CN101206767B - 将平面图像转换至三维效果图像的图像转换装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种图像转换装置包含选择模块及处理模块。该选择模块选择原始平面图像中，横向尺寸与纵向尺寸中的一个超过预定值的三角形，以及选择该三角形中的一条直线。该处理模块用以计算该直线中的第一对应数值，其与第一像素坐标值相乘后，可得转换至该三维效果图像的第一对应像素坐标值，并用以根据该直线包含的像素数目，计算转换差数值，以及用以和差运算该第一对应数值以及该第一对应数值平方与该转换差数值的乘积，以得到下一个对应数值。

Description

将平面图像转换至三维效果图像的图像转换装置及方法

技术领域

本发明涉及一种图像转换装置及方法；特别涉及一种利用和差与乘法运算以加速图像转换的图像转换装置及方法。

背景技术

一般而言，显示器所显示者为平面影像，然而，在显示静态或者连续画面时，为了满足视觉上的观赏感觉，图像处理器会通过应用透视法换算，将原本平面的影像转换成具有立体视觉效果的三维效果影像。

由于透视法需经过投影换算，以在平面的显示器上，展现深度效果，故需要针对平面经过投影效果后，因为投影换算的非线性运算导致的图像效果错误进行修正，一般地说，标准转换方法为非线性内插修正。而几何投影效果，与视觉上预设的深度系数的倒数成正比，由于倒数是属于非线性运算，故需针对原始平面图像中的每个像素进行深度系数的倒数内插运算，而后，利用内插运算结果来修正贴图坐标。

然此种标准转换方法会对每个像素进行除法运算，而在四则运算中，除法运算消耗最多硬件处理资源，尤其需要硬件具有较佳的浮点运算能力，才能正确且快速地进行除法运算。

图1表示一个标准图像转换的示意图，每一个(x，y)坐标均对应到一个贴图坐标(u，v)。但[x，y，z]转换为[x_s，y_s，z_s]，转换的公式如下：

$\left[\begin{array}{c}{x}_p\\ y_p\\ z_p\\ w_p\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}\frac{2n}{r-l}& 0& \frac{r+l}{r-l}& 0\\ 0& \frac{2n}{t-b}& \frac{t+b}{t-b}& 0\\ 0& 0& \frac{-(f+n)}{f-n}& \frac{-2\mathrm{fn}}{f-n}\\ 0& 0& -1& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}x\\ y\\ z\\ w\end{array}\right]$

$\left[\begin{array}{c}{x}_s\\ y_s\\ z_s\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\frac{x_p}{w_p}\\ \frac{y_p}{w_p}\\ \frac{z_p}{w_p}\end{array}\right]$ w_p＝-z

因为除以Wp，使原来的线性对应变成非线性对应。故需针对(u，v)进行修正，将其修正为(u’，v’)，其中 

且 

Q＝1/z。(u’，v’)即为该像素最后对应的贴图坐标。每个平面图像的像素皆须依照上述方式对应到各自的三维效果坐标。

上述方式将会使每个像素皆须进行除法运算，而明显地消耗硬件资源。因此由上述描述可知，时至今日，此领域依然欠缺可以将平面图像转换为具有三维效果的图像，且减少硬件计算的转换机制与技术。因此，如何提供不需进行大量除法运算即可完成原始平面图像转换至三维效果图像的转换机制，实在是十分值得研究的问题，亦是此领域亟待突破的技术瓶颈。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用以将原始平面图像转换至三维效果图像的方法，其中该原始平面图像由多个三角形组成。该方法包含下列步骤：选择该原始平面图像中，横向尺寸与纵向尺寸中的一个超过预定值的三角形；选择该三角形中的一条直线；计算该直线中的端点像素转换至三维效果图像对应的像素所需要的对应数值的倒数；计算上述直线中的另一端点 像素转换至三维效果图像对应的像素所需要的另一对应数值的倒数；将上述两个倒数的差数值除以该直线包含的像素数目减一，以得到转换差数值；当第一对应数值小于下一个对应数值时，将上述第一对应数值加上上述第一对应数值平方与上述转换差数值的乘积，以得到下一个对应数值；以及当第一对应数值大于下一个对应数值时，将上述第一对应数值减去上述第一对应数值平方与上述转换差数值的乘积，以得到下一个对应数值。

