CN102314706B - 测量观众的三维位置的设备、方法以及显示装置 - Google Patents
测量观众的三维位置的设备、方法以及显示装置 Download PDFInfo
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Abstract
这里公开了测量观众的三维位置的设备、方法以及显示装置。用于测量三维位置的设备包括:图像获取模块,对包括在对象中的图像进行拍照;探测模块,从图像获取模块所拍的图像探测对象并计算关于对象图像的尺寸和坐标;以及位置计算模块,通过利用关于所计算的对象图像的尺寸和坐标的信息,计算对象在对象所定位的空间中的三维位置。
Description
相关申请的交叉参考
本申请要求2010年7月8日提交的名称为“用于测量观众的三维位置的设备、方法以及具有该设备的显示装置”的韩国专利申请No.10-2010-0065857的权益,其内容整体结合于本申请中以供参考。
技术领域
本发明涉及一种能够在显示装置中测量对象的三维观看位置的技术。
背景技术
近来,在电视显示装置的领域中,显示屏的数字化、高清晰度和多功能化已快速发展。因此,与外部数字家用设备的连接已变得多样化,因而从家用设备接收和发射至家用设备的形状也已相应地变得多样化。今后,希望将电视用作主要的控制装置,用于通过连接家用设备、照明装置、气体装置、加热装置和安全装置来配置并控制基于家庭的网络。
例如,传统的电视已经用作单纯地显示从天线接收的地面广播或通过电缆接收的电缆广播的广播显示装置。然而,需要目前的电视扮演能够显示各种格式的数字输入信号的复杂显示装置的角色,因为,家用设备近来已经与电视数字化地连接。例如,需要目前的电视显示传统的模拟广播信号、数字广播信号、各种格式的输入信号,例如,通用串行总线(USB)、高清晰度多媒体接口(HDMI)、个人电脑输入等。
近来,已经引进了能够显示三维图像的电视。在三维显示的情况中,存在各种方案,例如,将二维图像转化成三维图像并显示该图像的方案、以三维方式显示三维图像的方案等。然而,由于技术上仍尚未实现三维电视,所以还没有使得观众能够在各种观看距离处舒适地观看三维电视的显示技术。因此,当观众长时间观看三维电视时,根据观看距离,会出现头晕或者眼睛变得疲劳,这对于观众来说是不舒适的。
发明内容
本发明的一个目的是,通过在显示装置中三维地探测观众的观看位置,提供一种符合各种观察位置的最佳观看环境。
根据本发明的一个示例性实施方式,提供一种用于测量对象的三维位置的设备,包括:图像获取模块,对包括在对象中的图像进行拍照;探测模块,从图像获取模块所拍的图像探测对象并计算对象图像的尺寸和坐标;以及位置计算模块,通过利用关于所计算的对象图像的尺寸和坐标的信息来计算对象在对象所定位的空间中的三维位置。
所述对象可以是用户的面部、上身或身体的一部分。
位置计算模块可以通过以下等式计算对象在对象所定位的空间内的三维位置。
Zd=(Fs×Ix)÷(2×Fx×tan(θx))
Xd=(2×Zd×tan(θx)×Dx)/Ix
Yd=(2×Zd×tan(θy)×Dy)/Iy
其中,Xd、Yd和Zd代表对象所定位的空间内的三维位置坐标,Fs代表储存于位置计算模块中的对象的参考水平尺寸,Fx代表对象图像在图像内的水平尺寸,Ix代表图像的水平尺寸,Iy代表图像的竖直尺寸,θx代表照相机的水平视角,θy代表照相机的竖直视角,并且Dx和Dy是对象在图像内的二维坐标。
根据本发明的另一方面,提供一种用于测量对象的三维位置的设备,包括:图像获取模块,对包括在对象中的图像进行拍照;探测模块,从图像获取模块所拍的图像探测对象并计算对象图像的尺寸和坐标;校正模块,通过利用在探测模块中所计算的关于对象图像的尺寸信息,校正对象的预存储参考尺寸值;以及位置计算模块,通过利用所校正的对象的参考尺寸值和关于对象图像的尺寸和坐标的信息,计算对象在对象所定位的空间内的三维位置。
