專(zhuān)利名稱(chēng)：利用物件特征相異性進(jìn)行多個(gè)物件的動(dòng)態(tài)影像辨識(shí)方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種影像辨識(shí)方法，特別是指一種利用物件特征相異性 (Identification by Objects，characteristics)進(jìn)行多個(gè)物件的動(dòng)態(tài)影像辨識(shí)方法及使用該方法的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前電視游戲(TV game)或計(jì)算機(jī)游戲(PC game)已是常見(jiàn)的休閑娛樂(lè)方式，以一般計(jì)算機(jī)游戲?yàn)槔?，多是在?jì)算機(jī)裝置上安裝游戲軟件，再搭配計(jì)算機(jī)裝置的屏幕及例如鍵盤(pán)、鼠標(biāo)或搖桿等輸入接口對(duì)游戲軟件進(jìn)行控制；然而亦有搭配廠(chǎng)商銷(xiāo)售的游戲軟件的交互式道具，為方便說(shuō)明起見(jiàn)，以美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)2004006348號(hào)所公開(kāi)的一種交互式游戲裝置為例來(lái)說(shuō)明其構(gòu)件及作用原理。如圖1所示，一交互式游戲裝置700具有二啞鈴狀的指示道具71及72、一踏步臺(tái) 720、一屏幕裝置730、一視訊攝影機(jī)750、一游戲盒760及一主機(jī)裝置770。其中，主機(jī)裝置 770安裝有游戲軟件；指示道具71、72分別由一玩家705的左右手握持，且指示道具71、72 上分別在其端部附有光源(Light sourCe)711、712及721、722 ；屏幕裝置730可顯示游戲軟件中例如一虛擬的舞者731在跳舞的影像；主機(jī)裝置770可以是計(jì)算機(jī)裝置或游戲機(jī)臺(tái)； 屏幕裝置730與游戲盒760分別連接在主機(jī)裝置770上。使用上述的交互式游戲裝置700進(jìn)行跳舞游戲時(shí)，玩家705需開(kāi)啟(Turn on)指示道具71、72的電源以使光源711、712及721、722得以發(fā)光，讓視訊攝影機(jī)750可偵測(cè)光源711、712及721、722的影像，進(jìn)而由游戲盒760計(jì)算該光源711、712及721、722的位置等參數(shù)，最后將其輸入到主機(jī)裝置770來(lái)完成玩家705手持指示道具71、72的光源711、712 及721、722位置的追蹤，并顯示于屏幕裝置730的畫(huà)面上。然而，假設(shè)玩家705在任意揮動(dòng)現(xiàn)有道具71、72時(shí)，由于光源711、712及721、722 的特征相同(例如均是等面積的圓形)，因此任二光源711、712及721、722在游戲盒760所判讀的影像同為餅圖案，則若有任二餅圖案軌跡重疊后分離瞬間，視訊攝影機(jī)750讀取影像后在游戲盒760進(jìn)行影像處理時(shí)，不易分辨出二者的差異而造成移動(dòng)位置或移動(dòng)軌跡的誤判。因此，有必要提出一種能夠更精確判斷影像中物件的系統(tǒng)與方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的之一在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足與缺陷，提出一種利用物件特征相異性進(jìn)行多個(gè)物件的動(dòng)態(tài)影像辨識(shí)方法及使用該方法的系統(tǒng)，由于是以各物件為實(shí)心、空心、長(zhǎng)形及短形其中任一種特征屬性來(lái)區(qū)分，因此不會(huì)因?yàn)椴灰追直娉龆叩牟町惗斐烧`判。本發(fā)明另一目的在于，提出一種利用物件特征相異性進(jìn)行多個(gè)物件的動(dòng)態(tài)影像辨識(shí)方法及使用該方法的系統(tǒng)，其中通過(guò)對(duì)物件投射具有圖案的光線(xiàn)，以增加辨識(shí)物件的精確性。
根據(jù)以上目的，本發(fā)明提供一種利用物件特征相異性進(jìn)行多個(gè)物件的動(dòng)態(tài)影像辨識(shí)方法，該方法配合一影像傳感器及一緩存器的使用，用以對(duì)于一影像之中具有的至少一物件實(shí)時(shí)地進(jìn)行辨識(shí)，影像傳感器具有多個(gè)行列式感應(yīng)像素，且該影像傳感器以所述的感應(yīng)像素感測(cè)該物件而形成多個(gè)影像區(qū)段，該方法包含下述步驟(A)投射光線(xiàn)以產(chǎn)生一影像，該光線(xiàn)帶有一圖案；(B)根據(jù)一組曝光參數(shù)來(lái)感測(cè)該影像；(C)設(shè)定該影像相對(duì)于該組曝光參數(shù)的灰階閾值；(D)依序擷取該影像中每列的像素值；(E)利用該灰階閾值判斷背景區(qū)域及識(shí)別出該物件具有的影像區(qū)段；(F)利用相鄰兩列中影像區(qū)段的空間相關(guān)性分辨未知物件的影像區(qū)段屬于何物件；(G)匯集所述的影像區(qū)段所累計(jì)的信息至其所屬的物件； 以及(H)依據(jù)一判斷法則區(qū)分該物件的特征屬性，并該特征屬性分辨不同的物件。