影像撷取装置位置的自动侦测方法与车辆碰撞警示系统

1.一种车辆碰撞警示系统，其特征在于：其包括：
至少一影像撷取装置，其撷取车辆周围的影像信息；
一影像处理与控制模块，其接收所述的影像撷取装置所撷取的影像信息，进行演算与解析车辆与周遭物体的相对距离而产生一警示讯号，所述的影像处理与控制模块还根据所述的影像撷取装置所传的影像信息进行演算程序而得知所述的影像撷取装置的位置；
一显示单元，其与所述的影像处理与控制模块相连接，所述的显示单元接收所述的影像处理与控制模块所传递的讯号以显示影像；以及
一警示单元，其与所述的影像处理与控制模块相连接，所述的警示单元接收所述的警示讯号以产生警报，其中：
所述影像处理与控制模块通过计算设置在所述的影像撷取装置的撷取范围内的一校正工具的影像的一特征值；以及根据所述特征值以一逆透视投影法，计算所述的影像撷取装置的高度，计算所述的影像撷取装置位置的高度h方法如下：
其中：h：影像撷取装置距离地面的高度；Xcr：校正工具在空间坐标系中右缘的X向坐标；Xcl：校正工具在空间坐标系中左缘的X向坐标；xcr：校正工具在影像坐标系中右缘的X向坐标；xcl：校正工具在影像坐标系中左缘的X向坐标；yc：校正工具在影像坐标系中底部的Y向坐标；W：屏幕宽度；H：屏幕高度；Sx：X方向比例因子；Sy：Y方向比例因子；f：焦距；
θ：影像撷取装置与地面的夹角。
2.如权利要求1所述的车辆碰撞警示系统，其特征在于：所述的影像撷取装置为一摄影机，所述的摄影机为一光电耦合组件以及一互补式金氧半的光学感测组件其中之一。
3.如权利要求1所述的车辆碰撞警示系统，其特征在于：所述的影像撷取装置为一红外线影像撷取装置。
4.如权利要求1所述的车辆碰撞警示系统，其特征在于：所述的影像撷取装置设置在车辆的前、侧、后以及前述的组成的位置其中之一。
5.如权利要求1所述的车辆碰撞警示系统，其特征在于：其还具有一使用者控制单元，所述的使用者控制单元可提供使用者一操控界面。
6.如权利要求1所述的车辆碰撞警示系统，其特征在于：所述的影像处理与控制模块包含：
一影像撷取与译码单元，其是与所述的影像撷取装置相连接，以将所述的影像撷取装置所撷取的信息转成一数字化影像信息；
一数字讯号处理与控制单元，其是接收所述的数字化影像信息，进行演算与解析；
一影像编码与输出单元，其与所述的数字讯号处理与控制单元以及所述的显示单元相连接，所述的影像编码与输出单元接收所述的数字讯号处理与控制单元所输出的一控制讯号将影像编码并输出影像视讯给所述的显示单元；
一影像随机存取内存，其是记忆所述的数字化影像信息以及经由所述的数字讯号处理与控制单元处理完毕的影像，所述的影像随机存取内存可提供所述的数字化影像信息给所述的数字讯号处理与控制单元以及提供处理完毕的影像给所述的影像编码与输出单元；以及
一非挥发性可程序内存，记录所述的数字讯号处理与控制单元所运算解析出所述的影像撷取装置设置的高度。

影像撷取装置位置的自动侦测方法与车辆碰撞警示系统\n[0001] 本发明是申请号为200610165820.1，申请日2006年12月12日，名为“影像撷取装置位置的自动侦测方法与车辆碰撞警示系统”的中国专利申请的分案申请。\n技术领域\n[0002] 本发明涉及的是一种位置侦测方法与系统，尤其是指一种凭借撷取校正工具的影像信息进行演算，以求得影像撷取单元的设置高度的一种影像撷取装置位置自动侦测方法与使用所述的方法的车辆碰撞警示系统。\n背景技术\n[0003] 随着科技进展，生活富裕，机动车辆日益普与至每个家庭，而增加交通的方便性。\n然而随着车辆使用的频繁，使用机动车辆造成的死亡人数始终居高不下。