CN110599432A - 影像处理系统及影像处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种影像处理系统，包含：一摄像机、一定位装置、一处理器以及一显示器。摄像机用以拍摄一真实影像。定位装置用以定位摄像机的一摄像位置。处理器用以接收一高精度地图及一虚拟物件，处理器藉由一同步定位与地图构建演算法和该摄像位置计算摄像机的一摄像姿态，并依据摄像姿态及高精度地图的一三维信息，以投影出一深度影像，处理器叠合深度影像及真实影像，以产生一叠合影像，依据虚拟物件的一虚拟坐标，将虚拟物件叠加至叠合影像，以产生一渲染影像。显示器用以显示渲染影像。

Description

影像处理系统及影像处理方法
技术领域
本发明是有关于一种影像处理系统及影像处理方法，且特别是有关于一种应用于扩增实境的影像处理系统及影像处理方法。
背景技术
一般而言，扩增实境技术需要能够拍摄出影像深度的摄像机才能取得真实物体与摄像机之间的距离，再将虚拟物体依据影像深度以决定放置于画面中的位置。然而，一般的深度摄像机只能取得与摄像机距离约2～3公尺以内的环境的影像深度，当使用者想要将大型虚拟物体渲染在户外的大型物件上时，例如将巨大的虚拟章鱼渲染在高楼的真实场景上，并将此画面呈现于显示器时，则深度摄像机会因为无法取得户外大型物件的正确深度，而导致渲染出的画面在物件之间的摆放位置不适当(例如错误的遮蔽效应)。
因此，如何在扩增实境中精准地将虚拟影像与大型物件进行影像结合，已成为须解决的问题之一。
发明内容
根据本案的一方面，提供一种影像处理系统，包含：一摄像机、一定位装置、一处理器以及一显示器。摄像机用以拍摄一真实影像。定位装置用以检测摄像机的一摄像位置。处理器耦接摄像机及定位装置，用以接收一高精度地图及一虚拟物件，处理器藉由一同步定位与地图构建(Simultaneous localization and mapping，SLAM)演算法和该摄像位置计算摄像机的一摄像姿态，并依据摄像姿态及高精度地图的一三维信息，以投影出一深度影像，该处理器叠合深度影像及真实影像，以产生一叠合影像，依据虚拟物件的一虚拟坐标，将虚拟物件叠加至叠合影像，以产生一渲染影像。显示器耦接处理器，用以显示渲染影像。
根据本案的另一方面，提供一种影像处理方法包含：藉由一摄像机拍摄一真实影像；藉由一定位装置定位摄像机的一摄像位置；藉由一同步定位与地图构建演算法和摄像位置计算摄像机的一摄像姿态；藉由处理器依据摄像姿态及一高精度地图的一三维信息，以投影出一深度影像；藉由处理器叠合深度影像及真实影像，以产生一叠合影像；藉由处理器依据一虚拟物件的一虚拟坐标，将虚拟物件叠加至叠合影像，以产生一渲染影像；以及藉由一显示器显示渲染影像。
综上，本案的影像处理系统及影像处理方法应用高精度地图、摄像机姿态等信息，将真实影像经转换后投影出深度影像，并将深度影像及真实影像精准地叠合，以产生叠合影像，叠合影像中的每一点都包含深度信息，使得虚拟物件可依其虚拟坐标对应至叠合影像中的位置，以渲染至叠合影像上，藉此，可以使真实影像中的大型物件与虚拟物件精准地结合。
附图说明
为让本揭示内容的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附图示的说明如下：
图1为根据本案一实施例绘示的一种影像处理系统的方块图；
图2为根据本案一实施例绘示的一种影像处理方法的流程图；以及
图3A～3D为根据本案一实施例绘示的一种影像处理方法的示意图。
其中，附图标记：
100：影像处理系统
10：摄像机
20：定位装置
30：处理器
40：显示器
200：影像处理方法
210～280：步骤
OBJ1、OBJ2：建筑物
VI：章鱼
a、b、c：灰阶区块
a’、b’、c’：建筑影像
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
请参阅第1～2图，图1为根据本案一实施例绘示的一种影像处理系统100的方块图。图2为根据本案一实施例绘示的一种影像处理方法200的流程图。于一实施例中，影像处理系统100包含一摄像机10、一定位装置20、一处理器30及一显示器40。处理器30耦接至摄像机10以及定位装置20。显示器40耦接至处理器30。
于一实施例中，摄像机10可以是电荷耦合元件(Charge Coupled Device，CCD)或互补性氧化金属半导体(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，CMOS)，定位装置20可以是全球定位系统(Global Positioning System，GPS)定位器，处理器30可以被实施为微控制单元(microcontroller)、微处理器(microprocessor)、数字信号处理器(digitalsignal processor)、特殊应用集成电路(application specific integrated circuit，ASIC)或一逻辑电路。