本发明的另一目的在于提供一种图像转换装置，将原始平面图像转换至三维效果图像，其中该原始平面图像由多个三角形组成。该图像转换装置包含选择模块及处理模块。该选择模块用以选择该原始平面图像中，横向尺寸与纵向尺寸中的一个超过预定值的三角形，以及选择该三角形中的一条直线。该处理模块用以计算该直线中的端点像素转换至三维效果图像对应的像素所需要的对应数值的倒数，计算上述直线中的另一端点像素转换至三维效果图像对应的像素所需要的另一对应数值的倒数，并用以将上述两个倒数的差数值除以该直线包含的像素数目减一，以得到转换差数值，当第一对应数值小于下一个对应数值时，用以将上述第一对应数值加上上述第一对应数值平方与上述转换差数值的乘积，以得到下一个对应数值，以及当第一对应数值大于下一个对应数值时，用以将上述第一对应数值减去上述第一对应数值平方与上述转换差数值的乘积，以得到下一个对应数值。

本发明具有不需进行大量除法运算即可完成原始平面图像转换至三维效果图像的优点，因此可以满足业界长期以来希望有效克服上述先前技术缺失的殷切需求。

在参照附图及随后描述的实施方式后，该所属技术领域的技术人员便可了解本发明的其它目的，以及本发明之技术手段、功效与实施方式。

附图说明

图1为公知图像转换的示意图；

图2为本发明的第一实施例；以及

图3为本发明的第二实施例。

主要元件标记说明

201  选择模块

203  处理模块

具体实施方式

为了加速图像转换计算，本发明提出一种不需进行大量除法运算的估算方式，针对平面图像所包含的三角形中，面积较大者进行转换。由于不需进行大量除法运算，故可在视觉效果可接受范围内，达到更快速的图像转换效果。

本发明的第一实施例如图2所示，为一种图像转换装置，包含选择模块201以及处理模块203，可将原始平面图像转换至三维效果图像。该选择模块201首先选择该原始平面图像中，面积较大的三角形。选择较大尺寸三角形的理由在于本发明以估算方式进行和差与乘法运算，以取代大量除法运算，故较大尺寸的三角形经转换后，仍可维持在视觉效果可接受范围内。

在本实施例中，该选择模块201选择原始平面图像中，横向尺寸与纵向尺寸中的一个超过预定值，例如八个像素，三角形以进行转换。接着该选择模块201选择该三角形中的一个直线，并将选择结果输出到处理模块203。处理模块203首先处理构成该直线的端点像素其具有第一像素坐标值202，记为(u，v)，依照标准转换方式计算出将该端点像素转换至三维效果图像对应的像素所需要的第一对应数值P1，将(u，v)乘以对应数值P1，即可得到该端点像素转换后的第一对应像素坐标值204，记为(u’，v’)，表示为(u’，v’)＝(u×P1，v×P1)。

该处理模块203亦根据该直线所包含的像素数目，计算转换差数值ΔQ，ΔQ代表两相邻像素转换所需的对应数值之间的差异，例如第一对应数值P1与第二对应数值P2的差异，在该直线上每两个相邻像素间的转换差数值皆相同。本实施例中，假设P1小于P2，则ΔQ等于 

若该直线上的像素数目为N，则ΔQ亦可表示为 

故，可通过直线上的第一对应数值与最后对应数值的倒数，计算出转换差数值。

第二对应数值P2之计算方式说明如下：

$P2=\frac{1}{Q2}=\frac{1}{(Q1-\mathrm{\ΔQ})}=\frac{(Q1+\mathrm{\ΔQ})}{{Q1}^2-{\mathrm{\ΔQ}}^2}$

由于图像转换装置仅选择具有较大横向尺寸或纵向尺寸之三角形进行转换，故可假设ΔQ小于Q1，则Q1²-ΔQ²约等于Q1²，因此上述公式可简化为

因此，P2可由该第一对应数值以及该第一对应数值平方与该转换差数值的乘积，经过和差运算而得。本实施例中，P1小于P2，若P1大于P2，则P2可表示为

P2＝P1(1-P1×ΔQ)

原始平面图像中，在计算直线的转换差数值时，即可判断各像素的对应数值的大小关系。

通过同样的方式，图像转换装置可以依序转换得到直线上每一个像素的对应数值，进而得到每一个像素转换到三维效果图像的对应坐标。而在转换过程中，仅在计算转换差数值ΔQ，以及第一对应数值P1时，需要进行除法运算。同理，图像转换装置可以依序转换以得到原始平面图像中其它三角形转换到三维效果图像的对应坐标。

图3描绘本发明的第二实施例，其为一种用以将原始平面图像转换至三维效果图像的方法，其中该原始平面图像由多个三角形组成。

首先执行步骤300，选择该原始平面图像中，横向尺寸与纵向尺寸中的一个超过预定值，在本实施例中为八个像素的三角形。接着执行步骤301，选择该三角形中的一条直线，以进行转换。横向尺寸与纵向尺寸皆小于预定值的三角形，则利用标准转换方式转换至三维效果图像的对应坐标。

