摄影机校正系统与坐标数据产生系统及其方法

专利名称：摄影机校正系统与坐标数据产生系统及其方法
技术领域：
本发明涉及一种摄影机校正系统与坐标数据产生系统及摄影机校正方法与坐标 数据产生方法。
背景技术：
随着影像技术的进步，视频监控系统已广泛用于掌握被监控人员的位置。在目前 的监控系统中，监控人员是经由直接观看监视影像画面来确认被监控人员所处的位置。然 而，由于监视影像画面的方向及大小，直接受限于摄影机的架设位置，因此监控人员难以立 即正确判断出被监控人员所在位置及动向，甚至当被监控人员的移动已超出单一摄影机所 涵盖的范围而发生跨摄影机的情况时，监控人员很难判断被监控人员将会在哪一台摄影机 的画面中再度出现。为了解决此问题，将监控影像画面中的移动目标物的位置标示于地图 上，将可以为监控人员提供另一种完整的监控视界。为了得到监视摄影机所拍摄到的移动目标物相对于地图的位置，目前常用的方式 为对所有监视摄影机进行校正(Calibration)，以得到摄影机的影像平面与实际场景地面 (Ground Plane)的对应关系，对其原理说明如下。实际的移动目标物会在地面上形成一个脚点(Ground Point, GP)，而这个脚点会 对应到摄影机所拍摄的影像平面上的一个投影点。对特定摄影机而言，投影点坐标与脚点 坐标之间存在一个坐标转换矩阵。而对于不同的摄影机而言，每一摄影机皆会对应一个坐 标转换矩阵。也就是说，通过此坐标转换矩阵可将摄影机中的移动目标物的影像坐标转换 成唯一的实际地面位置坐标。一旦得到地面位置坐标后，通过地图与实际场景的比例尺及 方位等信息，就可以很容易的将移动目标物的位置在地图上标示出来。使用单应性矩阵(Homography)作为坐标转换矩阵来进行坐标的转换的方法已广 泛被使用。此方法是先在两个目标平面之间找到4组以上的对应点坐标值，并且应用联立 方程式求解法求出坐标转换矩阵H。此技术应用于摄影机校正时，上述两个平面即指摄影机 的影像平面及实际的地平面。现有的求取摄影机的影像平面及实际的地平面的坐标转换矩 阵的做法，是以人工方式在摄影机影像内选取4组对应于地面明显易判别的特征点，分别 计算出特征点在摄影机影像平面及地平面上的坐标值，进而求解出对应此摄影机的单应性 矩阵。然而，在使用此方法时，要找到在待校正摄影机影像中且在地图上均能易辨识的 特征点是相当不容易的。因此，进行摄影机的校正往往需要仰赖人员的专业经验。此外，地 平面上特征点的位置需要以人工测量方式来取得坐标值，然而，地平面上特征点的位置经 常会因地形地物的限制而造成无法直接测量(即，特征点与参考点不在一直线上)，导致需 要通过间接测量方式测量，增加测量时间。对于一个大型的监视系统而言，其监视摄影机数 量通常动辄上百部，对这种规模的监视系统进行摄影机校正，无疑需要投入极高的时间与 人力成本。因此，如何能够自动化完成摄影机校正，是本领域技术人员所致力的目标。

发明内容
本发明提供一种摄影机校正系统，其能够自动地产生摄影机的影像坐标数据与实 际场景的地图坐标数据之间的坐标转换矩阵以校正摄影机。本发明提供一种摄影机校正方法，其能够自动地产生摄影机的影像坐标数据与实 际场景的地图坐标数据之间的坐标转换矩阵以校正摄影机。本发明提供一种坐标数据产生系统，其能够自动地产生实际位置的地图坐标数 据。本发明提供一种坐标数据产生方法，其能够自动地产生实际位置的地图坐标数 据。本发明的示范性实施例提出一种摄影机校正系统。本摄影机校正系统包括至少一 个坐标数据产生装置与一坐标数据辨识装置。坐标数据产生装置是配置在一实际场景中， 并且用以根据地图坐标系统分别地产生对应实际场景的地面上不同的多个实际位置的多 个地图坐标数据。坐标数据辨识装置是电性连接至摄影机，并且用以从待校正的摄影机中 接收影像平面以及分别地从坐标数据产生装置中接收这些地图坐标数据。并且，坐标数据 辨识装置分别地辨识在影像平面中对应每一实际位置的影像位置，并且依据影像平面的影 像坐标系统来计算每一影像位置的影像坐标数据。此外，坐标数据辨识装置依据所计算的 影像坐标数据和所接收的地图坐标数据来计算对应此摄影机的坐标转换矩阵。本发明的示范性实施例提出一种摄影机校正方法。本摄影机校正方法包括在一实 际场景中配置至少一个坐标数据产生装置，以及使用待校正的摄影机来获取对应此实际场 景的影像平面。本摄影机校正方法也包括使用坐标产生装置根据地图坐标系统自动地产生 对应此实际场景的地面上不同的多个实际位置的多个地图坐标数据；以及使用坐标产生装 置发送对应实际位置的地图坐标数据。本摄影机校正方法也包括辨识在影像平面中对应每 一实际位置的影像位置；依据影像平面的影像坐标系统来计算每一影像位置的影像坐标数 据；接收对应这些实际位置的地图坐标数据；以及依据所计算的影像坐标数据和所接收的 地图坐标数据来计算对应此摄影机的坐标转换矩阵。