TWI457692B - 立體全景影像技術 - Google Patents

Description

立體全景影像技術

本發明係有關於一種立體全景影像技術，尤其是指一種依據視差原理製作出紅藍全景圖，並縫接成720度全景3D立體影像，觀視者無須特殊之播放裝置和特別製作的眼鏡，僅需簡單的紅藍眼鏡即可使全景影像呈現出3D立體的效果，以達到觀賞者能有身歷其境的感受之技術領域。

按，早期使用膠捲攝影的年代，一般的影像擷取裝置能拍攝特定範圍的場景，大約30度~50度之間，與人的視角範圍(大約為150度~200度)相對地狹窄許多，另外，拍攝的影像僅能從膠捲沖洗後呈現，故使用一般的相機幾乎無法將環繞四周的美景全部拍攝在同一張影像中，也因此常造成許多美好景物無法被一併紀錄的遺憾。

自從數位相機的出現，與影像處理的技術進步，拍攝的結果能以多種方式的呈現，因此在攝影的技術上，發展出可拍攝全景影像之技術，以利拍攝風景景觀與建物的實境場景，或者進行個性化的創意拍攝，全景影像是為了表現出一個寬廣的視野，模擬出人眼所見大約160度的實境感受；而一般尺寸的影像則是在景物中裁切一個區域，即人眼所專注的那一個區域，相較之下， 全景影像則較能讓觀賞者體驗到當時環境的氣氛與感受；全景拍攝技術係以一個人為中心所能見到的全景實境景物，分段拍攝為多張相同規格的影像照片，再利用相關軟體拼接起來，成為一張連貫場景的影像照片，以獲得以人為第一人稱全方位的視角所能見到的全景實境影像照片。

現今影像技術要製造出3D立體影像，大多是產生人眼視差的合成影像，其中產生3D立體影像中，以觀賞者配戴紅藍立體眼鏡最為簡單，上述的影像產生原理僅須將模擬人眼的視差二個同一景物影像，經過二種顏色的濾色處理，再將影像合成，即可得到配戴紅藍立體眼鏡所見的3D立體影像。

基於以上的二項技術，全景影像至今仍是以二維的方式供觀視者瀏覽，而3D立體影像則具有無法將所有的景物一併呈現之缺失。

今，發明人即是鑑於上述現有之全景影像令觀視者在實際實施上仍具有多處之缺失，於是乃一本孜孜不倦之精神，並藉由其豐富之專業知識及多年之實務經驗所輔佐，而加以改善，並據此研創出本發明。

本發明主要目的為提供一種依照視差原理製作出紅藍全景圖並縫接成720度全景3D影像，觀視者無須特殊之播放裝置和特別製作的眼鏡，僅需簡單的紅藍眼鏡即可使全景影像呈現出3D立體的效果，以達到方便遠端觀視者以第一人稱視角身歷其境的虛擬實境者。

為了達到上述實施目的，本發明人乃研擬如下實施技術，首先，將影像擷取裝置固定於一初始拍攝位置，藉由影像擷取裝置的水平轉動，取得水平面之複數個第一圖像，使得該等第一圖像係涵蓋有水平360度之視野；之後，再利用影像擷取裝置的垂直轉動，取得垂直面之複數個第二圖像，且該等第二圖像與至少一第一圖像涵蓋有垂直360度之視野；接著，將第一圖像與第二圖像接合，以形成一第一全景平面圖像；然後，將影像擷取裝置於初始拍攝位置水平轉動一角度，並重複上述步驟以形成另一第二全景平面圖像；接續，將第一全景平面圖像中的每一像素與第二全景平面圖像中的每一像素分別以第一顏色(紅色)與第二顏色(藍色或綠色)篩選處理後，使得第一全景平面圖像的每一像素相較於未篩選處理前具有較多比例之第一顏色，而第二全景平面圖像的每一像素相較於未篩選處理前具有較多比例之第二顏色；之後，組合第一全景平面圖像與第二全景平面圖像使成為一全景平面圖像；最後，全景平面圖像以映射於三維幾何形狀之方式形成一3D立體全景影像。

