TWI458532B - 光線槍指向位置確定系統及方法 - Google Patents

Description

光線槍指向位置確定系統及方法

本發明涉及一種遊戲控制裝置及方法，尤其涉及一種光線槍指向位置確定系統及方法。

射擊遊戲獨有的特徵，為玩家拿著一把可感光的光線槍，對著電視螢幕進行射擊動作，電視螢幕上的遊戲畫面會出現十字瞄準準心及射擊爆破效果。

傳統的光線槍只能運用於CRT陰極射線管螢幕，由於近年來液晶電視螢幕、電漿電視螢幕逐年增加，這些新型螢幕的成像原理與傳統CRT陰極射線管螢幕使用掃瞄線進行成像方式不同，所以傳統倚賴接收CRT陰極射線管螢幕掃瞄線位置技術所開發的舊型光線槍，將因為無法應用於新型螢幕而逐漸被淘汰。

為解決傳統光線槍無法在非CRT陰極射線管螢幕使用的問題，目前有兩種主要方法，第一種方法是在電視螢幕播出影像內加入特殊色塊，再以二維平面影像分析方法進行特殊色塊位置辨識。第二種方法是在電視螢幕外以特殊光源裝置(例如LED發射器)投射資訊，透過安裝在電視螢幕兩旁的紅外線LED燈座等特殊光源裝置，及光線槍內之紅外線攝影機鏡頭，互相感應對焦，並依此確認電視螢幕與光線槍之間的位置關係，進行光線槍指向位置的 辨識作業，進而將光線槍指向位置轉換為遊戲畫面中的座標。

上述方式雖然可解決傳統光線槍無法應用於液晶電視螢幕、電漿電視螢幕的使用限制，但第一種方法需要在電視螢幕內加入特殊色塊，系統容易因電視螢幕內的遊戲畫面色彩干擾，導致對於特殊色塊的辨識效果不佳。第二種方法需要在電視螢幕外以特殊裝置(例如LED發射器)投射資訊作為辨識，除因特殊裝置安裝位置造成光線槍指向位置辨識作業準確度不夠高的問題之外，亦造成玩家在使用上的不便。

鑒於以上內容，有必要提供一種光線槍指向位置確定系統及方法，其可透過安裝在光線槍前方的攝像裝置獲取光線槍前方區域的場景影像，當在該場景影像中偵測到螢幕區域時，計算出該光線槍在三維空間中的電視螢幕上的指向位置。

一種光線槍指向位置確定系統，該系統包括：影像獲取模組，用於光線槍開始射擊遊戲時，每隔預設時間獲取光線槍上安裝的攝像裝置攝取的場景影像；顯示螢幕偵測模組，用於根據預設的顯示螢幕範本，在獲取的場景影像中偵測螢幕區域；計算模組，用於當在獲取的場景影像中偵測到螢幕區域時，根據該獲取的場景影像的中心點及該偵測到的螢幕區域的大小，計算出光線槍的瞄準點在三維空間中的顯示螢幕上的座標；及傳送模組，用於當該光線槍的控制器被觸發時，將該計算出的座標傳送給遊戲主機，以控制顯示螢幕上遊戲畫面的顯示。

一種光線槍指向位置確定方法，該方法包括如下步驟：影像獲取步驟，當光線槍開始射擊遊戲時，每隔預設時間獲取光線槍上安裝的攝像裝置攝取的場景影像；顯示螢幕偵測步驟，根據預設的顯示螢幕範本，在獲取的場景影像中偵測螢幕區域；計算步驟，當在獲取的場景影像中偵測到螢幕區域時，根據該獲取的場景影像的中心點及該偵測到的螢幕區域的大小，計算出光線槍的瞄準點在三維空間中的顯示螢幕上的座標；及傳送步驟，當該光線槍的控制器被觸發時，將該計算出的座標傳送給遊戲主機，以控制顯示螢幕上遊戲畫面的顯示。

相較於習知技術，所述的光線槍指向位置確定系統及方法，其可透過安裝在光線槍前方的攝像裝置獲取光線槍前方區域的場景影像，當在該場景影像中偵測到螢幕區域時，計算出該光線槍在三維空間中的電視螢幕上的指向位置。

本系統及方法不僅可大幅降低在電視螢幕內加入特殊色塊導致的判別錯誤，提升光線槍瞄準位置辨識的速度與準確度，更可解決傳統的光線槍瞄準位置識別需要在電視螢幕外安裝特殊裝置(例如LED發射器)所造成的玩家在使用上的不便。