本发明的示范性实施例提出一种坐标数据产生系统。本坐标数据产生系统包括物 理信息采集单元与控制器。物理信息采集单元用以采集一实际场景中的参考点与此实际场 景中的实际位置之间的物理信息。控制器是电性连接至物理信息采集单元，并且用以依据 所采集的在参考点与实际位置之间的物理信息来产生在地图坐标系统中对应此实际位置 的地图坐标数据。本发明的示范性实施例提出一种坐标数据产生方法。本坐标数据产生方法包括在 一实际场景中配置坐标数据产生装置。此外，本坐标数据产生方法也包括使用此坐标产生 装置自动地采集在实际场景中的参考点与实际场景中的实际位置之间的物理信息并且依 据所采集的物理信息来产生在地图坐标系统中对应此实际位置的地图坐标数据。基于上述描述，本发明能够快速地产生摄影机的影像坐标数据与实际场景的地图 坐标数据之间的坐标转换矩阵以校正摄影机。为令本发明的上述特征和优点能够更加明显易懂，下文将结合附图来详细描述本 发明的特别实施例。


图1是根据本发明的第一示范性实施例所绘示的摄影机校正系统的概要方块图。图2是根据本发明的第一示范性实施例所绘示的影像平面与实际场景地面的转 换示意图。图3是根据本发明的第一示范性实施例所绘示的坐标数据产生装置的概要方块 图。图4是根据本发明的第一示范性实施例所绘示的坐标数据产生装置测量实际位 置的地图坐标数据的示意图。图5是根据本发明的第一示范性实施例所绘示的坐标数据产生方法的流程图。图6是根据本发明的第一示范性实施例所绘示的坐标数据辨识装置的概要方块 图。图7是根据本发明的第一示范性实施例所绘示的坐标数据辨识装置计算影像位 置的影像坐标数据的示意图。图8是根据本发明的第一示范性实施例所绘示的摄影机校正方法的流程图。图9是根据本发明的第二示范性实施例所绘示的摄影机校正系统的概要方块图。图10是根据本发明的第二示范性实施例所绘示的坐标数据产生装置的概要方块 图。图11是根据本发明的第二示范性实施例所绘示的特征点定位单元的概要方块 图。图12是根据本发明的第二示范性实施例所绘示的测量实际位置的地图坐标数据 的示意图。图13是根据本发明的第二示范性实施例所绘示的坐标数据产生方法的流程图。主要元件符号说明100:摄影机校正系统102 摄影机104 第一坐标数据产生装置106 第二坐标数据产生装置108 第三坐标数据产生装置110 第四坐标数据产生装置112 坐标数据辨识装置202 影像平面204 实际场景地面A、B、C、D 实际位置A'、B'、C'、D'影像位置302 物理信息采集单元304 控制器306 发光单元312 加速规R 参考点
602 光源定位单元604 发光信号解码单元606 坐标转换计算单元0 影像坐标原点S501、S503、S505 坐标数据产生步骤S801、S803、S805、S807、S809、S811、S813 摄影机校正步骤900 摄影机校正系统902 第五坐标数据产生装置904 特征点定位单元1002 物理信息采集单元1004 控制器1006 发光单元1012 激光接收单元1014 无线传输单元1102:激光发射单元1104:距离感测单元1106:角度感测单元1108:无线传输单元θ 相对角度L 相对距离S1301、S1303、S1305、S1307、S1309、S1311 坐标数据产生步骤
具体实施例方式[第一示范性实施例]图1是根据本发明的第一示范性实施例所绘示的摄影机校正系统的概要方块图， 并且图2是根据本发明的第一示范性实施例所绘示的影像平面与实际场景地面的转换示 意图。请参照图1，摄影机校正系统100包括第一坐标数据产生装置104、第二坐标数据 产生装置106、第三坐标数据产生装置108、第四坐标数据产生装置110与坐标数据辨识装 置112。摄影机校正系统100是用以校正摄影机102，其中摄影机102是用以拍摄欲监控的 实际场景的影像平面202。第一坐标数据产生装置104、第二坐标数据产生装置106、第三坐标数据产生装置 108、第四坐标数据产生装置110是用以产生实际场景中对应实际位置的地图坐标数据。具 体来说，第一坐标数据产生装置104、第二坐标数据产生装置106、第三坐标数据产生装置 108与第四坐标数据产生装置110是分别地放置于实际场景地面204中的4个不同实际位 置A、B、C与D (如图2所示)，并且第一坐标数据产生装置104、第二坐标数据产生装置106、 第三坐标数据产生装置108与第四坐标数据产生装置110会分别地产生在实际场景地面 204的地图坐标系统中本身所处位置的地图坐标数据。例如，实际场景地面204的地图坐标 系统为经纬度坐标、二度分带坐标或使用者自定坐标。
