專利名稱：攝影機校正系統(tǒng)與坐標數據產生系統(tǒng)及其方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種攝影機校正系統(tǒng)與坐標數據產生系統(tǒng)及攝影機校正方法與坐標 數據產生方法。
背景技術：
隨著影像技術的進步，視頻監(jiān)控系統(tǒng)已廣泛用于掌握被監(jiān)控人員的位置。在目前 的監(jiān)控系統(tǒng)中，監(jiān)控人員是經由直接觀看監(jiān)視影像畫面來確認被監(jiān)控人員所處的位置。然 而，由于監(jiān)視影像畫面的方向及大小，直接受限于攝影機的架設位置，因此監(jiān)控人員難以立 即正確判斷出被監(jiān)控人員所在位置及動向，甚至當被監(jiān)控人員的移動已超出單一攝影機所 涵蓋的范圍而發(fā)生跨攝影機的情況時，監(jiān)控人員很難判斷被監(jiān)控人員將會在哪一臺攝影機 的畫面中再度出現。為了解決此問題，將監(jiān)控影像畫面中的移動目標物的位置標示于地圖 上，將可以為監(jiān)控人員提供另一種完整的監(jiān)控視界。為了得到監(jiān)視攝影機所拍攝到的移動目標物相對于地圖的位置，目前常用的方式 為對所有監(jiān)視攝影機進行校正(Calibration)，以得到攝影機的影像平面與實際場景地面 (Ground Plane)的對應關系，對其原理說明如下。實際的移動目標物會在地面上形成一個腳點(Ground Point, GP)，而這個腳點會 對應到攝影機所拍攝的影像平面上的一個投影點。對特定攝影機而言，投影點坐標與腳點 坐標之間存在一個坐標轉換矩陣。而對于不同的攝影機而言，每一攝影機皆會對應一個坐 標轉換矩陣。也就是說，通過此坐標轉換矩陣可將攝影機中的移動目標物的影像坐標轉換 成唯一的實際地面位置坐標。一旦得到地面位置坐標后，通過地圖與實際場景的比例尺及 方位等信息，就可以很容易的將移動目標物的位置在地圖上標示出來。使用單應性矩陣(Homography)作為坐標轉換矩陣來進行坐標的轉換的方法已廣 泛被使用。此方法是先在兩個目標平面之間找到4組以上的對應點坐標值，并且應用聯(lián)立 方程式求解法求出坐標轉換矩陣H。此技術應用于攝影機校正時，上述兩個平面即指攝影機 的影像平面及實際的地平面?，F有的求取攝影機的影像平面及實際的地平面的坐標轉換矩 陣的做法，是以人工方式在攝影機影像內選取4組對應于地面明顯易判別的特征點，分別 計算出特征點在攝影機影像平面及地平面上的坐標值，進而求解出對應此攝影機的單應性 矩陣。然而，在使用此方法時，要找到在待校正攝影機影像中且在地圖上均能易辨識的 特征點是相當不容易的。因此，進行攝影機的校正往往需要仰賴人員的專業(yè)經驗。此外，地 平面上特征點的位置需要以人工測量方式來取得坐標值，然而，地平面上特征點的位置經 常會因地形地物的限制而造成無法直接測量(即，特征點與參考點不在一直線上)，導致需 要通過間接測量方式測量，增加測量時間。對于一個大型的監(jiān)視系統(tǒng)而言，其監(jiān)視攝影機數 量通常動輒上百部，對這種規(guī)模的監(jiān)視系統(tǒng)進行攝影機校正，無疑需要投入極高的時間與 人力成本。因此，如何能夠自動化完成攝影機校正，是本領域技術人員所致力的目標。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種攝影機校正系統(tǒng)，其能夠自動地產生攝影機的影像坐標數據與實 際場景的地圖坐標數據之間的坐標轉換矩陣以校正攝影機。本發(fā)明提供一種攝影機校正方法，其能夠自動地產生攝影機的影像坐標數據與實 際場景的地圖坐標數據之間的坐標轉換矩陣以校正攝影機。本發(fā)明提供一種坐標數據產生系統(tǒng)，其能夠自動地產生實際位置的地圖坐標數 據。本發(fā)明提供一種坐標數據產生方法，其能夠自動地產生實際位置的地圖坐標數 據。本發(fā)明的示范性實施例提出一種攝影機校正系統(tǒng)。本攝影機校正系統(tǒng)包括至少一 個坐標數據產生裝置與一坐標數據辨識裝置。坐標數據產生裝置是配置在一實際場景中， 并且用以根據地圖坐標系統(tǒng)分別地產生對應實際場景的地面上不同的多個實際位置的多 個地圖坐標數據。坐標數據辨識裝置是電性連接至攝影機，并且用以從待校正的攝影機中 接收影像平面以及分別地從坐標數據產生裝置中接收這些地圖坐標數據。并且，坐標數據 辨識裝置分別地辨識在影像平面中對應每一實際位置的影像位置，并且依據影像平面的影 像坐標系統(tǒng)來計算每一影像位置的影像坐標數據。此外，坐標數據辨識裝置依據所計算的 影像坐標數據和所接收的地圖坐標數據來計算對應此攝影機的坐標轉換矩陣。本發(fā)明的示范性實施例提出一種攝影機校正方法。本攝影機校正方法包括在一實 際場景中配置至少一個坐標數據產生裝置，以及使用待校正的攝影機來獲取對應此實際場 景的影像平面。本攝影機校正方法也包括使用坐標產生裝置根據地圖坐標系統(tǒng)自動地產生 對應此實際場景的地面上不同的多個實際位置的多個地圖坐標數據；以及使用坐標產生裝 置發(fā)送對應實際位置的地圖坐標數據。