2‧‧‧光線槍

4‧‧‧電視螢幕

5‧‧‧遊戲主機

20‧‧‧攝像裝置

22‧‧‧控制器

23‧‧‧儲存器

24‧‧‧光線槍指向位置確定系統

25‧‧‧處理器

40‧‧‧選擇區域

201‧‧‧三維範本建立模組

202‧‧‧影像獲取模組

203‧‧‧顯示螢幕偵測模組

204‧‧‧計算模組

205‧‧‧傳送模組

圖1係本發明射擊遊戲光線槍系統的架構示意圖。

圖2係本發明光線槍指向位置確定系統的應用環境示意圖。

圖3係本發明光線槍指向位置確定系統的功能模組圖。

圖4係本發明光線槍指向位置確定方法較佳實施方式的流程圖。

圖5係設置電視螢幕的三維影像範本的示意圖。

圖6係光線槍的攝像裝置攝取的場景影像示意圖。

圖7係在圖6中的場景影像中偵測到的螢幕區域示意圖。

圖8係光線槍在圖7中偵測到的螢幕區域中的座標示意圖。

圖9係將圖8中的座標轉換成遊戲畫面中的座標示意圖。

圖10係根據圖9中確定的座標進行遊戲畫面顯示的示意圖。

參閱圖1所示，係本發明射擊遊戲光線槍系統的架構示意圖。在本實施方式中，光線槍2透過有線或無線方式與遊戲主機5連接，該遊戲主機5進一步與電視螢幕4連接(可以為有線方式或無線方式)。其中，該光線槍2的前方安裝有攝像裝置，用於當光線槍2對電視螢幕4上的遊戲畫面進行射擊時，獲取該電視螢幕4的影像。

參閱圖2所示，係本發明光線槍指向位置確定系統的應用環境示意圖。在本實施方式中，該光線槍指向位置確定系統24運行於光線槍2中。所述光線槍2還包括透過訊號線和資料線相連的攝像裝置20、控制器22(如扳機)、儲存器23和處理器25。操作人員可以透過控制器22啟動或停止光線槍2的射擊動作。

在本實施方式中，所述攝像裝置20用於獲取光線槍2前方區域的場景影像，並將獲取的場景影像儲存至儲存器23中。光線槍指向位置確定系統24在該獲取的場景影像中偵測螢幕區域，當偵測到 螢幕區域時，計算出該光線槍2在三維空間中的電視螢幕4上的指向位置，將該光線槍2在電視螢幕4上的指向位置傳送給遊戲主機5，以控制電視螢幕4上的遊戲畫面的顯示。

在本實施方式中，該攝像裝置20為一種具備景深判別功能之深度攝影機(Depth-sensing Camera)，如時間飛行(Time of Flight，TOF)攝像裝置。該攝像裝置20用於攝取監控場景範圍內的場景影像，以及獲取場景影像中被攝物體的景深資訊。所述被攝物體的景深資訊是指被攝物體各點與攝像裝置20的鏡頭的距離資訊。由於TOF攝像裝置在拍攝目標物時，將發射一定波長的訊號，當訊號遇到目標物時即會反射至TOF攝像裝置的鏡頭，根據訊號發射與接收之間的時間差即可計算出目標物上各點與TOF攝像裝置鏡頭之間的距離資訊，因此所述攝像裝置20可得到場景影像中被攝物體各點與攝像裝置20的鏡頭之間的距離資訊。

所述儲存器23用於儲存攝像裝置20預先建立的該電視螢幕4的三維影像範本。

在本實施方式中，所述光線槍指向位置確定系統24可以被分割成一個或多個模組，所述一個或多個模組被儲存在所述儲存器23中並被配置成由一個或多個處理器(參閱圖2中的處理器25)執行，以完成本發明。例如，參閱圖3所示，所述光線槍指向位置確定系統24被分割成三維範本建立模組201、影像獲取模組202、顯示螢幕偵測模組203、計算模組204和傳送模組205。本發明所稱的模組是完成一特定功能的程式段，比程式更適合於描述軟體在處理器25中的執行過程，關於各模組的功能將在圖4的流程圖中具體描述。

在開始圖4流程圖之前，三維範本建立模組201根據該電視螢幕4的三維影像中各點與攝像裝置20的鏡頭之間的距離資訊建立該電視螢幕4的三維影像範本，儲存電視螢幕4三維輪廓上各特徵點的像素值的容許範圍，具體介紹如下：

