TWI431512B - 三維控制端點之辨識方法及應用其之電腦可讀取媒體 - Google Patents

三維控制端點之辨識方法及應用其之電腦可讀取媒體 Download PDF

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    • G06T2207/10028—Range image; Depth image; 3D point clouds

Description

三維控制端點之辨識方法及應用其之電腦可讀取媒體
本發明是有關於一種控制端點之辨識方法...之裝置，且特別是有關於一種三維控制端點之辨識方法及使用其之電腦可讀取媒體。
多點觸控功能是觸控螢幕介面中一項十分便利的功能，多點觸控的精神在於可以利用更貼進人類的動作習慣來操作系統，更加拉進人與電腦的距離。第一種習知技術的做法係先定義物件特徵，如拳頭的顏色特徵、形狀特徵或紋理特徵。之後再擷取影像。接著將物件特徵與影像中的特徵區塊進行比對以找出控制端點。第二種習知技術的做法係進一步利用深度特徵來過濾背景以防止複雜背景所造成的誤判。第三種習知技術的做法則是找出三維控制區域，並在三維控制區域中利用深度資訊與手部特徵找出最接近攝影機的控制端點。
本發明係有關於一種三維控制端點之辨識方法及使用其之電腦可讀取媒體。
根據本發明之一方面，提出一種三維控制端點之辨識方法。三維控制端點之辨識方法包括：接收深度資訊，深度資訊相關於影像擷取裝置所擷取之影像；根據深度資訊產生相關於三維區塊之三維區塊資訊；根據深度資訊產生參考平面；根據三維區塊資訊及參考平面產生連接群組；以及選擇連接群組中最接近影像擷取裝置之三維區塊做為控制端點。
根據本發明之另一方面，提出一種電腦可讀取媒體。電腦可讀取媒體具有數個程式指令以執行一三維控制端點之辨識方法，三維控制端點之辨識方法包括：接收深度資訊，深度資訊相關於影像擷取裝置所擷取之影像；根據深度資訊產生相關於三維區塊之三維區塊資訊；根據深度資訊產生參考平面；根據三維區塊資訊及參考平面產生連接群組；以及選擇連接群組中最接近影像擷取裝置之三維區塊做為控制端點。
為讓本發明之上述內容能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
為了正確地辨識出控制端點，下述實施例提供一種三維控制端點之辨識方法及使用其之電腦可讀取媒體。電腦可讀取媒體具有數個程式指令以執行一三維控制端點之辨識方法，三維控制端點之辨識方法包括：接收深度資訊，深度資訊相關於影像擷取裝置所擷取之影像；根據深度資訊產生相關於三維區塊之三維區塊資訊；根據深度資訊產生參考平面；根據三維區塊資訊及參考平面產生連接群組；以及選擇連接群組中最接近影像擷取裝置之三維區塊做為控制端點。
三維控制端點之辨識方法及電腦可讀取媒體請同時參照第1圖及第2圖，第1圖繪示係為一種三維控制端點之辨識系統，第2圖繪示係為一種三維控制端點之辨識方法之流程圖。三維控制端點之辨識系統10包括電腦110及電腦可讀取媒體(Computer-Readable Medium)120。電腦可讀取媒體120具有數個程式指令，供電腦110載入以執行三維控制端點之辨識方法。電腦可讀取媒體120例如為磁碟片、光碟片、磁帶或是硬碟機。三維控制端點之辨識方法包括如下步驟：首先如步驟21所示，接收深度資訊。深度資訊相關於一影像擷取裝置所擷取之影像，而影像擷取裝置例如為紅外線攝影機或雙攝影機。
接著如步驟22所示，根據深度資訊產生相關於三維區塊之三維區塊資訊。跟著如步驟23所示，根據深度資訊產生參考平面。然後如步驟24所示，根據三維區塊資訊及參考平面產生連接群組。最後如步驟25所示，從連接群組中選擇最接近影像擷取裝置之三維區塊做為控制端點。後續將進一步分別說產生明三維區塊資訊、參考平面及連接群組之步驟。
產生三維區塊資訊