如上所述的立體全景影像技術，其中第二圖像之捕捉係藉由影像擷取裝置的垂直向上轉動，取得水平面上之一天空圖像，並再將影像擷取裝置垂直向下轉動，取得水平面下之一地面圖像。

如上所述的立體全景影像技術，其中鄰近之第一圖像其視野範圍係有所重疊。

如上所述的立體全景影像技術，其中第二圖像係與至少一第一圖像其視野範圍有所重疊；較佳地，第二圖像係與全部之第一 圖像其視野範圍有所重疊。

如上所述的立體全景影像技術，其中三維幾何形狀係選自正立方體、球體以及圓柱體所構成之群組。

藉此，影像擷取裝置分別於水平與垂直面轉動，以形成一涵蓋有水平與垂直共720度視野之全景平面圖像，令觀視者能以第一人稱全方位的視角來觀看空間的周遭景物場景，充分地呈現影像環境中的所有資訊；再者，使用者無須特殊之播放裝置和特別製作的眼鏡，僅需簡單的紅藍眼鏡即可使本發明之全景影像呈現出3D立體的效果，不僅可以第一人稱視角來觀看空間的周遭景物建築，並自由地改變觀看自己想探索的視角，達到具有實際導覽的效果，使得觀視者無須現地觀賞即能初步了解周遭環境與景物，且因紅藍眼鏡成本低廉，亦使得本發明相當容易實現與普及。

(S1)‧‧‧步驟一

(S2)‧‧‧步驟二

(S3)‧‧‧步驟三

(S4)‧‧‧步驟四

(S5)‧‧‧步驟五

(S6)‧‧‧步驟六

(S7)‧‧‧步驟七

(S8)‧‧‧步驟八

(1)‧‧‧影像擷取裝置

第一圖：本發明較佳實施例之步驟流程圖

第二圖：本發明較佳實施例之影像擷取裝置水平轉動捕捉影像之外觀立體示意圖

第三圖：本發明較佳實施例之影像擷取裝置垂直向上轉動捕捉水平面上影像之外觀立體示意圖

第四圖：本發明較佳實施例之影像擷取裝置捕捉水平面下影像之外觀立體示意圖

本發明之目的及其結構設計功能上的優點，將依據以下圖面所示之較佳實施例予以說明，俾使審查委員能對本發明有更深入且具體之瞭解。

首先，請參閱第一圖所示，為本發明立體全景影像技術其較佳實施例之步驟流程圖，係主要包括有：步驟一(S1)：將影像擷取裝置(1)(例如：一相機)固定於一初始拍攝位置，藉由影像擷取裝置(1)的水平轉動，取得水平面之複數個第一圖像，使得該等第一圖像係涵蓋有水平360度之視野，請一併參閱第二圖所示；其中，鄰近之第一圖像其視野範圍係有所重疊；步驟二(S2)：藉由影像擷取裝置(1)的垂直轉動，取得垂直面之複數個第二圖像，且該等第二圖像與至少一第一圖像涵蓋有垂直360度之視野，請一併參閱第三~四圖所示；其中，第二圖像係與至少一第一圖像其視野範圍有所重疊，較佳地，第二圖像係與全部之第一圖像其視野範圍有所重疊；於本實施例中，第二圖像之捕捉係藉由影像擷取裝置(1)的垂直向上轉動，取得水平面上之一天空圖像(如第三圖所示)，並再將影像擷取裝置(1)垂直向下轉動，取得水平面下之地面圖像(如第四圖所示)；步驟三(S3)：以一接圖軟體模組(例如荷蘭New House Internet Services B．V公司所開發設計之圖形化介面PTGui軟體)將第一圖像與第二圖 像接合，以形成一第一全景平面圖像；步驟四(S4)：將影像擷取裝置(1)於該初始拍攝位置水平轉動一角度；步驟五(S5)：重複步驟一(S1)~步驟三(S3)，以形成一第二全景平面圖像；步驟六(S6)：以色調調整軟體模組(例如以日本Takashi Sekitani公司所開發製作之Anaglyph Maker軟體)將第一全景平面圖像中的每一像素與第二全景平面圖像中的每一像素分別以第一顏色與第二顏色篩選處理後，使得第一全景平面圖像的每一像素相較於未篩選處理前具有較多比例之第一顏色，而第二全景平面圖像的每一像素相較於未篩選處理前具有較多比例之第二顏色；其中，第一顏色可為紅色，而第二顏色可為藍色；舉例而言，若色彩的分佈係使用RGB色彩來表示，其中每一像素之RGB色彩各自具有從0至255個層次，若第一全景平面圖像中之一像素其RGB為(200，100，50)，經過篩選處理後，其RGB即變成為(200，20，10)，亦即具有較多比例之紅色；此外，第二顏色亦可為綠色；步驟七(S7)：再以上述之Anaglyph Maker軟體組合第一全景平面圖像與第二全景平面圖像使成為一全景平面圖像；以及步驟八(S8)：以一全景影像轉換工具(例如以奧地利G arden Gnome Software公司所開發之Pano2QTVR軟體)將具720度視野之全景平面圖像以映射於三維幾何形狀之方式形成一3D立體全景影像；其中，三維幾何形狀可選自正立方體、球體以及圓柱體所構成之群組；值得注意的，本發明之立體全景影像技術並不以上述之步驟次序為限，只要能達成本發明之目的，上述之步驟次序亦可加以改變，例如步驟一(S1)與步驟二(S2)可變更次序，而步驟六(S6)與步驟七(S7)亦可互換次序。

