TWI473497B - 物件追蹤裝置與應用物件追蹤裝置之互動影像播放系統，及相關方法 - Google Patents

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Description

物件追蹤裝置與應用物件追蹤裝置之互動影像播放系統，及相關方法
本發明有關於一種物件追蹤裝置與應用物件追蹤裝置之互動影像播放系統，及相關方法，特別是指一種可根據感測影像播放裝置所播放之特定圖案，以校正互動影像播放裝置所播放影像的物件追蹤裝置與應用物件追蹤裝置之互動影像播放系統，及相關方法。
第1圖顯示一種先前技術之應用物件追蹤裝置100之互動影像播放系統控制流程圖。如第1圖所示，物件追蹤裝置100包含影像感測器10、演算電路20、以及處理電路30。影像感測器10感測使用者手持特定物件之動作(例如使用者手持可發出紅外光的指標棒(pointer stick)，影像感測器10感測該指標棒之位置與停留時間)，將結果輸入演算電路20；演算電路20根據感測的影像與時間，處理後將結果輸入處理電路30；處理電路30再將要播放的影像資料輸入影像播放裝置40；影像播放裝置40即可播放與手持特定物件之動作相關的特定影像，而產生互動的效果。
以上先前技術常會遇到的問題如第2圖所示。第2圖顯示影像播放裝置40接收預設影像資料101，但因為影像播放裝置40設置的位置、鏡頭的曲率、投影位置不平整或其他原因所產生的變形等，播放影像102相較於預設影像資料101間，會產生移位、變形、改變大小、傾斜以及旋轉等；另外，感測器10的可視範圍103與播放裝置40的播放範圍104的位置、大小、與傾斜與旋轉角度經常也有所不同，如第2圖所示。而 上述的兩種問題，會使得播放的影像與手持特定物件之間產生誤差，造成欠佳的互動效果，因此，往往需要經由校正的程序，來改善上述的問題。
先前技術之應用物件追蹤裝置100之互動影像播放系統的校正程序，如第3圖所示意。影像播放裝置40依序投射特定圖案，如圖中所示之十字形記號，此時，使用者手持紅外光指標棒50，配合指向所投射之十字形記號，影像感測器10感測紅外光指標棒50頂端所發出之紅外光，將感測結果輸入演算電路20；演算電路20根據感測的影像，處理後將演算結果輸入處理電路30；處理電路30比較該演算結果與預設資料，如此反覆實施，以完成計算紅外光指標棒50位置與影像投射位置之誤差並執行校正。
上述校正程序需要以人工方式，反覆配合指向播放裝置40依序所投射特定圖案，為使互動影像播放的準確度提高，需要花費長時間以校正數十個投影的位置，十分繁瑣。
有鑑於此，本發明即針對上述先前技術之不足，提出一種物件追蹤裝置與應用物件追蹤裝置之互動影像播放系統，及相關方法。
本發明的目的之一在提供一種物件追蹤裝置。
本發明的另一目的在提供一種應用物件追蹤裝置之互動影像播放系統。
本發明的再一目的在提供一種互動影像校正方法。
為達上述之目的，就其中一個觀點而言，本發明提供了 一種物件追蹤裝置，根據一特定物件之動作，產生一控制訊號輸入一影像播放裝置，以播放與該特定物件之動作相關的影像，該物件追蹤裝置包含：一影像感測器，用以偵測該影像播放裝置所播放之至少一特定圖案，以產生至少一感測影像；一演算電路，用以對該感測影像進行處理，以產生一包括位置座標之演算資料；以及一處理電路，用以產生一預設影像資料，並根據該預設影像資料產生該特定圖案，該處理電路將該演算資料與該預設影像資料比較，以產生一校正值。
就另一觀點而言，本發明提供了一種應用物件追蹤裝置之互動影像播放系統，包含：一影像播放裝置；以及一物件追蹤裝置，根據一特定物件之動作，產生一控制訊號輸入該影像播放裝置，以播放與該特定物件之動作相關的特定影像，該物件追蹤裝置包括：一影像感測器，用以偵測至少一特定圖案，以產生至少一感測影像；一演算電路，用以對該感測影像進行處理，以產生一包括位置座標之演算資料；以及一處理電路，用以產生一預設影像資料，並根據該預設影像資料產生該特定圖案，該處理電路將該演算資料與該預設影像資料比較，以產生一校正值。
就另一觀點而言，本發明提供了一種應用物件追蹤裝置之互動影像校正方法，該物件追蹤裝置根據一特定物件之動作，產生一控制訊號輸入一影像播放裝置，以播放與該特定物件之動作相關的特定影像，該應用物件追蹤裝置之互動影像校正方法包含：利用該影像播放裝置，根據一預設影像資料而播放至少一特定圖案；利用一影像感測器偵測該至少一 特定圖案，以產生至少一感測影像；對該感測影像進行處理，以產生一包括位置座標之演算資料；以及比較該演算資料與該預設影像資料，以產生一校正值，用以校正該控制訊號、該影像感測器、或該影像播放裝置。