本攝影機校正方法也包括辨識在影像平面中對應每 一實際位置的影像位置；依據影像平面的影像坐標系統(tǒng)來計算每一影像位置的影像坐標數 據；接收對應這些實際位置的地圖坐標數據；以及依據所計算的影像坐標數據和所接收的 地圖坐標數據來計算對應此攝影機的坐標轉換矩陣。本發(fā)明的示范性實施例提出一種坐標數據產生系統(tǒng)。本坐標數據產生系統(tǒng)包括物 理信息采集單元與控制器。物理信息采集單元用以采集一實際場景中的參考點與此實際場 景中的實際位置之間的物理信息?？刂破魇请娦赃B接至物理信息采集單元，并且用以依據 所采集的在參考點與實際位置之間的物理信息來產生在地圖坐標系統(tǒng)中對應此實際位置 的地圖坐標數據。本發(fā)明的示范性實施例提出一種坐標數據產生方法。本坐標數據產生方法包括在 一實際場景中配置坐標數據產生裝置。此外，本坐標數據產生方法也包括使用此坐標產生 裝置自動地采集在實際場景中的參考點與實際場景中的實際位置之間的物理信息并且依 據所采集的物理信息來產生在地圖坐標系統(tǒng)中對應此實際位置的地圖坐標數據?；谏鲜雒枋?，本發(fā)明能夠快速地產生攝影機的影像坐標數據與實際場景的地圖 坐標數據之間的坐標轉換矩陣以校正攝影機。為令本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下文將結合附圖來詳細描述本 發(fā)明的特別實施例。


圖1是根據本發(fā)明的第一示范性實施例所繪示的攝影機校正系統(tǒng)的概要方塊圖。圖2是根據本發(fā)明的第一示范性實施例所繪示的影像平面與實際場景地面的轉 換示意圖。圖3是根據本發(fā)明的第一示范性實施例所繪示的坐標數據產生裝置的概要方塊 圖。圖4是根據本發(fā)明的第一示范性實施例所繪示的坐標數據產生裝置測量實際位 置的地圖坐標數據的示意圖。圖5是根據本發(fā)明的第一示范性實施例所繪示的坐標數據產生方法的流程圖。圖6是根據本發(fā)明的第一示范性實施例所繪示的坐標數據辨識裝置的概要方塊 圖。圖7是根據本發(fā)明的第一示范性實施例所繪示的坐標數據辨識裝置計算影像位 置的影像坐標數據的示意圖。圖8是根據本發(fā)明的第一示范性實施例所繪示的攝影機校正方法的流程圖。圖9是根據本發(fā)明的第二示范性實施例所繪示的攝影機校正系統(tǒng)的概要方塊圖。圖10是根據本發(fā)明的第二示范性實施例所繪示的坐標數據產生裝置的概要方塊 圖。圖11是根據本發(fā)明的第二示范性實施例所繪示的特征點定位單元的概要方塊 圖。圖12是根據本發(fā)明的第二示范性實施例所繪示的測量實際位置的地圖坐標數據 的示意圖。圖13是根據本發(fā)明的第二示范性實施例所繪示的坐標數據產生方法的流程圖。主要元件符號說明100:攝影機校正系統(tǒng)102 攝影機104 第一坐標數據產生裝置106 第二坐標數據產生裝置108 第三坐標數據產生裝置110 第四坐標數據產生裝置112 坐標數據辨識裝置202 影像平面204 實際場景地面A、B、C、D 實際位置A'、B'、C'、D'影像位置302 物理信息采集單元304 控制器306 發(fā)光單元312 加速規(guī)R 參考點
602 光源定位單元604 發(fā)光信號解碼單元606 坐標轉換計算單元0 影像坐標原點S501、S503、S505 坐標數據產生步驟S801、S803、S805、S807、S809、S811、S813 攝影機校正步驟900 攝影機校正系統(tǒng)902 第五坐標數據產生裝置904 特征點定位單元1002 物理信息采集單元1004 控制器1006 發(fā)光單元1012 激光接收單元1014 無線傳輸單元1102:激光發(fā)射單元1104:距離感測單元1106:角度感測單元1108:無線傳輸單元θ 相對角度L 相對距離S1301、S1303、S1305、S1307、S1309、S1311 坐標數據產生步驟
具體實施例方式[第一示范性實施例]圖1是根據本發(fā)明的第一示范性實施例所繪示的攝影機校正系統(tǒng)的概要方塊圖， 并且圖2是根據本發(fā)明的第一示范性實施例所繪示的影像平面與實際場景地面的轉換示 意圖。請參照圖1，攝影機校正系統(tǒng)100包括第一坐標數據產生裝置104、第二坐標數據 產生裝置106、第三坐標數據產生裝置108、第四坐標數據產生裝置110與坐標數據辨識裝 置112。攝影機校正系統(tǒng)100是用以校正攝影機102，其中攝影機102是用以拍攝欲監(jiān)控的 實際場景的影像平面202。第一坐標數據產生裝置104、第二坐標數據產生裝置106、第三坐標數據產生裝置 108、第四坐標數據產生裝置110是用以產生實際場景中對應實際位置的地圖坐標數據。具 體來說，第一坐標數據產生裝置104、第二坐標數據產生裝置106、第三坐標數據產生裝置 108與第四坐標數據產生裝置110是分別地放置于實際場景地面204中的4個不同實際位 置A、B、C與D (如圖2所示)，并且第一坐標數據產生裝置104、第二坐標數據產生裝置106、 第三坐標數據產生裝置108與第四坐標數據產生裝置110會分別地產生在實際場景地面 204的地圖坐標系統(tǒng)中本身所處位置的地圖坐標數據。例如，實際場景地面204的地圖坐標 系統(tǒng)為經緯度坐標、二度分帶坐標或使用者自定坐標。