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必须了解的是，在本示范性实施例中，摄影机校正系统100包括4个坐标数据产生 装置(即，第一坐标数据产生装置104、第二坐标数据产生装置106、第三坐标数据产生装置 I08与第四坐标数据产生装置110)来产生在实际场景中对应4个不同实际位置的地图坐标 数据。然而，本发明不限于此，在本发明另一示范性实施例中，也可以仅配置1个坐标数据 产生装置并且通过人工来移动或自动地移动至4个不同实际位置来产生在实际场景中对 应4个不同实际位置的地图坐标数据。此外，在本发明另一示范性实施例中，也可以配置更 多个坐标数据产生装置来产生对应更多个不同实际位置的地图坐标数据。值得一提的是，在本示范性实施例中，第一坐标数据产生装置104、第二坐标数据 产生装置106、第三坐标数据产生装置108与第四坐标数据产生装置110分别地会发射光源 并且通过光源的发射状态来传递所产生的地图坐标数据。坐标数据辨识装置112是电性连接至摄影机102。坐标数据辨识装置112会从摄 影机102中接收摄影机102所拍摄的实际场景的影像平面202。特别是，坐标数据辨识装 置112会辨识与解析摄影机102所拍摄的实际场景的影像平面202来识别出每一坐标数据 产生装置所发射的光源；依据所识别的光源来获得在影像平面202的影像坐标系统中每一 坐标数据产生装置的影像坐标数据；接收每一坐标数据产生装置所传递的地图坐标数据； 以及依据在影像平面202的影像坐标系统中每一坐标数据产生装置的影像坐标数据和在 实际场景的地图坐标系统中每一坐标数据产生装置的地图坐标数据来计算对应摄影机102 的坐标转换矩阵。具体来说，坐标数据辨识装置112会辨识与解析摄影机102所拍摄的实际场景的 影像平面202中的光源来识别出在影像平面202中第一坐标数据产生装置104的影像位置 A'、第二坐标数据产生装置106的影像位置B'、第三坐标数据产生装置108的影像位置 C'与第四坐标数据的影像位置D'，并且计算出影像位置A'、B'、C'与D'的影像坐标 数据。此外，坐标数据辨识装置112会分别地依据从第一坐标数据产生装置104、第二坐标 数据产生装置106、第三坐标数据产生装置108与第四坐标数据产生装置110所发射的光源 中接收实际位置A、B、C与D的地图坐标数据。然后，坐标数据辨识装置112会依据所计算 的影像位置A'、B'、C'与D'的影像坐标数据和所接收的实际位置A、B、C与D的地图坐 标数据来产生对应摄影机102的坐标转换矩阵，由此即可完成摄影机102的校正。例如，坐 标数据辨识装置112所计算的坐标转换矩阵为单应性矩阵(Homography)。以下将配合图式 更详细描述坐标产生装置与坐标数据辨识装置的运作。图3是根据本发明的第一示范性实施例所绘示的坐标数据产生装置的概要方块 图，并且图4是根据本发明的第一示范性实施例所绘示的坐标数据产生装置测量实际位置 的地图坐标数据的示意图。第一坐标数据产生装置104、第二坐标数据产生装置106、第三坐标数据产生装置 108与第四坐标数据产生装置110的结构与功能为相同，以下将以第一坐标数据产生装置 104为例来进行说明。请参照图3，第一坐标数据产生装置104包括物理信息采集单元302、控制器304 与发光单元306。物理信息采集单元302用以采集在实际场景地面204中的参考点与实际位置(例 如，实际位置A)之间的物理信息。在本示范性实施例中，物理信息采集单元302包括加速规312。具体来说，当使用者欲进行摄影机102的校正而将第一坐标数据产生装置104放 置于实际场景平面204的实际位置A时，使用者需要将物理信息采集单元302重置(S卩，归 零)并且将第一坐标数据产生装置104从参考点R移动至实际位置A。此时，物理信息采集 单元302会采集出第一坐标数据产生装置104从参考点R移动至实际位置A的加速度值。控制器304是电性连接至物理信息采集单元302。当物理信息采集单元302采集 到第一坐标数据产生装置104从参考点R移动至实际位置的加速度值时，控制器304会依 据此加速度值来计算实际位置与参考点R之间在X轴与Y轴上的位移，并且依据所计算的 位移来产生实际位置的地图坐标数据。例如，控制器304会将第一坐标数据产生装置104 从参考点R移动至实际位置A的加速度值进行两次积分(即，牛顿第二运动定律)以获得 实际位置A相对于参考点R的位移(例如，如图4所示在X轴上的位移ΔΧ1与在Y轴上的 位移Δ Yl)，由此根据在地图坐标系统中对应参考点R的地图坐标数据来产生实际位置A的 地图坐标数据。图5是根据本发明的第一示范性实施例所绘示的坐标数据产生方法的流程图。请参照图5，首先，在步骤S501中使用坐标产生装置采集在实际场景中的参考点 与实际位置之间的物理信息。