請同時參照第3圖至第8圖，第3圖繪示係為產生三維區塊資訊之細部流程圖，第4圖繪示係為凸點之示意圖，第5圖繪示係為濾除雜訊區塊前之示意圖，第6圖繪示係為濾除雜訊區塊後之示意圖，第7圖繪示係為影像中所有凸點之示意圖，第8圖繪示係為影像中所有三維區塊之示意圖。前述步驟22進一步包括步驟221至225。
首先如步驟221所示，根據深度資訊沿水平方向及垂直方向偵測出影像擷取裝置所擷取之影像中所有凸點410。所謂的凸點410係指在一個影像中存在一個相對於其他周邊更為隆起之一定高度的特徵像素點(如第4圖繪示)。
接著如步驟222所示，根據凸點410與凸點410之周邊像素點的深度差異將第7圖繪示之凸點410擴展為第8圖繪示之三維區塊420。需說明的是，步驟222係檢查凸點410周邊所有像素點的深度資訊。當凸點410周邊所有像素點的深度差異在一預設範圍內時，即將凸點410周邊深度差異在一預設範圍內的像素點納入擴展範圍內，使得凸點410擴展為三維區塊420。
跟著如步驟223所示，根據深度變化過濾三維區塊420中的雜訊區塊。需說明的是，步驟223亦可與步驟222同步執行。舉例來說，在第5圖繪示之凸點410(1)擴展時，擴展的動作接觸到另一個凸點410(2)。此時步驟223即將凸點410(2)與凸點410(1)之深度資訊進行比對。當凸點410(2)的深度差異在一預設範圍內時，我們便會將凸點410(2)融入凸點410(1)的擴展範圍內，並且去除掉凸點410(2)擴展的權力(如第6圖繪示)，而凸點410(1)擴展為三維區塊420(a)。相似地，當凸點410(4)的深度差異在一預設範圍內時，我們便會將凸點410(4)融入凸點410(3)的擴展範圍內，並且去除掉凸點410(4)擴展的權力，而凸點410(3)擴展為三維區塊420(b)。藉此，我們可以簡化前述步驟222的運算次數，並在準確度不變的前提下達到加速的效果。
然後如步驟224所示，判斷影像中所有凸點410是否檢查完畢，若否則重複前述步驟222及步驟223。不過在步驟223中被去除擴展的權力的凸點將不會再納入運算，如第5圖及第6圖繪示之凸點410(2)及凸點410(4)。步驟224會重覆檢查直到前述步驟221中所偵測的所有凸點410都被檢查完畢為止。
接著如步驟225所示，產生相關於三維區塊420之三維區塊資訊。進一步來說，當前述步驟224找出所有三維區塊420後，步驟225係先於所有三維區塊420分別找出代表點，代表點例如為三維區塊420的重心。當三維區塊420的代表點決定後，再產生相關於代表點之三維區塊資訊。
產生參考平面
請同時參照第9圖至第10圖，第9圖繪示係為產生參考平面之細部流程圖，第10圖繪示係為空間分布統計之示意圖。前述步驟23進一步包括步驟231至233。首先如步驟231所示，根據深度資訊計算空間分布統計。進一步來說，步驟231透過深度資訊評估影像中每一個像素在三維空間之對應位置，進而重建一個三維場景。藉此透過三維場景可得到如第10圖繪示之空間分布統計。於第10圖中，原點表示影像擷取裝置所在位置，而x軸表示距離影像擷取裝置的遠近，y軸則表示像素個數的多寡。由於x軸表示距離影像擷取裝置的遠近，因此第10圖繪示之空間分布統計即表示不同深度下的像素個數。
接著如步驟232所示，區間平滑化及整體加權調整第10圖繪示之空間分布統計。進一步來說，為了去除空間分布統計中小細節雜訊的影響，步驟232係利用模糊化的作法，平滑了原始的空間分布統計，減輕小細節雜訊的影響。舉例來說，步驟232可選擇取一定範圍的深度區段(y軸坐標中一定大小之區域)，將深度區段所對應之像素加總後平均取得此深度區段的代表值。接著，再逐步移動此深度區段並且重複進行前述運算，讓這些雜訊不會影響到其後的運算，接下來透過與攝影機距離之關係，加權評估整體之空間分布統計，進而達到整體加權調整的目標。
跟著如步驟233所示，過濾雜訊平面以產生參考平面。進一步來說，為了在第10圖繪示之空間分布統計中找出適格的參考平面，步驟233會先找出空間分布統計中的最高峰值ymax ，並以最高峰值ymax 為基準產生評估標準。舉例來說，以最高峰值ymax 之30%為判定依據，如果有一個峰值的像素值沒有超過這個基準值則不會被選取為適合的參考平面，而被判定成雜訊平面後過濾。經由步驟233的過濾運算後，第10圖繪示之空間分布統計中可以發現y1 合乎要求。步驟233再以最高峰值ymax 及峰值y1 為基準，分析出峰值區間內之x軸的空間像素分布圖，分割出近似深度之不同使用者之參考平面。
