车辆监控系统及其方法与流程

本发明有关于一种车辆监控系统及其方法，尤其是指一种利用俯视车辆周围的环景鸟瞰影像与光源投射的光学图样以显示被监测物的存在与距离的车用侦测系统及其方法。

背景技术：

按，在现今的社会中，行动载具已成为国人不可或缺的交通运输工具，不论是旅游、客运或货运等，皆已大量仰赖行动载具的帮忙；然而，许多驾驶常会因为不熟悉路况，而不小心进入死巷或狭窄巷道内动弹不得，或是一些体积庞大的车辆因天候不佳或视觉死角等因素，必须在车多人杂的地方倒车或回转，此举容易导致驾驶因无法正确得知车辆周围的真实情况而发生许多轻重不一的意外事故；因此，目前已有许多方案将摄影机或照相机等影像撷取装置安装于行动载具的周围以解决上述问题；然而，传统影像装置应用于车辆安全的监控仍存在许多的视觉死角，有再改进的必要；为了解决上述的视觉死角问题，许多研究乃使用多个环设于车辆周围的摄影机将所取得的影像结合转换为鸟瞰影像的方式，如中国台湾专利第m479253的“车用影像安全系统”即以此为出发点，此专利主要是在车辆周围设置多个摄影模块，再藉由一中央控制模块将摄影模块所撷取的影像结合并产生一鸟瞰影像，以警示驾驶者的行车安全；然而，此专利并无明确阐述影像如何转换为鸟瞰影像，以及如何在鸟瞰影像中撷取障碍物的影像。

此外，一般车辆所使用的防盗器，以车辆被震动或是车门被开启而发出响亮的警报声，以达到提醒驾驶或路人，以及吓阻歹徒的目的；然而，传统防盗器无法有效进行即时搜证动作，当车辆停在路边遭到歹徒破坏时，即使防盗器发出警报声响，车主若无法及时赶到现场阻止，则无法有效得知歹徒的样貌；因此，如何有效藉由硬体的设计，可在车辆行进间准确且全面侦测车辆周围的被监测物位置与距离，以及在车辆停止时即时侦测靠近的不明人士，达到警示驾驶注意行车安全与保障生命财产的优势，仍是车用侦测系统等相关产业的开发人员与相关研究人员需持续努力克服与解决的课题。

技术实现要素：

今，发明人即是鉴于上述传统车用侦测系统于实际实施时仍存在有无法侦测车辆周围被监测物位置与距离等诸多缺失，于是乃一本孜孜不倦的精神，并藉由其丰富的专业知识及多年的实务经验所辅佐，而加以改善，并据此研创出本发明。

本发明主要目的为提供一种车辆监控系统及其方法，尤其是指一种利用俯视车辆周围的环景鸟瞰影像与光源投射的光学图样以显示被监测物的存在与距离的车用侦测系统及其方法，主要藉由空间域判断模块、时间域判断模块与地面消除模块等影像侦测方式，以将车辆周围的被监测物原始影像转换为环景鸟瞰影像，并藉由光源投射于被监测物上的光学图样变化，有效于车辆行驶时提醒驾驶关于车辆周围被监测物位置与距离，以及车辆停止时即时侦测不明人士靠近的影像，达到维护行车安全与保障生命财产的优势。