(1)玩家進入光線槍指向位置確定系統24(以下簡稱為“本系統”)，選擇建立電視螢幕4的三維影像範本。

(2)光線槍2前方的攝像裝置20攝取前方場景的場景影像(即三維立體影像)。

(3)此時，電視螢幕4上將顯示一個預設區域，如寬為320，高為240(參閱圖5中虛線所示的區域)。其中，該攝像裝置20攝取的場景影像中的電視螢幕中心點位置與該預設區域的中心點位置重合，使本系統能夠取得更準確、完整的電視螢幕4的影像畫面，並準確地識別該電視螢幕4的成像比例(如4：3、16：9等比例)。

玩家可調整光線槍2的指向位置，使得光線槍2的攝像裝置20攝取的電視螢幕4的影像能夠位於該預設區域內，並且電視螢幕4的影像需佔該預設區域一預設比例(如95%)以上，以利本系統可取得最佳大小的電視螢幕影像。

(4)玩家將光線槍2的位置調整完成後，即可按下光線槍2的控制器22(如扳機)，攝像裝置20攝取電視螢幕4的三維影像。

(5)三維範本建立模組201分析該預設區域的三維影像，得到該預設區域內的電視螢幕4至攝像裝置20鏡頭的距離，並將該距離儲存至該電視螢幕4的三維影像範本中(以下稱為“電視螢幕範 本”)，並將該電視螢幕範本儲存至儲存器23。在本實施方式中，該電視螢幕4至攝像裝置20鏡頭的距離是指該預設區域中的一個特徵點(如中心點)到該攝像裝置20鏡頭的距離。

參閱圖4所示，係本發明光線槍指向位置確定方法的較佳實施方式的流程圖。

步驟S10，當操作人員開啟光線槍2開始射擊遊戲時，影像獲取模組202每隔預設時間(如0.5秒)，獲取光線槍2上安裝的攝像裝置20攝取的場景影像(參閱圖6所示)。

步驟S11，顯示螢幕偵測模組203根據預設的電視螢幕範本，在獲取的場景影像中偵測螢幕區域。

具體而言，顯示螢幕偵測模組203從儲存器23中獲取該預設的電視螢幕範本，並從該電視螢幕範本中獲取該電視螢幕4至攝像裝置20鏡頭的距離(以下稱為“預設距離”)、該電視螢幕4的寬高比(以下稱為“預設比例”)、該電視螢幕4的大小(以下稱為“預設大小”)。

如果該場景影像中存在某一選擇區域滿足以下條件：該選擇區域中的預設數目的像素點(如90%的像素點)到該攝像裝置20鏡頭的距離等於該預設距離，該選擇區域的寬高比等於該預設比例(如4：3)，且該選擇區域的大小等於該預設大小，則所述顯示螢幕偵測模組203判定該選擇區域為螢幕區域，該偵測到的螢幕區域視為該場景影像中的電視螢幕。參閱圖7所示，十字處為光線槍2的瞄準點(即整個三維影像的中心點)，選擇區域40代表偵測到的螢幕區域(以下稱為“偵測到的螢幕區域40”)。若該場 景影像中沒有任何區域滿足上述條件，則所述顯示螢幕偵測模組203判定當前場景影像中沒有偵測到螢幕區域。

在其他實施方式中，所述電視螢幕的偵測方法還可以是，如果該場景影像中存在某一選擇區域滿足以下條件：該選擇區域中的預設數目的像素點到該攝像裝置20鏡頭的距離與該預設距離的誤差在第一預設範圍內，該選擇區域的寬高比與該預設比例的誤差在第二預設範圍內，且該選擇區域的大小與該預設大小的誤差在第三預設範圍內，則所述顯示螢幕偵測模組203判定該選擇區域為螢幕區域。其中，所述第一預設範圍、第二預設範圍及第三預設範圍為誤差容許範圍，該第一預設範圍、第二預設範圍及第三預設範圍的範圍值可以相同，如全都為[-5%,5%]，也可以不同。

需要指出的是，本發明所用電視螢幕偵測方法並不限於上述舉例方法，本領域技術人員也可以搭配其他具備相同功能的電視螢幕判別技術。

步驟S12，顯示螢幕偵測模組203判斷是否在獲取的場景影像中偵測到螢幕區域。如果在獲取的場景影像中偵測到螢幕區域，則執行步驟S13。如果沒有在獲取的場景影像中偵測到螢幕區域，則返回步驟S10。

