TWI411760B - Calculation of the distance between eyes - Google Patents

Description

雙眼間距的計算方法

本發明係關於一種雙眼間距的計算方法，特別是一種可運用於三維影像亦互動系統中的雙眼間距的計算方法。

近年來，三維影像在娛樂產業上的應用不斷地推陳出新，各種不同的三維影像技術也逐漸走入一般人的生活中。

三維影像的成像原理是利用左眼與右眼分別擷取到兩個不同的影像，並且由大腦將兩個不同的影像合成為一個具有前後景深的三維影像。

一般而言，三維影像的技術可區分為眼鏡式技術與裸眼式技術。眼鏡式技術需要使用者帶上特製的眼鏡，並且利用光線偏振角度不同或是利用快門切換，使左眼與右眼可分別看到不同的影像。裸眼式技術則可不需要再經由眼鏡，即可以從螢幕上看到三維影像。此兩種技術相較之下，眼鏡式技術的發展歷史較為悠久，且相關技術較為成熟。而裸眼式技術的便利性較高，但所需要的成本較高。

三維影像亦可運用於互動系統中。使用者可利用肢體動作，與三維影像進行互動。然而，使用者對於三維影像的位置與景深的感受，會隨著使用者雙眼的位置與雙眼之間的距離而改變。因此，當在不同 使用者使用此互動系統時，必須要先計算使用者的雙眼之間的距離，才能正確反應使用者對於三維影像位置與景深的實際感受。

鑒於以上的問題，本發明係提出三種雙眼間距的計算方法。

第一種計算雙眼間距的方法包括以下步驟：由一三維影像顯示裝置產生一第一顯示點與一第二顯示點，而顯示一虛擬參考點；取得一校正點，校正點係為使用者使用一互動元件與虛擬參考點互動而產生；以及，根據校正點、使用者、第一顯示點與第二顯示點之間的相對位置，計算該使用者的一雙眼間距。

第二種計算雙眼間距的方法包括以下步驟：由一三維影像顯示裝置產生一第一顯示點與一第二顯示點，而顯示一第一虛擬參考點；由三維影像顯示裝置產生一第三顯示點與一第四顯示點，而顯示一第二虛擬參考點；取得一第一校正點，第一校正點係為一使用者使用一互動元件與第一虛擬參考點互動而產生；取得一第二校正點，第二校正點係為使用者使用互動元件與第二虛擬參考點互動而產生；以及，根據第一顯示點、第二顯示點、第三顯示點、第四顯示點、第一校正點與第二校正點之間的相對位置，計算使用者的一雙眼間距。

第三種計算雙眼間距的方法包括以下步驟：由一三維影像顯示裝置產生一第一顯示點與一第二顯示點，而顯示一第一虛擬參考點；由三維影像顯示裝置產生一第三顯示點與一第四顯示點，而顯示一第二虛擬參考點；由三維影像顯示裝置產生一第五顯示點與一第六顯示點，而顯示一第三虛擬參考點；取得一第一校正點，第一校正點係為使用者使用互 動元件與第一虛擬參考點互動而產生；取得一第二校正點，第二校正點係為使用者使用互動元件與第二虛擬參考點互動而產生；取得第三校正點，第三校正點係為使用者使用互動元件與第三虛擬參考點互動而產生；根據第一顯示點、第二顯示點、第三顯示點、第四顯示點、第一校正點、第二校正點之間的相對位置，計算該使用者的一雙眼間距。

綜合以上所述，本發明可利用使用者操作互動元件與一個或多個的虛擬參考點互動，而計算出使用者兩眼之間的距離。

10‧‧‧三維影像互動系統

20‧‧‧三維影像顯示裝置

30‧‧‧互動模組

31‧‧‧使用者定位模組

32‧‧‧互動元件

33‧‧‧互動元件定位模組

34‧‧‧處理單元

C1‧‧‧第一校正點

C2‧‧‧第二校正點

C3‧‧‧第三校正點

P1‧‧‧第一顯示點

P2‧‧‧第二顯示點

P3‧‧‧第三顯示點

P4‧‧‧第四顯示點

P5‧‧‧第五顯示點

P6‧‧‧第六顯示點

D1‧‧‧距離

D2‧‧‧距離

W‧‧‧距離

第1圖係為本發明之三維影像互動系統之方塊圖；第2圖係為本發明第一種雙眼間距的計算方法的流程圖；第3圖係為本發明第一種方法之下，使用者與三維影像顯示螢幕之間的相對位置示意圖；第4圖係為本發明第二種雙眼間距的計算方法的流程圖；第5圖係為本發明第二種方法之下，使用者與三維影像顯示螢幕之間的相對位置示意圖；第6圖係為本發明第三種雙眼間距的計算方法的流程圖；及第7圖係為本發明第三種方法之下，使用者與三維影像顯示螢幕之間的相對位置示意圖。