此外，藉由下述製作出flash格式之720度3D紅藍立體全景圖的具體實施例，可進一步證明本發明之步驟流程可實際應用之範圍，但不意欲以任何形式限制本發明之範圍：首先，本具體實施例使用的全景硬體設備有Nikon D90單眼相機，此類單眼相機機種為拍攝全景影像，將搭配魚眼鏡頭(Nikon AF DX Fisheye-Nikkor 10．5mm f/2．8G)，所使用的全景雲台為Manfrotto 303SPH 3D全景雲台，此全景雲台在旋轉軸上有規劃刻度，可拍攝不同角度的景觀，而儀器的支撐腳架則為Manfrotto 190X PROB腳架；其第一圖像的拍攝方式為以相機為中心水平拍攝360度一周，每次間隔60度拍攝一張，一共產生6張之第一圖像，而第二圖像之拍攝方式係以相機為中心垂直天空及地面各拍攝一張，一共產生2張之第二圖像，分別為天空圖像及地面圖像；此外，天空圖像及地面圖像係分別與至少一第一圖像其視野範圍有所重疊，較佳地 ，天空圖像及地面圖像係分別與全部之第一圖像其視野範圍有所重疊；值得注意的，所拍攝的影像張數會因所採用的鏡頭不同而有差異，且相機垂直與水平拍攝時視軸必須固定；另外，也必須依照當時天氣狀況來調整相機的光圈、快門、曝光值、對焦等；然後，以PTGui軟體將第一圖像與第二圖像接合形成一第一全景平面圖像；接著，將影像擷取裝置(1)於初始拍攝位置移動5度，並重複上述步驟產生另一第二全景平面圖像；接續，將第一全景平面圖像與第二全景平面圖像分別匯入Anaglyph Maker軟體中，將第一全景平面圖像的每一像素設成紅色元素相對原始較多而呈偏紅色之橫幅影像，而第二全景平面圖像的每一像素則設成藍色元素相對原始較多而呈偏藍色之橫幅影像，並合成為3D立體全景圖；最後，再藉由Pano2QTVR軟體將合成後之3D立體全景圖以映射於正立方體之方式分別產生對應之6張立方體圖，亦即以正方立體之中心點為觀看點，重建所對應的透視影像；此即為720度3D紅藍全景影像，此全景影像最後以flash格式輸出，當戴上紅藍立體眼鏡觀看時，利用顏色過濾的原理，由觀視者的左、右眼即可看到立體影像效果。

由上述之立體全景影像技術與實施說明可知，本發明具有以下優點：

1.本發明藉由影像擷取裝置分別於水平與垂直面轉動，以形成一涵蓋有水平與垂直共720度視野之全景平面圖像，令觀視者能以第一人稱全方位的視角來觀看空間的周遭景物場景，充分 地呈現影像環境中的所有資訊，改善如傳統僅具有水平(左右擺動視角)或垂直(上下擺動視角)之視野所造成美好景物無法被紀錄的遺憾與不便。

