CN109804412A - 用于生成增强图像的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于生成增强图像的系统(10)，其包括至少一个图像记录设备(12)、至少一个与该图像记录设备(12)相连接的分析模块(14)、至少一个与该分析模块(14)相连接的显示设备(18)，其中，图像记录设备(12)设置为，将图像，特别是图像数据传输到分析模块(14)，并且其中，分析模块(14)设置为，将控制数据(S2)传输到显示设备(18)，其中控制数据(S2)包括用于在图像中显示至少一个增强的图像数据和指令数据，其中，显示设备(18)设置为，基于控制数据(S2)再现记录的图像和对应的增强，其特征在于，系统(10)还包括扩展模块(16)，该扩展模块布置在分析模块(14)和显示设备(18)之间的传输路径上，分析模块(14)还设置为，为每个图像生成至少一个可靠性信息(R2)，并且扩展模块(16)设置为，从分析模块(14)接收控制数据(S2)和可靠性信息(R2)，并基于该控制数据(S2)和可靠性信息(R2)生成修改的控制数据(S2b)并将其传输到显示设备(18)。

Description

用于生成增强图像的系统
技术领域
本发明涉及一种用于生成增强图像的系统，其包括至少一个图像记录设备、至少一个与该图像记录设备相连接的分析模块、至少一个与该分析模块相连接的显示设备，其中，图像记录设备设置为，将图像，特别是图像数据传输到分析模块，并且其中，分析模块设置为，将控制数据传输到显示设备，其中控制数据包括用于在图像中显示至少一个增强的图像数据和指令数据，其中，显示设备设置为，基于控制数据再现记录的图像和对应的增强。
背景技术
这种系统特别是用于所谓的增强现实系统中。其通常包括摄像机(图像记录设备)、处理单元(分析模块)和显示器(显示设备)。处理单元确定关于相机和环境之间的几何关系和辐射关系的信息，以便接下来可以将视觉逼真的对象插入场景中。几何关系(即摄像机在空间中的位置)可以例如通过外部红外跟踪器、通过场景中可见的标记、或通过加速度传感器或步进传感器来确定。辐射关系(即所记录的环境和人工生成的图像之间的照明差异)可以例如通过模板和当前记录之间的强度比较来确定。
然而，若在这种已知的系统中，在检测或计算摄像机与环境之间的几何关系或辐射关系的组件中存在问题，或者由于其他原因而无法生成真实图像，则通常会生成不逼真的图像，或者生成没有叠加增强现实的图像。在这两种情况下都会在由显示设备显示的图像中产生不足的结果。
发明内容
本发明的任务在于提供一种用于增强图像的系统，其能够避免上述缺点。
为了实现该任务，建议系统还包括扩展模块，该扩展模块布置在分析模块和显示设备之间的传输路径上，分析模块还设置为，为每个图像生成至少一个可靠性信息，扩展模块设置为，从分析模块接收控制数据和可靠性信息，并基于该控制数据和可靠性信息生成修改的控制数据并将其传输到显示设备。
例如，扩展模块在此能够借助于可靠性信息考虑传感器的测量公差或者确定传感器系统处于哪种状态(故障/运行等)。相应地，通过扩展模块，通常直接传输到显示设备的控制数据可以根据需要进行调整，并且进行改变或修改，使得修改的控制数据可以传输到显示设备并在此显示，该修改的控制数据代表良好的显示结果，特别是在由图像记录设备记录并通过显示设备再现的图像中的增强方面。
在此使用的术语“增强”应表示对现实图像的一种改进或改变。例如将运动场围栏上的在现实中用英语写的广告内容用另一种语言的相同或不同的广告叠化。在此使用的术语“增强”在行话中也称为“扩增”，其基于英语术语“augment”，意为改进、强化、增加。
扩展模块可以包括状态模块和动画模块，其中，状态模块设置为，接收可靠性信息，从多个(特别是四个)状态信息中选择一个状态信息并将所选择的状态信息传输给动画模块。在此，动画模块可以设置为，接收控制数据并基于状态信息生成修改的控制数据。
动画模块还可以设置为，根据状态信息
将图像数据和用于增强的指令数据作为修改的控制数据传输，这对应于增强开启状态，
或者仅将图像数据作为修改的控制数据传输，这对应于增强关闭状态，
或者将过渡动画作为修改的控制数据的一部分传输，其中，在开启状态和关闭状态之间转换时选择过渡动画。