例如，在本示范性实施例中，第一坐标产生装置104是测量从 实际场景中的参考点R移动至实际位置A的加速度。然后，在步骤S503中依据所采集的物 理信息来计算实际场景中的参考点与实际位置之间的位移。最后，在步骤S505中依据所计 算实际场景的参考点与实际位置的位移来产生对应实际位置的地图坐标数据。除了产生地图坐标数据之外，控制器304会对所产生的地图坐标数据进行编码以 由发光单元306来发送。发光单元306电性连接至控制器304，并且用以产生光源并且经由所产生的光源 来发送控制器304所编码的地图坐标数据。具体来说，控制器304会将所产生的地图坐标 数据编码成光信号。例如，控制器304以光闪烁频率来编码表示实际位置A的地图坐标数 据的值，并且发光单元306依据控制器304的编码来产生光源以发送实际位置A的地图坐 标数据。也就是说，发光单元306是通过产生不同光源的状态来传递控制器304所产生的 不同的地图坐标数据。在此，发光单元306可以以单颗光源来发送光信号或者以多颗光源 来发送光信号。在此，实际位置B、C与D的地图坐标数据亦是以上述方式通过第二坐标数据产生 装置106、第三坐标数据产生装置108与第四坐标数据产生装置110来产生与发送，在此不 作重复描述。图6是根据本发明的第一示范性实施例所绘示的坐标数据辨识装置的概要方块 图，并且图7是根据本发明的第一示范性实施例所绘示的坐标数据辨识装置计算影像位置 的影像坐标数据的示意图。请参照图6，坐标数据辨识装置112包括光源定位单元602、发光信号解码单元604 与坐标转换计算单元606。光源定位单元602是用以辨识与解析摄影机102所拍摄的实际场景的影像平面 202来识别出第一坐标数据产生装置104、第二坐标数据产生装置106、第三坐标数据产生 装置108与第四坐标数据产生装置110的发光单元所发射的光源，并且获得在影像平面202 的影像坐标系统(如图7的X轴与Y轴所示)中的第一坐标数据产生装置104、第二坐标数据产生装置106、第三坐标数据产生装置108与第四坐标数据产生装置110(即，影像位置 A'、B'、C'与D')的影像坐标数据。以第一坐标数据产生装置104为例，光源定位单元602会辨识出在摄影机102所 拍摄的实际场景的影像平面202中第一坐标数据产生装置104所发送的光源的影像，并且 依据影像原点0来计算在影像平面202的影像坐标系统中此光源所在位置(即，影像位置 A')的影像坐标数据。如图7所示，光源定位单元602依据影像平面202的像素来定义影 像坐标系统，并且计算在影像平面202中影像位置A'、B'、C'与D'相对于影像原点0的 位移来作为影像坐标数据。发光信号解码单元604电性连接至光源定位单元602。发光信号解码单元604会 分别地解码第一坐标数据产生装置104、第二坐标数据产生装置106、第三坐标数据产生装 置108与第四坐标数据产生装置110的发光单元所发射的光源所产生的光源的状态来获得 实际位置A、B、C与D的地图坐标数据。也就是说，发光信号解码单元604能够识别坐标数 据产生装置的发光单元所发射的光源的状态，由此解码坐标数据产生装置的控制器所编码 的地图坐标数据。坐标转换计算单元606电性连接至光源定位单元602与发光信号解码单元604。 坐标转换计算单元606依据从光源定位单元602中所接收的影像位置A'、B'、C'与D' 的影像坐标数据以及从发光信号解码单元604中所接收的实际位置A、B、C与D的地图坐标 数据来计算对应摄影机102的坐标转换矩阵。在本示范性实施例中，光源定位单元602、发光信号解码单元604与坐标转换计算 单元606是由硬件来实施。然而，本发明不限于此，例如，坐标数据辨识装置112为个人电 脑并且光源定位单元602、发光信号解码单元604与坐标转换计算单元606是以软件形式配 置在坐标数据辨识装置112中。图8是根据本发明的第一示范性实施例所绘示的摄影机校正方法的流程图。请参照图8，首先，在步骤S801中在实际场景中配置第一坐标数据产生装置104、 第二坐标数据产生装置106、第三坐标数据产生装置108与第四坐标数据产生装置110。接 着，在步骤S803中使用摄影机102获取(或拍摄)对应实际场景的影像平面202。在步骤S805中由第一坐标数据产生装置104、第二坐标数据产生装置106、第三坐 标数据产生装置108与第四坐标数据产生装置110根据地图坐标系统分别且自动地产生对 应实际位置A、B、C与D的地图坐标数据。之后，在步骤S807中第一坐标数据产生装置104、第二坐标数据产生装置106、第 三坐标数据产生装置108与第四坐标数据产生装置110分别地发送对应实际位置A、B、C与 D的地图坐标数据。