲單元記錄之，而再次以選取單元選定另一顯示目標測定其方位。
8.根據權利要求1所述的利用影像測定方位的方法，其特徵在於所述影像擷取系統的取像鏡頭視角為可變，藉以將顯示目標的成像縮放，求得顯示目標成像輪廓的方位角度變化，各視角求得顯示目標方位角度與該視角相對的焦距差值為運算顯示目標物距。
9.根據權利要求8所述的利用影像測定方位的方法，其特徵在於所述影像擷取系統的取像鏡頭視角的變化是通過一變鏡頭完成至少兩種視角焦距及視角變化。
10.根據權利要求1所述的利用影像測定方位的方法，其特徵在於所述顯示目標的選定是由運算單元判斷影像擷取系統視角範圍內移動物體的數字影像畫素群。
11.根據權利要求10所述的利用影像測定方位的方法，其特徵在於所述影像擷取系統的取像鏡頭視角為可變，藉以將顯示目標的成像縮放，求得顯示目標成像輪廓的方位角度變化，各視角求得顯示目標方位角度與該視角相對的焦距差值為運算顯示目標物距。
12.根據權利要求11所述的利用影像測定方位的方法，其特徵在於所述影像擷取系統的取像鏡頭視角的變化是通過一變鏡頭完成至少兩種視角焦距及視角變化。
全文摘要
一種利用影像測定方位的方法，藉助一已知視角的影像擷取系統取得一數字影像信號，而數字影像的畫素矩陣被定義為該已知視角，繼而此數字影像每一行、列的單位畫素間距為該已知視角的等分角，藉此，由數字影像上預設的一單位畫素為基點，通過一運算單元來定義數字影像上被選定的顯示目標與自基點延伸的假想軸線的相對夾角。本發明可以擴大影像定位的應用領域，並且能以較價廉的費用達到極精準的定位。
文檔編號G01B21/04GK1519539SQ0310074
公開日2004年8月11日 申請日期2003年1月23日 優先權日2003年1月23日
發明者陳淑芬 申請人:陳淑芬