TW201524187A

TW201524187A - 三維透視影像校正方法及其系統

Info

Publication number: TW201524187A
Application number: TW102144127A
Authority: TW
Inventors: Fong-Ming Shyu; Yu-Han Chen; song-nian Wang; Chin-Hao Chang
Original assignee: Nat Taichung University Science & Technology
Priority date: 2013-12-02
Filing date: 2013-12-02
Publication date: 2015-06-16
Also published as: TWI507014B

Abstract

本發明揭露一種三維(3D)透視影像校正方法及其系統，此系統包含一處理單元、一角度校正單元、一移動校正單元及一尺寸校正單元，處理單元係首先決定使用者及三維透視影像在空間上之預設座標位置，當使用者移動至一新位置後，本系統根據新位置在空間上之座標位置及使用者和三維透視影像之座標資訊，分別利用角度校正單元、移動校正單元及尺寸校正單元以變動此三維透視影像之一角度、位置及一縮放比例，透過本創作可讓三維透視影像在螢幕顯示時具有一立體透視感且不產生變形之問題。

Description

三維透視影像校正方法及其系統

下列敘述是有關於一種在螢幕上顯示影像之校正方法及其系統，特別是，有關於一螢幕能隨一使用者觀看之位置或角度產生變化並呈現一三維透視影像之立體透視感的影像校正方法及其系統。

近年來，隨著業者積極拓展家用三維(3D)顯示介面進入消費市場，人類的視覺經驗從二維(2D)進入3D多媒體世代。而在互動方式上，主要決定於運算技術來做區別，Remote Control 與Touch Panel 的運算方式為2D(只捕捉目標的空間位置，即X 軸與Y軸)，而Motion Tracking 技術，假使除了捕捉目標的空間位置(X 軸和Y 軸)和顏色之外，還能捕捉目標的深度(又稱Z 軸)、範圍、距離及其周圍環境的話，即被稱為3D 運算方式。因此互動的方式從過去的以滑鼠、搖桿的2D 運算方式，進展至將更人性化的3D互動運算世代。

利用紅外線偵測是目前一種創新的3D透視影像技術，在一螢幕上連接一紅外線感應裝置，且在使用者身上配載一紅外線發射裝置，當使用者移動時，紅外線感應裝置即可由紅外線發射裝置得知使用者目前相對於螢幕之位置，利用此位置資訊以變化螢幕中的3D影像至螢幕之2D上，舉例來說，當使用者遠離螢幕時，此3D影像即變小，當使用者面對螢幕向右移動時，此3D影像即向左偏移且同時縮小，讓使用者在觀看此3D影像時具有一立體透視感。

然而，在上述的3D透視影像技術中，在畫面產生的同時，畫面上的物體容易受到鏡頭焦段影響而產生如桶形或枕形之變形，若能進一步地解決此變形問題，使用者在觀看螢幕上之3D透視影像時將有更為良好的立體顯示體驗。

本發明實施例之態樣係針對一種三維透視影像校正方法及其系統，能夠校正此三維透視影像在螢幕中所造成之變形影像，讓使用者能有良好的立體顯示體驗。

本發明實施例之態樣係針對一種三維透視影像校正方法及其系統，除了能夠使三維透視影像隨著使用者在水平方向進行校正，亦能直接套用此方法使三維透視影像隨著使用者在垂直方向進行校正。

根據本創作之目的，提出一種三維透視影像校正方法，係適用於顯示一三維透視影像隨一使用者觀看之位置或角度產生變化並呈現三維透視影像之立體透視感的一螢幕，三維透視影像校正方法包含﹕設定使用者位於貫穿螢幕及三維透視影像之一突出軸上之位置為一原點(0, 0)，並決定突出軸上之螢幕之一螢幕座標(0, z1)及三維透視影像之一原始影像座標(0, z2)；當使用者水平移動至複數個移動點座標(xi, 0)，利用一處理單元計算複數個由原始影像座標(0, z2)至原點(0, 0)所形成之邊與由原始影像座標(0, z2)至每一複數個移動點座標(xi, 0)所形成之邊所構成之夾角θi，其中i為大於1的一正整數；利用一角度校正單元將三維透視影像根據每一複數個移動點座標(xi, 0)以分別旋轉所對應之複數個夾角θi；利用一移動校正單元將三維透視影像根據每一複數個移動點座標(xi, 0)以分別移動至所對應之複數個新座標((xi*z1)/z2, z1)；以及利用一尺寸校正單元根據複數個移動點座標(xi, 0)求得原始影像座標(0, z2)至每一複數個移動點座標(xi, 0)之距離與原始影像座標(0, z2)至原點(0, 0)之距離之複數個比例，並針對每一複數個移動點座標(xi, 0)及其對應之每一複數個比例以分別縮放在複數個新座標((xi*z1)/z2, z1)之三維透視影像之大小。