產生連接群組
請同時第11圖至第19圖，第11圖繪示係為產生連接群組之細部流程圖，第12圖繪示係為第一種三維區塊連接結果示意圖，第13圖繪示係為第二種三維區塊連接結果示意圖，第14圖繪示係為第三種三維區塊連接結果示意圖，第15圖繪示係為於二個三維區塊之連結上找出基準參考點之示意圖，第16圖繪示係為第一種三維區塊型態示意圖，第17圖繪示係為第二種三維區塊型態示意圖，第18圖繪示係為第三種三維區塊型態示意圖，第19圖繪示係為連接群組之示意圖。當前述三維區塊資訊及三維區塊資訊產生完畢後，前述步驟24即可根據三維區塊資訊及參考平面分析出三維區塊間之連結性，並且依照三維區塊的連結性去產生連接群組。前述步驟24進一步包括步驟241至243。
首先如步驟241所示，根據三維區塊之間的距離將距離相近的三維區塊相連接。進一步來說，步驟241會依照三維區塊之間的距離將相近的三維區塊連接在一起，而三維區塊之間的距離可藉由歐幾里德距離來計算區塊間的距離。一般來說，三維區塊420(1)至420(3)正確的連接方向應是如第12圖繪示朝向參考平面50進行連接，且三維區塊420(4)至420(6)正確的連接方向也應是如第12圖繪示朝向參考平面50進行連接。然而，如果單純地僅以歐幾里德距離來評估二個三維區塊是否相連時，則有可能會發生如第13圖或第14圖繪示的連接錯誤。為了避免錯誤連接的情事發生，步驟241利用歐幾里德距離找出最接近的三維區塊後，尚須藉由後續步驟242檢查三維區塊間的連接是否正確。如果三維區塊間的連接無法通過步驟242的檢查時，便需重回到步驟241。當回到步驟241後，則需找出次接近的三維區塊，並再次藉由後續步驟242檢查。
接著如步驟242所示，於相連接之二個三維區塊之連結上找出深度最低之一點做為基準參考點430，並根據基準參考點430判斷連結是否符合預設連接狀態，若連結不符合預設連接狀態，則重複執行步驟241。進一步來說，如第15圖繪示，步驟241先將三維區塊420(7)及420(8)連線上所有的點之深度計算出來，再從這些點中找出深度最底的點，並且定義深度最底的點為基準參考點430。當深度最底的點和基準參考點430的關係如第16圖繪示時，表示三維區塊420(7)及420(8)連結上沒有相對低的基準參考點430。這樣的連接代表沿著手部往參考平面連接，所以第16圖繪示之三維區塊420(7)及420(8)的連結符合預設連接狀態。
此外，當深度最底的點和基準參考點430的關係如第17圖繪示時，表示基準參考點430雖低於三維區塊420(7)及420(8)，但基準參考點430與三維區塊420(7)及420(8)的距離在一定的限度內。就連結的整體性看來，第17圖繪示仍舊是向著參考平面進行連接，所以第17圖繪示之三維區塊420(7)及420(8)的連結符合預設連接狀態。
另外，當深度最底的點和基準參考點430的關係如第18圖繪示時，表示基準參考點430遠低於三維區塊420(7)及420(8)。若三維區塊420(7)及420(8)分別為雙手之前端，而基準參考點430在參考平面上。此時就算三維區塊420(7)及420(8)靠的再近，三維區塊420(7)及420(8)間的連接關也不合乎預設連接狀態。因此三維區塊420(7)及420(8)不會被連接。需重回到步驟241，並找出次接近的三維區塊。
同理，不論二個人靠的再近，只要其手部端點之三維區塊連線上存在一個陷落之基準參考點430，我們就不會將其連接起來。如此一來可以克服多點對應在多人意欲進行操作時彼此互相干擾的問題，以確保三維區塊間的連接符合預設的連接狀態。