所述对象可以是用户的面部、上身或身体的一部分。
校正模块可以通过利用在探测模块中所计算的关于对象图像的水平尺寸的信息来估计对象的竖直尺寸,并通过将对象的估计竖直尺寸与在探测模块中所计算的关于对象图像的竖直尺寸进行比较来校正对象的参考尺寸值。
可以利用以下等式来计算对象的估计竖直尺寸。
Fyc=(Fsy×Iy)÷(2×Zdc×tan(θy))
Zdc=(Fsx×Ix)÷(2×Fxd×tan(θx))
其中,Fyc代表观众的估计竖直尺寸,Fsx代表观众的预定参考水平尺寸,Fsy代表观众的预定参考竖直尺寸,Ix代表图像的水平尺寸,Iy代表图像的竖直尺寸,θx代表照相机的水平视角,θy代表照相机的竖直视角,并且Fxd代表观众在图像中的预定水平尺寸。
位置计算模块可以通过利用以下等式来计算对象在对象所定位的空间内的三维位置。
Zd=Zdc
Xd=(2×Zd×tan(θx)×Dx)/Ix
Yd=(2×Zd×tan(θy)×Dy)/Iy
其中,Xd、Yd和Zd代表对象的三维空间中的实际位置,并且Dx和Dy是对象在图像中的二维坐标。
根据本发明的另一方面,提供一种显示设备,包括:显示图像的显示模块;图像获取模块,对包括观看显示于显示模块上的图像的观众的图像进行拍照;探测模块,从图像获取模块所拍的图像探测观众并计算关于观众图像的尺寸和坐标;以及位置计算模块,通过利用观众的所校正的参考尺寸值和关于所计算的观众图像的尺寸和坐标的信息,计算观众在观众所定位的空间中的三维位置。
根据本发明的另一方面,提供一种显示设备,包括:显示图像的显示模块;图像获取模块,对包括观看显示于显示模块上的图像的观众的图像进行拍照;探测模块,从图像获取模块所拍的图像探测观众并计算观众图像的尺寸和坐标;校正模块,通过利用在探测模块中所计算的关于观众图像的尺寸的信息,校正观众的预存储参考尺寸值;以及位置计算模块,通过利用关于所计算的观众图像的尺寸和坐标的信息,计算观众在观众所定位的空间中的三维位置。
根据本发明的另一方面,提供一种用于测量对象的三维位置的方法,包括:在设备中对包括对象的图像进行拍照,以测量三维位置;从图像获取模块所拍的图像探测对象,并计算设备中的对象图像的尺寸和坐标,以测量三维位置;以及通过利用设备中的关于所计算的对象图像的尺寸和坐标的信息,计算对象在对象所定位的空间内的三维位置,以测量三维位置。
所述对象可以是用户的面部、上身或身体的一部分。
计算三维位置可以通过以下等式来计算对象在对象所定位的空间内的三维位置。
Zd=(Fs×Ix)÷(2×Fx×tan(θx))
Xd=(2×Zd×tan(θx)×Dx)/Ix
Yd=(2×Zd×tan(θy)×Dy)/Iy
其中,Xd、Yd和Zd代表对象所定位的空间内的三维位置坐标,Fs代表储存于位置计算模块中的对象的参考水平尺寸,Fx代表对象图像在图像内的水平尺寸,Ix代表图像的水平尺寸,Iy代表图像的竖直尺寸,θx代表照相机的水平视角,θy代表照相机的竖直视角,并且Dx和Dy是对象在图像内的二维坐标。
根据本发明的另一方面,提供一种用于测量三维位置的方法,包括:在设备中对包括在对象中的图像进行拍照,以测量三维位置;从图像获取模块所拍的图像探测对象,并计算设备中的关于对象图像的尺寸和坐标,以测量三维位置;通过利用设备中的探测模块中所计算的关于对象图像的尺寸信息,校正对象的预存储参考尺寸值,以测量三维位置;以及通过利用所校正的对象的参考尺寸值和设备中的关于对象图像的尺寸和坐标的信息,计算对象在对象所定位的空间内的三维位置,以测量三维位置。
所述对象可以是用户的面部、上身或身体的一部分。
所述校正可以通过利用在探测模块中所计算的关于对象图像的水平尺寸的信息来估计对象的竖直尺寸,并通过将对象的估计竖直尺寸与在探测模块中所计算的关于对象图像的竖直尺寸进行比较,来校正对象的参考尺寸值。