本發(fā)明還提供一種影像辨識(shí)系統(tǒng)，利用物件影像特征相異性對(duì)于一影像之中具有的至少一物件實(shí)時(shí)地進(jìn)行辨識(shí)，該影像辨識(shí)系統(tǒng)包含一光源、一影像傳感器、一模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器、一影像處理單元及一緩存器，該光源投射具有圖案的光線(xiàn)；該影像傳感器具有多個(gè)行列式感應(yīng)像素，且該影像傳感器以所述的感應(yīng)像素感測(cè)該物件而形成多個(gè)影像區(qū)段；該模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器連接該影像傳感器，用以轉(zhuǎn)換感應(yīng)該影像的模擬訊號(hào)為數(shù)字訊號(hào)；該影像處理單元連接該模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，該影像處理單元逐列讀取所述的感應(yīng)像素，并設(shè)定有該影像的灰階閾值及一用以區(qū)分該物件的特征屬性的判斷法則；該緩存器連接該影像處理單元，用以暫存該影像處理單元累計(jì)的所述的物件的影像信息。由此，該影像處理單元可利用該灰階閾值判斷背景區(qū)域并識(shí)別出該物件具有的影像區(qū)段，利用相鄰兩列中影像區(qū)段的空間相關(guān)性分辨未知物件的影像區(qū)段屬于何物件，再匯集所述的影像區(qū)段所累計(jì)的信息至其所屬的物件，并依據(jù)該判斷法則區(qū)分該物件的特征屬性，而于擷取完該影像所有的像素值后，該影像處理單元即辨識(shí)出該影像中的該物件的特征屬性。具有圖案的光線(xiàn)有多種方式可以產(chǎn)生。例如，光源可以包含多個(gè)發(fā)光元件，通過(guò)發(fā)光元件的排列方式、不同發(fā)光時(shí)序、不同發(fā)光頻譜、或以上兩者或更多者的組合，來(lái)產(chǎn)生具有圖案的光線(xiàn)。或是，光源可以包含一或多個(gè)發(fā)光元件加上一個(gè)折射光學(xué)元件(D0E， Diffractive Optical Element)及/或一個(gè)微鏡面(MEMS mirror)，而發(fā)光元件通過(guò)該光學(xué)元件及/或該微鏡面投射光線(xiàn)。下面通過(guò)具體實(shí)施例詳加說(shuō)明，當(dāng)更容易了解本發(fā)明的目的、技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)及其所達(dá)成的功效。


圖1是一示意圖，說(shuō)明一種現(xiàn)有的交互式游戲裝置；圖2是一電路方塊圖，說(shuō)明使用本發(fā)明的動(dòng)態(tài)影像辨識(shí)方法的影像辨識(shí)系統(tǒng)，用以將辨識(shí)后的特征屬性相關(guān)信息輸出至一現(xiàn)有的個(gè)人計(jì)算機(jī)主機(jī)具有的傳輸接口；圖3是一示意圖，說(shuō)明本發(fā)明利用物件特征相異性進(jìn)行多個(gè)物件的動(dòng)態(tài)影像辨識(shí)方法的第一較佳實(shí)施例，可辨識(shí)出影像中的二物件是屬于實(shí)心或空心物件；圖4是一流程圖，說(shuō)明使用本發(fā)明利用物件特征相異性進(jìn)行多個(gè)物件的動(dòng)態(tài)影像辨識(shí)方法的二實(shí)施例，如何在辨識(shí)的初始階段利用各影像區(qū)段的識(shí)別來(lái)判斷其所屬物件；圖5是一流程圖，說(shuō)明該第一較佳實(shí)施例如何辨識(shí)出影像中的二物件是屬于實(shí)心或空心物件；圖6舉例說(shuō)明如何辨識(shí)實(shí)心或空心物件；圖7是一流程圖，本發(fā)明利用物件特征相異性進(jìn)行多個(gè)物件的動(dòng)態(tài)影像辨識(shí)方法的第二較佳實(shí)施例，如何辨識(shí)出影像中的二物件是屬于長(zhǎng)形或短形物件；圖8是一示意圖，說(shuō)明該第二較佳實(shí)施例可辨識(shí)出影像中的二物件是屬于長(zhǎng)形或短形物件；圖9示出本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例；圖10示出光源的一個(gè)實(shí)施例，此光源包含一或多個(gè)發(fā)光元件，以及一個(gè)折射光學(xué)元件；圖11示出本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，其中光源安裝于別處；圖12與13說(shuō)明為何會(huì)造成誤判；圖14A 14C舉例顯示數(shù)種光線(xiàn)圖案；圖15 20示出本發(fā)明的另外數(shù)個(gè)實(shí)施例；圖21舉例示出調(diào)整曝光參數(shù)的步驟。圖中符號(hào)說(shuō)明1、2影像11、12、21、22物件影像111、121影像區(qū)段111’、121’影像區(qū)段的起始點(diǎn)111”、121”影像區(qū)段的終點(diǎn)91 94、101 107、110 114、120 125 步驟3影像處理系統(tǒng)31影像傳感器311像素32模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器33影像處理單元34緩存器35接口模塊4個(gè)人計(jì)算機(jī)41主機(jī)411傳輸接口42顯示器700游戲裝置706人體部位71、72指示道具711、712、721、722光源720踏步臺(tái)730屏幕裝置750視訊攝影機(jī)