跟著如步驟243所示，集合彼此相連且連回參考平面之三維區塊以產生連接群組。進一步來說，如第19圖繪示，如果三維區塊420(1)及420(4)可以正確連回參考平面50時，則三維區塊420(1)及420(4)為合理之控制端點。相反地，如果三維區塊420(9)無法正確連回參考平面50時，則三維區塊420(9)無法成為合理之控制端點，而為空間中之雜訊。藉此，步驟243集合彼此相連且連回參考平面之三維區塊420(1)至420(3)以產生連接群組60(1)，並集合彼此相連且連回參考平面之三維區塊420(4)至420(6)以產生連接群組60(2)。之後前述步驟25可於連接群組60(1)及連接群組60(2)中選擇最接近影像擷取裝置之三維區塊420(1)及420(4)做為控制端點。
本發明上述實施例所揭露之三維控制端點之辨識方法及電腦可讀取媒體，具有多項優點，以下僅列舉部分優點說明如下：
一、在複雜背景中亦能正確地偵測出控制端點。
二、不需限定使用者的操作位置及距離。
三、能以人體型態趨勢找出最正確的控制端點，並將多人操作時彼此造成的影響降到最低。
綜上所述，雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10．．．三維控制端點之辨識系統
21～25、221～225、231～233、241～243．．．步驟
410、410(1)～410(4)．．．凸點
50．．．參考平面
60(1)、60(2)．．．連接群組
110．．．電腦
120．．．電腦可讀取媒體
420、420(a)、420(b)、420(1)～420(9)．．．三維區塊
430．．．基準參考點
第1圖繪示係為一種三維控制端點之辨識系統。
第2圖繪示係為一種三維控制端點之辨識方法之流程圖。
第3圖繪示係為產生三維區塊資訊之細部流程圖。
第4圖繪示係為凸點之示意圖。
第5圖繪示係為濾除雜訊區塊前之示意圖。
第6圖繪示係為濾除雜訊區塊後之示意圖。
第7圖繪示係為影像中所有凸點之示意圖。
第8圖繪示係為影像中所有三維區塊之示意圖。
第9圖繪示係為產生參考平面之細部流程圖。
第10圖繪示係為空間分布統計之示意圖。
第11圖繪示係為產生連接群組之細部流程圖。
第12圖繪示係為第一種三維區塊連接結果示意圖。
第13圖繪示係為第二種三維區塊連接結果示意圖。
第14圖繪示係為第三種三維區塊連接結果示意圖。
第15圖繪示係為於二個三維區塊之連結上找出基準參考點之示意圖。
第16圖繪示係為第一種三維區塊型態示意圖。
第17圖繪示係為第二種三維區塊型態示意圖。
第18圖繪示係為第三種三維區塊型態示意圖。
第19圖繪示係為連接群組之示意圖。
21～25．．．步驟

Claims (12)

  1. 一種三維控制端點之辨識方法，包括：接收一深度資訊，該深度資訊相關於一影像擷取裝置所擷取之影像；根據該深度資訊產生相關於複數個三維區塊之複數個三維區塊資訊；根據該深度資訊產生至少一參考平面；根據該些三維區塊資訊及該參考平面產生至少一連接群組；以及選擇該連接群組中最接近該影像擷取裝置之三維區塊做為一控制端點；其中產生複數個三維區塊資訊之該步驟包括：根據該深度資訊偵測出複數個凸點；根據該些凸點與該些凸點之周邊像素點的深度差異將該些凸點擴展為該些三維區塊；以及產生相關於該些三維區塊之該些三維區塊資訊；其中產生至少一參考平面之該步驟包括：根據該深度資訊計算一空間分布統計；區間平滑化及整體加權調整該空間分布統計；以及過濾一雜訊平面以產生該參考平面；其中過濾一雜訊平面以產生該參考平面之該步驟中係根據該空間分布統計之最高峰值產生該參考平面； 其中產生至少一連接群組之該步驟包括：根據該些三維區塊之間的距離將距離相近的三維區塊相連接；於相連接之該二個三維區塊之一連結上找出深度最低之一點做為一基準參考點，並根據該基準參考點判斷該連結是否符合一預設連接狀態，若該連結不符合該預設連接狀態，則重複執行該連接步驟；以及集合彼此相連且連回該參考平面之三維區塊以產生該連接群組。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之三維控制端點之辨識方法，其中產生複數個三維區塊資訊之該步驟更包括：根據深度變化過濾該些三維區塊中的雜訊區塊。