于一实施例中，显示器40可以是手持电子装置(例如手机、平板)的显示装置或是头戴式装置中的显示装置。
于一实施例中，请参阅图2、3A～3D，图3A～3D为根据本案一实施例绘示的一种影像处理方法的示意图。以下详述本案影像处理方法200的流程图。影像处理方法200中所提及的元件可由图1所述的元件实现之。
于步骤210中，摄像机10拍摄一真实影像(例如为图3C)。
于步骤220中，定位装置20检测摄像机10的一摄像位置。于一实施例中，影像处理系统100中的定位装置20为全球定位系统定位器，可用以定位摄像机10的摄像位置。
于步骤230中，处理器30接收一高精度地图及一虚拟物件。
于一实施例中，高精度地图可以被事先准备，例如，处理器30可以通过网络取得储存于远端储存装置中的高精度地图，或是由影像处理系统100自身的储存装置读取高精度地图。于一实施例中，高精度地图包含三维信息，例如图3A所示，三维信息包含真实影像的一三维构图或真实影像中的物件(例如为建筑物OBJ1、OBJ2)的一高度信息。
于一实施例中，虚拟物件可以被事先准备，其可以是三维的虚拟物件，虚拟物件中各点的虚拟坐标亦可以被定义，例如图3B所示的虚拟物件为一章鱼VI，使用者通过处理器30事先绘制此章鱼VI，并定义此章鱼VI图像上各点的虚拟坐标。
于步骤240中，处理器30计算摄像机10的一摄像姿态。
于一实施例中，处理器30藉由一同步定位与地图构建(Simultaneouslocalization and mapping，SLAM)演算法和摄像位置以计算出摄像机10的摄像姿态。于一实施例中，摄像机10在一场景中连续以不同视角拍摄多张影像后，应用同步定位与地图构建演算法，比对出此些影像之间相同物体上特征点的对应位置，藉由叠加不同影像中的此些特征点的对应位置，可产生此场景的三维地图，且可定位摄像机10摆放的位置，藉此，依照特征点反推摄像机10的摄像姿态(例如为水平、倾斜或垂直放置)及/或拍摄视角(例如为摄像机10与一建筑物的相对位置)。
于步骤250中，处理器30依据摄像姿态及高精度地图的一三维信息，以投影出一深度影像。
于一实施例中，处理器30将高精度地图中的每一点坐标经由一坐标转换函式以映射为一相机坐标，使其能投影至显示器40上。
举例而言，处理器30将高精度地图中的三维信息，如世界坐标(worldcoordinate，于坐标转换函式中标示为符号wc)藉由以下坐标转换函式进行映射，转换为相机坐标(camera coordinate，于坐标转换函式中标示为符号cc)：
[x y z]T cc＝[R|t][X Y Z 1]T wc
其中，将为高精度地图中的每一个坐标(X，Y，Z)代入此坐标转换函式，并藉由旋转参数R及平移参数t的调整，可将高精度地图中的每一点投影至相机坐标；换言之，通过坐标转换函式可以将具有三维信息的高精度地图进行转换，使其能投影至显示器40(例如为手机屏幕)上。
于一实施例中，处理器30可应用已知的影像定位追踪技术或透视投影(perspective projection)以投影出深度影像。
于一实施例中，深度影像例如为图3B所示，其为灰阶影像，距离摄像机10越近的物体越亮(例如灰阶区块a，其位置对应于真实影像，如图3C的建筑影像a’)，距离摄像机10越远的物体越暗(例如灰阶区块c，其位置对应于真实影像，如图3C的建筑影像c’)，灰阶区块b的位置(其对应于真实影像，如图3C的建筑影像b’)介于灰阶区块a与灰阶区块c之间。此外，深度影像中可包含事先绘制好的虚拟影像VI，例如为图3B中的章鱼VI，其可以是三维影像且包含已定义好的虚拟坐标及颜色。
于步骤260中，处理器30叠合深度影像及真实影像，以产生一叠合影像。例如，处理器30将图3B所示的深度影像与图3C所示的真实影像作叠合，以产生叠合影像。
于一实施例中，处理器30将灰阶影像中的一灰阶边缘信息(例如为图3B中的边缘L)与真实影像中的一实际边缘信息(例如为图3C中的边缘L’)做比对，并藉由旋转或平移灰阶影像或真实影像的其中一者(例如旋转或平移灰阶影像，使边缘L与真实影像中的边缘L’对齐)，以使深度影像及真实影像叠合。于一实施例中，可比对深度影像及真实影像中的多个边缘信息，并藉由旋转及平移深度影像及真实影像其中之一者，使深度影像及真实影像叠合得更为精准。
于一实施例中，叠合影像中的每一点都包含深度信息，深度信息可例如以坐标方式或深度数值方式表示之。
于一实施例中，叠合影像中包含真实影像中每一点的坐标信息。