在其中一種實施型態中，該處理電路根據該校正值轉換計算該演算資料為該控制訊號。
就另一觀點而言，本發明提供了一種互動影像校正方法，包含：根據一中心點預設影像資料，在一播放範圍內播放一中心點特定圖案；偵測該中心點特定圖案，以產生一感測影像；對該感測影像進行處理，以產生一中心點演算資料；比較該中心點演算資料與該中心點預設影像資料，以產生一校正值；以及根據該校正值，調整使該中心點演算資料與該中心點預設影像資料相符。
就另一觀點而言，本發明提供了一種互動影像校正方法，包含：根據複數邊界預設影像資料，在一播放範圍內播放複數邊界特定圖案；偵測該複數邊界特定圖案，以產生感測影像；對該感測影像進行處理，以產生複數邊界演算資料；比較該複數邊界演算資料與該複數邊界預設影像資料，以產生一校正值；以及根據該校正值，調整使該複數邊界演算資料與該複數邊界預設影像資料相符。
底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。
本發明中的圖式均屬示意，主要意在表示元件間的結構 與功能關係，而非限定元件之形狀或其間之比例關係。
請參閱第4圖，顯示本發明之基本概念的控制流程圖。物件追蹤裝置200包含影像感測器12、演算電路22、以及處理電路32。影像感測器12感測使用者手持特定物件之動作，例如但不限於可發出紅外光的指標棒之位置與停留時間，將結果輸入演算電路22；演算電路22根據感測的影像與時間，處理後將結果輸入處理電路32；處理電路32再根據處理結果，產生控制訊號，輸入影像播放裝置40；影像播放裝置40根據控制訊號，即可播放與手持特定物件之動作相關的特定影像，而產生互動的效果。其中，影像播放裝置40例如但不限於為投影機或顯示螢幕。
與先前技術不同的是，於執行校正程序時，本發明並不需要人為進行繁瑣的定位與校準。本發明的校正方式如下：處理電路32產生預設影像資料，並根據該預設影像資料而產生特定圖案，由影像播放裝置40播放，其中該預設影像資料例如但不限於可為多個座標點，所述特定圖案例如但不限於為：依序(指預設之任何順序，亦可以為隨機之次序)或是同時播放如第5圖中所示之十字形記號，或是播放其他任何形狀大小的特定圖案，其中該特定圖案之中心點或其他特定點對應於該預設影像資料。影像感測器12偵測影像播放裝置40所播放之特定圖案，以產生感測影像，輸入演算電路22；影像感測器12對特定圖案的偵測亦可為依序或同時進行。演算電路22對感測影像進行處理，以產生包括位置座標之演算資料，輸入處理電路32。請參閱第6圖，在較佳實施型態中，此演算資料不需要包含完整的影像資料，而例如僅需包 含所偵測到特定圖案(即感測影像)的中心點或其他特定點(例如邊緣)的位置座標，以節省運算量。回到第5圖，處理電路32將演算資料與預設影像資料比較，以產生校正值，用以校正控制訊號、影像感測器12、或影像播放裝置40。當然，預設影像資料不限於為多個座標點，亦可包含特定圖案的預設大小、形狀、波長、等等資訊，而演算資料亦可包含對應的資訊以供比對。此外，播放裝置40所播放之特定圖案亦不必須佈滿整個播放範圍，只要蒐集到足夠資料即可減少特定圖案數量以減少運算量。
詳言之，由於前述影像播放裝置40與感測器12的種種問題，會使得所播放的特定圖案經感測時產生移位、變形、改變大小、傾斜以及旋轉等誤差，此誤差將反映在演算資料與預設影像資料間，而本發明可不需經由手動繁瑣的校正程序，根據處理電路32對演算資料與預設影像資料之比較，自動校正控制訊號、影像感測器12、或影像播放裝置40；或是提供校正控制訊號、影像感測器12、或影像播放裝置40的資訊。
所謂的校正，可包含但不限於調整控制訊號，或以機械或電子等方式調整影像感測器12與影像播放裝置40，以使影像播放裝置40播放之特定影像，更符合使用者的預期。機械調整影像感測器12與影像播放裝置40的方式，例如但不限於為調整影像感測器12與影像播放裝置40的鏡頭的位置、角度等。電子調整影像感測器12與影像播放裝置40的方式，例如但不限於為調整影像感測器12與影像播放裝置40的焦距、可視範圍、播放影像範圍、解析度等。