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之三維控制端點之辨識方法，其中產生複數個三維區塊資訊之該步驟更包括：判斷該些凸點是否檢查完畢，若否則重複將該些凸點擴展為該些三維區塊之該步驟。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之三維控制端點之辨識方法，其中產生複數個三維區塊資訊之該步驟更包括：於該些三維區塊中分別找出複數個代表點；產生相關於該些代表點之該些三維區塊資訊；以及其中該些代表點分別為該些三維區塊之重心。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之三維控制端點之辨識方法，其中該空間分布統計係為不同深度所對應之像素個數。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之三維控制端點之辨 識方法，其中於該連接步驟係先將距離最接近的兩個三維區塊相連接，若距離最接近的兩個三維區塊之連結不符合該預設連接狀態，則選擇距離次接近的兩個三維區塊。
  7. 一種電腦可讀取媒體(Computer-Readable Medium)，具有複數個程式指令以執行一三維控制端點之辨識方法，該三維控制端點之辨識方法包括：接收一深度資訊，該深度資訊相關於一影像擷取裝置所擷取之影像；根據該深度資訊產生相關於複數個三維區塊之複數個三維區塊資訊；根據該深度資訊產生至少一參考平面；根據該些三維區塊資訊及該參考平面產生至少一連接群組；以及選擇該連接群組中最接近該影像擷取裝置之三維區塊做為一控制端點；其中產生複數個三維區塊資訊之該步驟包括：根據該深度資訊偵測出複數個凸點；根據該些凸點與該些凸點之周邊像素點的深度差異將該些凸點擴展為該些三維區塊；以及產生相關於該些三維區塊之該些三維區塊資訊；其中產生至少一參考平面之該步驟包括：根據該深度資訊計算一空間分布統計；區間平滑化及整體加權調整該空間分布統計；以及 過濾一雜訊平面以產生該參考平面；其中過濾一雜訊平面以產生該參考平面之該步驟中係根據該空間分布統計之最高峰值產生該參考平面；其中產生至少一連接群組之該步驟包括：根據該些三維區塊之間的距離將距離相近的三維區塊相連接；於相連接之該二個三維區塊之一連結上找出深度最低之一點做為一基準參考點，並根據該基準參考點判斷該連結是否符合一預設連接狀態，若該連結不符合該預設連接狀態，則重複執行該連接步驟；以及集合彼此相連且連回該參考平面之三維區塊以產生該連接群組。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之電腦可讀取媒體，其中產生複數個三維區塊資訊之該步驟更包括：根據深度變化過濾該些三維區塊中的雜訊區塊。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之電腦可讀取媒體，其中產生複數個三維區塊資訊之該步驟更包括：判斷該些凸點是否檢查完畢，若否則重複將該些凸點擴展為該些三維區塊之該步驟。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之電腦可讀取媒體，其中產生複數個三維區塊資訊之該步驟更包括：於該些三維區塊中分別找出複數個代表點；以及產生相關於該些代表點之該些三維區塊資訊；其中該些代表點分別為該些三維區塊之重心。
  11. 如申請專利範圍第7項所述之電腦可讀取媒體， 其中該空間分布統計係為不同深度所對應之像素個數。
  12. 如申請專利範圍第7項所述之電腦可讀取媒體，其中於該連接步驟係先將距離最接近的兩個三維區塊相連接，若距離最接近的兩個三維區塊之連結不符合該預設連接狀態，則選擇距離次接近的兩個三維區塊。
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