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必須了解的是，在本示范性實施例中，攝影機校正系統(tǒng)100包括4個坐標數據產生 裝置(即，第一坐標數據產生裝置104、第二坐標數據產生裝置106、第三坐標數據產生裝置 I08與第四坐標數據產生裝置110)來產生在實際場景中對應4個不同實際位置的地圖坐標 數據。然而，本發(fā)明不限于此，在本發(fā)明另一示范性實施例中，也可以僅配置1個坐標數據 產生裝置并且通過人工來移動或自動地移動至4個不同實際位置來產生在實際場景中對 應4個不同實際位置的地圖坐標數據。此外，在本發(fā)明另一示范性實施例中，也可以配置更 多個坐標數據產生裝置來產生對應更多個不同實際位置的地圖坐標數據。值得一提的是，在本示范性實施例中，第一坐標數據產生裝置104、第二坐標數據 產生裝置106、第三坐標數據產生裝置108與第四坐標數據產生裝置110分別地會發(fā)射光源 并且通過光源的發(fā)射狀態(tài)來傳遞所產生的地圖坐標數據。坐標數據辨識裝置112是電性連接至攝影機102。坐標數據辨識裝置112會從攝 影機102中接收攝影機102所拍攝的實際場景的影像平面202。特別是，坐標數據辨識裝 置112會辨識與解析攝影機102所拍攝的實際場景的影像平面202來識別出每一坐標數據 產生裝置所發(fā)射的光源；依據所識別的光源來獲得在影像平面202的影像坐標系統(tǒng)中每一 坐標數據產生裝置的影像坐標數據；接收每一坐標數據產生裝置所傳遞的地圖坐標數據； 以及依據在影像平面202的影像坐標系統(tǒng)中每一坐標數據產生裝置的影像坐標數據和在 實際場景的地圖坐標系統(tǒng)中每一坐標數據產生裝置的地圖坐標數據來計算對應攝影機102 的坐標轉換矩陣。具體來說，坐標數據辨識裝置112會辨識與解析攝影機102所拍攝的實際場景的 影像平面202中的光源來識別出在影像平面202中第一坐標數據產生裝置104的影像位置 A'、第二坐標數據產生裝置106的影像位置B'、第三坐標數據產生裝置108的影像位置 C'與第四坐標數據的影像位置D'，并且計算出影像位置A'、B'、C'與D'的影像坐標 數據。此外，坐標數據辨識裝置112會分別地依據從第一坐標數據產生裝置104、第二坐標 數據產生裝置106、第三坐標數據產生裝置108與第四坐標數據產生裝置110所發(fā)射的光源 中接收實際位置A、B、C與D的地圖坐標數據。然后，坐標數據辨識裝置112會依據所計算 的影像位置A'、B'、C'與D'的影像坐標數據和所接收的實際位置A、B、C與D的地圖坐 標數據來產生對應攝影機102的坐標轉換矩陣，由此即可完成攝影機102的校正。例如，坐 標數據辨識裝置112所計算的坐標轉換矩陣為單應性矩陣(Homography)。以下將配合圖式 更詳細描述坐標產生裝置與坐標數據辨識裝置的運作。圖3是根據本發(fā)明的第一示范性實施例所繪示的坐標數據產生裝置的概要方塊 圖，并且圖4是根據本發(fā)明的第一示范性實施例所繪示的坐標數據產生裝置測量實際位置 的地圖坐標數據的示意圖。第一坐標數據產生裝置104、第二坐標數據產生裝置106、第三坐標數據產生裝置 108與第四坐標數據產生裝置110的結構與功能為相同，以下將以第一坐標數據產生裝置 104為例來進行說明。請參照圖3，第一坐標數據產生裝置104包括物理信息采集單元302、控制器304 與發(fā)光單元306。物理信息采集單元302用以采集在實際場景地面204中的參考點與實際位置(例 如，實際位置A)之間的物理信息。在本示范性實施例中，物理信息采集單元302包括加速規(guī)312。具體來說，當使用者欲進行攝影機102的校正而將第一坐標數據產生裝置104放 置于實際場景平面204的實際位置A時，使用者需要將物理信息采集單元302重置(S卩，歸 零)并且將第一坐標數據產生裝置104從參考點R移動至實際位置A。此時，物理信息采集 單元302會采集出第一坐標數據產生裝置104從參考點R移動至實際位置A的加速度值。控制器304是電性連接至物理信息采集單元302。當物理信息采集單元302采集 到第一坐標數據產生裝置104從參考點R移動至實際位置的加速度值時，控制器304會依 據此加速度值來計算實際位置與參考點R之間在X軸與Y軸上的位移，并且依據所計算的 位移來產生實際位置的地圖坐標數據。例如，控制器304會將第一坐標數據產生裝置104 從參考點R移動至實際位置A的加速度值進行兩次積分(即，牛頓第二運動定律)以獲得 實際位置A相對于參考點R的位移(例如，如圖4所示在X軸上的位移ΔΧ1與在Y軸上的 位移Δ Yl)，由此根據在地圖坐標系統(tǒng)中對應參考點R的地圖坐標數據來產生實際位置A的 地圖坐標數據。圖5是根據本發(fā)明的第一示范性實施例所繪示的坐標數據產生方法的流程圖。