根据内政部警政署统计，历年来台湾地区每年因交通事故而死亡的人数都维持在三千人左右，受伤人数则在二十万人左右，如民国九十四年台湾地区因交通事故的死、伤人数各为2,894与200,009人。平均每天有8人因交通事故死亡。\n[0004] 分析其肇事原因，百分的九十七以上是驾驶不当所致，事故类型又以追撞案例占大宗。这些交通事故不仅造成个人与家庭的负担，耗费社会有限的医疗资源，并造成国家生产力的损失。\n[0005] 有鉴于此，如果能以摄影机，建立一车用的碰撞警示系统，应用先进的影像处理技术辨识出本车周围车辆并估测及其的相对距离，并在距离过近时提出警示讯号，警告驾驶者做出适当处置，如减低车速等等，以避免事故的发生，也可降低交通事故发生机率。\n[0006] 然而，在估测本车与它车之间距时，摄影机相对于地面的高度信息是必要的，而在现有的技术中，通常为人员量测摄影机的高度，并自行输入的系统内。例如中国台湾省专利公告号第I246665号所公开的技术，可以量测本车与前车的距离，不过却需要使用者量测摄影机的高度，因而造成不便。为了使用者便利性，因此亟需一种影像撷取装置位置自动侦测方法与使用所述的方法的车辆碰撞警示系统来自动估测摄影机高度，以利后续的距离估测。\n发明内容\n[0007] 本发明的主要目的是，提供一种影像撷取装置位置自动侦测方法，透过撷取校正工具的影像，并对所述的影像进行运算处理，达到自动估测影像撷取装置高度的目的。\n[0008] 本发明的次要目的是，提供一种车辆碰撞警示系统，透过撷取校正工具的影像，并对所述的影像进行运算处理以估测出影像撷取装置的高度，达到顺利估算本车与它车的相对距离的目的。\n[0009] 为了达到上述的目的，本发明提供一种影像撷取装置位置自动侦测方法，其是包括有下列步骤：提供一影像撷取装置，其是设置在一车辆上；提供一校正工具设置在所述的影像撷取装置的撷取范围内；撷取所述的校正工具的影像，并计算其影像的一特征值；\n以及根据一逆透视投影法，计算所述的影像撷取装置的高度。\n[0010] 较佳的是，计算其影像的一特征值为计算所述的校正工具在一影像坐标系中的所述的特征值大小。而前述所谓的特征值为所述的校正工具的宽度，其单位为像素(pixel)。\n所述的影像坐标系的范围则为显示所述的影像的显示屏大小。\n[0011] 较佳的是，所述的逆透视投影法更包括有下列步骤：计算影像撷取装置的一比例因子；以及将所述的校正工具在空间坐标系中对应所述的特征值的实体大小、所述的特征值、所述的影像撷取装置的角度以及所述的比例因子进行运算，以得到所述的影像撷取装置的高度。其中所述的比例因子包括有所述的显示屏高度像素数量与影像撷取装置内的影像传感器(image sensor)的高度的比值以及显示屏宽度像素数量与影像撷取装置内的影像传感器(image sensor)的宽度的比值。\n[0012] 为了达到上述的目的，本发明更提供车辆碰撞警示系统，包括：至少一影像撷取装置，其是可以撷取车辆周围的影像信息；一影像处理与控制模块，其是可接收所述的影像撷取装置所撷取的影像信息，进行演算与解析车辆与周遭物体的相对距离而产生一警示讯号，所述的影像处理与控制模块更可以根据所述的影像撷取装置所传的影像信息进行演算程序而得知所述的影像撷取装置的位置；一显示单元，其是与所述的影像处理与控制模块相连接，所述的显示单元可接收所述的影像处理与控制模块所传递的讯号以显示影像；以及一警示单元，其是与所述的影像处理与控制模块相连接，所述的警示单元可接收所述的警示讯号以产生警报，其中：\n[0013] 所述影像处理与控制模块通过计算设置在所述的影像撷取装置的撷取范围内的一校正工具的影像的一特征值；以及根据所述特征值以一逆透视投影法，计算所述的影像撷取装置的高度，计算所述的影像撷取装置位置的的高度h方法如下：\n[0014] \n[0015] 其中：h：影像撷取装置距离地面的高度；Xcr：校正工具在空间坐标系中右缘的X向坐标；Xcl：校正工具在空间坐标系中左缘的X向坐标；xcr：校正工具在影像坐标系中右缘的X向坐标；xcl：校正工具在影像坐标系中左缘的X向坐标；yc：校正工具在影像坐标系中底部的Y向坐标；W：屏幕宽度；H：屏幕高度；Sx：X方向比例因子；Sy：Y方向比例因子；f：焦距；θ：影像撷取装置与地面的夹角。