以下在實施方式中係進一步詳細說明本發明之詳細特徵以 及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。

請參照『第1圖』，係為本發明之三維影像互動系統之方塊圖。三維影像互動系統10包含一三維影像顯示裝置20，以及一互動模組30。三維影像顯示裝置20可藉由裸眼式技術或眼鏡式技術以顯示一三維影像。互動模組30包含使用者定位模組31、互動元件32、互動元件定位模組33，以及一處理單元34。使用者定位模組31用來偵測使用者之位置。互動元件定位模組33係用以偵測互動元件32之位置。處理單元34可為微處理器、微控制器、特定應用積體電路(Application-specific integrated circuit，ASIC)或是場效可程式化閘陣列(Field Programmable Gate Array，FPGA)，處理單元34除了可用來控制使用者定位模組31與互動元件定位模組33之外，並且可用以執行本發明所提出之雙眼間距的計算方法。

本發明所提出之雙眼間距的計算方法，根據假設條件之不同，可區分為三種。第一種方法係假設雙眼之間的連線與三維影像顯示裝置20平行。第二種方法係假設雙眼高度相同。第三種方法則可適用於各種狀況。在這三種方法之中，若是就計算的準確度而言，最精準的是第三種方法，然而，若是就計算的複雜度而言，第三種方法也是複雜度最高的方法。

請參照『第2圖』與『第3圖』，『第2圖』係為第一種雙眼間距的計算方法的流程圖，『第3圖』係為第一種方法之下，使用者與三維影像顯示螢幕之間的相對位置示意圖。

在步驟S101中，由三維影像顯示裝置20顯示第一顯示點P1與第二顯示點P2。第一顯示點P1與第二顯示點P2的位置可為預設數值，或是每次隨機產生。當使用者的右眼看到第一顯示點P1，且左眼看到第二顯示點P2時，經由使用者大腦的合成，使用者會認為三維影像顯示裝置20產生了一個虛擬參考點。

在步驟S102中，此校正點係為一使用者使用一互動元件32與虛擬參考點互動而產生。使用者可將互動元件32指向或是置於虛擬參考點之位置，並且按下一按鈕之後，互動元件定位模組33即可取得第一校正點C1的位置。

在步驟S103中，根據第一校正點C1的位置，計算第一校正點C1至三維影像顯示裝置20的距離D1。根據使用者定位模組31取得使用者的位置，在計算出使用者與三維影像顯示裝置20之間的距離D2。此外，再根據三維影像顯示裝置20的大小，計算第一顯示點P1與第二顯示點P2之間的距離W。一般而言，假設解析度是一個固定值時，可將三維影像顯示裝置20的螢幕長度或是寬度，除以垂直或是水平的總畫素，即可以得到在垂直方向或是水平方向，每一個畫素之間的平均距離。當知道第一顯示點P1與第二顯示點P2之間相距多少個畫素之後，即可換算出第一顯示點P1與第二顯示點P2之間的實際距離。

從『第3圖』中可看出，因為假設雙眼之間的連線與三維影像顯示裝置20平行，所以第一顯示點P1、第二顯示點P2與第一校正點C1所構成的三角形與左眼、右眼與第一校正點C1所構成的三角形互為相似三角形。也就是說，這兩個三角形邊長的比例係為相等。因此，可以利 用此特性，並根據距離D1、距離D2與距離W的值，計算左眼與右眼之間的距離為(D2-D1)÷D1×W。

除此之外，亦可根據第一顯示點P1與第一校正點C1之座標以及距離D2的值，計算出右眼之座標。並根據第二顯示點P2與第一校正點C1之座標以及距離D2的值，計算出左眼之座標。之後，再根據左眼座標與右眼座標，即可計算出左眼與右眼之間的距離。

請參照『第4圖』與『第5圖』，『第4圖』係為第二種雙眼間距的計算方法的流程圖，『第5圖』係為第二種方法之下，使用者與三維影像顯示螢幕之間的相對位置示意圖。

在步驟S201中，由三維影像顯示裝置20顯示第一顯示點P1與第二顯示點P2。第一顯示點P1與第二顯示點P2的位置可為預設數值，或是每次隨機產生。當使用者的右眼看到第一顯示點P1，且左眼看到第二顯示點P2時，經由使用者大腦的合成，使用者會認為三維影像顯示裝置20產生了一個第一虛擬參考點。