請參照圖5，首先，在步驟S501中使用坐標產生裝置采集在實際場景中的參考點 與實際位置之間的物理信息。例如，在本示范性實施例中，第一坐標產生裝置104是測量從 實際場景中的參考點R移動至實際位置A的加速度。然后，在步驟S503中依據所采集的物 理信息來計算實際場景中的參考點與實際位置之間的位移。最后，在步驟S505中依據所計 算實際場景的參考點與實際位置的位移來產生對應實際位置的地圖坐標數據。除了產生地圖坐標數據之外，控制器304會對所產生的地圖坐標數據進行編碼以 由發(fā)光單元306來發(fā)送。發(fā)光單元306電性連接至控制器304，并且用以產生光源并且經由所產生的光源 來發(fā)送控制器304所編碼的地圖坐標數據。具體來說，控制器304會將所產生的地圖坐標 數據編碼成光信號。例如，控制器304以光閃爍頻率來編碼表示實際位置A的地圖坐標數 據的值，并且發(fā)光單元306依據控制器304的編碼來產生光源以發(fā)送實際位置A的地圖坐 標數據。也就是說，發(fā)光單元306是通過產生不同光源的狀態(tài)來傳遞控制器304所產生的 不同的地圖坐標數據。在此，發(fā)光單元306可以以單顆光源來發(fā)送光信號或者以多顆光源 來發(fā)送光信號。在此，實際位置B、C與D的地圖坐標數據亦是以上述方式通過第二坐標數據產生 裝置106、第三坐標數據產生裝置108與第四坐標數據產生裝置110來產生與發(fā)送，在此不 作重復描述。圖6是根據本發(fā)明的第一示范性實施例所繪示的坐標數據辨識裝置的概要方塊 圖，并且圖7是根據本發(fā)明的第一示范性實施例所繪示的坐標數據辨識裝置計算影像位置 的影像坐標數據的示意圖。請參照圖6，坐標數據辨識裝置112包括光源定位單元602、發(fā)光信號解碼單元604 與坐標轉換計算單元606。光源定位單元602是用以辨識與解析攝影機102所拍攝的實際場景的影像平面 202來識別出第一坐標數據產生裝置104、第二坐標數據產生裝置106、第三坐標數據產生 裝置108與第四坐標數據產生裝置110的發(fā)光單元所發(fā)射的光源，并且獲得在影像平面202 的影像坐標系統(tǒng)(如圖7的X軸與Y軸所示)中的第一坐標數據產生裝置104、第二坐標數據產生裝置106、第三坐標數據產生裝置108與第四坐標數據產生裝置110(即，影像位置 A'、B'、C'與D')的影像坐標數據。以第一坐標數據產生裝置104為例，光源定位單元602會辨識出在攝影機102所 拍攝的實際場景的影像平面202中第一坐標數據產生裝置104所發(fā)送的光源的影像，并且 依據影像原點0來計算在影像平面202的影像坐標系統(tǒng)中此光源所在位置(即，影像位置 A')的影像坐標數據。如圖7所示，光源定位單元602依據影像平面202的像素來定義影 像坐標系統(tǒng)，并且計算在影像平面202中影像位置A'、B'、C'與D'相對于影像原點0的 位移來作為影像坐標數據。發(fā)光信號解碼單元604電性連接至光源定位單元602。發(fā)光信號解碼單元604會 分別地解碼第一坐標數據產生裝置104、第二坐標數據產生裝置106、第三坐標數據產生裝 置108與第四坐標數據產生裝置110的發(fā)光單元所發(fā)射的光源所產生的光源的狀態(tài)來獲得 實際位置A、B、C與D的地圖坐標數據。也就是說，發(fā)光信號解碼單元604能夠識別坐標數 據產生裝置的發(fā)光單元所發(fā)射的光源的狀態(tài)，由此解碼坐標數據產生裝置的控制器所編碼 的地圖坐標數據。坐標轉換計算單元606電性連接至光源定位單元602與發(fā)光信號解碼單元604。 坐標轉換計算單元606依據從光源定位單元602中所接收的影像位置A'、B'、C'與D' 的影像坐標數據以及從發(fā)光信號解碼單元604中所接收的實際位置A、B、C與D的地圖坐標 數據來計算對應攝影機102的坐標轉換矩陣。在本示范性實施例中，光源定位單元602、發(fā)光信號解碼單元604與坐標轉換計算 單元606是由硬件來實施。然而，本發(fā)明不限于此，例如，坐標數據辨識裝置112為個人電 腦并且光源定位單元602、發(fā)光信號解碼單元604與坐標轉換計算單元606是以軟件形式配 置在坐標數據辨識裝置112中。圖8是根據本發(fā)明的第一示范性實施例所繪示的攝影機校正方法的流程圖。請參照圖8，首先，在步驟S801中在實際場景中配置第一坐標數據產生裝置104、 第二坐標數據產生裝置106、第三坐標數據產生裝置108與第四坐標數據產生裝置110。接 著，在步驟S803中使用攝影機102獲取(或拍攝)對應實際場景的影像平面202。在步驟S805中由第一坐標數據產生裝置104、第二坐標數據產生裝置106、第三坐 標數據產生裝置108與第四坐標數據產生裝置110根據地圖坐標系統(tǒng)分別且自動地產生對 應實際位置A、B、C與D的地圖坐標數據。之后，在步驟S807中第一坐標數據產生裝置104、第二坐標數據產生裝置106、第 三坐標數據產生裝置108與第四坐標數據產生裝置110分別地發(fā)送對應實際位置A、B、C與 D的地圖坐標數據。