为了达到上述实施目的，本发明人提出一种车辆监控系统，以一环景鸟瞰影像监控一车辆周围至少一被监测物位置与距离，车辆监控系统至少包括有多个影像撷取单元、一影像处理单元，以及一显示单元；多个影像撷取单元设置于车辆周围的适当处，每一影像撷取单元包括有一光源、一摄影镜头，以及一感光元件，其中光源发射一光束，以在被监测物上显示一光学图样，而光学图样随着被监测物与车辆之间的距离而变化，摄影镜头撷取车辆周围被监测物的原始影像与其上的光学图样于感光元件上；影像处理单元电性连接影像撷取单元，影像处理单元包括有一距离侦测模块、一转换模块、一空间域判断模块、一时间域判断模块，以及一地面消除模块，其中距离侦测模块依据光学图样的变化，以计算被监测物与车辆之间的距离，转换模块将原始影像对应转换为多个鸟瞰影像，空间域判断模块判断鸟瞰影像中被监测物存在的资讯，时间域判断模块以一区域差分法(localdifference，ld)于两两连续的原始影像中找出被监测物的轮廓，地面消除模块于两两连续的鸟瞰影像中判断被监测物与地面的差异性；显示单元电性连接影像处理单元，显示单元包括有一显示模块以及一警示模块，显示模块显示鸟瞰影像所结合的环景鸟瞰影像，以及被监测物与车辆之间的距离，其中当距离小于一临界值时，警示模块发出一警示信号。

如上所述的车辆监控系统，其中光源为雷射、红外线、发光二极管或用以输出一光束的发光体等其中的一种。

如上所述的车辆监控系统，其中光学图样为网格、直线或规则排列点等其中的一种图样。

如上所述的车辆监控系统，其中摄影镜头为鱼眼镜头、广角镜头或标准镜头等其中的一种摄影元件。

如上所述的车辆监控系统，其中感光元件为光电耦合元件(charge-coupleddevice，ccd)或互补金属氧化物半导体(complementarymetal-oxide-semiconductor，cmos)等其中的一种。

如上所述的车辆监控系统，其中区域差分法(ld)的公式如下：

其中m与n为影像座标点，以形成一3×5的遮罩(mask)，而i^t(x+m，y+n)为时间t的影像函数，i^t-1(x+m，y+n)则为时间t-1的影像函数，而阀值(dth)的公式如下：

dth＝256-(ld×th)(eq.2)

其中th依目前画面变化程度调整，且ld与dth呈反比关系，则差分范围(tempdiff)与阀值(dth)的关系如下列公式如下：

如上所述的车辆监控系统，其中显示模块系为具有一显示萤幕的显示器、智能型手机、平板电脑或可携式电脑等其中的一种或两者以上的组合。

如上所述的车辆监控系统，其中警示信号以声鸣、光线或震动等其中的一种方式或两者以上的组合呈现。

此外，为了达到车辆监控系统实施目的，本发明人乃研拟如下实施技术，以一环景鸟瞰影像的方法监控一车辆周围至少一被监测物存在的位置与距离；首先，使用多个影像撷取单元内建的光源发射一光束，以于被监测物上显示一光学图样，而光学图样随着被监测物与车辆之间的距离而变化，其中影像撷取单元设置于车辆周围的适当处；接着，以影像撷取单元内建的摄影镜头撷取车辆周围的被监测物的原始影像与其上的光学图样于对应的感光元件上；接续，使用一影像处理单元内建的距离侦测模块依据光学图样变化，计算被监测物与车辆之间的距离；之后，使用影像处理单元内建的转换模块将原始影像对应转换为多个鸟瞰影像；接着，使用影像处理单元内建的空间域判断模块以一放射性边缘特性判断鸟瞰影像中被监测物存在的资讯；接续，使用影像处理单元内建的时间域判断模块以一区域差分法(ld)于两两连续的原始影像中找出被监测物的轮廓；的后，使用影像处理单元内建的地面消除模块以一运动估计法于两两连续的鸟瞰影像中判断被监测物与地面的差异性；最后，以一显示单元的显示模块显示鸟瞰影像所结合的环景鸟瞰影像，以及被监测物与车辆之间的距离，一警示模块依据距离而发出一警示信号。

如上所述的车辆监控方法，其中区域差分法(ld)的公式如下：

其中m与n为影像座标点，以形成一3×5的遮罩，而i^t(x+m，y+n)为时间t的影像函数，i^t-1(x+m，y+n)则为时间t-1的影像函数，而阀值(dth)的公式如下：

dth＝256-(ld×th)(eq.2)