更佳地，處理單元包含一中央處理器或一微處理器。

更佳地，當每一複數個移動點座標(xi, 0)所對應之每一複數個比例大於1時，尺寸校正單元根據一倍率以縮小三維透視影像，當每一複數個移動點座標(xi, 0)所對應之每一複數個比例小於1時，尺寸校正單元根據倍率以放大三維透視影像。

更佳地，角度校正單元、移動校正單元或尺寸校正單元係包含一軟體應用程式。

更佳地，三維透視影像係具有一透視感及一保持物體形狀之特性。

根據本創作之目的，更提出一種三維透視影像校正系統，係適用於顯示一三維透視影像隨一使用者觀看之位置或角度產生變化並呈現三維透視影像之立體透視感的一螢幕，三維透視影像校正系統包含：一處理單元，設定使用者位於貫穿螢幕及三維透視影像之一突出軸上之位置為一原點(0, 0)，並決定突出軸上之螢幕之一螢幕座標(0, z1)及三維透視影像之一原始影像座標(0, z2)，當使用者水平移動至複數個移動點座標(xi, 0)，計算複數個由原始影像座標(0, z2)至原點(0, 0)所形成之邊與由原始影像座標(0, z2)至每一複數個移動點座標(xi, 0)所形成之邊所構成之夾角θi，其中i為大於1的一正整數；一角度校正單元，將三維透視影像根據每一複數個移動點座標(xi, 0)以分別旋轉所對應之複數個夾角θi；一移動校正單元，將三維透視影像根據每一複數個移動點座標(xi, 0)以分別移動至所對應之複數個新座標((xi*z1)/z2, z1)；以及一尺寸校正單元，根據複數個移動點座標(xi, 0)求得原始影像座標(0, z2)至每一複數個移動點座標(xi, 0)之距離與原始影像座標(0, z2)至原點(0, 0)之距離之複數個比例，並針對每一複數個移動點座標(xi, 0)及其對應之每一複數個比例以分別縮放在複數個新座標((xi*z1)/z2, z1)之三維透視影像之大小。

更佳地，處理單元包含一中央處理器或一微處理器。

100‧‧‧三維透視影像校正系統
10‧‧‧處理單元
111‧‧‧原點
112‧‧‧螢幕座標
113‧‧‧原始影像座標
114‧‧‧移動點座標
20‧‧‧角度校正單元
30‧‧‧移動校正單元
40‧‧‧尺寸校正單元
S1~S5‧‧‧步驟流程
200‧‧‧三維透視影像
201‧‧‧第一影像
202‧‧‧三維透視影像中心
203‧‧‧第二影像
204‧‧‧原點位置
205‧‧‧移動點
206‧‧‧螢幕垂直位置
207‧‧‧第三距離
208‧‧‧第一距離
209‧‧‧新中心座標
210‧‧‧第二距離
211‧‧‧第三影像
212‧‧‧具桶狀之影像
213‧‧‧具原始物體形狀之影像

本發明之上述及其他特徵及優勢將藉由參照附圖詳細說明其例示性實施例而變得更顯而易知，其中：
第1圖係為根據本發明實施例之三維透視影像校正系統之方塊圖；
第2圖係為根據本發明之另一實施例之三維透視影像校正系統之第一示意；
第3圖係為根據本發明之另一實施例之三維透視影像校正系統之第二示意圖；
第4圖係為根據本發明之另一實施例之三維透視影像校正系統之第三示意圖；
第5圖係為根據本發明之第二實施例之三維透視影像校正系統之第一示意圖；
第6圖係為根據本發明之第二實施例之三維透視影像校正系統之第二示意圖；以及
第7圖係為根據本發明之第三實施例之三維透視影像校正方法之步驟流程圖。