\n附图说明\n[0016] 图1A为本发明的影像撷取装置位置自动侦测方法的较佳实施例流程示意图；\n[0017] 图1B为本发明的影像撷取装置位置自动侦测方法的计算其影像的一特征值流程示意图；\n[0018] 图1C为本发明的影像撷取装置位置自动侦测方法的逆透视投影法流程示意图；\n[0019] 图2为本发明的影像撷取装置位置自动侦测方法的撷取校正工具影像示意图；\n[0020] 图3为本发明的影像撷取装置位置自动侦测方法的空间坐标系示意图；\n[0021] 图4为本发明的影像撷取装置位置自动侦测方法的显示屏显坐标系示意图；\n[0022] 图5为本发明的影像撷取装置配置位置示意图；\n[0023] 图6为本发明的车辆碰撞警示系统较佳实施例示意图。\n[0024] 附图标记说明：1-影像撷取装置位置自动侦测方法；10～15-步骤；131-步骤；\n141～142-步骤；2-影像撷取装置；2a～2d-影像撷取装置；3-显示屏；6-车辆碰撞警示系统；60-影像处理与控制模块；600-数字讯号处理与控制单元；601-影像撷取与译码单元；602-影像随机存取内存；603-影像编码与输出单元；604-非挥发性可程序内存；61-影像撷取装置；62-使用者控制单元；63-显示单元；64-警示单元；90-车辆；91-校正工具；\n92-影像撷取范围。\n具体实施方式\n[0025] 为使贵审查委员能对本发明的特征、目的与功能有更进一步的认知与了解，下文特将本发明的装置的相关细部结构以及设计的理念原由进行说明，以使得审查委员可以了解本发明的特点，详细说明陈述如下：\n[0026] 请参阅图1A所示，所述的图为本发明的影像撷取装置位置自动侦测方法的较佳实施例流程示意图。所述的影像撷取装置位置自动侦测方法1，其是包括有下列步骤：首先进行步骤10，提供一影像撷取装置，其是设置在一车辆上，所述的影像撷取装置可以设置在车辆的前、后、左、右或者是前述的组合的位置上。接着，进行步骤11，提供一校正工具设置在所述的影像撷取装置的撷取范围内，然后以步骤12撷取所述的校正工具的影像。请参阅图2所示，所述的图为本发明的影像撷取装置位置自动侦测方法的撷取校正工具影像示意图。在本实施例中，所述的校正工具91是设置车辆90的前方，而影像撷取装置2则可撷取车辆90前方的影像。所述的校正工具91的尺寸为已知，其尺寸大小或者是外形，可以根据使用者的需要而定。\n[0027] 撷取影像完毕之后，先进行判断在撷取的影像中是否具有所述的校正工具的影像，如果没有的话则回到步骤12继续撷取影像；反之，如果有的话则，进行步骤13锁定所述的影像，并计算所述的影像的一特征值。请参阅图1B所示，其中计算所述的影像的特征值的方式是以步骤131，计算所述的校正工具在一影像坐标系中的所述的特征值大小。在本实施例中，所述的特征值为所述的校正工具的宽度(其单位为pixel)。请参阅图3所示，所述的图为本发明的影像撷取装置位置自动侦测方法的空间坐标系示意图。所述的空间坐标系是指所述的可定义出校正工具91实体在空间中的位置的坐标系。如图4所示，为本发明的影像撷取装置位置自动侦测方法的影像坐标系示意图。所述的影像坐标系是指显示所述的校正工具91影像的坐标系，例如在本实施例中为显示屏3所构成的坐标系。