760游戲盒770主機(jī)裝置80光源81發(fā)光元件82微鏡面83折射光學(xué)元件
具體實(shí)施例方式在本發(fā)明被詳細(xì)描述之前，要注意的是，在以下的說(shuō)明內(nèi)容中，類(lèi)似的元件是以相同的編號(hào)來(lái)表示。此外，必須說(shuō)明的是，由于第一較佳實(shí)施例是用以區(qū)分實(shí)心、空心的特征屬性，而第二較佳實(shí)施例是用以區(qū)分長(zhǎng)形、短形的特征屬性，但是在其它實(shí)施例中，或可將上述實(shí)心、空心、長(zhǎng)形及短形的特征屬性加以混合使用及識(shí)別，因此只要有上述特征屬性的應(yīng)用，均應(yīng)屬于本發(fā)明概念欲保護(hù)的范疇。如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明，利用物件特征相異性進(jìn)行多個(gè)物件的動(dòng)態(tài)影像辨識(shí)方法可使用一影像處理系統(tǒng)3來(lái)實(shí)施，該影像處理系統(tǒng)3具有一影像傳感器(Image sensor) 31、一模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(A/DConverter) 32、一影像處理單元(Image processor) 33、 一緩存器(Register) ；34及一接口模塊；35。其中，影像傳感器31是CXD或CMOS元件制成，具有多個(gè)行列式感應(yīng)像素，用以感應(yīng)拍攝物(圖未示)反射的光線(xiàn)而成影像，且該影像傳感器31以所述的感應(yīng)像素感測(cè)該物件而形成多個(gè)影像區(qū)段(作用容后再述)，并轉(zhuǎn)換為模擬訊號(hào)；接著，輸出至連接影像傳感器31的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器32轉(zhuǎn)換為數(shù)字訊號(hào)，由影像處理單元33負(fù)責(zé)大部分訊號(hào)的計(jì)算處理；影像處理單元33連接模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器32，逐列地讀取所述的感應(yīng)像素感應(yīng)的訊號(hào)并加以運(yùn)算，并設(shè)定有影像的灰階閾值及一用以區(qū)分物件的特征屬性的判斷法則；緩存器34連接影像處理單元33，用以暫存影像處理單元33累計(jì)的所述的物件的影像信息。由此，影像處理單元33可利用灰階閾值判斷背景區(qū)域并識(shí)別出物件的影像區(qū)段， 利用相鄰兩列中影像區(qū)段的空間相關(guān)性分辨未知物件的影像區(qū)段屬于何物件，再匯集所述的影像區(qū)段所累計(jì)的信息至其所屬的物件，并依據(jù)判斷法則區(qū)分物件的特征屬性，而于擷取完該影像所有的像素值后，影像處理單元33即辨識(shí)出影像中的物件的特征屬性。影像處理系統(tǒng)3的接口模塊35連接該影像處理單元33，用以將辨識(shí)后的特征屬性相關(guān)信息輸出為符合一計(jì)算機(jī)的周邊協(xié)議資料格式，例如轉(zhuǎn)換為符合USB格式的訊號(hào)后， 輸出至一個(gè)人計(jì)算機(jī)4的主機(jī)41具有的傳輸接口 411，由個(gè)人計(jì)算機(jī)4的主機(jī)41接收并加以運(yùn)算后，即可在個(gè)人計(jì)算機(jī)4的顯示器42上顯示出該物件影像。必須說(shuō)明的是，影像處理系統(tǒng)3可用于攝錄像等取像裝置的辨識(shí)功能，或是以安裝在計(jì)算機(jī)的辨識(shí)軟件的方式執(zhí)行辨識(shí)功能；另外，由于影像傳感器31、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器 32、影像處理單元33及其它相關(guān)元件的構(gòu)造原理為已知技術(shù)，且本發(fā)明的主要概念是以影像處理單元33配合緩存器34執(zhí)行影像的辨識(shí)功能，因此以下將僅就相關(guān)于本發(fā)明原理的部分作介紹。配合圖2、3所示，說(shuō)明本發(fā)明利用物件特征相異性進(jìn)行多個(gè)物件的動(dòng)態(tài)影像辨識(shí)方法的第一較佳實(shí)施例。必須說(shuō)明的是，在本較佳實(shí)施例中，由于影像傳感器31具有多個(gè)行列式感應(yīng)像素(Pixel)311，且所述的像素311以逐列的方式感應(yīng)各物件11、12，因此，將影像傳感器31所感應(yīng)到的一物件在每一列中所得到的部分影像稱(chēng)為一影像區(qū)段(Image kgment)，各影像區(qū)段的識(shí)別法，逐列紀(jì)錄各列中各影像區(qū)段的起始點(diǎn)并儲(chǔ)存至緩存器34 ； 接著自該影像區(qū)段的起始點(diǎn)逐點(diǎn)累計(jì)該影像區(qū)段的信息并儲(chǔ)存至該緩存器；34 ；及判斷各列中各影像區(qū)段的終點(diǎn)并儲(chǔ)存至緩存器；34。