具體來說，第一坐標數據產生裝置104、第二坐標數據產生裝置106、第 三坐標數據產生裝置108與第四坐標數據產生裝置110會編碼所產生的地圖坐標數據并且 依據所編碼的地圖坐標數據來產生光源，由此通過所產生的光源的狀態(tài)來傳遞實際位置A、 B、C與D的地圖坐標數據。然后，在步驟S809中由坐標數據辨識裝置112辨識在影像平面202中第一坐標數 據產生裝置104、第二坐標數據產生裝置106、第三坐標數據產生裝置108與第四坐標數據 產生裝置110的影像位置A'、B'、C'與D'，并且獲得在影像平面202的影像坐標系統(tǒng)中 影像位置A'、B'、C'與D'的影像坐標數據。具體來說，坐標數據辨識裝置112會辨識在攝影機102所拍攝的影像平面202中第一坐標數據產生裝置104、第二坐標數據產生裝置 106、第三坐標數據產生裝置108與第四坐標數據產生裝置110所產生的光源，并且依據所 辨識出的光源位置來計算出影像位置A'、B'、C'與D'的影像坐標數據。在步驟S811中由坐標數據辨識裝置112辨識與接收對應實際位置A、B、C與D的 地圖坐標數據。例如，坐標數據辨識裝置112會辨識在攝影機102所拍攝的影像平面202 中的光源并且解碼光源所傳遞的光信號來獲得對應實際位置A、B、C與D的地圖坐標數據。最后，在步驟S813中由坐標數據辨識裝置112依據影像位置A'、B'、C'與D' 的影像坐標數據和實際位置A、B、C與D的地圖坐標數據來計算對應攝影機102的坐標轉換 矩陣，由此完成攝影機102的校正。[第二示范性實施例]在第一示范性實施例的攝影機校正系統(tǒng)中坐標數據產生裝置是通過測量從參考 點移動至實際位置的加速度來計算實際位置的地圖坐標數據，而在第二示范性實施例的攝 影機校正系統(tǒng)中坐標數據產生裝置是通過激光來測量實際位置的地圖坐標數據。以下將針 對第二示范性實施例與第一示范性實施例的差異之處來進行說明。圖9是根據本發(fā)明的第二示范性實施例所繪示的攝影機校正系統(tǒng)的概要方塊圖。請參照圖9，攝影機校正系統(tǒng)900包括第五坐標數據產生裝置902、特征點定位單 元904、與坐標數據辨識裝置112。在此，攝影機校正系統(tǒng)900將對攝影機102進行校正，其 中坐標數據辨識裝置112的功能與結構已描述如上，在此不作重復描述。特征點定位單元904是配置在實際場景的參考點R上，并且用以發(fā)射激光以測量 第五坐標數據產生裝置902的相對距離與相對角度。第五坐標數據產生裝置902會從特征 點定位單元904中接收所測量的相對距離與相對角度并且計算對應的地圖坐標數據。圖10是根據本發(fā)明的第二示范性實施例所繪示的坐標數據產生裝置的概要方塊 圖。請參照圖10，第五坐標數據產生裝置902包括物理信息采集單元1002、控制器 1004與發(fā)光單元1006。物理信息采集單元1002包括激光接收單元1012與無線傳輸單元1014。激光接收 單元1012用以接收特征點定位單元904所發(fā)射的激光，并且無線傳輸單元1014用以傳送 確認信息以及接收特征點定位單元904所傳送的相對距離與相對角度?？刂破?004是電性連接至物理信息采集單元1002。當物理信息采集單元1002采 集到特征點定位單元904所傳送的相對距離與相對角度時，控制器1004會依據此相對距離 與相對角度來計算實際位置與參考點R之間的位移，并且依據所計算的位移來產生實際位 置的地圖坐標數據。此外，控制器1004會對所產生的地圖坐標數據進行編碼以由發(fā)光單元 306來發(fā)送。圖11是根據本發(fā)明的第二示范性實施例所繪示的特征點定位單元的概要方塊 圖。請參照圖11，特征點定位單元904包括激光發(fā)射單元1102、距離感測單元1104、角 度感測單元1106與無線傳輸單元1108。激光發(fā)射單元1102會以360度來旋轉并發(fā)射激光。距離感測單元1104用以感測 特征點定位單元904和第五坐標數據產生裝置902之間的相對距離。角度感測單元1106用以感測特征點定位單元904和第五坐標數據產生裝置902之間的相對角度。無線傳輸單 元1108用以傳送感測特征點定位單元904和第五坐標數據產生裝置902之間的相對距離 與相對角度。圖12是根據本發(fā)明的第二示范性實施例所繪示的測量實際位置的地圖坐標數據 的示意圖。請參照圖12，當欲產生實際位置A的地圖坐標數據時，第五坐標數據產生裝置902 會被放置于實際場景的實際位置A上，并且放置于實際場景的參考點R上的特征點定位單 元904的激光發(fā)射單元1102會開始以360度來旋轉并且持續(xù)發(fā)射激光。期間，當第五坐標 數據產生裝置902的激光接收單元1012接收到激光發(fā)射單元1102所發(fā)射的激光時，第五 坐標數據產生裝置902的無線傳輸單元1014會發(fā)送確認信息給特征點定位單元904的無 線傳輸單元1108。此時，激光發(fā)射單元1102會立刻停止旋轉，并且距離感測單元1104會測 量特征點定位單元904和第五坐標數據產生裝置902之間的相對距離L。此外，角度感測 單元1106會依據激光發(fā)射單元1102的旋轉角度來計算測量特征點定位單元904和第五坐 標數據產生裝置902之間的相對角度θ。