\n[0028] 再回到图1A所示，步骤13后再进行步骤14，根据一逆透视投影法，计算所述的影像撷取装置设置的高度。请参阅图1C所示，所述的图为本发明的影像撷取装置位置自动侦测方法的逆透视投影法流程示意图。所谓逆投视投影算法，其意义为影像坐标系中任一点可经过数次坐标旋转与平移而转换至空间坐标系，而得以计算出摄影机的高度。\n[0029] 所述的逆透视投影法14更包括有下列步骤：以步骤141计算影像撷取装置的一比例因子。然后，以步骤142，将所述的校正工具在空间坐标系中对应所述的特征值的实体大小、所述的特征值、所述的影像撷取装置的角度以及所述的比例因子套入一演算公式(1)进行运算，以得到所述的影像撷取装置的高度。请参阅图3与图4所示，其中，所述的校正工具91在空间坐标系中的对应所述的特征值的实体大小为(Xcr-Xcl)，其为已知且单位为公尺；所述的特征值为(xcr-xcl)，其单位为像素；所述的影像撷取装置2的角度θ，为在设置影像撷取装置2时即可得知；所述的比例因子包括有所述的显示屏高度H像素数量与影像撷取装置内的影像传感器(image sensor)的高度的比值以及显示屏宽度W像素数量与影像撷取装置内的影像传感器(image sensor)的宽度的比值，所述的比例因子的单位为像素/公尺。\n[0030] 所述的演算的公式如下式(1)所示：\n[0031] \n[0032] 其中：\n[0033] h：影像撷取装置距离地面的高度，单位为公尺；\n[0034] Xcr：校正工具在空间坐标系中右缘的X向坐标，单位为公尺(请参阅图3所示)；\n[0035] Xcl：校正工具在空间坐标系中左缘的X向坐标，单位为公尺(请参阅图3所示)；\n[0036] xcr：校正工具在影像坐标系中右缘的X向坐标，单位为像素(请参阅图4所示)；\n[0037] xcl：校正工具在影像坐标系中左缘的X向坐标，单位为像素(请参阅图4所示)；\n[0038] yc：校正工具在影像坐标系中底部的Y向坐标，单位为像素(请参阅图4所示)；\n[0039] W：屏幕宽度，单位为像素(请参阅图4所示)；\n[0040] H：屏幕高度，单位为像素(请参阅图4所示)；\n[0041] Sx：X方向比例因子，单位为像素/公尺；\n[0042] Sy：Y方向比例因子，单位为像素/公尺；\n[0043] f：焦距，单位为公尺；\n[0044] θ：影像撷取装置与地面的夹角(请参阅图3所示)；\n[0045] 再回到图1A所示，当求出影像撷取装置的高度后，在进行判断所估算出的高度是否合理，如果不合理，则重新回到步骤12继续后续的步骤。反之，如果合理的话，则可以以步骤15将所估算的高度记录下来。\n[0046] 请参阅图5所示，虽然前述的影像撷取装置以图2的配置方式来进行，但影像撷取装置并不被限制仅能设置在车辆的前方。在图5中，车辆90周围的位置都可以设置影像撷取装置2a～2d，至于其设置高度的演算方法，如前所述，在此不做赘述。此外，所述的影像撷取装置2a～2d可选择为一摄影机或者是一红外线影像撷取装置。其中所述的摄影机可选择为一光电耦合组件(charge-coupled Device；CCD)以及一互补式金氧半的光学感测组件(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，CMOS)其中之一。\n[0047] 利用前述的侦测方法，本发明更提供一车辆碰撞警示系统6。请参阅图6所示，所述的图为本发明的车辆碰撞警示系统较佳实施例示意图。所述的车辆碰撞警示系统6，具有至少一影像撷取装置61、一影像处理与控制模块60、一显示单元63以及一警示单元64。\n所述的影像撷取装置61，其是可以撷取车辆周围的影像信息。