其中th依目前画面变化程度调整，而ld与dth呈反比关系，则差分范围(tempdiff)与阀值(dth)的关系如下列公式如下：

藉此，本发明的车辆监控系统及其方法藉由空间域判断模块、时间域判断模块与地面消除模块等影像侦测方式，以将车辆周围的被监测物原始影像转换为环景鸟瞰影像，并藉由光源投射于被监测物上的光学图样变化，有效于车辆行驶时提醒驾驶关于车辆周围被监测物位置与距离，以及车辆停止时即时侦测不明人士靠近的影像，达到维护行车安全与保障生命财产的优势；此外，本发明的车辆监控系统及其方法藉由设置于车辆内部的显示单元显示由多个鸟瞰影像所结合的环景鸟瞰影像，以侦测车辆周围的至少一被监测物的状态，可有效于车辆行驶时警示驾驶关于车辆周围的被监测物的位置与距离，达到维护行车安全的优势；再者，本发明的车辆监控系统及其方法藉由光源发射的光学图样变化搭配环景鸟瞰影像，以侦测车辆周围的被监测物的状态与距离，可于车辆停止时即时侦测不明人士靠近靠近车辆的影像，达到保障生命财产安全的优势；最后，本发明的车辆监控系统及其方法藉由红外线或雷射等发光体所发射的光束与光学图样等设计，可于夜间环境亮度不足时提供辅助光源的设计，有效使影像撷取单元可于夜间进行影像侦测运作，达到可全天候运行的优势者。

附图说明

图1为本发明车辆监控系统其一较佳实施例的系统架构方块图；

图2为本发明车辆监控系统其一较佳实施例的影像撷取单元架设示意图；

图3(a)、图3(b)为本发明车辆监控系统其一较佳实施例的空间域判断模块运作示意图；

图4(a)～(d)为本发明车辆监控系统其一较佳实施例的地面消除模块运作示意图；

图5为本发明车辆监控方法的步骤流程图。

其中，附图标记说明如下：

(1)车辆

(2)被监测物

(21)人物

(22)柱子

(23)地面标志

(3)影像撷取单元

(31)光源

(32)摄影镜头

(33)感光元件

(4)影像处理单元

(41)距离侦测模块

(42)转换模块

(43)空间域判断模块

(44)时间域判断模块

(45)地面消除模块

(5)显示单元

(51)显示模块

(52)警示模块

(a)第一影像

(b)第二影像

(c)第三影像

(d)第四影像

(s1)步骤一

(s2)步骤二

(s3)步骤三

(s4)步骤四

(s5)步骤五

(s6)步骤六

(s7)步骤七

(s8)步骤八

具体实施方式

为方便审查员了解本发明的技术特征、内容与优点及其所能达成的功效，兹将本发明配合附图，并以实施例的表达形式详细说明如下，而其中所使用的图式，其主旨仅为示意及辅助说明书之用，未必为本发明实施后的真实比例与精准配置，故不应就所附的图式的比例与配置关系解读、局限本发明于实际实施上的权利范围，合先叙明。

首先，请参阅图1与图2所示，为本发明车辆监控系统其一较佳实施例的系统架构方块图，以及影像撷取单元架设示意图，其中本发明的车辆监控系统以一环景鸟瞰影像监控一车辆(1)周围至少一被监测物(2)位置与距离，本发明的车辆监控系统至少包括有：

