CN105323571B - 影像相位补正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于深度摄影机影像的影像相位补正方法，利用一镜头模块对一被摄物体进行建立影像，该摄影机利用该镜头模块定位该镜头画面中心与一被摄物体上具有最近距离的像素点以作为参考点，计算该参考点与镜头画面中心的距离后，该摄影机再计算该被摄物体上其它各像素点与该镜头画面中心的距离，之后该摄影机再行计算各像素点与镜头画面中心的连线、该镜头画面中心与被摄物体上具有最近距离的像素点的连线之间的夹角，以及各像素点与镜头画面中心的距离与参考点标准距离的相位差数值，最后该摄影机将其夹角及校正后的相位数值利用余弦定理所形成的计算式计算出各像素点与中心点真正距离，经由其误差量的修正，藉此补正镜头中心与周边距离等同。

Description

影像相位补正方法

技术领域

本发明是有关于一种影像建立方法，尤指一种用以补正以TOF原理形成影像的影像相位补正方法。

背景技术

常见于电影中的人物通过手势凌空操纵计算机信息的场景，正是通过深度摄影机的应用而产生，不但如此，于现实生活中，通过深度摄影机的应用，人们可以直接通过身体的动作来参加游戏的进行，一步步实现愈加直觉化的人机互动情境。

而这样的人机互动场景，其技术除了后端的软件演算外，其最大的技术手段在于深度摄影机的运用；深度摄影机(Depth Camera)和一般摄影机最大的不同，在于一般摄影机是将真实世界的三维空间影像储存成二维XY轴的平面画面，但是深度摄影机可以测量出每一个影像点和摄影机之间的Z轴距离，因此所储存的是三维的空间信息，藉由深度摄影机所感测到的三维影像信息，让使用者在不需要配戴任何感测组件的条件下，运用身体动作就可以进行计算机屏幕画面中对象的操作。

而目前深度摄影机测量每一个影像点距离的原理，最常见的方式利用Time offlight(TOF)原理，简单来说，就是利用计算自摄影机的镜头打出光源后打中每一影像点反射回来的时间，再去计算摄影机的镜头与影像点的距离，经由量化后的数据以作为建立影像信息的依据。

然而，通过TOF原理所建立的影像信息，其所计算出来的距离为每个影像点与镜头之间的直线距离，但通过镜头的成像原理，如图1的影像示意图所示，于同一XY平面上的影像点A、B及C与镜头100的距离分别为D1，D2及D3，该D1，D2及D3经由TOF计算距离的一般公式：d＝(phase-offset)R/2π所求得，其中，phase为波形的相位，offset为光源相位差，R＝C/2F，其中C为光速，F为调频,但实际上相对于镜头100的周边因为光源的光学误差会产生COSθ1及COSθ2的误差量，使该相对于镜头中心的反射点与镜头中心的周边反射点产生距离不等同，造成影像无法于同一平面上产生，成为目前采用TOF原理而制成的深度摄影机的缺失。

发明内容

针对上述的缺失，本发明的主要目的在于提供一种影像相位补正方法，利用一作为参考点的像素点与镜头画面中心距离作为标准距离，再与其它像素点的距离计算出角度数值，最后利用其角度数值计算其偏差再与以相位补正，藉此使该各像素点与镜头画面中心等同相位，以利产生正确的影像画面。

为达成上述的目的，本发明主要提供一种用于深度摄影机影像的影像相位补正方法，利用一镜头模块对一被摄物体进行建立影像，该摄影机利用该镜头模块定位该镜头画面中心与一被摄物体上具有最近距离的像素点以作为参考点，计算该参考点与镜头画面中心的距离后，该摄影机再计算该被摄物体上其它各像素点与该镜头画面中心的距离，之后该摄影机再行计算各像素点与镜头画面中心的连线、该镜头画面中心与被摄物体上具有最近距离的像素点的连线之间的夹角，以及各像素点与镜头画面中心的距离与参考点标准距离的相位差数值，最后该摄影机将其夹角及校正后的相位数值利用余弦定理所形成的计算式计算出各像素点与中心点真正距离，经由其误差量的修正，藉此补正所形成的影像形变。

为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下

附图说明

图1为现有技术的影像示意图；

图2为本发明的装置方块图；

图3为本发明的影像测距示意图；

图4为本发明的方法流程图。

具体实施方式

请参阅图2及图3，分别为本发明的装置方块图及影像测距示意图。如图3所示，于本图标中该镜头模块1为一深度摄影机的影像镜头组件，该镜头模块1中内包括一镜头11及至少一光源单元(图未明示，为现有技术)，于本实施例中该镜头模块1具有多组的光源单元，以利用光源单元所发射的光源来对所摄物体进行测距作用；而该镜头模块1电性连接一控制模块2，该控制模块2分别具有一控制单元21及一计算单元22，该控制单元22用以控制该镜头模块1的使用，而该计算单元22则用以计算该镜头模块1所补捉到所摄物体每一点的光折返的数据，以建立所摄物体的影像。