於此使用，詞彙“與/或”包含一或多個相關條列項目之任何或所有組合。當“至少其一”之敘述前綴於一元件清單前時，係修飾整個清單元件而非修飾清單中之個別元件。

請參閱第1圖，係根據本發明實施例之三維透視影像校正系統之方塊圖。如第1圖所示，本創作係適用於顯示一三維透視影像200(未顯示於圖中)隨一使用者216觀看之位置或角度產生變化並呈現三維透視影像200之立體透視感的一螢幕214，此三維透視影像校正系統100包含一處理單元10、一角度校正單元20、一移動校正單元30及一尺寸校正單元40，其中角度校正單元20、移動校正單元30或尺寸校正單元40係包含一軟體應用程式，處理單元10包含一中央處理器或一微處理器。

處理單元10包含一原點111、一螢幕座標112、一原始影像座標113及複數個移動點座標114，其中原點111係指使用者216位於貫穿螢幕214及三維透視影像200之一貫穿軸215上之一位置，螢幕座標112係指在此貫穿軸215上之螢幕214之座標，原始影像座標113係指在此貫穿軸215之三維透視影像200之一座標。

當使用者216水平移動至複數個移動點座標114時，處理單元10係計算複數個由原始影像座標113至原點111所形成之邊與由原始影像座標113至每一複數個移動點座標114所形成之邊所構成之夾角θi，其中i為大於1的一正整數。

接著，三維透視影像校正系統100利用一角度校正單元20將三維透視影像200根據每一複數個移動點座標114以分別旋轉所對應之複數個夾角θi；再利用一移動校正單元30將三維透視影像200根據每一複數個移動點座標114以分別移動至所對應之複數個新座標；最後利用一尺寸校正單元40根據複數個移動點座標114求得原始影像座標113至每一複數個移動點座標114之距離與原始影像座標113至原點111之距離之複數個比例，並針對每一複數個移動點座標114及其對應之每一複數個比例以分別縮放在複數個新座標之三維透視影像200之大小。

請參閱第2圖，係根據本發明之另一實施例之三維透視影像校正系統之第一示意圖。如第2圖所示，當使用者216位於貫穿螢幕214及三維透視影像200之一貫穿軸215上之一原點位置204，處理單元10係設定原點位置204之座標為(0, 0)，三維透視影像中心202座標為(0, Z2)，當使用者216水平移動至複數個移動點205的其中之一移動點205時，處理單元10可利用紅外線偵測求得移動點205之座標為(X1, 0)，並決定由原點位置204至三維透視影像中心202之邊與由原點位置204至移動點205之邊所形成之一夾角θ，此時角度校正單元20即根據此一夾角θ將三維透視影像200順時針或逆時針旋轉θ角度以成為一第一影像201。

請參閱第3圖，係根據本發明之另一實施例之三維透視影像校正系統之第二示意圖。如第3圖所示，在貫穿螢幕214及三維透視影像200之一貫穿軸215上，原點位置204至螢幕垂直位置206之距離係等於一第一距離208，原點位置204至移動點205之距離係等於一第二距離210，原點位置204至三維透視影像中心202係等於一第三距離207，此時利用移動校正單元30以求得此第一影像201之一新中心座標209之位置為((X1*Z1)/Z2, Z1)，讓使用者216觀看此第一影像201時能感覺到此原始之三維透視影像200彷彿跟隨著使用者216移動。

請參閱第4圖，係根據本發明之另一實施例之三維透視影像校正系統之第三示意圖。如第4圖所示，一尺寸校正單元40係根據移動點205求得三維透視影像200之座標(0, Z2)至移動點205之座標(X1, 0)之距離與三維透視影像200之座標(0, Z2)至原點位置204之座標(0, 0)之距離之一比例，並針對此比例以縮放在座標位置((X1*Z1)/Z2, Z1)上之第一影像201成第二影像203，讓使用者216觀看此第二影像203時能感覺到此原始之三維透視影像200不僅跟隨著使用者216移動，同時更具有一立體感。舉例來說，當此比例大於1時，表示此三維透視影像200應遠離使用者216，此時可以以一倍率以縮小此三維透視影像200，相反地，當比例小於1時，表示此三維透視影像200應靠近使用者216，此時可以以一倍率以放大此三維透視影像200。