多个影像撷取单元(3)，设置于车辆(1)周围的适当处，每一影像撷取单元(3)包括有一光源(31)、一摄影镜头(32)，以及一感光元件(33)，其中光源(31)发射一光束(311)，以在被监测物(2)上显示一光学图样，而光学图样随着被监测物(2)与车辆(1)之间的距离而变化，摄影镜头(32)撷取车辆(1)周围被监测物(2)的原始影像与其上的光学图样(图式未标示)于感光元件(33)上；此外，光源(31)为雷射、红外线、发光二极管或用以输出一光束(311)的发光体等其中的一种，而光学图样为网格、直线或规则排列点等其中的一种图样；在本发明其一较佳实施例中，光源(31)为一发射一雷射光束的雷射光源，并于被监测物(2)上形成一网格态样的光学图样；再者，摄影镜头(32)为鱼眼镜头、广角镜头或标准镜头等其中的一种摄影元件，而感光元件(33)为光电耦合元件(ccd)或互补金属氧化物半导体(cmos)等其中的一种；在本发明其一较佳实施例中，摄影镜头(32)为一鱼眼镜头，而感光元件(33)为一光电耦合元件(ccd)，本发明的车辆监控系统于车辆(1)的前、后、左、右四边设置有四个包含鱼眼镜头的摄影镜头(32)，以撷取车辆(1)周围的影像于光电耦合元件(ccd)上，形成一第一影像(a)、一第二影像(b)、一第三影像(c)，以及一第四影像(d)；然而必须注意的是，上述摄影镜头(32)的数量是为说明方便起见，而非以本发明所举为限，且熟悉本领域的技术人员当知道不同车身长度的车辆(1)或不同撷取影像的需求可使用不同数量的摄影镜头(32)，并不会影响本发明的实际实施；

一影像处理单元(4)，电性连接影像撷取单元(3)，影像处理单元(4)包括有一距离侦测模块(41)、一转换模块(42)、一空间域判断模块(43)、一时间域判断模块(44)，以及一地面消除模块(45)，其中距离侦测模块(41)依据光学图样的变化，以计算被监测物(2)与车辆(1)之间的距离，转换模块(42)将原始影像对应转换为多个鸟瞰影像，空间域判断模块(43)判断鸟瞰影像中被监测物(2)存在的资讯，时间域判断模块(44)以一区域差分法(ld)于两两连续的原始影像中找出被监测物(2)的轮廓，地面消除模块(45)于两两连续的鸟瞰影像中判断被监测物(2)与地面的差异性；以及

一显示单元(5)，电性连接影像处理单元(4)，显示单元(5)包括有一显示模块(51)以及一警示模块(52)，显示模块(51)显示鸟瞰影像所结合的环景鸟瞰影像，以及被监测物(2)与车辆(1)之间的距离，其中当距离小于一临界值时，警示模块(52)发出一警示信号；此外，显示模块(51)为具有一显示萤幕的显示器、智能型手机、平板电脑或可携式电脑等其中的一种或两者以上的组合，而警示信号以声鸣、光线或震动等其中的一种方式或两者以上的组合呈现；在本发明其一较佳实施例中，若四个鸟瞰影像皆有被监测物(2)，则显示模块(51)显示离车辆(1)最近的被监测物(2)的距离值。

此外，距离侦测模块(41)依据被监测物(2)上的网格状的光学图样变化，有效判断被监测物(2)与车辆(1)之间的距离，此原理已在本发明人申请的“交通运输工具的影像侦测系统”发明专利中阐述，在此将不再赘述；此外，空间域判断模块(43)以一放射性边缘特性判断被监测物(2)存在的资讯，请参阅图3(a)、图3(b)所示，为本发明车辆监控系统其一较佳实施例的空间域判断模块运作示意图，假设车辆(1)前方存在有一人物(21)与一柱子(22)等被监测物(2)，图3(a)为显示模块(51)显示的被监测物(2)原始影像，依据空间域判断模块(43)的放射性边缘特性方法，图3(b)则呈现被监测物(2)于鸟瞰影像中存在的资讯，其中人物(21)与柱子(22)的鸟瞰影像的延长线系指向影像撷取单元(3)的鱼眼镜头的位置，由于放射性边缘特性方法为现有的技术，故在此不多赘述；再者，时间域判断模块(44)以区域差分法(ld)于两两连续的原始影像中找出被监测物(2)的轮廓，其中区域差分法(ld)的公式如下：

其中m与n为影像座标点，以形成一3×5的遮罩，而i^t(x+m，y+n)为时间t的影像函数，i^t-1(x+m，y+n)则为时间t-1的影像函数，而阀值(dth)的公式如下：

dth＝256-(ld×th)(eq.2)