可以利用以下等式来计算对象的估计竖直尺寸。
Fyc=(Fsy×Iy)÷(2×Zdc×tan(θy))
Zdc=(Fsx×Ix)÷(2×Fxd×tan(θx))
其中,Fyc代表观众的估计竖直尺寸,Fsx代表观众的预定参考水平尺寸,Fsy代表观众的预定参考竖直尺寸,Ix代表图像的水平尺寸,Iy代表图像的竖直尺寸,θx代表照相机的水平视角,θy代表照相机的竖直视角,并且Fxd代表观众在图像中的预定水平尺寸。
可以通过利用以下等式来计算对象在对象所定位的空间内的三维位置。
Zd=Zdc
Xd=(2×Zd×tan(θx)×Dx)/Ix
Yd=(2×Zd×tan(θy)×Dy)/Iy
其中,Xd、Yd和Zd代表对象的三维空间中的实际位置,并且Dx和Dy是对象在图像中的二维坐标。
附图说明
图1是示出了根据本发明的一个示例性实施方式的显示装置100的示图;
图2是示出了根据本发明的一个示例性实施方式的三维位置测量单元104的构造的示图;
图3、图4A和图4B是用于解释根据本发明的一个示例性实施方式的观众的三维定位过程的示图;
图5是示出了根据本发明的另一示例性实施方式的三维位置测量单元104的构造的示图;
图6是用于解释在校正模块504中校正观众的参考尺寸值的过程(600)的示图;
图7是示出了根据本发明的一个示例性实施方式的用于测量三维位置的方法700的示图;以及
图8是示出了根据本发明的另一示例性实施方式的用于测量三维位置的方法800的示图。
具体实施方式
在下文中,将参考附图描述本发明的示例性实施方式。然而,本发明可能包含许多不同的形式,并且,不应将其解释为限于这里所阐述的实施方式。
在以下描述中,当确定与本发明相关的传统技术的详细描述将混淆本发明的要点时,可能省略这种描述。这里,通过考虑术语在本发明中的功能来定义在说明书和权利要求书中所使用的术语,使得可以根据用户和操作者的意图或实践来改变这些术语。因此,应基于整个说明书的内容来解释术语的定义。
结果,通过权利要求书来确定本发明的实质,并且,可以提供以下示例性实施方式来对本领域技术人员有效地描述本发明的实质。
图1是示出了根据本发明的一个示例性实施方式的显示装置100的示图。
如图1所示,根据本发明的一个示例性实施方式的显示装置100包括显示单元102和三维位置测量单元104。
显示单元102是显示图像的部件。例如,显示单元102可以是,例如,监视器、电视等。
三维位置测量单元104计算观看显示于显示单元102上的图像的观众在三维空间内的位置。三维位置测量单元104可以包括用于对观众的图像进行拍照的照相机106。结果,三维位置测量单元104通过利用包含在所拍图像中的用户的尺寸和位置来计算观众在三维空间内的位置。照相机106可以定位在显示单元102的上端,但是,可以定位在例如只要能够在显示单元102的前方对其拍照的任何地方。三维位置测量单元104可以进一步包括单独的红外线(IR)光源装置,使得照相机106甚至在低照明环境下也能够获取图像。
图2是示出了根据本发明的一个示例性实施方式的三维位置测量单元104的构造的示图。
如所示出的,根据本发明的一个示例性实施方式的三维位置测量单元104包括图像获取模块200、探测模块202和位置计算模块204。
图像获取模块200利用照相机104对观看显示于显示单元102上的图像的观众的图像进行拍照。
探测模块202从图像获取模块200所拍的图像探测观众,以计算观众图像的尺寸和坐标。为了探测观众,探测模块202可以包括面部探测算法。从数字图像探测人的面部的探测算法在本领域中是已知的,因此将省略其详细描述。探测模块202可以仅探测观众的面部。替代地,探测模块202可探测身体的一部分(例如,上身、手等)。另外,本发明的一个示例性实施方式探测观众(即,人),但不限于此。本发明的一个示例性实施方式可探测除了人以外的特定对象,并且还可计算位置。