另外，影像播放裝置40所播放之特定圖案，可包含特定範圍波長之光線，例如但不限於為紅光、黃光、藍光等等。並且，影像感測器12可更包括加裝濾片13(參第5圖)於感測的鏡頭，用以過濾特定範圍波長以外之其他光線，如此，可增加校正結果的準確度。當然，所述之濾片13並非限制於單一濾片，亦可以但不限於利用手動或自動的方式，切換不同濾片。例如，校正時可裝設藍光濾片，以增加影像播放裝置40例如播放藍色特定圖案時之辨識度；但當正常操作時，例如以發出紅外光之光筆操作系統時，則將濾片13以手動或自動方式切換為紅外光濾片等。
第7圖顯示本發明的一個更具體實施例，說明應用本發明實施互動影像播放裝置所播放影像的校正程序。如圖所示，播放裝置40之播放範圍為204，而影像感測器12之可視範圍為203。於播放範圍204中，將複數個預設影像資料201，經由播放裝置40，播放為複數特定圖案202。當播放範圍204產生如圖所示之變形時，利用影像感測器12感測各特定圖案202(可搭配特定範圍波長濾片)，所得感測影像經由演算電路與處理電路後，可計算出各特定圖案202相較於預設影像資料201的變形程度，亦即可計算出校正值。如此，即可利用控制伺服馬達，以及調整參數設定等方式，來調整影像感測器12與影像播放裝置40的機械位置或相關參數設定，以達成校正的目的。當使用者手持特定物件指向播放範圍204之任一位置時，影像播放裝置40即可根據校正值，投射出正確的特定影像，以搭配使用者的動作。
除以上所述之校正外，播放裝置40之播放範圍204與影 像感測器12之可視範圍203，兩者間可能還有其他問題；例如，可視範圍203可能不完全涵蓋播放範圍204，或是兩者間有大幅平移、旋轉或其他誤差。對此，本發明亦提出解決方案。第8-9圖說明應用本發明解決上述問題的校正程序。如第8圖所示，可預設一中心點預設影像資料205(不必須為絕對正中心)，而播放裝置40將其播放為中心點特定圖案206。當播放範圍204相較於可視範圍203具有位移時，播放範圍204之中心點特定圖案206與可視範圍203中心點207之間亦具有如圖中虛線箭頭所示意之位移，此時，利用影像感測器12感測中心點特定圖案206，所得感測影像經由演算電路與處理電路後，得到中心點演算資料，與中心點預設影像資料205比較可計算出中心點特定圖案206相較於可視範圍203中心點207的位移。如此，即可計算出適當的校正值，並根據該校正值加以調整，使播放範圍204的中心點特定圖案206落在可視範圍203的中心點207(亦即使中心點演算資料與中心點預設影像資料205相符)，調整方式例如可利用控制伺服馬達，以及調整參數設定等，來調整影像感測器12與影像播放裝置40的機械位置或相關參數設定，或是顯示調整資訊以供使用者參考。
顯示調整資訊以供使用者參考的具體實施方式，例如但不限於將中心點預設影像資料205，播放為中心點特定圖案206(可以為單點或多點)，另外將影像感測器12所偵測到的中心點特定圖案206，並由演算電路與處理電路計算之後的結果，將其圖案與位置(未示出)播放出來，然後由使用者自行移動或校正(亦可放大或縮小)播放範圍204或/與可視範圍 203，以使上述兩圖案重疊；當然亦可利用程式判斷上述兩圖案的相對位置與大小，然後提示移動方向或校正方法。
第9圖顯示本發明的另一個更具體實施例，說明應用本發明對旋轉或傾斜角度的校正程序。如圖所示，對應於播放範圍204的大致邊界(可為角落、角落附近、邊界、或邊界附近，而不必須緊接邊界或角落)，可安排邊界預設影像資料208，經由播放裝置40，播放為邊界特定圖案209。首先，當可視範圍203內不能捕捉到邊界特定圖案209時，即表示可視範圍203過小，而可藉由反饋調整方式放大可視範圍203或縮小播放範圍204。當可視範圍203內可找到邊界特定圖案209時，若播放範圍204相較於可視範圍203具有如圖所示意之傾斜或旋轉角度，利用影像感測器12感測邊界特定圖案209，所得感測影像經由演算電路與處理電路後，得到邊界演算資料，與邊界預設影像資料比較可計算出邊界特定圖案209相較於邊界預設影像資料208的校正值。如此，在水平和垂直方向上調整可視範圍203或播放範圍204後，即可使邊界特定圖案209落在播放範圍中與邊界預設影像資料208相符的位置，亦即使邊界演算資料與邊界預設影像資料相符，調整方式例如可利用控制伺服馬達，以及調整參數設定等，來調整影像感測器12與影像播放裝置40的機械位置或相關參數設定，或是顯示調整資訊以供使用者參考。