例如影像處理系統(tǒng)3會(huì)先由影像傳感器31依序擷取影像1中每列像素311感應(yīng)到的像素值經(jīng)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器32轉(zhuǎn)換為數(shù)字訊號(hào)輸入至影像處理單元33，讀取的方式是自第一列開(kāi)始，從左到右讀取該列中的每個(gè)像素值，每讀完一列再由上而下讀取每列的各像素值，而判斷是否有物件的影像信息的出現(xiàn)，偵測(cè)是否有大于一系統(tǒng)預(yù)設(shè)閾值的像素值出現(xiàn)。在讀取的同時(shí)，即可一并判斷各列中所述的物件11、12的影像區(qū)段起始點(diǎn)及終點(diǎn)在何處，如此便可接著利用相鄰兩列中影像區(qū)段的空間相關(guān)性(容后再述)分辨未知物件的影像區(qū)段屬于何物件。例如自影像1中的第4列起始有物件的影像信息，且所述的影像信息分屬于二物件11、12，因此從左而右，紀(jì)錄先出現(xiàn)的影像區(qū)段111的一起始點(diǎn)111’并儲(chǔ)存至緩存器34，再逐點(diǎn)累計(jì)影像區(qū)段111的信息并儲(chǔ)存至緩存器34，接著判斷該列中具有該影像區(qū)段111的終點(diǎn)111”并儲(chǔ)存至緩存器34后，再紀(jì)錄物件12在該列的影像區(qū)段121 的起始點(diǎn)121’與終點(diǎn)121”及其逐點(diǎn)累計(jì)的信息于緩存器34后，再進(jìn)行下一列的判斷，依此類(lèi)推。而分辨所述的影像區(qū)段分別屬于何物件11、12的方式，即利用相鄰兩列中影像區(qū)段的空間相關(guān)性分辨未知物件的影像區(qū)段屬于何物件，判斷如符合下述公式1，則可判定一未知物件影像區(qū)段屬于該物件i Seg-L ( Preline-Obji-R ；且Seg-RSPreline-Obji-I^aSl其中，公式1是表示例如在讀取至影像中的第Y列資料時(shí)；Seg-L表示讀取第Y列出現(xiàn)的該未知物件影像區(qū)段的左方起始點(diǎn)X坐標(biāo)值；Seg-R表示讀取第Y列出現(xiàn)的該未知物件影像區(qū)段的右方終點(diǎn)X坐標(biāo)值；而I^reline-Obji-R表示第Y列的上一列，亦即第Y_1 列出現(xiàn)的各該物件i的影像區(qū)段的右方終點(diǎn)X坐標(biāo)值；I^reline-Obji-L表示第Y-I列出現(xiàn)的各該物件i的影像區(qū)段的左方起始點(diǎn)X坐標(biāo)值，若是符合^ Preline-Obji-R且 Seg-R彡P(guān)reline-Obji-L的判斷式，即表示該未知物件影像區(qū)段與第Y_1列出現(xiàn)的該物件 i的影像區(qū)段屬于同一物件i。如圖4所示，說(shuō)明本發(fā)明利用物件特征相異性進(jìn)行多個(gè)物件的動(dòng)態(tài)影像辨識(shí)方法的二較佳實(shí)施例在初始時(shí)如何判斷影像區(qū)段屬于何物件，其具有的步驟及作用原理詳述如下首先需設(shè)定該影像的灰階閾值(步驟101)；接著依序擷取該影像中每列的像素值 (步驟10 ；利用該灰階閾值判斷背景區(qū)域(步驟10 ；識(shí)別出該物件的影像區(qū)段(步驟 104)，其子步驟包括紀(jì)錄此列中該未知物件的影像區(qū)段的起始點(diǎn)并儲(chǔ)存至緩存器(104a)； 接著自該影像區(qū)段的起始點(diǎn)逐點(diǎn)累計(jì)該影像區(qū)段的信息并儲(chǔ)存至緩存器(104b)；及判斷此列中該未知物件的影像區(qū)段終點(diǎn)并儲(chǔ)存至緩存器(104c)；利用相鄰兩列中影像區(qū)段的空間相關(guān)性分辨該未知物件的影像區(qū)段屬于何物件(步驟105)，其中，在進(jìn)行該空間相關(guān)性的辨識(shí)時(shí)，宜至少平行進(jìn)行決定下一影像區(qū)段起始點(diǎn)的步驟，以節(jié)省系統(tǒng)運(yùn)算時(shí)間；匯集該影像區(qū)段所累計(jì)的信息至其所屬的物件(步驟106)；同理，進(jìn)行此列下一影像區(qū)段的判斷(步驟107)。配合圖4、5所示，說(shuō)明本發(fā)明利用物件特征相異性進(jìn)行多個(gè)物件的動(dòng)態(tài)影像辨識(shí)方法的第一較佳實(shí)施例中，是如何辨識(shí)出實(shí)心或空心物件，該方法具有的步驟及作用原理詳述如下首先使用步驟101 107來(lái)判斷各影像區(qū)段屬于何物件，接著需依據(jù)一判斷法則區(qū)分所述的物件的實(shí)心或空心特征屬性，首先判斷辨識(shí)出的物件是否圍繞任何背景(步驟 108) ？若否，則在步驟112中判定該物件特征屬性為實(shí)心物件。若步驟108判斷辨識(shí)出的物件圍繞了背景，則在步驟109判定該背景為屬于該物件的空心區(qū)域并計(jì)算該空心區(qū)域的面積。步驟110中，進(jìn)一步計(jì)算該物件實(shí)體與空心區(qū)域的面積和。接著在步驟111中，判斷空心區(qū)域面積除以實(shí)體與空心區(qū)域面積和所得的商是否大于一閾值？若不大于該閾值，則進(jìn)行步驟112，若大于該閾值，則進(jìn)行步驟113 ；經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)后得到較佳的該閾值約為0. 05 0. 08之間。步驟113是歸類(lèi)該物件的特征屬性為一空心物件；及步驟112是歸類(lèi)該物件的特征屬性為一實(shí)心物件，如此便完成了物件的實(shí)心、空心的特征屬性辨識(shí)功能(步驟114)。上述實(shí)施例再參照?qǐng)D6進(jìn)一步說(shuō)明。