优选这样获得过渡动画，即，集成处理和显示由图像记录设备检测到的真实数据和要显示的增强的数据。相应地，通过将现实集成到过渡动画中，可以实现一定程度的真实性，在这种情况下，对于显示设备的观看者来说，不能分辨系统当前正在显示增强还是显示无增强的真实图像。
动画模块可以具有实现模块，该实现模块设置为，创建具有一定数量的图像的过渡动画，并将其存储在动画缓冲器中。此外，动画模块可以包括动画存储器，该动画存储器设置为，以计算机可读指令的形式存储预定的过渡动画。由此，在动画存储器中可以提供预制的或现成的程序化的过渡动画。该存储的过渡动画可以由实现模块根据控制数据(特别是可靠性信息和状态信息)从动画存储器中读取，并与控制数据组合，从而使修改的控制数据包含所选择的过渡动画，以实现开启状态和关闭状态之间的转换。
动画模块还可以设置为，在关闭状态下，从由分析模块提供的控制数据中移除用于增强的指令数据，并仅将图像数据作为修改的控制数据传输到显示设备。
此外，动画模块可以设置为，根据状态信息修改分析模块的控制信号，使得在开启状态和关闭状态之间转换时无缝地插入过渡动画。
过渡动画可以实现为虚拟滚动带或虚拟窗口等。
应指出的是，上述开启状态和关闭状态之间的转换包括两个方向的转换，即，从开启状态到关闭状态以及从关闭状态到开启状态。
此外，本发明还涉及上述系统在电视转播系统或/和虚拟广告显示系统或/和增强现实系统中的应用。
为了在电视转播系统的框架下应用在此描述的系统，参考由同一申请人在同一天提交的题为“用于生成增强图像的电视转播系统”的平行申请。特别注意在上述申请中参照图4至图6描述的乘法模块和控制模块，其中可以包含根据本申请的系统。
附图说明
以下参考附图示例性地且非限制性地对本发明进行说明。
图1示出了用于生成增强图像的系统的简化示意图。
图2示意性且简化地示出了系统的扩展模块。
图3示意性且简化地示出了可能的状态和对应的状态过渡。
图4示意性且简化地示出了扩展模块的动画模块的工作原理。
图5参照虚拟滚动带示意性且简化地示出了过渡动画的过程。
具体实施方式
图1示意性且简化地示出了用于生成增强图像的系统10的图示。该系统包括图像记录设备或摄像机12、分析模块14、扩展模块16以及显示设备或显示器18。图像记录设备12将摄像机图像(和可选的附加传感器数据)作为摄像机数据S1发送到分析模块14。分析模块14处理该摄像机数据S1并由其生成控制数据S2或控制命令S2。这样的控制数据或控制命令S2可以例如是OpenGL命令和OpenGL纹理。控制数据S2被发送到扩展模块16。扩展模块16设置为，改变控制数据S2。传感器数据或摄像机数据S1由分析模块14通过可靠性信息R2(例如传感器的测量公差)扩展。扩展模块16由控制数据S2和可靠性信息R2生成修改的控制数据S2b，以驱动显示设备18。
以下参照图2描述扩展模块16。扩展模块16包括组件V，该组件设置为，将可靠性信息R2或可靠性信号R2转换为二进制信号OK(t)。在此，该转换例如可以基于阈值比较，以决定为信号OK分配哪个二进制值。信号OK(t)表示控制数据S2(t)是否适合显示。信号OK从组件V传输到状态模块20，该状态模块也可以称为状态管理器。
状态模块20选择多个(在本示例中为四个)可能的状态Z(t)中的一个并且将该状态Z(t)发送到动画模块22，该动画模块也可以称为动画管理器。在此，状态Z(t)的选择基于先前的状态，例如状态Z(t-N)。先前状态(例如Z(t-N)、Z(t-N+1)等)存储在状态缓冲器PZ中，并且还可以在必要时由模块20查询。
动画模块22接收控制数据S2，通过缓冲器PS，该控制数据可以延迟或已延迟最多N个时钟周期。此外，动画模块22接收状态Z(t)作为输入变量或Input，即在N个时钟周期内应达到的状态。
状态模块20确定动画模块22的状态。在本示例中，区分输出影响动画模块22的修改的控制数据S2b(t)的四个状态Z(t)。
在此，状态可以由两个变量EN和TR来描述，其中，EN代表开启还是关闭增强，并且其中，TR代表在开启状态和关闭状态之间转换时是否应播放过渡动画。
这些状态是：
Z＝1，其中EN＝1且TR＝0，并且动画模块22应输出未修改的控制数据S2(t-N)，即增强(扩张)开启(开启状态)；
Z＝2，其中EN＝0且TR＝0，并且动画模块22应从控制数据S2(t-N)中将原始图像作为修改的控制数据S2b输出而不叠加增强，即增强(扩张)关闭(关闭状态)；