具体来说，第一坐标数据产生装置104、第二坐标数据产生装置106、第 三坐标数据产生装置108与第四坐标数据产生装置110会编码所产生的地图坐标数据并且 依据所编码的地图坐标数据来产生光源，由此通过所产生的光源的状态来传递实际位置A、 B、C与D的地图坐标数据。然后，在步骤S809中由坐标数据辨识装置112辨识在影像平面202中第一坐标数 据产生装置104、第二坐标数据产生装置106、第三坐标数据产生装置108与第四坐标数据 产生装置110的影像位置A'、B'、C'与D'，并且获得在影像平面202的影像坐标系统中 影像位置A'、B'、C'与D'的影像坐标数据。具体来说，坐标数据辨识装置112会辨识在摄影机102所拍摄的影像平面202中第一坐标数据产生装置104、第二坐标数据产生装置 106、第三坐标数据产生装置108与第四坐标数据产生装置110所产生的光源，并且依据所 辨识出的光源位置来计算出影像位置A'、B'、C'与D'的影像坐标数据。在步骤S811中由坐标数据辨识装置112辨识与接收对应实际位置A、B、C与D的 地图坐标数据。例如，坐标数据辨识装置112会辨识在摄影机102所拍摄的影像平面202 中的光源并且解码光源所传递的光信号来获得对应实际位置A、B、C与D的地图坐标数据。最后，在步骤S813中由坐标数据辨识装置112依据影像位置A'、B'、C'与D' 的影像坐标数据和实际位置A、B、C与D的地图坐标数据来计算对应摄影机102的坐标转换 矩阵，由此完成摄影机102的校正。[第二示范性实施例]在第一示范性实施例的摄影机校正系统中坐标数据产生装置是通过测量从参考 点移动至实际位置的加速度来计算实际位置的地图坐标数据，而在第二示范性实施例的摄 影机校正系统中坐标数据产生装置是通过激光来测量实际位置的地图坐标数据。以下将针 对第二示范性实施例与第一示范性实施例的差异之处来进行说明。图9是根据本发明的第二示范性实施例所绘示的摄影机校正系统的概要方块图。请参照图9，摄影机校正系统900包括第五坐标数据产生装置902、特征点定位单 元904、与坐标数据辨识装置112。在此，摄影机校正系统900将对摄影机102进行校正，其 中坐标数据辨识装置112的功能与结构已描述如上，在此不作重复描述。特征点定位单元904是配置在实际场景的参考点R上，并且用以发射激光以测量 第五坐标数据产生装置902的相对距离与相对角度。第五坐标数据产生装置902会从特征 点定位单元904中接收所测量的相对距离与相对角度并且计算对应的地图坐标数据。图10是根据本发明的第二示范性实施例所绘示的坐标数据产生装置的概要方块 图。请参照图10，第五坐标数据产生装置902包括物理信息采集单元1002、控制器 1004与发光单元1006。物理信息采集单元1002包括激光接收单元1012与无线传输单元1014。激光接收 单元1012用以接收特征点定位单元904所发射的激光，并且无线传输单元1014用以传送 确认信息以及接收特征点定位单元904所传送的相对距离与相对角度。控制器1004是电性连接至物理信息采集单元1002。当物理信息采集单元1002采 集到特征点定位单元904所传送的相对距离与相对角度时，控制器1004会依据此相对距离 与相对角度来计算实际位置与参考点R之间的位移，并且依据所计算的位移来产生实际位 置的地图坐标数据。此外，控制器1004会对所产生的地图坐标数据进行编码以由发光单元 306来发送。图11是根据本发明的第二示范性实施例所绘示的特征点定位单元的概要方块 图。请参照图11，特征点定位单元904包括激光发射单元1102、距离感测单元1104、角 度感测单元1106与无线传输单元1108。激光发射单元1102会以360度来旋转并发射激光。距离感测单元1104用以感测 特征点定位单元904和第五坐标数据产生装置902之间的相对距离。角度感测单元1106用以感测特征点定位单元904和第五坐标数据产生装置902之间的相对角度。无线传输单 元1108用以传送感测特征点定位单元904和第五坐标数据产生装置902之间的相对距离 与相对角度。图12是根据本发明的第二示范性实施例所绘示的测量实际位置的地图坐标数据 的示意图。请参照图12，当欲产生实际位置A的地图坐标数据时，第五坐标数据产生装置902 会被放置于实际场景的实际位置A上，并且放置于实际场景的参考点R上的特征点定位单 元904的激光发射单元1102会开始以360度来旋转并且持续发射激光。期间，当第五坐标 数据产生装置902的激光接收单元1012接收到激光发射单元1102所发射的激光时，第五 坐标数据产生装置902的无线传输单元1014会发送确认信息给特征点定位单元904的无 线传输单元1108。此时，激光发射单元1102会立刻停止旋转，并且距离感测单元1104会测 量特征点定位单元904和第五坐标数据产生装置902之间的相对距离L。