步驟S13，計算模組204根據該獲取的場景影像的中心點及該偵測到的螢幕區域的大小，計算出光線槍2的瞄準點在三維空間中的電視螢幕4上的座標(即遊戲畫面中的座標)。在本實施方式中，該計算出的座標可以暫時儲存於儲存器23中，每次有新計算出的座標產生時，就將該新座標替換掉儲存器23中暫存的座標。

具體而言，計算模組204以偵測到的螢幕區域40的預設位置(如左下方)為原點建立座標系，獲取光線槍2的瞄準點在該偵測到的螢幕區域40中的座標。本實施方式中，該光線槍2的瞄準點為該獲取的場景影像的中心點。參閱圖8所示，假設偵測到的螢幕區域40的大小為100*50，將該光線槍2的瞄準點所在位置與所建座標系的原點位置進行比對，可以確定該光線槍2的瞄準點在該偵測到的螢幕區域40中的座標為(30，20)。

然後，計算模組204根據該偵測到的螢幕區域40的大小與電視螢幕4的實際大小之間的比例關係，確定該光線槍2的瞄準點在三維空間中的電視螢幕4上的座標。參閱圖9所示，假設三維空間中的電視螢幕4的實際大小為1000*500，即上述比例關係為1：10，則根據該比例關係可以確定該光線槍2的瞄準點在電視螢幕4上的座標為(300，200)。

步驟S14，當該光線槍2的控制器22被觸發時(如用戶扣動光線槍2的扳機時)，傳送模組205將該光線槍2的瞄準點在電視螢幕4上的座標傳送給遊戲主機5。遊戲主機5根據該光線槍2的瞄準點在電視螢幕4上的座標，控制遊戲畫面的顯示，如顯示射擊爆破效果等，參閱圖10所示。

本實施方式是以電視螢幕4為例進行說明的。可以理解，在其他實施方式中，該方法也可以應用於其其他形式的顯示螢幕，如電腦的顯示螢幕等。

在其他實施方式中，本系統還可以應用於遊戲主機5中，這種情況下，光線槍2將攝取的三維場景影像傳送給遊戲主機5，遊戲主機5在該三維場景影像中偵測螢幕區域，當偵測到螢幕區域時， 計算出該光線槍2在三維空間中的電視螢幕4上的指向位置，並根據該光線槍2的指向位置控制電視螢幕4上的遊戲畫面的顯示。

最後應說明的是，以上實施方式僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施方式對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和範圍。

24‧‧‧光線槍指向位置確定系統

201‧‧‧三維範本建立模組

202‧‧‧影像獲取模組

203‧‧‧顯示螢幕偵測模組

204‧‧‧計算模組

205‧‧‧傳送模組

Claims (10)