首先以灰階閾值將影像6予以二分 (binarized) 0接著，逐列偵測(cè)影像區(qū)段(亦即根據(jù)前述步驟104 106)，而判斷出影像6 包含物件61’和62’。接下來(lái)，根據(jù)物件61’和62’是否包含背景，在物件61’的情況尚計(jì)算背景611，除以整體面積的商值，于是判斷出物件61，為空心物件而物件62，為實(shí)心物件。配合圖4、7所示，說(shuō)明本發(fā)明利用物件特征相異性進(jìn)行多個(gè)物件的動(dòng)態(tài)影像辨識(shí)方法的第二較佳實(shí)施例中，是如何辨識(shí)出長(zhǎng)形或短形物件，該方法具有的步驟及作用原理詳述如下首先亦使用步驟101 107來(lái)判斷各影像區(qū)段屬于何物件，接著需依據(jù)另一判斷法則區(qū)分所述的物件的長(zhǎng)形或短形的特征屬性，本實(shí)施例的判斷法則是先判斷并擷取該物件適用的四端點(diǎn)坐標(biāo)(步驟120)；接著計(jì)算該物件的長(zhǎng)邊、短邊向量(步驟121)；再計(jì)算該物件的長(zhǎng)邊長(zhǎng)度平方除以該物件的面積是否大于一閾值？(步驟122)若大于該閾值，則進(jìn)行步驟123，若不大于該閾值，則進(jìn)行步驟124 ；步驟123是判斷該物件的特征屬性為一長(zhǎng)形物件；而步驟1 是判斷該物件的特征屬性為一短形物件，如此便完成了物件的長(zhǎng)形、短形的特征屬性辨識(shí)功能(步驟12 ；較佳地，該物件的長(zhǎng)邊長(zhǎng)度平方除以該物件的面積的值經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)后，得到的該閾值約為2 3之間。如圖8所示，使用本發(fā)明利用物件特征相異性進(jìn)行多個(gè)物件的動(dòng)態(tài)影像辨識(shí)方法，可辨識(shí)出一影像2中的二物件21、22是屬于長(zhǎng)型或短形物件，例如圖中的圓形物件21 經(jīng)辨識(shí)后即判斷屬于短形物件，而圖中的長(zhǎng)方形物件22經(jīng)辨識(shí)后即判斷屬于長(zhǎng)形物件。圖9顯示本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例。在圖1的現(xiàn)有技術(shù)中，指示道具71、72具有光源711、712及721、722。根據(jù)本發(fā)明，光源711、712、721、722之一(或更多)所投射的光線(xiàn)可帶有圖案。在其中一種實(shí)施型態(tài)中，左方的指示道具71所投射的光線(xiàn)圖案與右方的指示道具71所投射的光線(xiàn)圖案不同。在另一種實(shí)施型態(tài)中，指示道具71的光源711和712所投射的光線(xiàn)圖案彼此不同、指示道具72的光源721和722所投射的光線(xiàn)圖案彼此不同。在另一種實(shí)施型態(tài)中，所有光源711、712、721、722所投射的光線(xiàn)圖案彼此皆不相同。圖9所示實(shí)施例為舉例顯示，光源721、722所投射的光線(xiàn)圖案彼此不同。帶有圖案的光線(xiàn)有助于更精確辨識(shí)并區(qū)分物件，因?yàn)橛跋裉幚硐到y(tǒng)3可更精確判斷出其自哪一光源接收光線(xiàn)。有關(guān)光線(xiàn)帶有圖案的優(yōu)點(diǎn)，在后文中將再詳細(xì)說(shuō)明。圖10示出光源711、712、721、722的一個(gè)實(shí)施例(舉例標(biāo)示為721)，此光源包含一或多個(gè)發(fā)光元件725，以及一個(gè)折射光學(xué)元件728。折射光學(xué)元件7 將發(fā)光元件725所發(fā)出的光線(xiàn)折射成帶有特定圖案的線(xiàn)性或平面光。有關(guān)圖案的細(xì)節(jié)，在后文中將再詳細(xì)說(shuō)明。事實(shí)上，光源711、712、721、722并不絕對(duì)必須設(shè)置在指示道具71與72之上；指示道具71與72僅需能夠反射光線(xiàn)即可。光源可設(shè)置在其它任何地方，向指示道具71與72 投射光線(xiàn)。本領(lǐng)域技術(shù)人員當(dāng)可了解，此種變換并不會(huì)影響前文所述對(duì)于物件的辨識(shí)。在此種情況下，甚至連指示道具71與72也都可省略，例如，可使用人體的某個(gè)部位來(lái)取代指示道具71與72，只要該人體部位所反射的光線(xiàn)強(qiáng)度足夠辨識(shí)即可。圖11顯示光源安裝于別處的實(shí)施例。為辨識(shí)并區(qū)分影像中的物件，在本實(shí)施例中，光源80投射帶有圖案的光線(xiàn)。該帶有圖案的光線(xiàn)被投射往指示道具72或使用者的一個(gè)人體部位706，被其反射而為影像處理系統(tǒng)3所接收。影像處理系統(tǒng)3中的影像傳感器 31 (未示于圖11)接收該反射光。所述光線(xiàn)圖案例如可包含不同的亮度、顏色、形狀、大小、 紋理、或密度等，通過(guò)光源80中發(fā)光元件81的排列方式(例如，如圖所示，多個(gè)發(fā)光元件81 依預(yù)定圖案排列)、不同發(fā)光時(shí)序(亦即，可通過(guò)分別控制各個(gè)發(fā)光元件81，使受到光投射的多個(gè)位置分別于相同或不同時(shí)點(diǎn)被照射)、不同發(fā)光頻譜(亦即發(fā)光元件81可發(fā)出不同頻譜的光線(xiàn)，可為可見(jiàn)或不可見(jiàn)光)、或以上兩者或更多者的組合，來(lái)產(chǎn)生。