此外，角度感测 单元1106会依据激光发射单元1102的旋转角度来计算测量特征点定位单元904和第五坐 标数据产生装置902之间的相对角度θ。然后，特征点定位单元904的无线传输单元1108 会将所测量的相对距离L与相对角度θ传送给第五坐标数据产生装置902的无线传输单 元1014。最后，控制器1004会依据物理信息采集单元1002所采集的相对距离L与相对角 度θ来计算第五坐标数据产生装置902相对于参考点R的在X轴上的位移与在Y轴上的 位移，并且由此产生第五坐标数据产生装置902所处位置(即，实际位置Α)的地图坐标数 据。图13是根据本发明的第二示范性实施例所绘示的坐标数据产生方法的流程图。请参照图13，首先，在步骤S1301中将特征点定位单元904放置于实际场景的参考 点R上且将第五坐标数据产生装置902放置于实际位置上(例如，实际位置Α)。然后，在步骤S1303中特征点定位单元904持续旋转并发射激光。然后，在步骤 S1305中判断第五坐标数据产生装置902是否接收到特征点定位单元904所发射的激光。倘若第五坐标数据产生装置902未接收到所发射的激光时，特征点定位单元904 持续旋转并发射激光(即，步骤S130;3)。倘若第五坐标数据产生装置902接收到所发射的 激光时，则在步骤S1307中特征点定位单元904停止旋转。如上所述，当第五坐标数据产生 装置902接收到所发射的激光会发送确认信息给特征点定位单元904，并且特征点定位单 元904会依据此确认信息而停止旋转。之后，在步骤S1309中由特征点定位单元904计算相对距离与相对速度并且将所 计算的相对距离与相对速度传送给第五坐标数据产生装置902。最后，在步骤S1311中由第五坐标数据产生装置902依据所接收的相对距离与相 对速度来产生实际位置的地图坐标数据。在本示范性实施例中，当欲产生实际位置B、C与D的地图坐标数据时，使用者仅需 将第五坐标数据产生装置902移动至实际位置B、C与D后第五坐标数据产生装置902即可 自动地产生实际位置B、C与D的地图坐标数据。类似于第一示范性实施例，当摄影机102拍摄实际场景的影像平面后，坐标数据 辨识装置112会解析与辨识第五坐标数据产生装置902所发射的光源并计算影像位置A'、 B'、C'与D'的影像坐标数据；解码第五坐标数据产生装置902所发射的光源以接收实际位置A、B、C与D的地图坐标数据，并且依据影像位置A'、B'、C'与D'的影像坐标数据 和实际位置A、B、C与D的地图坐标数据来计算对应摄影机102的坐标转换矩阵。综上所述，本发明的示范性实施例的坐标数据产生装置能够自动地产生所在位置 的地图坐标数据并且经由光源传送所产生的地图坐标数据。此外，本发明的示范性实施例 的坐标数据辨识装置能够辨识在摄影机所拍摄的影像平面中的坐标数据产生装置并且计 算所辨识的坐标数据产生装置的影像坐标数据。再者，本发明的示范性实施例的坐标数据 辨识装置能够依据坐标数据产生装置所发射的光源来获得坐标数据产生装置所产生的地 图坐标数据。由此，本发明的示范性实施例的坐标数据能够依据所计算的影像坐标数据和 所接收的地图坐标数据来自动地产生对应摄影机的坐标转换矩阵以完成摄影机的校正。虽然已在上文中揭露了本发明的上述实施例，然而其并非用以限定本发明，任何 所属技术领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，应当可以进行些许的更 动与润饰，因此本发明的保护范围应以权利要求所限定的范围为准。
权利要求
1.一种摄影机校正系统，其特征在于，该摄影机校正系统包括至少一个坐标数据产生装置，配置在一实际场景中，用以根据地图坐标系统分别地产 生对应该实际场景的地面上不同的多个实际位置的多个地图坐标数据；以及坐标数据辨识装置，电性连接至摄影机，用以从该摄影机中接收该实际场景的影像平 面以及分别地从所述至少一个坐标数据产生装置中接收所述地图坐标数据，其中该坐标数据辨识装置分别地辨识在该影像平面中对应每一所述实际位置的影像 位置，并且依据该影像平面的影像坐标系统来计算每一所述影像位置的影像坐标数据，其中该坐标数据辨识装置依据所述影像坐标数据和所述地图坐标数据来计算对应该 摄影机的坐标转换矩阵。
2.根据权利要求1所述的摄影机校正系统，其特征在于，所述至少一个坐标数据产生 装置包括物理信息采集单元，用以采集该实际场景中的参考点与所述实际位置之间的物理信息；控制器，电性连接至该物理信息采集单元，用以依据所采集的该实际场景中的该参考 点与所述实际位置之间的物理信息来产生所述地图坐标数据并且编码所述地图坐标数据； 以及发光单元，电性连接至该控制器，并且用以产生光源并且发送已编码的所述地图坐标 数据。