然后，特征點定位單元904的無線傳輸單元1108 會將所測量的相對距離L與相對角度θ傳送給第五坐標數據產生裝置902的無線傳輸單 元1014。最后，控制器1004會依據物理信息采集單元1002所采集的相對距離L與相對角 度θ來計算第五坐標數據產生裝置902相對于參考點R的在X軸上的位移與在Y軸上的 位移，并且由此產生第五坐標數據產生裝置902所處位置(即，實際位置Α)的地圖坐標數 據。圖13是根據本發(fā)明的第二示范性實施例所繪示的坐標數據產生方法的流程圖。請參照圖13，首先，在步驟S1301中將特征點定位單元904放置于實際場景的參考 點R上且將第五坐標數據產生裝置902放置于實際位置上(例如，實際位置Α)。然后，在步驟S1303中特征點定位單元904持續(xù)旋轉并發(fā)射激光。然后，在步驟 S1305中判斷第五坐標數據產生裝置902是否接收到特征點定位單元904所發(fā)射的激光。倘若第五坐標數據產生裝置902未接收到所發(fā)射的激光時，特征點定位單元904 持續(xù)旋轉并發(fā)射激光(即，步驟S130;3)。倘若第五坐標數據產生裝置902接收到所發(fā)射的 激光時，則在步驟S1307中特征點定位單元904停止旋轉。如上所述，當第五坐標數據產生 裝置902接收到所發(fā)射的激光會發(fā)送確認信息給特征點定位單元904，并且特征點定位單 元904會依據此確認信息而停止旋轉。之后，在步驟S1309中由特征點定位單元904計算相對距離與相對速度并且將所 計算的相對距離與相對速度傳送給第五坐標數據產生裝置902。最后，在步驟S1311中由第五坐標數據產生裝置902依據所接收的相對距離與相 對速度來產生實際位置的地圖坐標數據。在本示范性實施例中，當欲產生實際位置B、C與D的地圖坐標數據時，使用者僅需 將第五坐標數據產生裝置902移動至實際位置B、C與D后第五坐標數據產生裝置902即可 自動地產生實際位置B、C與D的地圖坐標數據。類似于第一示范性實施例，當攝影機102拍攝實際場景的影像平面后，坐標數據 辨識裝置112會解析與辨識第五坐標數據產生裝置902所發(fā)射的光源并計算影像位置A'、 B'、C'與D'的影像坐標數據；解碼第五坐標數據產生裝置902所發(fā)射的光源以接收實際位置A、B、C與D的地圖坐標數據，并且依據影像位置A'、B'、C'與D'的影像坐標數據 和實際位置A、B、C與D的地圖坐標數據來計算對應攝影機102的坐標轉換矩陣。綜上所述，本發(fā)明的示范性實施例的坐標數據產生裝置能夠自動地產生所在位置 的地圖坐標數據并且經由光源傳送所產生的地圖坐標數據。此外，本發(fā)明的示范性實施例 的坐標數據辨識裝置能夠辨識在攝影機所拍攝的影像平面中的坐標數據產生裝置并且計 算所辨識的坐標數據產生裝置的影像坐標數據。再者，本發(fā)明的示范性實施例的坐標數據 辨識裝置能夠依據坐標數據產生裝置所發(fā)射的光源來獲得坐標數據產生裝置所產生的地 圖坐標數據。由此，本發(fā)明的示范性實施例的坐標數據能夠依據所計算的影像坐標數據和 所接收的地圖坐標數據來自動地產生對應攝影機的坐標轉換矩陣以完成攝影機的校正。雖然已在上文中揭露了本發(fā)明的上述實施例，然而其并非用以限定本發(fā)明，任何 所屬技術領域技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，應當可以進行些許的更 動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍應以權利要求所限定的范圍為準。
權利要求
1.一種攝影機校正系統(tǒng)，其特征在于，該攝影機校正系統(tǒng)包括至少一個坐標數據產生裝置，配置在一實際場景中，用以根據地圖坐標系統(tǒng)分別地產 生對應該實際場景的地面上不同的多個實際位置的多個地圖坐標數據；以及坐標數據辨識裝置，電性連接至攝影機，用以從該攝影機中接收該實際場景的影像平 面以及分別地從所述至少一個坐標數據產生裝置中接收所述地圖坐標數據，其中該坐標數據辨識裝置分別地辨識在該影像平面中對應每一所述實際位置的影像 位置，并且依據該影像平面的影像坐標系統(tǒng)來計算每一所述影像位置的影像坐標數據，其中該坐標數據辨識裝置依據所述影像坐標數據和所述地圖坐標數據來計算對應該 攝影機的坐標轉換矩陣。
2.根據權利要求1所述的攝影機校正系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個坐標數據產生 裝置包括物理信息采集單元，用以采集該實際場景中的參考點與所述實際位置之間的物理信息；控制器，電性連接至該物理信息采集單元，用以依據所采集的該實際場景中的該參考 點與所述實際位置之間的物理信息來產生所述地圖坐標數據并且編碼所述地圖坐標數據； 以及發(fā)光單元，電性連接至該控制器，并且用以產生光源并且發(fā)送已編碼的所述地圖坐標 數據。
