資電所815(二)1200~1330開會內容.docVIP

以分析結構光為基礎之快速物件偵測方法 謝銘原 謝琮閔 莊順德 南台科技大學 電機工程系 南台科技大學 電機工程系 南台科技大學 電機工程系 myshieh@.tw M9820113@.tw M9820204@.tw  摘要 影像處理相關研究內容發展至今，各種影像擷取、分割、運算、辨識的方法越來越多，且為達到各種使用場合與目的而研發的影像設備也更加精良。影像研究主題主要分為二維或三維，目前常見的辨識方式皆以二維平面圖形為主，利用影像二值化後，進行特徵分割擷取，或色彩分割擷取後，進行偵測分類、分析，最後取得偵測結果。三維影像研究內容，不論是3D 影像或是針對影像景深的研究也在近期蓬勃發展，相關研究利用雙鏡頭進行視差偵測判斷，或利用結構光學投影至被測物體上進行感測。 本論文研究利用RGB鏡頭與紅外線散斑發射器、紅外線感測器，進行人體部位影像距離感測，用以增加物體偵測的準確性，也能降低背景複雜度的影響。實驗中，首先將紅外線發射器投影出一不可見紅外光方形陣列至被測物體上，透過紅外線光源感測器偵測出紅外光散斑方形陣列之曲率變化，將感測所得之深度感測圖轉為二值化，即可得到人體與空間中的實際位置與動量變化。 關鍵詞：結構光學、邊緣偵測 前言 影像偵測和影像辨識的過程與人的眼睛和大腦對外界景物的影像辨識極為相似。現實世界中的物體是三維，甚至多維，但是透過攝影鏡頭所獲得的影像圖形卻是二維的。如何從二維影像中獲得三維的影像參數，進而感測三維世界，正是影像處理中的特徵擷取、信號分析和圖形再生的研究內容。本論文欲利用紅外線散斑投影進行三維影像距離的感測，進而瞭解被測物體的影像距離與相對位置 。經由分析結構光投影至被測物體上的紅外光散斑光點的曲率變化得知物體與紅外光發射器的相對位置。 常見的三維掃描技術可依其掃描時感測元件與待測物體接觸與否，進而區分為接觸式與非接觸式兩種。接觸式感測元件進行量測的過程，皆需與待測物體實際接觸，不僅量測速度緩慢，也容易造成待測物體的損傷；非接觸式的三維掃描器則包含了使用微波雷達、聲納和光學等設備。其中光學技術是最受歡迎，亦是近期三維掃描技術中發展最快的一項技術，因為掃描的過程不會接觸到待測物體 ，所以不會造成待測物體的損傷，且掃描速度較快。 非接觸式三維掃描量測的方法基本上是以光學量測為主。非接觸式掃描技術又可分為主動式（active）和被動式（passive）兩種，被動式感測是透過接收待測物體反射量測環境的現場光源為主，但因受外在環境及雜訊光源影響較大，導致三維座標較難取得。主動式感測則利用不同光現行經光學系統的實際路徑，可用作光學元件及系統設計與性能評估，較為知名的主動式量測方法有立體相機搭配投影光源，以及雷射三角量測等技術，這是目前三維掃描系統中最常見的技術。 兩種主動式式光學三維掃描技術中，使用立體視覺（stereovision）作三維重建的掃描技術其優點是硬體較為容易取得、建置，通常僅需兩個經過校正後的攝影機搭配一個主動式投影光源；主動式立體視覺三維掃描的速度快，但正確率較為低落。而使用雷射投影的三圍掃描方式則是用雷射頭設於待測物體上，以RGB或其他感測器偵測得特徵標定點或其他亮點、亮線位置，再以雷射發射器與攝影機的相對位置等資訊，用三角量測計算出亮點再三維空間中的深度資訊及座標，此種方式的優點在於其高正確率和強健性。 雷射發射器的功率與設備相當適合進行三維空間距離量測，但由於價格所費不羈，因此在本論文中，我們將採用近紅外線發射器代替雷射光源的設備。透過近紅外線發射器發散一紅外線光束至一片精製的發散透鏡後，可將該光束轉換為一平面點陣列，以九宮格形式均勻打散在投射面上成為一個結構光平面。每個九宮格的單一方形的中心點，皆有一個明亮的光點，作為參考點與標定點。發散投射至待測物體的紅外線光束可用IR COMS 讀取紅外線光束陣列，進而讀取物體的距離遠近。每個方形中心的參考點可以讓IR CMOS 攝影機更清楚的為待測物體於空間中的位置變換做出相對位置的辨識。利用近紅外光當作發射器的光束來源，還有一個充分的理由為，近紅外光為不可見光，該不可見光不會因為環境光源與物體表面材質受到太大的感測誤差，因此相當適合用來作為距離感測的效果。 透過紅外線發散出的結構光平面與標定點，感測出相對位置的後可得知待測物與鏡頭之間的距離。IR CMOS 攝影機所拍下待測物體之灰階圖影像，經過二值化後，可快速濾除背景複雜度。因為近紅外光受環境光源影響甚小，所以紅外線發射器所投射的光源可應用在明亮及昏暗的各類場合，因此可忽略環境光源與背景複雜度問題。 本論文欲利用紅外線發射器語感測器所得之影像與距離資訊，進行