而如图3的影像测距示意图所示，模拟该深度摄影机通过该镜头模块1与一被摄物体3进行影像测距程序；该控制单元21控制该镜头模块1内所设的多组光源单元用以发射出直线光至该被摄物体3；其中，该控制单元21先行通过该镜头模块1先定位出该镜头11的画面中心点A与该被摄物体3的最短距离，本实施例中是以XY平面作为本实施例的主要说明，该控制单元21定位出该画面中心点A与该被摄物体3上的像素点B为最短距离后，以作为参考点的计算标准，经过TOF原理经由光程测量出时间后，即经由该计算单元22代入计算公式d＝(phase-offset)R/2π，R＝C/2F，其中C为光速，F为调频，以计算其中标准距离为d1，另该镜头11与另一像素点B1的距离经由光程测定以前述的计算方式计算后为d2，d1与d2距离因其光源的相位差(offset)而产生一偏差角度，该计算单元22经计算出该偏差角度为θ，之后再利用修正影像的变形函数，利用平面X及Y坐标进行距离上的修正，即通过计算公式Xcorrect＝X(1+K₁r²+K₂r⁴+K₃r⁶)，Ycorrect＝Y(1+K₁r²+K₂r⁴+K₃r⁶)，其中该r为各像素点与该中心点的直线距离，而X_d＝rcosθ，Y_d＝rsinθ，K1,K2,K3:此为校正系数,利用调整此系数来达到修正，最后再经由三角函数的余弦原理建立另一计算式d＝(phase-offset1)R/2π╳COSθ(Xcorrect，Ycorrect)，其中Phase为波形的相位，R＝C/2F(C为光速，F为调频)，COSθ(Xcorrect，Ycorrect):为像素修正置中心位置的函数，offset1为所计算出的相位差再重新校正的相位数值，将其重新校正的相位数值及偏差角度代入其前述的计算式，以计算出像素点B1与该画面中心点A经相位差校正后的真正距离；藉此通过前述计算程序，以补正各像素点与该镜头模块1所产生的相位差距离，使该被摄物体3所形成的各影像点相对于画面中心的距离等同。

请参阅图4，为本发明的方法流程图，将前述的操作流程以文字方式简述之。定位该镜头画面中心与一被摄物体上具有最近距离的像素点以作为参考点(S1)：该摄影机的控制模块2经由该镜头模块1定位出该被摄物体3具有最近距离的像素点，以作为计算标准距离的参考点；计算该参考点与镜头画面中心的距离(S2)：代入TOF原理的计算程序，以计算出该参考点作为计算基础的距离；计算该被摄物体上其它各像素点与该镜头画面中心的距离(S3)：利用TOF原理的计算程序再计算出各别像素点与该镜头画面中心的距离；计算各像素点与镜头画面中心的连线、该镜头画面中心与被摄物体上具有最近距离的像素点的连线之间的夹角，以及各像素点与镜头画面中心的距离与参考点标准距离的相位差数值(S4)；将其夹角及重新校正的相位数值利用余弦定理计算出各像素点与中心点的真正距离(S5)，致使控制单元21针对各像素点与该镜头画面中心的距离进行补正，以使各像素点的相位等同于参考点的相位，以建立其影像。

以上所述的实施方式，仅为本发明较佳的实施实例，当不能以此限定本发明实施范围，若依本发明权利要求范围及说明书内容所作的等效变化或修饰，皆应属本发明下述的专利涵盖范围。

Claims (5)

1.一种影像相位补正方法，于一深度摄影机上进行，该深度摄影机包括一控制单元、一计算单元及一具有光源单元与镜头的镜头模块，特征在于，该方法包括以下步骤：

a.定位该镜头画面中心与一被摄物体上具有最近距离的像素点以作为参考点；

b.计算该参考点与镜头画面中心的距离作为标准距离；

c.计算该被摄物体上其它各像素点与该镜头画面中心的距离；

d.计算各像素点与镜头画面中心的连线、该镜头画面中心与被摄物体上具有最近距离的像素点的连线之间的夹角，以及各像素点与镜头画面中心的距离与参考点标准距离的相位差数值；

e.将其夹角及校正后的相位数值利用余弦定理计算出各像素点与中心点的距离，其中利用余弦定理所建立的公式为d＝(phase-offset1)R/2π╳COSθ(Xcorrect，Ycorrect)，其中phase为波形的相位，offset1为所计算出的相位差后再重新校正的相位数值，R＝C/2F，该C为光速，F为调频，COSθ(Xcorrect，Ycorrect)为像素修正置中心位置的函数。

2.如权利要求1所述的影像相位补正方法，其特征在于，计算该镜头画面中心与参考点距离利用TOF原理公式进行计算。

3.如权利要求2所述的影像相位补正方法，其特征在于，该TOF原理公式为d＝(phase-offset)R/2π，R＝C/2F，该C为光速，F为调频，phase为波形的相位，offset为光源相位差。

4.如权利要求1所述的影像相位补正方法，其特征在于，该(Xcorrect，Ycorrect)的数值通过修正影像的变形函数计算所得。

5.如权利要求1项所述的影像相位补正方法，其特征在于，该计算单元控制各步骤中的计算程序。