其中th依目前画面变化程度调整，而ld与dth呈反比关系，则差分范围(tempdiff)与阀值(dth)的关系如下列公式如下：

再者，地面消除模块(44)以一运动估计法于两两连续的鸟瞰影像中判断被监测物(2)与地面的差异性，请参阅图4(a)～图4(d)所示，为本发明车辆监控系统其一较佳实施例的地面消除模块运作示意图，其中图4(a)、图4(c)为被监测物(2)的地面标志(23)与柱子(22)于时间t的鸟瞰影像，而图4(b)、图4(d)则为地面标志(23)与柱子(22)于时间t+1的鸟瞰影像，当车辆(1)行进时，地面标志(23)于时间t与t+1的某一点影像比对系为无变形，而柱子(22)则已呈现角度变形的状态，故经由地面消除模块(44)的运动估计法，可于两两连续的鸟瞰影像中判断被监测物(2)与地面的间的差异性，以找出被监测物(2)的资讯。

此外，为使审查员能对本发明有更深入且具体的了解，请参阅图5所示，为本发明车辆监控方法的步骤流程图，本发明的车辆监控方法以一环景鸟瞰影像的方法监控一车辆(1)周围至少一被监测物(2)存在的位置与距离，主要包括有下列步骤：

步骤一(s1)：使用多个影像撷取单元(3)内建的光源(31)发射一光束(311)，以于被监测物(2)上显示一光学图样，而光学图样随着被监测物(2)与车辆(1)之间的距离而变化，其中影像撷取单元(3)设置于车辆(1)周围的适当处；在本发明其一较佳实施例中，光源(31)为一发射一雷射光束的雷射光源，并于被监测物(2)上形成一网格态样的光学图样；

步骤二(s2)：以影像撷取单元(3)内建的摄影镜头(32)撷取车辆(1)周围的被监测物(2)的原始影像与其上的光学图样于对应的感光元件(33)上；在本发明其一较佳实施例中，摄影镜头(32)为一鱼眼镜头，而感光元件(33)为一光电耦合元件(ccd)，本发明藉由四个设置于车辆(1)周围的鱼眼镜头撷取车辆(1)周围的影像于光电耦合元件(ccd)上；然而必须注意的是，上述摄影镜头(32)的数量是为说明方便起见，而非以本发明所举为限，且熟悉本领域的技术人员当知道不同车身长度的车辆(1)或不同撷取影像的需求可使用不同数量的摄影镜头(32)，并不会影响本发明的实际实施；

步骤三(s3)：使用一影像处理单元(4)内建的距离侦测模块(41)依据光学图样变化，计算被监测物(2)与车辆(1)之间的距离；在本发明其一较佳实施例中，距离侦测模块(41)藉由被监测物(2)上的网格状的光学图样变化，有效判断被监测物(2)与车辆(1)之间的距离，此原理已在本发明人申请的“交通运输工具的影像侦测系统”发明专利中阐述，在此将不再赘述；

步骤四(s4)：使用影像处理单元(4)内建的转换模块(42)将原始影像对应转换为多个鸟瞰影像；

步骤五(s5)：使用影像处理单元(4)内建的空间域判断模块(43)以一放射性边缘特性判断鸟瞰影像中被监测物(2)存在的资讯；在本发明其一较佳实施例中，若车辆(1)前方存在有一人物(21)与一柱子(22)的被监测物(2)，如图3(a)所示为显示模块(51)显示的被监测物(2)原始影像，依据空间域判断模块(43)的放射性边缘特性方法，则图3(b)呈现被监测物(2)于鸟瞰影像中存在的资讯，由于放射性边缘特性方法为现有的技术，故在此不多赘述；

步骤六(s6)：使用影像处理单元(4)内建的时间域判断模块(44)以一区域差分法(ld)于两两连续的原始影像中找出被监测物(2)的轮廓；在本发明其一较佳实施例中，时间域判断模块(44)以区域差分法(ld)于原始影像中找出被监测物(2)的轮廓，其中区域差分法(ld)的公式如下：