帶有圖案的光線(xiàn)有助于更精確辨識(shí)并區(qū)分物件，說(shuō)明如下。請(qǐng)參閱圖12 13，光線(xiàn)被指示道具72(或圖11所示人體部位706)反射而為影像處理系統(tǒng)3中的影像傳感器31 所接收。因此，根據(jù)影像傳感器31上光的反射位置，便可得出指示道具72與影像傳感器31 在Z方向上的距離。然而，如圖13所示，可能將路徑Pl誤判為路徑P2 (或反之)，而造成誤判；一方面，這可能導(dǎo)致產(chǎn)生錯(cuò)誤的距離信息，另一方面，這可能導(dǎo)致誤判影像中的物件，例如將兩物件誤認(rèn)為同一物件。為避免發(fā)生此種誤判，如果路徑Pl和路徑P2的光線(xiàn)圖案不同，影像處理系統(tǒng)3便可判斷出其自哪一路徑接收光線(xiàn)。圖14A 14C舉例顯示光線(xiàn)圖案的幾種實(shí)施例。例如，如圖14A所示，可在圖案中安排多個(gè)不同大小的亮區(qū)B ；或如圖14B所示，可在圖案中安排多個(gè)不同大小的暗區(qū)D ；或如圖14C所示，圖案中可包括不同顏色、形狀、次序、亮度的區(qū)域，等等。圖15示出本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例。除了設(shè)計(jì)發(fā)光元件81的排列方式、發(fā)光時(shí)序、 發(fā)光頻譜以產(chǎn)生圖案之外，還可以別的方式產(chǎn)生圖案。如圖所示，光源80中另包含有微鏡面82。在本實(shí)施例中，發(fā)光元件81投射線(xiàn)性光至微鏡面82，而微鏡面82將光線(xiàn)反射至指示道具72或人體部位706。微鏡面82可沿X軸一維轉(zhuǎn)動(dòng)；通過(guò)其轉(zhuǎn)動(dòng)，將線(xiàn)性光轉(zhuǎn)換成為掃瞄光束，以?huà)呙橹甘镜谰?2或人體部位706。在本實(shí)施例中，不但可通過(guò)發(fā)光元件81的安排來(lái)產(chǎn)生圖案，還可通過(guò)控制微鏡面82的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)產(chǎn)生圖案。圖16示出本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例。在本實(shí)施例中，光源80另包含有折射光學(xué)元件83。在光源80中可以只具有一個(gè)發(fā)光元件81 (但當(dāng)然也可更多)，此發(fā)光元件81投射點(diǎn)狀光束而由折射光學(xué)元件83將其轉(zhuǎn)換成線(xiàn)狀或平面光。轉(zhuǎn)換后的線(xiàn)狀或平面光被投射至指示道具72或人體部位706。在本實(shí)施例中，不但可通過(guò)發(fā)光元件81的發(fā)光時(shí)序來(lái)產(chǎn)生圖案(或由發(fā)光元件81的其它安排方式來(lái)產(chǎn)生，如光源80具有不只一個(gè)發(fā)光元件81)，還可通過(guò)折射光學(xué)元件83的設(shè)計(jì)來(lái)產(chǎn)生圖案。如圖16右側(cè)所示，折射光學(xué)元件83例如可以將發(fā)光元件81所投射的點(diǎn)狀光束轉(zhuǎn)換成線(xiàn)狀或平面光，而成為點(diǎn)陣形狀、字母形狀、變密
度圖案、等等。圖17示出本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例。在本實(shí)施例中，光源80中可以只具有一個(gè)發(fā)光元件81 (但當(dāng)然也可更多)，且光源80中另包含有可沿X軸和Y軸二維轉(zhuǎn)動(dòng)的微鏡面82。 微鏡面82將光源80發(fā)出的光線(xiàn)反射并轉(zhuǎn)換成為掃瞄光束，以?huà)呙橹甘镜谰?2或人體部位 706。在本實(shí)施例中，不但可通過(guò)發(fā)光元件81的發(fā)光時(shí)序來(lái)產(chǎn)生圖案(或由發(fā)光元件81的其它安排方式來(lái)產(chǎn)生，如光源80具有不只一個(gè)發(fā)光元件81)，還可通過(guò)控制微鏡面82的二維轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)產(chǎn)生圖案。圖18 19示出本發(fā)明的另兩個(gè)實(shí)施例，其中光源80除包含一或多個(gè)發(fā)光元件81 夕卜，另包含微鏡面82和折射光學(xué)元件83的組合。折射光學(xué)元件83可設(shè)置在發(fā)光元件81 與微鏡面82之間、或設(shè)置在微鏡面82與指示道具72或人體部位706之間。圖20示出本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，其中微鏡面82包含有多個(gè)鏡面單元，可以分別一維(如圖標(biāo))或二維(圖未示)轉(zhuǎn)動(dòng)。這些實(shí)施例都可以產(chǎn)生帶有圖案的光線(xiàn)。除了投射帶有圖案的光線(xiàn)外，請(qǐng)參閱圖21，可設(shè)計(jì)使影像處理系統(tǒng)3能夠調(diào)整其曝光參數(shù)，以更精確地辨識(shí)及區(qū)分物件。在步驟91中，影像處理系統(tǒng)3根據(jù)一組曝光參數(shù)感測(cè)影像中的像素。