Z＝3，其中EN＝1且TR＝1，并且动画模块22应播放过渡动画，从开启状态(Z＝1)到关闭状态(Z＝2)；
Z＝4，其中EN＝0且TR＝1，并且动画模块22应播放过渡动画，从关闭状态(Z＝2)到开启状态(Z＝1)。
状态Z(t)＝1至4以及它们的过渡在图3中示例性地示出为图表。在此，增强显示的关闭是从Z＝1和OK＝0(数据S2(t)不适于显示)经过Z＝3到Z＝2的持续N个时钟周期的过渡。增强显示的开启是从Z＝2和OK＝1(数据S2(t)适于显示)经过Z＝4到Z＝1的持续N个时钟周期的过渡。
图4以图表示意性地示出了动画模块22的工作原理。动画模块22的任务在于，根据状态Z(t)修改控制信号S2，从而可以在状态转换时无缝插入过渡动画，并且使得处于状态Z＝2(关闭状态)的显示设备18显示由记录设备12记录的原始图像。
在此，过渡动画不仅设计为或执行为，增强缓慢地逐渐淡入或淡出。更可以通过扩展模块16，特别是通过动画模块22修改控制命令。由此，可以有针对性地创建过渡动画，从而使显示设备18的观看者无法识别当前显示的是现实(原始图像)还是增强图像(具有增强/扩增)。
状态Z(t)选择S2(t-N)是否应该不经改变地输出，即是否应该通过模块24从控制数据S2中移除增强或扩增，或者是否应该播放过渡动画A。
在从Z＝1到Z＝3(关闭)和从Z＝2到Z＝4(打开)的状态改变或状态转换的情况下，通过实现模块26生成长为N个图像的动画A并将其存储在动画缓冲器PA中。然后，将过渡动画A代替S2作为修改的控制数据S2b发送到显示设备18。
A(1)表示过渡动画A的由显示设备18生成的第一个图像，A(N)表示最后一个图像。对于无缝关闭过渡动画来说，渲染图像A(N)必须对应于图像S2(t)(无增强/扩增)。类似地，对于无缝开启过渡动画来说，A(1)必须对应于图像S2(t-N)(无增强/扩增)。
动画模块22还包括动画数据库(动画存储器)28。在动画数据库28中，过渡动画A是程序代码指令的形式，用于将控制数据S2转换成过渡动画A。例如，指令可以使用仅在运行时才由从S2(t)到S2(t-N)的部分替换的纹理。这例如与已知的用于后期制作的非线性的视频编辑程序(例如Adobe After Effects、Adobe Premiere、Davinci Resolve、Nuke)中的动画的定义类似。但是，这些已知的程序不能实时使用，并且这些程序产生的效果不与控制信息相关联，而是应用于整个视频剪辑。
在应创建过渡动画的时间点，具有控制数据S2(t)至S2(t-N)的动画模块22拥有在状态Z＝1时显示增强/扩增的方式和位置的所有信息。包含在动画模块22中的效果数据库28定义在实现模块26中的效果实现中必须如何修改控制数据S2，以创建过渡动画A并将其存储在动画缓冲器PA中。
例如，可以通过实现模块26执行控制数据S2的OpenGL坐标变换，以实现2D或3D平移或旋转，或者可以基于S2中包含的图像创建OpenGL纹理并将其集成到过渡动画A中。
图5纯示例性地且简化地示出了所谓的虚拟滚动带的过渡动画。过渡是从第一图像(左)中的状态Z＝2(关闭状态，无增强)，经过图像2至4(左起)中的状态Z＝4(过渡动画)到状态Z＝1(开启状态，显示或叠化增强)。在此，带点区域或点状显示的区域示出了要在状态Z＝1中增强的区域，其在第五图像中(在播放图2至4中的过渡动画之后)才完全增强或扩增。
在此，该过渡动画纯示例性地以N＝5个时钟周期进行。在具体应用中，平滑或无缝过渡的过渡动画可能需要更多时钟周期。过渡动画的实现可以实现如下：
从S2(t-N)中的原始图像中，在要叠加增强/扩增的位置处提取纹理“Reality”。
通过将“Reality”和“Augment”相互垂直连接来创建新纹理T。在过渡动画A中相应地调整控制命令，以便不直接(无过渡地)显示“Augment”，而是显示新纹理T，其表现“Reality”和“Augment”的组合。
例如，可以通过应用于纹理T的感兴趣区域(ROI)算子来生成垂直滚动运动。该算子在A(1)中选择上半部分(即Reality)，然后在A(2)到A(4)中选择越来越低的ROI，直到在A(5)中正好选择纹理“Augment”，该纹理在动画之后继续示出，因为达到了状态Z＝1。
用于实现的控制命令集成到过渡动画A中，作为修改的控制数据S2b(t)输出，并最终由显示设备18如上所述地输出。