位置计算模块204利用关于所计算的观众图像的尺寸和坐标的信息来计算观众在观众所定位的空间中的三维位置。将在下面更详细地描述利用位置计算模块204计算观众的过程。
图3、图4A和图4B是用于解释根据本发明的一个示例性实施方式的观众的三维定位过程的示图。
如所示出的,当观众300在离照相机104的透镜Xd、Yd和Zdcm远的距离处观看三维电视时,在离照相机104的传感器表面的中心Dx和Dy像素远的位置处形成观众的图像302。在图中,θx代表照相机104的水平视角,θy代表照相机104的竖直视角,Ix代表所拍图像的水平尺寸(像素),Iy代表图像的竖直尺寸(像素),Fx代表观众在图像内的图像302的水平尺寸(像素),并且Fy代表观众在图像内的图像302的竖直尺寸(像素)。
如果储存于位置计算模块204中的观众300的参考水平尺寸是Fs,那么,可以如下所述地计算观众300的三维位置坐标Xd、Yd和Zd。
Zd=(Fs×Ix)÷(2×Fx×tan(θx))
Xd=(2×Zd×tan(θx)×Dx)/Ix
Yd=(2×Zd×tan(θy)×Dy)/Iy
换句话说,如果根据本发明的示例性实施方式的位置计算模块204之前储存了Ix、Iy、θx、θy和Fs的值进而探测身体的一部分(例如,观众的面部、上身或手),那么,通过利用观众的探测位置Dx和Dy、尺寸Fx和Fy以及预存储的信息,来计算观众的三维位置坐标。
在此情况中,Fs值是用于观众的三维位置计算的参考尺寸。例如,由于韩国人面部的平均水平宽度是大约16cm,所以基于观众的面部来计算观众的三维位置,使得可以将Fs尺寸设为16cm。当基于观众的上身来计算三维位置时,可以将Fs尺寸设为观众上身的平均水平尺寸。
图5是示出了根据本发明的另一示例性实施方式的三维位置测量单元104的构造的示图。
如所示出的,根据本发明的另一示例性实施方式的三维位置测量单元104包括图像获取模块500、探测模块502、校正模块和位置计算模块506。
图像获取模块500利用照相机104对观看显示于显示单元102上的图像的观众的图像进行拍照。
探测模块502从图像获取模块500所拍的图像探测观众,以计算观众图像的尺寸和坐标。为了探测观众,探测模块502可以包括面部探测算法。探测模块502可以仅探测观众的面部。替代地,探测模块502可探测身体的一部分(例如,上身)。
校正模块504利用探测模块502中所计算的关于观众图像的尺寸信息来校正观众的预存储参考尺寸值。
在图2至图4B所示的示例性实施方式的情况中,应在之前知道观众的参考水平尺寸Fs,以便计算观众的三维位置。然而,由于观众的面部或上身的水平尺寸可能彼此不同,所以,当该参考水平尺寸类似地应用于所有用户时,在所探测的三维位置值中出现误差。
因此,该示例性实施方式校正校正模块504中的观众的参考尺寸值,以便将误差减到最小。
图6是用于解释在校正模块504中校正观众的参考尺寸值的过程(600)的示图。
首先,假设在将观众的参考面部尺寸设为Fsx和Fsy的状态中从图像探测观众的面部和面部尺寸Fxd和Fyd(602和604)。虽然基于观众的面部来描述该示例性实施方式,但是,可以将本发明类似地应用于面部、上身、手等,如上所述。
如上所述,当从图像探测观众的面部尺寸时,校正模块504利用探测模块502中所计算的关于观众图像的水平尺寸Fxd信息来估计竖直尺寸Fyc(606)。可以用以下等式来计算观众的上述竖直尺寸Fyc的估计。
Fyc=(Fsy×Iy)÷(2×Zdc×tan(θy))
Zdc=(Fsx×Ix)÷(2×Fxd×tan(θx))
在此情况中,Fyc代表观众的估计竖直尺寸,Fsx代表观众的预定参考水平尺寸,Fsy代表观众的预定参考竖直尺寸,Ix代表图像的水平尺寸,Iy代表图像的竖直尺寸,θx代表照相机的水平视角,θy代表照相机的竖直视角,并且Fxd代表观众在图像中的预定水平尺寸。