3.根据权利要求2所述的摄影机校正系统，其特征在于，该坐标数据辨识装置包括 光源定位单元，用以辨识该发光单元所产生的光源以获得所述影像坐标数据； 发光信号解码单元，电性连接至该光源定位单元，用以依据该发光单元所产生的光源来解码已编码的所述地图坐标数据；以及坐标转换计算单元，电性连接至该光源定位单元与该发光信号解码单元，用以依据所 述影像坐标数据和所述地图坐标数据来计算对应该摄影机的该坐标转换矩阵。
4.根据权利要求2所述的摄影机校正系统，其特征在于，该物理信息采集单元包括加 速规，用以测量从该实际场景中的该参考点移动至所述实际位置的加速度，其中该控制器依据该加速规所测量的从该实际场景中的该参考点移动至所述实际位 置的加速度来计算所述实际位置的位移并且依据所述实际位置的位移产生对应所述实际 位置的所述地图坐标数据。
5.根据权利要求2所述的摄影机校正系统，其特征在于，该摄影机校正系统还包括特 征点定位单元，配置在该参考点上，其中该特征点定位单元用以发射激光，经由该激光测量所述实际位置的相对距离与相 对角度，并且传送所述实际位置的相对距离与相对角度。
6.根据权利要求5所述的摄影机校正系统，其特征在于，该物理信息采集单元用以接 收来自于该特征点定位单元的该激光以及所述实际位置的相对距离与相对角度，其中该控制器依据所述实际位置的相对距离与相对角度分别地计算所述地图坐标数据。
7.根据权利要求5所述的摄影机校正系统，其特征在于，该特征点定位单元包括 激光发射单元，用以旋转并发射该激光；距离感测单元，用以感测该激光的发射距离，以测量所述实际位置的相对距离； 角度感测单元，用以感测该激光的发射角度，以测量所述实际位置的相对角度；以及 无线传输单元，用以传送所述实际位置的相对距离与相对角度。
8.根据权利要求6所述的摄影机校正系统，其特征在于，该物理信息采集单元包括 激光接收单元，用以接收该激光；以及无线传输单元，用以接收所述实际位置的相对距离与相对角度。
9.根据权利要求1所述的摄影机校正系统，其特征在于，该坐标转换矩阵为单应性矩阵。
10.根据权利要求1所述的摄影机校正系统，其特征在于，该地图坐标系统为经纬度坐 标或二度分带坐标。
11.一种摄影机校正方法，其特征在于，该摄影机校正方法包括 在一实际场景中配置至少一个坐标数据产生装置；使用摄影机获取对应该实际场景的影像平面；使用所述至少一个坐标产生装置根据地图坐标系统自动地产生对应该实际场景的地 面上不同的多个实际位置的多个地图坐标数据；使用所述至少一个坐标产生装置发送对应所述实际位置的所述地图坐标数据； 辨识在该影像平面中对应每一所述实际位置的影像位置； 依据该影像平面的影像坐标系统来计算每一所述影像位置的影像坐标数据； 接收对应所述实际位置的所述地图坐标数据；以及依据所述影像坐标数据和所述地图坐标数据来计算对应该摄影机的坐标转换矩阵。
12.根据权利要求11所述的摄影机校正方法，其特征在于，使用所述至少一个坐标产 生装置发送对应所述实际位置的所述地图坐标数据的步骤包括编码所述系统坐标；以及使用所述至少一个坐标产生装置所发射的光源来传送已编码的所述地图坐标数据。
13.根据权利要求12所述的摄影机校正方法，其特征在于，接收对应所述实际位置的 所述地图坐标数据的步骤包括接收所述至少一个坐标产生装置所发射的光源并且解码已编码的所述地图坐标数据。
14.根据权利要求12所述的摄影机校正方法，其特征在于，辨识在该影像平面中对应 每一所述实际位置的影像位置的步骤包括依据所述至少一个坐标产生装置所发射的光源来辨识在该影像平面中对应每一所述 实际位置的影像位置。
15.根据权利要求11所述的摄影机校正方法，其特征在于，使用所述至少一个坐标产 生装置根据该地图坐标系统自动地产生对应该实际场景的地面上不同的所述实际位置的 所述地图坐标数据的步骤包括使用所述至少一个坐标产生装置测量从该实际场景中的参考点移动至所述实际位置 的加速度；依据所测量的加速度来计算从该实际场景中的该参考点至所述实际位置的位移；以及 依据所计算从该实际场景中的该参考点至所述实际位置的位移来产生对应所述实际 位置的所述地图坐标数据。
16.根据权利要求11所述的摄影机校正方法，其特征在于，使用所述至少一个坐标产 生装置根据该地图坐标系统自动地产生对应该实际场景的地面上不同的所述实际位置的 所述地图坐标数据的步骤包括在该实际场景中的参考点中配置特征点定位单元以发射光源；使用特征点定位单元经由该光源来侦测所述实际位置与该参考点之间的相对距离与 相对角度；以及依据所侦测所述实际位置与该参考点之间的相对距离与相对角度来计算所述地图坐 标数据。
17.根据权利要求11所述的摄影机校正方法，其特征在于，该坐标转换矩阵为单应性矩阵。
18.根据权利要求11所述的摄影机校正方法，其特征在于，该地图坐标系统为经纬度 坐标或二度分带坐标。