接着执行步骤302，计算该直线中的第一对应数值，意即将该直线中的第一像素转换到三维效果图像所需的转换数值。将该对应数值与该直线的第一像素坐标值相乘后，可得转换至该三维效果图像的第一对应像素坐标值。更详细地说，构成该直线的端点像素，其具有第一像素坐标值，记为(u，v)，依照标准转换方式计算出将该端点像素转换至三维效果图像对应 的像素所需要的第一对应数值P1。而后将(u，v)乘以对应数值P1，即可得到该端点像素转换后的第一对应像素坐标值，记为(u’，v’)，表示为(u’，v’)＝(u×P1，v×P1)。

接着执行步骤303，根据该直线包含的像素数目，计算转换差数值ΔQ，ΔQ代表两相邻像素转换所需的对应数值之间的差异，例如第一对应数值P1与第二对应数值P2之差异，在该直线上每两个相邻像素间的转换差数值皆相同。本实施例中，假设P1小于P2，则ΔQ等于

若该直线上之像素数目为N，则ΔQ亦可表示为  $\left(\frac{1}{N-1}\right)(\frac{1}{P1}-\frac{1}{\mathrm{PN}}),$ 故，可通过直线上的第一对应数值与最后对应数值的倒数，计算出转换差数值。

接着执行步骤304，将该第一对应数值加上该第一对应数值平方与该转换差数值的乘积，以得到下一个对应数值P2。

第二对应数值P2的计算方式说明如下：

$P2=\frac{1}{Q2}=\frac{1}{(Q1-\mathrm{\ΔQ})}=\frac{(Q1+\mathrm{\ΔQ})}{{Q1}^2-{\mathrm{\ΔQ}}^2}$

由于图像转换装置仅选择具有较大横向尺寸或纵向尺寸的三角形进行转换，故可假设ΔQ小于Q1，则Q1²-ΔQ²约等于Q1²，因此上述公式可简化为

因此，P2可由该第一对应数值以及该第一对应数值平方与该转换差数值的乘积，经过和差运算而得。

若P1大于P2，则将该第一对应数值减去该第一对应数值平方与该转换差数值的乘积，以得到下一个对应数值P2，P2可表示为

P2＝P1(1-P1×ΔQ)

重复执行上述步骤，则可将原始平面图像转换至三维效果图像。

本实施例中各步骤的次序并非用以限制本发明，例如，步骤303可先于步骤302执行。

由上述可知，本发明具有快速地将原始平面图像转换到三维效果图 像，又可确保在视觉效果可接受范围内，达到更快速的图像转换效果的优点。

上述实施例仅为例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何所属技术领域的技术人员均可在不违背本发明的技术原理及精神的情况下，对上述实施例进行修改及变化。因此本发明的权利保护范围应如权利要求范围所列。

Claims (4)

1.一种用以将原始平面图像转换至三维效果图像的方法，其特征是上述原始平面图像由多个三角形组成，包含下列步骤：

选择上述原始平面图像中，横向尺寸与纵向尺寸中的一个超过预定值的三角形；

选择上述三角形中的一条直线；

计算上述直线中的端点像素转换至三维效果图像对应的像素所需要的对应数值的倒数；

计算上述直线中的另一端点像素转换至三维效果图像对应的像素所需要的另一对应数值的倒数；

将上述两个倒数的差数值除以上述直线包含的像素数目减一，以得到转换差数值；

当第一对应数值小于下一个对应数值时，将上述第一对应数值加上上述第一对应数值平方与上述转换差数值的乘积，以得到下一个对应数值；以及

当第一对应数值大于下一个对应数值时，将上述第一对应数值减去上述第一对应数值平方与上述转换差数值的乘积，以得到下一个对应数值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是上述预定值为八个像素。

3.一种图像转换装置，将原始平面图像转换至三维效果图像，其特征是上述原始平面图像由多个三角形组成，包含：

选择模块，用以选择上述原始平面图像中，横向尺寸与纵向尺寸中的一个超过预定值的三角形，以及选择上述三角形中的一条直线；

处理模块，用以计算上述直线中的端点像素转换至三维效果图像对应的像素所需要的对应数值的倒数，计算上述直线中的另一端点像素转换至三维效果图像对应的像素所需要的另一对应数值的倒数，并用以将上述两个倒数的差数值除以上述直线包含的像素数目减一，以得到转换差数值，当第一对应数值小于下一个对应数值时，用以将上述第一对应数值加上上述第一对应数值平方与上述转换差数值的乘积，以得到下一个对应数值，以及当第一对应数值大于下一个对应数值时，用以将上述第一对应数值减去上述第一对应数值平方与上述转换差数值的乘积，以得到下一个对应数值。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征是上述预定值为八个像素。

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