接下来,校正模块504将所估计的Fyc值与探测模块502中的实际探测的竖直尺寸Fyd进行比较(608)。如果两个值是相同的,那么不需要执行校正(610)。然而,如果两个值彼此不同,那么,在将Fsx和Fsy值改变预定大小的同时,校正模块504重复步骤604至608,直到两个值相同。
同时,位置计算模块506利用关于所计算的观众图像的尺寸和坐标以及所校正的Fsx和Fsy值的信息来计算观众在观众所定位的空间中的三维位置。用以下等式来计算位置计算模块506中的位置计算。
Zd=Zdc
Xd=(2×Zd×tan(θx)×Dx)/Ix
Yd=(2×Zd×tan(θy)×Dy)/Iy
在此情况中,Xd、Yd和Zd代表用户的三维空间中的实际位置,并且Dx和Dy代表观众在图像中的二维坐标。
图7是示出了根据本发明的一个示例性实施方式的用于测量三维位置的方法700的示图。
首先,在三维位置测量单元104中对包括观众的图像进行拍照(702)。
接下来,从图像获取模块所拍的图像探测观众(704),并且计算观众图像的尺寸和坐标(706)。
接下来,通过利用观众计算模块所计算的关于图像的尺寸和坐标的信息,来计算观众在观众所定位的空间中的三维位置(708)。
图8是示出了根据本发明的另一示例性实施方式的用于测量三维位置的方法800的示图。
首先,在三维位置测量单元104中对包括观众的图像进行拍照(802)。
接下来,从所拍的图像探测观众(804),并且计算观众图像的尺寸和坐标(806)。
接下来,通过利用关于观众图像的尺寸信息,来校正观众的预存储参考尺寸值(808)。
接下来,通过利用观众计算模块所计算的关于图像的尺寸和坐标的信息,来计算观众在观众所定位的空间中的三维位置(810)。
根据本发明,探测图像的观众,以计算观众的三维坐标,并且,可以利用所计算的三维坐标来增加观众的观看方便性和观看质量。
例如,可以假设,显示装置100是能够复制三维图像的装置。在用户通常位于离电视屏幕预设特定距离的假设下,现有的3D电视产生三维图像。因此,当观众不位于电视的中心或离显示器过近或离显示器过远时,难以令人满意地接收三维图像。然而,根据本发明,能够实时地计算观众的位置,以根据观众的位置动态地改变3D电视的焦距,从而使得可以在任何位置舒适地提供三维观看环境。
此外,本发明能够同时探测多个观众,使得对在不同距离观看电视的多个观众中的每个观众来说能够同时显示最合适的三维图像。
同时,当利用本发明中提出的计算观众的三维距离的方法时,能够提供最适合于观众的电视音频。例如,当观众位于最近的距离时,可减小音量,并且,当观众位于较远距离时,可增大音量。当观众在特定方向上聚集时,在该方向上增大音量的输出,使得没有观看电视的人将不会被噪音打扰。
另外,当照相机在预定时间内没有探测到观众时,自动地断开电视的电源。相反,当照相机在预定时间内探测到脸部时,可以自动地打开电视。当观众是孩子时,如果观看距离较近,那么,在电视上显示警告消息或发出警告声音,使得孩子能够在足够远的观看距离处观看电视。
通过在显示装置中三维地探测观众的观看位置,本发明的示例性实施方式能够允许观众更舒适地观看显示装置。
虽然已经为了说明的目的公开了本发明的示例性实施方式,但是,本领域技术人员将理解,在不背离如所附权利要求中公开的本发明的范围和实质的前提下,各种修改、增加和替代都是可能的。
因此,也应将这些修改、增加和替代理解为落在本发明的范围内。
Claims (10)
1.一种用于测量对象的三维位置的设备,包括:
图像获取模块,获取包括对象的图像;
探测模块,从所述图像获取模块所拍的图像探测所述对象并计算关于对象在图像中的大小和坐标;以及
位置计算模块,通过利用以下等式来计算现实中对象在其所定位的空间中的三维位置:
Zd=(Fs×Ix)÷(2×Fx×tan(θx))
Xd=(2×Zd×tan(θx)×Dx)/Ix