19.一种坐标数据产生系统，包括物理信息采集单元，用以采集一实际场景中的参考点与该实际场景中的实际位置之间 的物理信息；以及控制器，电性连接至该物理信息采集单元，用以依据所采集的在该参考点与该实际位 置之间的物理信息来产生在地图坐标系统中对应该实际位置的地图坐标数据。
20.根据权利要求19所述的坐标数据产生系统，其特征在于，该坐标数据产生系统还 包括发光单元，电性连接至该控制器，并且用以产生光源，其中该控制器编码该地图坐标数据并且该发光单元经由该光源发送已编码的该地图 坐标数据。
21.根据权利要求19所述的坐标数据产生系统，其特征在于，该物理信息采集单元包 括加速规，用以测量从该实际场景中的该参考点移动至该实际位置的加速度，其中该控制器依据该加速规所测量的从该实际场景中的该参考点移动至该实际位置 的加速度来计算该实际位置的位移并且依据该实际位置的位移来产生对应该实际位置的 该地图坐标数据。
22.根据权利要求19所述的坐标数据产生系统，其特征在于，该坐标数据产生系统还 包括特征点定位单元，配置在该参考点上，其中该特征点定位单元用以发射激光，经由该激光测量该实际位置的相对距离与相对 角度，并且传送该实际位置的相对距离与相对角度。
23.根据权利要求22所述的坐标数据产生系统，其特征在于，该物理信息采集单元用 以接收来自于该特征点定位单元的该激光以及该实际位置的相对距离与相对角度，其中该控制器依据该实际位置的相对距离与相对角度计算对应该实际位置的该地图 坐标数据。
24.根据权利要求22所述的坐标数据产生系统，其特征在于，该特征点定位单元包括激光发射单元，用以旋转并发射该激光；距离感测单元，用以感测该激光的发射距离，以测量该实际位置的相对距离；角度感测单元，用以感测该激光的发射角度，以测量该实际位置的相对角度；以及无线传输单元，用以传送该实际位置的相对距离与相对角度。
25.根据权利要求23所述的坐标数据产生系统，其特征在于，该物理信息采集单元包括激光接收单元，用以接收该激光；以及无线传输单元，用以接收该实际位置的相对距离与相对角度。
26.根据权利要求19所述的坐标数据产生系统，其特征在于，该地图坐标系统为经纬 度坐标或二度分带坐标。
27.—种坐标数据产生方法，其特征在于，该坐标数据产生方法包括在实际场景中配置坐标数据产生装置；以及使用该坐标产生装置自动地采集在该实际场景中的参考点与该实际场景中的实际位 置之间的物理信息并且依据所采集的物理信息来产生在地图坐标系统中对应该实际位置 的地图坐标数据。
28.根据权利要求27所述的坐标数据产生方法，其特征在于，该坐标数据产生方法还 包括编码该地图坐标数据；使用该坐标产生装置产生光源并且经由该光源发送已编码的该地图坐标数据。
29.根据权利要求27所述的坐标数据产生方法，其特征在于，使用该坐标产生装置自 动地采集在从该实际场景中的该参考点与该实际场景中的该实际位置之间的物理信息并 且依据所采集的物理信息来产生在该地图坐标系统中对应该实际位置的该地图坐标数据 步骤包括测量从该实际场景中的该参考点移动至该实际位置的加速度；依据所测量的加速度来计算该实际位置的位移；以及依据所计算该实际位置的位移来产生对应该实际位置的该地图坐标数据。
30.根据权利要求27所述的坐标数据产生方法，其特征在于，使用该坐标产生装置自 动地采集在从该实际场景中的该参考点与该实际场景中的该实际位置之间的物理信息并 且依据所采集的物理信息来产生在该地图坐标系统中对应该实际位置的该地图坐标数据 步骤包括在该参考点上配置特征点定位单元以发射光源；使用特征点定位单元经由该光源来侦测该实际位置与该参考点之间的相对距离与相 对角度；以及依据所侦测该实际位置与该参考点之间的相对距离与相对角度来计算对应该实际位 置的该地图坐标数据。
31.根据权利要求27所述的坐标数据产生方法，其特征在于，该地图坐标系统为经纬 度坐标或二度分带坐标。
全文摘要
本发明公开了一种摄影机校正系统与坐标数据产生系统及其方法，该摄影机校正系统包括坐标数据产生装置与坐标数据辨识装置。坐标数据产生装置用以产生在实际场景中的多个实际位置的多个地图坐标数据。坐标数据辨识装置用以从待校正摄影机中接收实际场景的影像平面并从坐标数据产生装置中接收地图坐标数据。并且，坐标数据辨识装置辨识在影像平面中对应每一实际位置的影像位置并计算每一影像位置的影像坐标数据。此外，坐标数据辨识装置依据所计算的影像坐标数据和所接收的地图坐标数据来计算对应此待校正摄影机的坐标转换矩阵。基于此，本摄影机校正系统能够快速地完成摄影机的校正。
文档编号H04N17/00GK102104791SQ20091026104
公开日2011年6月22日 申请日期2009年12月17日 优先权日2009年12月17日
发明者洪上智, 白宏益, 蓝坤铭, 袁启亚, 陈一元 申请人:财团法人工业技术研究院