其中m与n为影像座标点，以形成一3×5的遮罩，而i^t(x+m，y+n)为时间t的影像函数，i^t-1(x+m，y+n)则为时间t-1的影像函数，而阀值(dth)的公式如下：

dth＝256-(ld×th)(eq.2)

其中th依目前画面变化程度调整，而ld与dth呈反比关系，则差分范围(tempdiff)与阀值(dth)的关系如下列公式如下：

步骤七(s7)：使用影像处理单元(4)内建的地面消除模块(45)以一运动估计法于两两连续的鸟瞰影像中判断被监测物(2)与地面的差异性；在本发明其一较佳实施例中，图4(a)、图4(c)为被监测物(2)的地面标志(23)与柱子(22)于时间t的鸟瞰影像，而图4(b)、图4(d)则为地面标志(23)与柱子(22)于时间t+1的鸟瞰影像，当车辆(1)行进时，地面标志(23)于时间t与t+1的某一点影像比对系为无变形，而柱子(22)则已呈现角度变形的状态，故经由地面消除模块(44)的运动估计法，可于两两连续的鸟瞰影像中判断被监测物(2)与地面的间的差异性，以找出被监测物(2)的资讯；以及

步骤八(s8)：以一显示单元(5)的显示模块(51)显示鸟瞰影像所结合的环景鸟瞰影像，以及被监测物(2)与车辆(1)之间的距离，一警示模块(52)依据距离而发出一警示信号；此外，显示模块(51)为具有一显示萤幕的显示器、智能型手机、平板电脑或可携式电脑等其中的一种或两者以上的组合，而警示信号以声鸣、光线或震动等其中的一种方式或两者以上的组合呈现；在本发明其一较佳实施例中，当被监测物(2)与车辆(1)之间的距离小于一临界值时，则警示模块(52)发出一警示信号提醒驾驶者注意。

由上述的实施说明可知，本发明的车辆监控系统及其方法与现有技术相较的下，本发明具有以下优点：

1.本发明的车辆监控系统及其方法藉由空间域判断模块、时间域判断模块与地面消除模块等影像侦测方式，以将车辆周围的被监测物原始影像转换为环景鸟瞰影像，并藉由光源投射于被监测物上的光学图样变化，有效于车辆行驶时提醒驾驶关于车辆周围被监测物位置与距离，以及车辆停止时即时侦测不明人士靠近的影像，达到维护行车安全与保障生命财产的优势。

2.本发明的车辆监控系统及其方法藉由设置于车辆内部的显示单元显示由多个鸟瞰影像所结合的环景鸟瞰影像，以侦测车辆周围的至少一被监测物的状态，可有效于车辆行驶时警示驾驶关于车辆周围的被监测物的位置与距离，达到维护行车安全的优势。

3.本发明的车辆监控系统及其方法藉由光源发射的光学图样变化搭配环景鸟瞰影像，以侦测车辆周围的被监测物的状态与距离，可于车辆停止时即时侦测不明人士靠近靠近车辆的影像，达到保障生命财产安全的优势。

4.本发明的车辆监控系统及其方法藉由红外线或雷射等发光体所发射的光束与光学图样等设计，可于夜间环境亮度不足时提供辅助光源的设计，有效使影像撷取单元可于夜间进行影像侦测运作，达到可全天候运行的优势者。

综上所述，本发明的车辆监控系统及其方法，的确能藉由上述所揭露的实施例，达到所预期的使用功效，且本发明亦未曾公开于申请前，诚已完全符合专利法的规定与要求。爰依法提出发明专利的申请，恳请惠予审查，并赐准专利，则实感德便。

惟，上述所揭示的图示及说明，仅为本发明的较佳实施例，非为限定本发明的保护范围；熟悉本领域的技术人员，其所依本发明的特征范畴，所作的其它等效变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的设计范畴。