Yd=(2×Zd×tan(θy)×Dy)/Iy
其中,Xd、Yd和Zd代表现实中对象在其所定位的空间内的三维位置坐标,Fs代表储存于所述位置计算模块中的对象的参考水平尺寸,Fx代表对象在图像内的水平尺寸,Ix代表图像的水平尺寸,Iy代表图像的竖直尺寸,θx代表照相机的水平视角,θy代表照相机的竖直视角,并且(Dx,Dy)是对象在图像内的二维坐标。
2.根据权利要求1所述的用于测量对象的三维位置的设备,其中,所述对象是身体的一部分。
3.一种用于测量对象的三维位置的设备,包括:
图像获取模块,获取包括对象的图像;
探测模块,从所述图像获取模块所拍的图像探测所述对象并计算关于对象在图像中的大小和坐标;
校正模块,通过利用在所述探测模块中所计算的关于所述对象在所述图像中的大小的信息,来校正所述对象的预存储参考尺寸值;以及
位置计算模块,通过利用所校正的现实中对象的参考尺寸值和关于对象在图像中的大小和坐标的信息,计算现实中对象在其所定位的空间中的三维位置。
4.根据权利要求3所述的用于测量对象的三维位置的设备,其中,所述对象是身体的一部分。
5.根据权利要求3所述的用于测量对象的三维位置的设备,其中,所述校正模块利用以下等式来计算对象的估计竖直尺寸:
Fyc=(Fsy×Iy)÷(2×Zdc×tan(θy))
Zdc=(Fsx×Ix)÷(2×Fxd×tan(θx))
其中,Fyc代表对象的估计竖直尺寸,Fsx代表对象的预定参考水平尺寸,Fsy代表对象的预定参考竖直尺寸,Ix代表图像的水平尺寸,Iy代表图像的竖直尺寸,θx代表照相机的水平视角,θy代表照相机的竖直视角,并且Fxd代表对象在图像中的预定水平尺寸。
6.根据权利要求5所述的用于测量对象的三维位置的设备,其中,所述位置计算模块通过利用以下等式来计算对象在对象所定位的空间内的三维位置:
Zd=Zdc
Xd=(2×Zd×tan(θx)×Dx)/Ix
Yd=(2×Zd×tan(θy)×Dy)/Iy
其中,Xd、Yd和Zd代表现实中对象的三维空间中的实际位置,并且(Dx,Dy)是对象在图像中的二维坐标。
7.一种用于测量对象的三维位置的方法,包括:
在设备中获取包括对象的图像,以测量三维位置;
从图像获取模块所拍的图像探测对象,并计算设备中的关于对象在图像中的大小和坐标,以测量三维位置;
通过利用在探测模块中所计算的关于所述对象在所述图像中的大小的信息,在用于测量三维位置的装置中校正所述对象的预存储参考尺寸值;以及
通过利用所校正的现实中对象的参考尺寸值和设备中的关于对象在图像中的大小和坐标的信息,计算现实中的对象在其所定位的空间内的三维位置,以测量三维位置。
8.根据权利要求7所述的用于测量对象的三维位置的方法,其中,所述对象是身体的一部分。
9.根据权利要求7所述的用于测量对象的三维位置的方法,其中,所述校正所述对象的预存储参考尺寸值的步骤包括利用以下等式来计算对象的估计竖直尺寸:
Fyc=(Fsy×Iy)÷(2×Zdc×tan(θy))
Zdc=(Fsx×Ix)÷(2×Fxd×tan(θx))
其中,Fyc代表对象的估计竖直尺寸,Fsx代表对象的预定参考水平尺寸,Fsy代表对象的预定参考竖直尺寸,Ix代表图像的水平尺寸,Iy代表图像的竖直尺寸,θx代表照相机的水平视角,θy代表照相机的竖直视角,并且Fxd代表对象在图像中的预定水平尺寸。
10.根据权利要求9所述的用于测量对象的三维位置的方法,其中,通过利用以下等式来计算对象在对象所定位的空间内的三维位置:
Zd=Zdc
Xd=(2×Zd×tan(θx)×Dx)/Ix
Yd=(2×Zd×tan(θy)×Dy)/Iy
其中,Xd、Yd和Zd代表现实中对象的三维空间中的实际位置,并且(Dx,Dy)是对象在图像中的二维坐标。
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