3.根據權利要求2所述的攝影機校正系統(tǒng)，其特征在于，該坐標數據辨識裝置包括 光源定位單元，用以辨識該發(fā)光單元所產生的光源以獲得所述影像坐標數據； 發(fā)光信號解碼單元，電性連接至該光源定位單元，用以依據該發(fā)光單元所產生的光源來解碼已編碼的所述地圖坐標數據；以及坐標轉換計算單元，電性連接至該光源定位單元與該發(fā)光信號解碼單元，用以依據所 述影像坐標數據和所述地圖坐標數據來計算對應該攝影機的該坐標轉換矩陣。
4.根據權利要求2所述的攝影機校正系統(tǒng)，其特征在于，該物理信息采集單元包括加 速規(guī)，用以測量從該實際場景中的該參考點移動至所述實際位置的加速度，其中該控制器依據該加速規(guī)所測量的從該實際場景中的該參考點移動至所述實際位 置的加速度來計算所述實際位置的位移并且依據所述實際位置的位移產生對應所述實際 位置的所述地圖坐標數據。
5.根據權利要求2所述的攝影機校正系統(tǒng)，其特征在于，該攝影機校正系統(tǒng)還包括特 征點定位單元，配置在該參考點上，其中該特征點定位單元用以發(fā)射激光，經由該激光測量所述實際位置的相對距離與相 對角度，并且傳送所述實際位置的相對距離與相對角度。
6.根據權利要求5所述的攝影機校正系統(tǒng)，其特征在于，該物理信息采集單元用以接 收來自于該特征點定位單元的該激光以及所述實際位置的相對距離與相對角度，其中該控制器依據所述實際位置的相對距離與相對角度分別地計算所述地圖坐標數據。
7.根據權利要求5所述的攝影機校正系統(tǒng)，其特征在于，該特征點定位單元包括 激光發(fā)射單元，用以旋轉并發(fā)射該激光；距離感測單元，用以感測該激光的發(fā)射距離，以測量所述實際位置的相對距離； 角度感測單元，用以感測該激光的發(fā)射角度，以測量所述實際位置的相對角度；以及 無線傳輸單元，用以傳送所述實際位置的相對距離與相對角度。
8.根據權利要求6所述的攝影機校正系統(tǒng)，其特征在于，該物理信息采集單元包括 激光接收單元，用以接收該激光；以及無線傳輸單元，用以接收所述實際位置的相對距離與相對角度。
9.根據權利要求1所述的攝影機校正系統(tǒng)，其特征在于，該坐標轉換矩陣為單應性矩陣。
10.根據權利要求1所述的攝影機校正系統(tǒng)，其特征在于，該地圖坐標系統(tǒng)為經緯度坐 標或二度分帶坐標。
11.一種攝影機校正方法，其特征在于，該攝影機校正方法包括 在一實際場景中配置至少一個坐標數據產生裝置；使用攝影機獲取對應該實際場景的影像平面；使用所述至少一個坐標產生裝置根據地圖坐標系統(tǒng)自動地產生對應該實際場景的地 面上不同的多個實際位置的多個地圖坐標數據；使用所述至少一個坐標產生裝置發(fā)送對應所述實際位置的所述地圖坐標數據； 辨識在該影像平面中對應每一所述實際位置的影像位置； 依據該影像平面的影像坐標系統(tǒng)來計算每一所述影像位置的影像坐標數據； 接收對應所述實際位置的所述地圖坐標數據；以及依據所述影像坐標數據和所述地圖坐標數據來計算對應該攝影機的坐標轉換矩陣。
12.根據權利要求11所述的攝影機校正方法，其特征在于，使用所述至少一個坐標產 生裝置發(fā)送對應所述實際位置的所述地圖坐標數據的步驟包括編碼所述系統(tǒng)坐標；以及使用所述至少一個坐標產生裝置所發(fā)射的光源來傳送已編碼的所述地圖坐標數據。
13.根據權利要求12所述的攝影機校正方法，其特征在于，接收對應所述實際位置的 所述地圖坐標數據的步驟包括接收所述至少一個坐標產生裝置所發(fā)射的光源并且解碼已編碼的所述地圖坐標數據。
14.根據權利要求12所述的攝影機校正方法，其特征在于，辨識在該影像平面中對應 每一所述實際位置的影像位置的步驟包括依據所述至少一個坐標產生裝置所發(fā)射的光源來辨識在該影像平面中對應每一所述 實際位置的影像位置。
15.根據權利要求11所述的攝影機校正方法，其特征在于，使用所述至少一個坐標產 生裝置根據該地圖坐標系統(tǒng)自動地產生對應該實際場景的地面上不同的所述實際位置的 所述地圖坐標數據的步驟包括使用所述至少一個坐標產生裝置測量從該實際場景中的參考點移動至所述實際位置 的加速度；依據所測量的加速度來計算從該實際場景中的該參考點至所述實際位置的位移；以及 依據所計算從該實際場景中的該參考點至所述實際位置的位移來產生對應所述實際 位置的所述地圖坐標數據。
16.根據權利要求11所述的攝影機校正方法，其特征在于，使用所述至少一個坐標產 生裝置根據該地圖坐標系統(tǒng)自動地產生對應該實際場景的地面上不同的所述實際位置的 所述地圖坐標數據的步驟包括在該實際場景中的參考點中配置特征點定位單元以發(fā)射光源；使用特征點定位單元經由該光源來偵測所述實際位置與該參考點之間的相對距離與 相對角度；以及依據所偵測所述實際位置與該參考點之間的相對距離與相對角度來計算所述地圖坐 標數據。
17.根據權利要求11所述的攝影機校正方法，其特征在于，該坐標轉換矩陣為單應性矩陣。
18.根據權利要求11所述的攝影機校正方法，其特征在于，該地圖坐標系統(tǒng)為經緯度 坐標或二度分帶坐標。