2.本發明利用視差原理製作出紅藍全景3D影像，使用者無須使用特殊之播放裝置和特別製作的眼鏡，僅需簡單的紅藍眼鏡即可使本發明形成之全景影像呈現出3D立體的效果，不僅可以第一人稱視角來觀看空間的周遭景物建築，具有實際導覽的效果，使得觀視者無須現地觀賞即能初步了解周遭環境與景物，且因紅藍眼鏡成本低廉，可避免觀視者必須獨立購買各種眼鏡而造成不必要的浪費，使得本發明相當容易實現與普及。

3.本發明將全景影像以一種嶄新的720度視野3D立體方式呈現，可運用無展場、開放式空間或藝術公共場所，做為有效的虛擬路線導覽規劃及網站建置，令觀視者可以自由地改變觀看自己想探索的視角，達到方便遠端觀賞者以第一人稱視角身歷其境的虛擬實境之功效。

綜上所述，本發明之立體全景影像技術，的確能藉由上述所揭露之實施例，達到所預期之使用功效，且本發明亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求。爰依法提出發明專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。

惟，上述所揭之圖示及說明，僅為本發明之較佳實施例，非為限定本發明之保護範圍；大凡熟悉該項技藝之人士，其所依本發明之特徵範疇，所作之其它等效變化或修飾，皆應視為不脫離 本發明之設計範疇。

(S1)‧‧‧步驟一

(S2)‧‧‧步驟二

(S3)‧‧‧步驟三

(S4)‧‧‧步驟四

(S5)‧‧‧步驟五

(S6)‧‧‧步驟六

(S7)‧‧‧步驟七

(S8)‧‧‧步驟八

Claims (8)

1. 一種立體全景影像技術，係包括有下述步驟：步驟一：將影像擷取裝置固定於一初始拍攝位置，使其水平轉動，取得水平面之複數個第一圖像，該等第一圖像係涵蓋有水平360度之視野；步驟二：藉由影像擷取裝置的垂直轉動，取得垂直面之複數個第二圖像，該等第二圖像與至少一該第一圖像涵蓋有垂直360度之視野；步驟三：以一接圖軟體模組將該第一圖像與該第二圖像接合，以形成一第一全景平面圖像；步驟四：將影像擷取裝置於該初始拍攝位置水平轉動一角度；步驟五：重複步驟一~步驟三，以形成一第二全景平面圖像；步驟六：將該第一全景平面圖像中的每一像素與該第二全景平面圖像中的每一像素分別以第一顏色與第二顏色篩選處理後，使得該第一全景平面圖像的每一像素相較於未篩選處理前具有較多比例之第一顏色，而該第二全景平面圖像的每一像素相較於未篩選處理前具有較多比例之第二顏色；步驟七：組合該第一全景平面圖像與該第二全景平面圖像使成為一全景平面圖像；以及步驟八：將該全景平面圖像以映射於三維幾何形狀之方式形 成一3D立體全景影像。
2. 如申請專利範圍第1項所述之立體全景影像技術，其中鄰近之該第一圖像其視野範圍係有所重疊。
3. 如申請專利範圍第1項所述之立體全景影像技術，其中該第二圖像係與至少一第一圖像其視野範圍有所重疊。
4. 如申請專利範圍第1項所述之立體全景影像技術，其中該步驟二係藉由影像擷取裝置的垂直向上轉動，取得水平面上之一天空圖像，並再將影像擷取裝置垂直向下轉動，取得水平面下之一地面圖像。
5. 如申請專利範圍第1項所述之立體全景影像技術，其中該第一顏色係為紅色，而該第二顏色係為藍色。
6. 如申請專利範圍第1項所述之立體全景影像技術，其中該第一顏色係為紅色，而該第二顏色係為綠色。
7. 如申請專利範圍第1項所述之立體全景影像技術，其中該三維幾何形狀係選自正立方體、球體以及圓柱體所構成之群組。
8. 如申請專利範圍第1項所述之立體全景影像技術，其中該影像擷取裝置係為一相機。