1. 一種光線槍指向位置確定系統，該系統包括：影像獲取模組，用於光線槍開始射擊遊戲時，每隔預設時間獲取光線槍上安裝的攝像裝置攝取的場景影像；顯示螢幕偵測模組，用於根據預設的顯示螢幕範本，在獲取的場景影像中偵測螢幕區域；計算模組，用於當在獲取的場景影像中偵測到螢幕區域時，根據該獲取的場景影像的中心點及該偵測到的螢幕區域的大小，計算出光線槍的瞄準點在三維空間中的顯示螢幕上的座標；及傳送模組，用於當該光線槍的控制器被觸發時，將該計算出的座標傳送給遊戲主機，以控制顯示螢幕上遊戲畫面的顯示。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光線槍指向位置確定系統，該系統還包括：三維範本建立模組，用於根據該顯示螢幕中預設的特徵點與攝像裝置的鏡頭之間的距離資訊建立顯示螢幕範本，並將該顯示螢幕範本儲存於光線槍的儲存器中。
3. 如申請專利範圍第2項所述之光線槍指向位置確定系統，所述顯示螢幕偵測模組在獲取的場景影像中偵測螢幕區域包括：從該光線槍儲存器中獲取該預設的顯示螢幕範本，並從該顯示螢幕範本中獲取該顯示螢幕至攝像裝置鏡頭的預設距離、該顯示螢幕的預設寬高比、該顯示螢幕的預設大小；如果該場景影像中存在一個選擇區域同時滿足以下條件：該選擇區域中的預設數目的圖元點到該攝像裝置鏡頭的距離等於該預設距離，該選擇區域的寬高比等於該預設寬高比，且該選擇區域的大小等於該預設大小 ，則判定該選擇區域為螢幕區域。
4. 如申請專利範圍第2項所述之光線槍指向位置確定系統，所述顯示螢幕偵測模組在獲取的場景影像中偵測螢幕區域包括：從該光線槍儲存器中獲取該預設的顯示螢幕範本，並從該顯示螢幕範本中獲取該顯示螢幕至攝像裝置鏡頭的預設距離、該顯示螢幕的預設寬高比、該顯示螢幕的預設大小；如果該場景影像中存在一個選擇區域同時滿足以下條件：該選擇區域中的預設數目的圖元點到該攝像裝置鏡頭的距離與該預設距離的誤差在第一預設範圍內，該選擇區域的寬高比與該預設寬高比的誤差在第二預設範圍內，且該選擇區域的大小與該預設大小的誤差在第三預設範圍內，則判定該選擇區域為螢幕區域，所述第一預設範圍、第二預設範圍及第三預設範圍為誤差容許範圍。
5. 如申請專利範圍第1項所述之光線槍指向位置確定系統，所述計算模組計算光線槍的瞄準點在三維空間中的顯示螢幕上的座標包括：以該偵測到的螢幕區域的預設位置為原點建立座標系，獲取光線槍的瞄準點在該偵測到的螢幕區域中的座標，該光線槍的瞄準點為該獲取的場景影像的中心點；根據該偵測到的螢幕區域的大小與三維空間中顯示螢幕的實際大小之間的比例關係，確定該光線槍的瞄準點在三維空間中的顯示螢幕上的座標。
6. 一種光線槍指向位置確定方法，該方法包括如下步驟：影像獲取步驟，當光線槍開始射擊遊戲時，每隔預設時間獲取光線槍上安裝的攝像裝置攝取的場景影像；顯示螢幕偵測步驟，根據預設的顯示螢幕範本，在獲取的場景影像中偵測螢幕區域； 計算步驟，當在獲取的場景影像中偵測到螢幕區域時，根據該獲取的場景影像的中心點及該偵測到的螢幕區域的大小，計算出光線槍的瞄準點在三維空間中的顯示螢幕上的座標；及傳送步驟，當該光線槍的控制器被觸發時，將該計算出的座標傳送給遊戲主機，以控制顯示螢幕上遊戲畫面的顯示。
7. 如申請專利範圍第6項所述之光線槍指向位置確定方法，該方法還包括：三維範本建立步驟，根據該顯示螢幕中預設的特徵點與攝像裝置的鏡頭之間的距離資訊建立顯示螢幕範本，並將該顯示螢幕範本儲存於光線槍的儲存器中。
8. 如申請專利範圍第7項所述之光線槍指向位置確定方法，所述顯示螢幕偵測步驟包括：從該光線槍儲存器中獲取該預設的顯示螢幕範本，並從該顯示螢幕範本中獲取該顯示螢幕至攝像裝置鏡頭的預設距離、該顯示螢幕的預設寬高比、該顯示螢幕的預設大小；如果該場景影像中存在一個選擇區域同時滿足以下條件：該選擇區域中的預設數目的圖元點到該攝像裝置鏡頭的距離等於該預設距離，該選擇區域的寬高比等於該預設寬高比，且該選擇區域的大小等於該預設大小，則判定該選擇區域為螢幕區域。
9. 如申請專利範圍第7項所述之光線槍指向位置確定方法，所述顯示螢幕偵測步驟包括：從該光線槍儲存器中獲取該預設的顯示螢幕範本，並從該顯示螢幕範本中獲取該顯示螢幕至攝像裝置鏡頭的預設距離、該顯示螢幕的預設寬高比、該顯示螢幕的預設大小；如果該場景影像中存在一個選擇區域同時滿足以下條件：該選擇區域中的預設數目的圖元點到該攝像裝置鏡頭的距離與該預設距離的誤差在第 一預設範圍內，該選擇區域的寬高比與該預設寬高比的誤差在第二預設範圍內，且該選擇區域的大小與該預設大小的誤差在第三預設範圍內，則判定該選擇區域為螢幕區域，所述第一預設範圍、第二預設範圍及第三預設範圍為誤差容許範圍。
10. 如申請專利範圍第6項所述之光線槍指向位置確定方法，所述計算步驟包括：以該偵測到的螢幕區域的預設位置為原點建立座標系，獲取光線槍的瞄準點在該偵測到的螢幕區域中的座標，該光線槍的瞄準點為該獲取的場景影像的中心點；根據該偵測到的螢幕區域的大小與三維空間中顯示螢幕的實際大小之間的比例關係，確定該光線槍的瞄準點在三維空間中的顯示螢幕上的座標。