19.一種坐標數據產生系統(tǒng)，包括物理信息采集單元，用以采集一實際場景中的參考點與該實際場景中的實際位置之間 的物理信息；以及控制器，電性連接至該物理信息采集單元，用以依據所采集的在該參考點與該實際位 置之間的物理信息來產生在地圖坐標系統(tǒng)中對應該實際位置的地圖坐標數據。
20.根據權利要求19所述的坐標數據產生系統(tǒng)，其特征在于，該坐標數據產生系統(tǒng)還 包括發(fā)光單元，電性連接至該控制器，并且用以產生光源，其中該控制器編碼該地圖坐標數據并且該發(fā)光單元經由該光源發(fā)送已編碼的該地圖 坐標數據。
21.根據權利要求19所述的坐標數據產生系統(tǒng)，其特征在于，該物理信息采集單元包 括加速規(guī)，用以測量從該實際場景中的該參考點移動至該實際位置的加速度，其中該控制器依據該加速規(guī)所測量的從該實際場景中的該參考點移動至該實際位置 的加速度來計算該實際位置的位移并且依據該實際位置的位移來產生對應該實際位置的 該地圖坐標數據。
22.根據權利要求19所述的坐標數據產生系統(tǒng)，其特征在于，該坐標數據產生系統(tǒng)還 包括特征點定位單元，配置在該參考點上，其中該特征點定位單元用以發(fā)射激光，經由該激光測量該實際位置的相對距離與相對 角度，并且傳送該實際位置的相對距離與相對角度。
23.根據權利要求22所述的坐標數據產生系統(tǒng)，其特征在于，該物理信息采集單元用 以接收來自于該特征點定位單元的該激光以及該實際位置的相對距離與相對角度，其中該控制器依據該實際位置的相對距離與相對角度計算對應該實際位置的該地圖 坐標數據。
24.根據權利要求22所述的坐標數據產生系統(tǒng)，其特征在于，該特征點定位單元包括激光發(fā)射單元，用以旋轉并發(fā)射該激光；距離感測單元，用以感測該激光的發(fā)射距離，以測量該實際位置的相對距離；角度感測單元，用以感測該激光的發(fā)射角度，以測量該實際位置的相對角度；以及無線傳輸單元，用以傳送該實際位置的相對距離與相對角度。
25.根據權利要求23所述的坐標數據產生系統(tǒng)，其特征在于，該物理信息采集單元包括激光接收單元，用以接收該激光；以及無線傳輸單元，用以接收該實際位置的相對距離與相對角度。
26.根據權利要求19所述的坐標數據產生系統(tǒng)，其特征在于，該地圖坐標系統(tǒng)為經緯 度坐標或二度分帶坐標。
27.—種坐標數據產生方法，其特征在于，該坐標數據產生方法包括在實際場景中配置坐標數據產生裝置；以及使用該坐標產生裝置自動地采集在該實際場景中的參考點與該實際場景中的實際位 置之間的物理信息并且依據所采集的物理信息來產生在地圖坐標系統(tǒng)中對應該實際位置 的地圖坐標數據。
28.根據權利要求27所述的坐標數據產生方法，其特征在于，該坐標數據產生方法還 包括編碼該地圖坐標數據；使用該坐標產生裝置產生光源并且經由該光源發(fā)送已編碼的該地圖坐標數據。
29.根據權利要求27所述的坐標數據產生方法，其特征在于，使用該坐標產生裝置自 動地采集在從該實際場景中的該參考點與該實際場景中的該實際位置之間的物理信息并 且依據所采集的物理信息來產生在該地圖坐標系統(tǒng)中對應該實際位置的該地圖坐標數據 步驟包括測量從該實際場景中的該參考點移動至該實際位置的加速度；依據所測量的加速度來計算該實際位置的位移；以及依據所計算該實際位置的位移來產生對應該實際位置的該地圖坐標數據。
30.根據權利要求27所述的坐標數據產生方法，其特征在于，使用該坐標產生裝置自 動地采集在從該實際場景中的該參考點與該實際場景中的該實際位置之間的物理信息并 且依據所采集的物理信息來產生在該地圖坐標系統(tǒng)中對應該實際位置的該地圖坐標數據 步驟包括在該參考點上配置特征點定位單元以發(fā)射光源；使用特征點定位單元經由該光源來偵測該實際位置與該參考點之間的相對距離與相 對角度；以及依據所偵測該實際位置與該參考點之間的相對距離與相對角度來計算對應該實際位 置的該地圖坐標數據。
31.根據權利要求27所述的坐標數據產生方法，其特征在于，該地圖坐標系統(tǒng)為經緯 度坐標或二度分帶坐標。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種攝影機校正系統(tǒng)與坐標數據產生系統(tǒng)及其方法，該攝影機校正系統(tǒng)包括坐標數據產生裝置與坐標數據辨識裝置。坐標數據產生裝置用以產生在實際場景中的多個實際位置的多個地圖坐標數據。坐標數據辨識裝置用以從待校正攝影機中接收實際場景的影像平面并從坐標數據產生裝置中接收地圖坐標數據。并且，坐標數據辨識裝置辨識在影像平面中對應每一實際位置的影像位置并計算每一影像位置的影像坐標數據。此外，坐標數據辨識裝置依據所計算的影像坐標數據和所接收的地圖坐標數據來計算對應此待校正攝影機的坐標轉換矩陣?；诖耍緮z影機校正系統(tǒng)能夠快速地完成攝影機的校正。
文檔編號H04N17/00GK102104791SQ20091026104
公開日2011年6月22日 申請日期2009年12月17日 優(yōu)先權日2009年12月17日
發(fā)明者洪上智, 白宏益, 藍坤銘, 袁啟亞, 陳一元 申請人:財團法人工業(yè)技術研究院