于步骤270中，处理器30依据虚拟物件的一虚拟坐标，将虚拟物件叠加至叠合影像，以产生一渲染影像。
于一实施例中，渲染定义为将真实影像中加入虚拟影像或虚拟物件。
于一实施例中，由于叠合影像中包含真实影像中每一点的坐标信息，处理器30依据此些坐标信息及虚拟物件的虚拟坐标，以将该虚拟物件叠加至叠合影像。
于一实施例中，处理器30将虚拟物件(如图3B中的章鱼VI)依据其每一点的虚拟坐标，以叠加至叠合影像，藉此产生如图3D所示的渲染影像。其中，由于叠合影像包含影像中每一个点的坐标信息，且虚拟物件(如章鱼VI)的每一个虚拟坐标点亦为事先定义好的，因此可以依据虚拟坐标将章鱼VI渲染至叠合影像上。在此例中，由于章鱼VI只有两只脚的坐标位于建筑a’的前方，其他脚的坐标位于建筑物a’的后方，因此于图3D中仅能看到未被建筑物a’遮蔽的两只脚，由此可知，章鱼VI的每一点被渲染至叠合影像后的位置可以正确地计算出来。
于步骤280中，显示器40显示渲染影像。
综上，本案的影像处理系统及影像处理方法应用高精度地图、摄像机姿态等信息，将真实影像经转换后投影出深度影像，并将深度影像及真实影像精准地叠合，以产生叠合影像，叠合影像中的每一点都包含深度信息，使得虚拟物件可依据其虚拟坐标对应至叠合影像中的位置，以渲染至叠合影像上，藉此，可以使真实影像中的大型物件与虚拟物件精准地结合。
虽然本案已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本案，任何熟习此技艺者，在不脱离本案的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本案的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (10)

1.一种影像处理系统，其特征在于，包含：
一摄像机，用以拍摄一真实影像；
一定位装置，用以定位该摄像机的一摄像位置；
一处理器，耦接该摄像机和该定位装置，并接收一高精度地图及一虚拟物件，该处理器藉由一同步定位与地图构建演算法和该摄像位置计算该摄像机的一摄像姿态，并依据该摄像姿态及该高精度地图的一三维信息，以投影出一深度影像，该处理器叠合该深度影像及该真实影像，以产生一叠合影像，该处理器依据该虚拟物件的一虚拟坐标，将该虚拟物件叠加至该叠合影像，以产生一渲染影像；以及
一显示器，耦接该处理器，以显示渲染影像。
2.如权利要求1所述的影像处理系统，其特征在于，该深度影像为一灰阶影像，该处理器将该灰阶影像中的一灰阶边缘信息与该真实影像中的一实际边缘信息做比对，并藉由旋转或平移该灰阶影像或该真实影像的其中一者，以使该深度影像及该真实影像叠合。
3.如权利要求1所述的影像处理系统，其特征在于，该叠合影像中包含该真实影像中每一点的坐标信息，该处理器依据该些坐标信息及该虚拟物件的该虚拟坐标，以将该虚拟物件叠加至该叠合影像。
4.如权利要求1所述的影像处理系统，其特征在于，该高精度地图的三维信息包含该真实影像的一三维构图或该真实影像中的物件的一高度信息。
5.如权利要求1所述的影像处理系统，其特征在于，该处理器将该高精度地图中的每一点坐标经由一坐标转换函式以映射为该显示器得以显示的一相机坐标。
6.一种影像处理方法，其特征在于，包含：
藉由一摄像机拍摄一真实影像；
藉由一定位装置定位该摄像机的一摄像位置；
藉由一处理器根据一同步定位与地图构建演算法和该摄像位置计算该摄像机的一摄像姿态；
藉由该处理器依据该摄像姿态及一高精度地图的一三维信息，以投影出一深度影像；
藉由该处理器叠合该深度影像及该真实影像，以产生一叠合影像；
藉由该处理器依据一虚拟物件的一虚拟坐标，将该虚拟物件叠加至该叠合影像，以产生一渲染影像；以及
藉由一显示器显示该渲染影像。
7.如权利要求6所述的影像处理方法，其特征在于，该深度影像为一灰阶影像，该影像处理方法更包含：
将该灰阶影像中的一灰阶边缘信息与该真实影像中的一实际边缘信息做比对，并藉由旋转或平移该灰阶影像或该真实影像的其中一者，以使该深度影像及该真实影像叠合。
8.如权利要求6所述的影像处理方法，其特征在于，该叠合影像中包含该真实影像中每一点的坐标信息，该影像处理方法更包含：
依据该些坐标信息及该虚拟物件的该虚拟坐标，以将该虚拟物件叠加至该叠合影像。
9.如权利要求6所述的影像处理方法，其特征在于，该高精度地图的三维信息包含该真实影像的一三维构图或该真实影像中的物件的一高度信息。
10.如权利要求6所述的影像处理方法，其特征在于，更包含：
将该高精度地图中的每一点坐标经由一坐标转换函式以映射为该显示器得以显示的一相机坐标。
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