所述的影像处理与控制模块\n60，其是可接收所述的影像撷取装置61所撷取的影像信息，进行演算与解析车辆与周遭物体的相对距离而产生一警示讯号，所述的影像处理与控制模块60更可以根据所述的影像撷取装置61所传的影像信息进行演算程序而得知所述的影像撷取装置61的高度。\n[0048] 所述的显示单元63，其是与所述的影像处理与控制模块60相连接，所述的显示单元63可接收所述的影像处理与控制模块60所传递的讯号以显示影像，例如：显示车辆追踪画面、与它车的距离估算值等相关的影像与文字数据等信息。所述的显示单元63可为液晶显示器或者是发光二极管显示器等，但不在此限。所述的警示单元64，其是与所述的影像处理与控制模块60相连接，所述的警示单元64可接收所述的警示讯号以产生警报，以提醒驾驶者本车与它车之间距过近。所述的警示单元64可对驾驶可发出声、光或振动等方式警示讯号。\n[0049] 所述的车辆碰撞警示系统6其是更具有一使用者控制单元62，所述的使用者控制单元62可提供使用者一操控界面，以供使用者进行启动所述的车辆碰撞警示系统6、用在设定是否启动碰撞警示系统6、进行影像撷取装置61位置侦测程序或车辆追踪与测距程序。所述的影像撷取装置61位置侦测程序为前述的影像撷取装置位置自动侦测方法所述的步骤。而所述的车辆追踪与测距程序则为利用影像信息来侦测车辆与车辆周围的物体的距离，以维持车辆的行进安全。\n[0050] 所述的影像处理与控制模块60更包含：一影像撷取与译码单元601、一数字讯号处理与控制单元600以及一影像编码与输出单元603。所述的影像撷取与译码单元601，其是与所述的影像撷取装置61相连接，以将所述的影像撷取装置61所撷取的信息转成一数字化影像信息。所述的数字讯号处理与控制单元600，其是可接收所述的数字化影像信息，进行演算与解析。所述的影像编码与输出单元603，其是与所述的数字讯号处理与控制单元\n600以及所述的显示单元63相连接，所述的影像编码与输出单元603可接收所述的数字讯号处理与控制单元600所输出的一控制讯号将影像编码并输出影像视讯给所述的显示单元63。\n[0051] 此外，所述的影像处理与控制模块60更包含：一影像随机存取内存602以及一非挥发性可程序内存604。所述的影像随机存取内存602，其是可记忆所述的数字化影像信息以及经由所述的数字讯号处理与控制单元600处理完毕的影像，所述的影像随机存取内存\n602可提供所述的数字化影像信息给所述的数字讯号处理与控制单元600以及提供处理完毕的影像给所述的影像编码与输出单元603。所述的非挥发性可程序内存604，可记录所述的数字讯号处理与控制单元600所运算解析的所述的影像撷取装置61的估算高度。\n[0052] 当通过使用者控制单元62切换至车辆追踪与测距程序时，所述的影像处理与控制模块60也将根据影像撷取装置61所接收到的影像信息，辨识与追踪车辆并估测及其的相对距离。并将计算出的相对距离迭加在原始影像信息上，以成一新的车辆追踪影像信息，并储存在所述的影像随机存取内存602。而所述的影像随机存取内存602内的影像信息将传至所述的影像编码与输出单元603，转成可支持显示单元63的影像视讯讯号，输出影像，以显示车辆追踪与测距画面。\n[0053] 综合上述，本发明提供的影像撷取装置位置自动侦测方法与使用所述的方法的车辆碰撞警示系统，具有自动估测摄影机高度，以利后续的距离估测的优点，因此可以满足业界的需求，进而提高所述的产业的竞争力以及带动周遭产业的发展，诚已符合发明专利法所规定申请发明所需具备的要件，故依法呈提发明专利的申请。\n[0054] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。