在步驟S202與步驟S201相似，係由三維影像顯示裝置20顯示第三顯示點P3與第四顯示點P4。第三顯示點P3與第四顯示點P4的位置可為預設數值，或是每次隨機產生。當使用者的右眼看到第三顯示點P3，且左眼看到第四顯示點P4時，經由使用者大腦的合成，使用者會認為三維影像顯示裝置20產生了一個第二虛擬參考點。

之後，在步驟S203與步驟S204中，經由使用者將互動元件32指向或是置於第一虛擬參考點與第二虛擬參考點之位置，並且按下不同按鈕或是依序按下同一按鈕之後，互動元件定位模組33即可取得第一校正 點C1與第二校正點C2之位置。

在步驟S201至步驟S204中，三維影像顯示裝置20可先產生第一虛擬參考點，使用者可先將互動元件32指向或是置於第一虛擬參考點，再按下按鈕之後，取得第一校正點C1。三維影像顯示裝置20再接著產生第二虛擬參考點，使用者再將互動元件32指向或是置於第二虛擬參考點，取得第二校正點C2。也就是說，此方法可先執行完步驟S201與步驟S203之後，再接續執行步驟S202與步驟S204。

另一方面，三維影像顯示裝置20可同時產生第一虛擬參考點與第二虛擬參考點，使用者可將互動元件32指向或是置於第一虛擬參考點，並且按下第一按鈕，再將互動元件32指向或是置於第二虛擬參考點，並且按下第二按鈕。此時，第一校正點C1與第二校正點C2即可被取得。

最後，在步驟S205中，因為在此方法中，已假設左眼與右眼係假設位於同一高度，也就是說，只要分別求出左眼與右眼的二維座標，即可計算出左眼與右眼之間的距離。

根據第一顯示點P1與第一校正點C1計算出第一線性方程式，且根據第三顯示點P3與第二校正點C2計算出第二線性方程式，再根據第一線性方程式與第二線性方程式計算出右眼的一個二維座標值。此外，根據第二顯示點P2與第一校正點C1計算出第三線性方程式，且根據第四顯示點P4與第二校正點C2計算出第四線性方程式，再根據第二線性方程式與第四線性方程式計算出左眼的一個二維座標值。最後，再根據右眼與左眼的二維座標，計算左眼與右眼之間的距離。

藉由上述之方法，可在當右眼與左眼在同一高度，計算使 用者的雙眼間距。然本發明不以此為限，本發明亦可在當右眼與左眼位於不同之高度時，計算出雙眼的間距。請參照『第6圖』與『第7圖』，『第6圖』係為第三種雙眼間距的計算方法的流程圖，『第7圖』係為第三種方法之下，使用者與三維影像顯示螢幕之間的相對位置示意圖。

在步驟S301中，由三維影像顯示裝置20顯示第一顯示點P1與第二顯示點P2。第一顯示點P1與第二顯示點P2的位置可為預設數值，或是每次隨機產生。當使用者的右眼看到第一顯示點P1，且左眼看到第二顯示點P2時，經由使用者大腦的合成，使用者會認為三維影像顯示裝置20產生了一個第一虛擬參考點。

在步驟S302、步驟S303係與步驟S301相似，係由三維影像顯示裝置20顯示第三顯示點P3、第四顯示點P4、第五顯示點P5與第六顯示點P6。第三顯示點P3、第四顯示點P4、第五顯示點P5與第六顯示點P6的位置可為預設數值，或是每次隨機產生。當使用者的右眼看到第三顯示點P3，且左眼看到第四顯示點P4時，經由使用者大腦的合成，使用者會認為三維影像顯示裝置20產生了一個第二虛擬參考點。同樣地，當使用者的右眼看到第五顯示點P5，且左眼看到第六顯示點P6時，經由使用者大腦的合成，使用者會認為三維影像顯示裝置20產生了一個第三虛擬參考點。

之後，在步驟S304、步驟S305與步驟S306中，經由使用者將互動元件32指向或是置於第一虛擬參考點、第二虛擬參考點與第三虛擬參考點之位置，並且按下不同按鈕或是依序按下同一按鈕之後，互動元件定位模組33即可取得第一校正點C1、第二校正點C2與第三校正點C3之位置。

在步驟S301至步驟S306中，三維影像顯示裝置20可先產生第一虛擬參考點，使用者可先將互動元件32指向或是置於第一虛擬參考點，再按下按鈕之後，取得第一校正點C1。三維影像顯示裝置20再接著產生第二虛擬參考點，使用者再將互動元件32指向或是置於第二虛擬參考點，取得第二校正點C2。最後，三維影像顯示裝置20再接著產生第三虛擬參考點，使用者再將互動元件32指向或是置於第三虛擬參考點，取得第三校正點C3。