請參閱第5圖及第6圖，係根據本發明之第二實施例之三維透視影像校正系統之第一示意圖及第二示意圖。如第5圖所示，在未透過本創作之三維透視影像校正系統100觀看一三維透視影像200時，此時此三維透視影像200之邊緣係由於鏡頭焦段之影響，當一影像愈往右邊移動時，其影像即逐漸產生變形，當移動至最右邊時，此時看起來便像是包含一具桶狀之影像212，而透過本創作之三維透視影像校正系統100校正此三維透視影像200後，此時此三維透視影像200之邊緣或其他位置均可包含一具原始物體形狀之影像213，如第6圖所示，故可知透過本三維透視影像校正系統100產生之三維透視影像200係具有一透視感及一保持物體形狀之特性。

請參閱第7圖，係根據本發明之第三實施例之三維透視影像校正方法之步驟流程圖。如第7圖所示，步驟S1係設定使用者216位於貫穿螢幕214及三維透視影像之一貫穿軸215上之位置為一原點(0, 0)，並決定貫穿軸215上之螢幕214之一螢幕座標112(0, z1)及三維透視影像之一原始影像座標(0, z2)，如第2圖中之原點位置204，螢幕座標則位於原點位置204至三維透視影像中心202之貫穿軸215上且距離原點位置204為Z1個單位長度，步驟S2係當使用者水平移動至複數個移動點座標(xi, 0)，利用一處理單元計算複數個由原始影像座標(0, z2)至原點(0, 0)所形成之邊與由原始影像座標(0, z2)至每一複數個移動點座標(xi, 0)所形成之邊所構成之夾角θi，步驟S3係利用一角度校正單元將三維透視影像根據每一複數個移動點座標(xi, 0)以分別旋轉所對應之複數個夾角θi，如第2圖中旋轉θ角度後之第一影像201，步驟S4係利用一移動校正單元將三維透視影像根據每一複數個移動點座標(xi, 0)以分別移動至所對應之複數個新座標((xi*z1)/z2, z1)，如第3圖中產生之第二影像203，步驟S5係利用一尺寸校正單元根據複數個移動點座標(xi, 0)求得原始影像座標(0, z2)至每一複數個移動點座標(xi, 0)之距離與原始影像座標(0, z2)至原點(0, 0)之距離之複數個比例，並針對每一複數個移動點座標(xi, 0)及其對應之每一複數個比例以分別縮放在複數個新座標((xi*z1)/z2, z1)之三維透視影像之大小，如第4圖中所產生之第三影像211。

由以上可知，透過本創作可以使三維透視影像在螢幕產生畫面時，防止畫面上的物體受到鏡頭焦段影響而產生如桶形或枕形之變形，本創作之方法除了可在水平方向上校正此三維透視影像，亦可直接用於在垂直方向上以校正此三維透視影像，讓使用者在觀看螢幕上之三維透視影像時，無論是水平移動或是垂直移動均能有良好的立體顯示體驗。

雖然本發明已參照其例示性實施例而特別地顯示及描述，將為所屬技術領域具通常知識者所理解的是，於不脫離以下申請專利範圍及其等效物所定義之本發明之精神與範疇下可對其進行形式與細節上之各種變更。