步驟92中，影像處理系統(tǒng)3判斷是否有許多像素值落在范圍外(太亮或太暗)；所謂“許多”可以是設(shè)計(jì)者或使用者認(rèn)為合適的數(shù)值，例如> 70%，> 75%，> 80%，等等。若判斷結(jié)果為是，則進(jìn)行步驟93，調(diào)整曝光參數(shù)。若判斷結(jié)果為否，則影像處理系統(tǒng)3處理影像以辨識(shí)并區(qū)分物件(步驟94)，并繼續(xù)以幕前的曝光參數(shù)來(lái)感測(cè)次一影像。 通過(guò)調(diào)整曝光參數(shù)，首先，可過(guò)濾掉超過(guò)高閾值(太亮)與低于低閾值(太暗)的噪聲。其次，如光線(xiàn)圖案具有不同亮度的區(qū)域，則通過(guò)調(diào)整曝光參數(shù)，影像處理系統(tǒng)3可以更清晰地辨識(shí)圖案，以更精確地辨識(shí)并區(qū)分物件。本發(fā)明已就較佳實(shí)施例敘述如上，但以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，當(dāng)不能以此限定本發(fā)明實(shí)施的范圍，即大凡依本發(fā)明權(quán)利要求書(shū)及發(fā)明說(shuō)明書(shū)內(nèi)容所作的簡(jiǎn)單的等效變化與修飾，皆仍屬本發(fā)明專(zhuān)利涵蓋的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種利用物件特征相異性進(jìn)行多個(gè)物件的動(dòng)態(tài)影像辨識(shí)方法，該方法配合一影像傳感器及一緩存器的使用，用以對(duì)于一影像之中具有的至少一物件實(shí)時(shí)地進(jìn)行辨識(shí)，該影像傳感器具有多個(gè)行列式感應(yīng)像素，且該影像傳感器以所述的感應(yīng)像素感測(cè)該物件而形成多個(gè)影像區(qū)段，其特征在于，該方法包含下述步驟(A)投射光線(xiàn)以產(chǎn)生一影像，該光線(xiàn)帶有一圖案；(B)根據(jù)一組曝光參數(shù)來(lái)感測(cè)該影像；(C)設(shè)定該影像相對(duì)于該組曝光參數(shù)的灰階閾值；(D)依序擷取該影像中每列的像素值；(E)利用該灰階閾值判斷背景區(qū)域及識(shí)別出該物件的影像區(qū)段；(F)利用相鄰兩列中影像區(qū)段的空間相關(guān)性分辨未知物件的影像區(qū)段屬于何物件；(G)匯集所述的影像區(qū)段所累計(jì)的信息至其所屬的物件；以及(H)依據(jù)一判斷法則區(qū)分該物件的特征屬性，并該特征屬性分辨不同的物件。
2.依據(jù)權(quán)利要求1所述的利用物件特征相異性進(jìn)行多個(gè)物件的動(dòng)態(tài)影像辨識(shí)方法，其中，步驟(E)包括以下子步驟(E-I)紀(jì)錄目前檢視列中該影像區(qū)段的起始點(diǎn)并儲(chǔ)存至該緩存器；(E-2)自該影像區(qū)段的起始點(diǎn)逐點(diǎn)累計(jì)該影像區(qū)段的信息并儲(chǔ)存至該緩存器；以及(E-3)判斷此列中該影像區(qū)段終點(diǎn)并儲(chǔ)存至該緩存器，其中，在進(jìn)行步驟(F)時(shí)，至少平行進(jìn)行決定下一影像區(qū)段起始點(diǎn)的步驟。
3.依據(jù)權(quán)利要求1所述的利用物件特征相異性進(jìn)行多個(gè)物件的動(dòng)態(tài)影像辨識(shí)方法，其中，步驟(H)的該判斷法則包括下述步驟(H-I)判斷辨識(shí)出的物件是否圍繞任何背景；(H-2)若(H-I)為否，則判定該物件特征屬性為實(shí)心物件；若(H-I)為是，則判定該物件包含空心區(qū)域；(H-3)判斷空心區(qū)域面積除以該物件實(shí)體與空心區(qū)域面積和所得的商是否大于一閾值；以及(H-4)若(H-3)為是，則判定該物件特征屬性為空心物件，否則判定物件特征屬性為實(shí)心物件。
4.依據(jù)權(quán)利要求1所述的利用物件特征相異性進(jìn)行多個(gè)物件的動(dòng)態(tài)影像辨識(shí)方法，其中，步驟(H)的該判斷法則包括下述步驟(H-I)判斷并擷取該物件適用的四端點(diǎn)坐標(biāo)；(H-2)計(jì)算該物件的長(zhǎng)邊、短邊向量；(H-3)計(jì)算該物件的長(zhǎng)邊長(zhǎng)度平方除以該物件的面積是否大于一閾值？若大于該閾值，則進(jìn)行步驟(H-4)，若不大于該閾值，則進(jìn)行步驟(H-5)；(H-4)判斷該物件的特征屬性為一長(zhǎng)形物件；及(H-5)判斷該物件的特征屬性為一短形物件。
5.依據(jù)權(quán)利要求1所述的利用物件特征相異性進(jìn)行多個(gè)物件的動(dòng)態(tài)影像辨識(shí)方法，其中，步驟(F)中，分辨所述的影像區(qū)段分別屬于何物件的方式，是判斷如符合下述公式，則可判定一未知物件影像區(qū)段屬于該物件i Seg-L ^ Preline-Obji-R ；且Seg-R ^ Preline-Obji-L ；其中，此公式是表示在讀取至影像中的第Y列資料時(shí)，Seg-L表示讀取第Y列出現(xiàn)的該未知物件影像區(qū)段的左方起始點(diǎn)X坐標(biāo)值；Seg-R表示讀取第Y列出現(xiàn)的該未知物件影像區(qū)段的右方終點(diǎn)X坐標(biāo)值；I^reline-Obji-R表示第Y-I列出現(xiàn)的各該物件i的影像區(qū)段的右方終點(diǎn)X坐標(biāo)值；I^reline-Obji-L表示第Y-I列出現(xiàn)的各該物件i的影像區(qū)段的左方起始點(diǎn)X坐標(biāo)值。