也就是說，此方法可先執行完步驟S301與步驟S304之後，再接續執行步驟S302與步驟S305，最後再執行步驟S303與步驟S306。

另一方面，三維影像顯示裝置20可同時產生第一虛擬參考點、第二虛擬參考點與第三虛擬參考點，使用者可將互動元件32指向或是置於第一虛擬參考點，並且按下第一按鈕，再將互動元件32指向或是置於第二虛擬參考點，並且按下第二按鈕，最後，再將互動元件32指向或是置於第三虛擬參考點，並且按下第三按鈕。此時，第一校正點C1、第二校正點C2與第三校正點C3即可被取得。

根據第一顯示點P1與第一校正點C1計算出第一線性方程式，且根據第三顯示點P3與第二校正點C2計算出第二線性方程式。

最後，在步驟S307中，係根據第一顯示點P1與第一校正點C1計算出第一線性方程式，並根據第三顯示點P3與第二校正點C2計算出第二線性方程式，再根據第五顯示點P5與第三校正點C3計算出第三線性方程式。並且，利用上述的第一線性方程式、第二線性方程式與第三線性方程式計算出右眼的三維座標。同樣地，係根據第二顯示點P2與第一校 正點C1計算出第四線性方程式，並根據第四顯示點P4與第二校正點C2計算出第五線性方程式，再根據第六顯示點P6與第三校正點C3計算出第六線性方程式。之後，在利用上述的第四線性方程式、第五線性方程式與第六線性方程式計算出左眼的三維座標。

最後，再根據右眼的三維座標與左眼的三維座標計算出兩眼之間的距離。

除了以上所述之三種不同之方法，本發明更可以擴充至顯示四個、五個或是更多個虛擬參考點。當顯示四個以上的虛擬參考點時，即可對應的取得四個以上的校正點。並且計算求得四個以上的方程式，再根據最小平方法，求取左眼與右眼的三維座標，並再計算左眼與右眼之間的距離。

本發明所提出之雙眼間距的計算方法，可以在使用者第一次使用時，即根據互動結果進行計算，之後並儲存此計算結果。亦可以在使用者每一次使用前皆計算。

綜合以上所述，本發明可在不同的條件之下，利用使用者操作互動元件與一個或多個的虛擬參考點互動，而計算出使用者兩眼之間的距離，進而正確估算使用者對於三維影像位置與景深的實際感受。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

Claims (2)

1. 一種雙眼間距的計算方法，包括：由一三維影像顯示裝置產生一第一顯示點與一第二顯示點，而顯示一第一虛擬參考點；由該三維影像顯示裝置產生一第三顯示點與一第四顯示點，而顯示一第二虛擬參考點；取得一第一校正點，該第一校正點係為一使用者使用一互動元件與該第一虛擬參考點互動而產生；取得一第二校正點，該第二校正點係為該使用者使用該互動元件與該第二虛擬參考點互動而產生；以及根據該第一顯示點、該第二顯示點、該第三顯示點、該第四顯示點、該第一校正點與該第二校正點之間的相對位置，計算該使用者的一雙眼間距，其中根據該第一顯示點、該第三顯示點、該第一校正點與該第二校正點計算一右眼位置，並根據該第二顯示點、該第四顯示點、該第一校正點與該第二校正點計算一左眼位置，再根據該右眼位置與該左眼位置計算該雙眼間距。
2. 一種雙眼間距的計算方法，包括：由一三維影像顯示裝置產生一第一顯示點與一第二顯示點，而顯示一第一虛擬參考點；由該三維影像顯示裝置產生一第三顯示點與一第四顯示點，而顯示一第二虛擬參考點；由該三維影像顯示裝置產生一第五顯示點與一第六顯示點，而顯示 一第三虛擬參考點；取得一第一校正點，該第一校正點係為一使用者使用一互動元件與該第一虛擬參考點互動而產生；取得一第二校正點，該第二校正點係為該使用者使用該互動元件與該第二虛擬參考點互動而產生，取得一第三校正點，該第三校正點係為該使用者使用該互動元件與該第三虛擬參考點互動而產生；以及根據該第一顯示點、該第二顯示點、該第三顯示點、該第四顯示點、該第五顯示點、該第六顯示點、該第一校正點與該第二校正點之間的相對位置，計算該使用者的一雙眼間距，其中根據該第一顯示點、該第三顯示點、該第五顯示點、該第一校正點、該第二校正點、該第三校正點計算一右眼位置，並根據該第二顯示點、該第四顯示點、該第六顯示點、該第一校正點、該第二校正點與該第三校正點計算一左眼位置，再根據該右眼位置與該左眼位置計算該雙眼間距。