因此，在此介绍的系统通过将现实集成到增强(虚拟对象)的开启过渡动画或关闭过渡动画中，实现了一定程度的真实性，在此，无法识别系统在显示或叠加增强方面是激活(开启状态)还是关闭(关闭状态)。

Claims (11)

1.一种用于生成增强图像的系统(10)，该系统包括
至少一个图像记录设备(12)、
至少一个与所述图像记录设备(12)相连接的分析模块(14)、
至少一个与所述分析模块(14)相连接的显示设备(18)，其中，所述图像记录设备(12)设置为，将图像，特别是图像数据传输到所述分析模块(14)，并且其中，所述分析模块(14)设置为，将控制数据(S2)传输到所述显示设备(18)，其中所述控制数据(S2)包括用于在图像中显示至少一个增强的图像数据和指令数据，
其中，所述显示设备(18)设置为，基于所述控制数据(S2)再现记录的图像和对应的增强，
其特征在于，
所述系统(10)还包括扩展模块(16)，所述扩展模块布置在所述分析模块(14)和所述显示设备(18)之间的传输路径上，
所述分析模块(14)还设置为，为每个图像生成至少一个可靠性信息(R2)，并且
所述扩展模块(16)设置为，从所述分析模块(14)接收所述控制数据(S2)和所述可靠性信息(R2)，并基于所述控制数据(S2)和所述可靠性信息(R2)生成修改的控制数据(S2b)并传输到所述显示设备(18)。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述扩展模块(16)具有状态模块(20)和动画模块(22)，其中，所述状态模块(20)设置为，接收所述可靠性信息(R2)，从多个，特别是四个，状态信息中选择一个状态信息(Z)并将所述选择的状态信息(Z)传输给所述动画模块(22)。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述动画模块(22)设置为，接收所述控制数据(S2)并基于所述状态信息(Z)生成所述修改的控制数据(S2b)。
4.根据权利要求2或3所述的系统，其特征在于，所述动画模块(22)还设置为，根据所述状态信息(Z)
将图像数据和用于增强的指令数据作为修改的控制数据(S2b)传输，这对应于增强开启状态(Z＝1)，
或者
仅将图像数据作为修改的控制数据(S2b)传输，这对应于增强关闭状态(Z＝2)，
或者
将过渡动画(A)作为所述修改的控制数据(S2b)的一部分传输，其中，在开启状态(Z＝1)和关闭状态(Z＝2)之间转换时选择所述过渡动画(A)。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，这样获得所述过渡动画(A)，即，集成处理和显示由所述图像记录设备(12)检测到的真实数据和要显示的增强的数据。
6.根据权利要求4或5所述的系统，其特征在于，所述动画模块(22)具有实现模块(26)，所述实现模块设置为，创建具有一定数量(N)的图像的过渡动画(A)，并将其存储在动画缓冲器(PA)中。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的系统，其特征在于，所述动画模块(22)包括动画存储器(28)，所述动画存储器设置为，以计算机可读指令的形式存储预定的过渡动画(A)。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的系统，其特征在于，所述动画模块(22)设置为，在所述关闭状态(Z＝2)下，从由所述分析模块(14)提供的所述控制数据(S2)中移除用于增强的指令数据，并仅将图像数据作为修改的控制数据(S2b)传输到所述显示设备(18)。
9.根据权利要求4至8中任一项所述的系统，其特征在于，所述动画模块(22)设置为，根据所述状态信息(Z)修改所述分析模块(14)的控制信号，使得在所述开启状态(Z＝1)和所述关闭状态(Z＝2)之间转换时无缝地插入过渡动画(A)。
10.根据权利要求4至8中任一项所述的系统，其特征在于，所述过渡动画(A)实现为虚拟滚动带或虚拟窗口等。
11.根据前述权利要求中任一项所述的系统在电视转播系统或/和虚拟广告显示系统或/和增强现实系统中的应用。
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