100‧‧‧三維透視影像校正系統

10‧‧‧處理單元

111‧‧‧原點

112‧‧‧螢幕座標

113‧‧‧原始影像座標

114‧‧‧移動點座標

20‧‧‧角度校正單元

30‧‧‧移動校正單元

40‧‧‧尺寸校正單元

Claims

一種三維透視影像校正方法，係適用於顯示一三維透視影像隨一使用者觀看之位置或角度產生變化並呈現該三維透視影像之立體透視感的一螢幕，該三維透視影像校正方法包含﹕
設定該使用者位於貫穿該螢幕及該三維透視影像之一突出軸上之位置為一原點(0, 0)，並決定該突出軸上之該螢幕之一螢幕座標(0, z1)及該三維透視影像之一原始影像座標(0, z2)；
當該使用者水平移動至複數個移動點座標(xi, 0)，利用一處理單元計算複數個由該原始影像座標(0, z2)至該原點(0, 0)所形成之邊與由該原始影像座標(0, z2)至每一該複數個移動點座標(xi, 0)所形成之邊所構成之夾角θi，其中i為大於1的一正整數；
利用一角度校正單元將該三維透視影像根據每一該複數個移動點座標(xi, 0)以分別旋轉所對應之該複數個夾角θi；
利用一移動校正單元將該三維透視影像根據每一該複數個移動點座標(xi, 0)以分別移動至所對應之複數個新座標((xi*z1)/z2, z1)；以及
利用一尺寸校正單元根據該複數個移動點座標(xi, 0)求得該原始影像座標(0, z2)至每一該複數個移動點座標(xi, 0)之距離與該原始影像座標(0, z2)至該原點(0, 0)之距離之複數個比例，並針對每一該複數個移動點座標(xi, 0)及其對應之每一該複數個比例以分別縮放在該複數個新座標((xi*z1)/z2, z1)之該三維透視影像之大小。
如申請專利範圍第1項所述之三維透視影像校正方法，其中該處理單元包含一中央處理器或一微處理器。
如申請專利範圍第1項所述之三維透視影像校正方法，其中當每一該複數個移動點座標(xi, 0)所對應之每一該複數個比例大於1時，該尺寸校正單元根據一倍率以縮小該三維透視影像，當每一該複數個移動點座標(xi, 0)所對應之每一該複數個比例小於1時，該尺寸校正單元根據該倍率以放大該三維透視影像。
如申請專利範圍第1項所述之三維透視影像校正方法，其中該角度校正單元、該移動校正單元或該尺寸校正單元係包含一軟體應用程式。
如申請專利範圍第1項所述之三維透視影像校正方法，其中該三維透視影像係具有一透視感及一保持物體形狀之特性。
一種三維透視影像校正系統，係適用於顯示一三維透視影像隨一使用者觀看之位置或角度產生變化並呈現該三維透視影像之立體透視感的一螢幕，該三維透視影像校正系統包含﹕
一處理單元，設定該使用者位於貫穿該螢幕及該三維透視影像之一突出軸上之位置為一原點(0, 0)，並決定該突出軸上之該螢幕之一螢幕座標(0, z1)及該三維透視影像之一原始影像座標(0, z2)，當該使用者水平移動至複數個移動點座標(xi, 0)，計算複數個由該原始影像座標(0, z2)至該原點(0, 0)所形成之邊與由該原始影像座標(0, z2)至每一該複數個移動點座標(xi, 0)所形成之邊所構成之夾角θi，其中i為大於1的一正整數；
一角度校正單元，將該三維透視影像根據每一該複數個移動點座標(xi, 0)以分別旋轉所對應之該複數個夾角θi；
一移動校正單元，將該三維透視影像根據每一該複數個移動點座標(xi, 0)以分別移動至所對應之複數個新座標((xi*z1)/z2, z1)；以及
一尺寸校正單元，根據該複數個移動點座標(xi, 0)求得該原始影像座標(0, z2)至每一該複數個移動點座標(xi, 0)之距離與該原始影像座標(0, z2)至該原點(0, 0)之距離之複數個比例，並針對每一該複數個移動點座標(xi, 0)及其對應之每一該複數個比例以分別縮放在該複數個新座標((xi*z1)/z2, z1)之該三維透視影像之大小。
如申請專利範圍第6項所述之三維透視影像校正系統，其中該處理單元包含一中央處理器或一微處理器。
如申請專利範圍第6項所述之三維透視影像校正系統，其中當每一該複數個移動點座標(xi, 0)所對應之每一該複數個比例大於1時，該尺寸校正單元根據一倍率以縮小該三維透視影像，當每一該複數個移動點座標(xi, 0)所對應之每一該複數個比例小於1時，該尺寸校正單元根據該倍率以放大該三維透視影像。
如申請專利範圍第6項所述之三維透視影像校正系統，其中該角度校正單元、該移動校正單元或該尺寸校正單元係包含一軟體應用程式。
如申請專利範圍第6項所述之三維透視影像校正系統，其中該三維透視影像係具有一透視感及一保持物體形狀之特性。