6.依據(jù)權(quán)利要求1所述的利用物件特征相異性進(jìn)行多個(gè)物件的動(dòng)態(tài)影像辨識(shí)方法，其中，步驟(A)包含經(jīng)由折射光學(xué)元件、或經(jīng)由微鏡面、或經(jīng)由折射光學(xué)元件和微鏡面的組合，投射光線(xiàn)。
7.依據(jù)權(quán)利要求1所述的利用物件特征相異性進(jìn)行多個(gè)物件的動(dòng)態(tài)影像辨識(shí)方法，其中，步驟(A)以一光源投射光線(xiàn)，該光源包含多個(gè)發(fā)光元件，且該帶有圖案的光線(xiàn)由發(fā)光元件的排列方式、不同發(fā)光時(shí)序、不同發(fā)光頻譜、或以上兩者或更多者的組合所產(chǎn)生。
8.依據(jù)權(quán)利要求1所述的利用物件特征相異性進(jìn)行多個(gè)物件的動(dòng)態(tài)影像辨識(shí)方法，其中，還包含(I)根據(jù)所感測(cè)的影像，決定與影像平面垂直方向上的一距離。
9.依據(jù)權(quán)利要求1所述的利用物件特征相異性進(jìn)行多個(gè)物件的動(dòng)態(tài)影像辨識(shí)方法，其中，還包含(I)當(dāng)許多像素值超出范圍時(shí)，調(diào)整曝光參數(shù)。
10.一種影像辨識(shí)系統(tǒng)，利用物件影像特征相異性對(duì)于一影像之中具有的至少一物件實(shí)時(shí)地進(jìn)行辨識(shí)，其特征在于，該影像辨識(shí)系統(tǒng)包含一光源，其投射帶有圖案的光線(xiàn)以產(chǎn)生該影像；一影像傳感器，具有多個(gè)行列式感應(yīng)像素，用以感應(yīng)該影像，且該影像傳感器以所述的感應(yīng)像素感測(cè)該物件而形成多個(gè)影像區(qū)段；一模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，連接該影像傳感器，用以轉(zhuǎn)換感應(yīng)該影像的模擬訊號(hào)為數(shù)字訊號(hào)；一影像處理單元，連接該模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，該影像處理單元逐列讀取所述的感應(yīng)像素， 并設(shè)定有該影像的灰階閾值及一用以區(qū)分該物件的特征屬性的判斷法則；及一緩存器，連接該影像處理單元，用以暫存該影像處理單元累計(jì)的所述的物件的影像 fn息；由此，該影像處理單元可利用該灰階閾值判斷背景區(qū)域并識(shí)別出所述的物件的影像區(qū)段，利用相鄰兩列中影像區(qū)段的空間相關(guān)性分辨該未知物件的影像區(qū)段屬于何物件，再匯集所述的影像區(qū)段所累計(jì)的信息至其所屬的物件，并依據(jù)該判斷法則區(qū)分該物件的特征屬性，而于擷取完該影像所有的像素值后，該影像處理單元即辨識(shí)出該影像中的該物件的特征屬性。
11.依據(jù)權(quán)利要求10所述的影像辨識(shí)系統(tǒng)，其中，該影像處理單元設(shè)定的判斷法則是判斷出包括實(shí)心、空心、長(zhǎng)形及短形其中任一種特征屬性。
12.依據(jù)權(quán)利要求10所述的影像辨識(shí)系統(tǒng)，其中，該光源包含(A)一或多個(gè)發(fā)光元件，及(B)折射光學(xué)元件、微鏡面、或折射光學(xué)元件和微鏡面的組合，其中該一或多個(gè)發(fā)光元件經(jīng)由該折射光學(xué)元件、經(jīng)由微鏡面、或經(jīng)由折射光學(xué)元件和微鏡面的組合投射光線(xiàn)，以產(chǎn)生該帶有圖案的光線(xiàn)。
13.依據(jù)權(quán)利要求10所述的影像辨識(shí)系統(tǒng)，其中，該光源包含多個(gè)發(fā)光元件，且該帶有圖案的光線(xiàn)由發(fā)光元件的排列方式、不同發(fā)光時(shí)序、不同發(fā)光頻譜、或以上兩者或更多者的組合所產(chǎn)生。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用物件特征相異性進(jìn)行多個(gè)物件的動(dòng)態(tài)影像辨識(shí)方法及系統(tǒng)，其中光源發(fā)射帶有圖案的光線(xiàn)，以更精確辨識(shí)并區(qū)分影像中的物件。具有圖案的光線(xiàn)有多種方式可以產(chǎn)生，如光源可以包含多個(gè)發(fā)光元件，通過(guò)發(fā)光元件的排列方式、不同發(fā)光時(shí)序、或不同發(fā)光頻譜，來(lái)產(chǎn)生具有圖案的光線(xiàn)?；蚴?，光源可以包含一或多個(gè)發(fā)光元件加上一個(gè)折射光學(xué)元件(DOE，Diffractive Optical Element)及/或一個(gè)微鏡面(MEMS mirror)，而發(fā)光元件通過(guò)該光學(xué)元件及/或該微鏡面投射光線(xiàn)。
文檔編號(hào)G06K9/00GK102542238SQ20101058946
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月13日
發(fā)明者李宜方, 陳信嘉 申請(qǐng)人:原相科技股份有限公司