需說明的是，以一般的應用而言，可視範圍203之大小較佳地略大於播放範圍204之大小，這是因為如此的設定，一方面可使影像感測器12感測到所有播放範圍204內的手持特定物件動作，另一方面又可有效率地利用感測器12的解 析度。而在第9圖的校正過程中，因最終使邊界特定圖案209落在與邊界預設影像資料208相符的位置，故可視範圍203與播放範圍204間的相對大小關係也自然地最佳化。
在執行校正時，第8圖與第9圖的校正程序可以任意次序單次或多次反覆進行，直至中心點與邊界都調整為最佳為止。
第10A-10C圖顯示本發明的另一個更具體實施例，本實施例舉例說明如何應用本發明，根據校正值轉換計算演算資料為控制訊號，使得影像播放裝置40根據控制訊號，播放與手持特定物件50之動作相關的特定影像，以使所產生互動的效果，更加符合使用者的預期。
如第10A圖所示，物件追蹤裝置200包含影像感測器12、演算電路22、以及處理電路32。影像感測器12感測使用者手持特定物件50之動作，例如但不限於可發出紅外光的指標棒之位置與停留時間，將結果輸入演算電路22；演算電路22根據感測的影像與時間，處理後將結果輸入處理電路32；處理電路32再根據處理結果，產生控制訊號，輸入影像播放裝置40；影像播放裝置40根據控制訊號，即可播放與手持特定物件之動作相關的特定影像，而產生互動的效果。其中，影像播放裝置40例如但不限於為投影機或顯示螢幕；可視子範圍2031與播放子範圍2041分別為可視範圍203與播放範圍204之子範圍；且可視範圍203例如但不限於包含了複數個可視子範圍2031，分別根據不同之校正值對應至播放範圍204中複數播放子範圍2041。
首先，影像感測器12所偵測到的指標棒位置之可視子範 圍2031，根據其校正值，對應轉換至播放範圍204中之特定播放子範圍2041。接著，如第10B圖所示，例如將可視子範圍2031之端點A、B、C、D，以虛擬的格線，在水平方向之線段AB與線段CD，與垂直方向之線段AC與線段BD，分別區分為N等分與M等分。當手持特定物件50，發出紅外光，在水平方向上，偵測其位置最接近的格線，以此推算出該手持特定物件50發出紅外光在水平位置上大約n%的位置。以相似方式，推算出該手持特定物件50發出紅外光在垂直位置上大約m%的位置。
如第10C圖所示，例如將播放子範圍2041之端點A’、B’、C’、D’，以虛擬的格線，在水平方向之線段A’B’與線段C’D’，與垂直方向之線段A’C’與線段B’D’，分別區分為N等分與M等分。以上述所推算出之可視子範圍2031水平位置上大約n%的位置，與垂直位置上大約m%的位置；對應至播放子範圍2041之水平位置上大約n%的位置，與垂直位置上大約m%的位置，於該位置上播放相關的影像，例如但不限於如第10C圖所示之黑點。
以上已針對較佳實施例來說明本發明，唯以上所述者，僅係為使熟悉本技術者易於了解本發明的內容而已，並非用來限定本發明之權利範圍。例如，播放裝置40不限於如圖所示之投影裝置，亦可以為如液晶螢幕之顯示裝置。又如，邊界特定圖案209，除位於播放範圍204之左上角與右下角外，可位於播放範圍204邊界或邊界附近其他位置。在本發明之相同精神下，熟悉本技術者可以思及各種等效變化，均應包含在本發明的範圍之內。
10,12‧‧‧影像感測器
13‧‧‧濾片
20,22‧‧‧演算電路
30,32‧‧‧處理電路
40‧‧‧影像播放裝置
50‧‧‧紅外光指標棒
100,200‧‧‧物件追蹤裝置
201,101‧‧‧預設影像資料
102‧‧‧播放影像
203,103‧‧‧可視範圍
204,104‧‧‧播放範圍
202‧‧‧特定圖案
205‧‧‧中心點預設影像資料
206‧‧‧中心點特定圖案
207‧‧‧中心點
208‧‧‧邊界預設影像資料
209‧‧‧邊界特定圖案
2031‧‧‧可視子範圍
2041‧‧‧播放子範圍
A,B,C,D,A’,B’,C’,D’‧‧‧端點
n%,m%‧‧‧位置百分比
第1圖顯示一種先前技術之應用物件追蹤裝置之互動影像播放系統控制流程圖。
第2圖顯示先前技術之播放影像相較於預設影像資料，產生移位、變形、改變大小、傾斜以及旋轉等問題。
第3圖顯示先前技術之應用物件追蹤裝置之互動影像播放系統的校正程序。
第4圖顯示本發明之基本概念的控制流程圖。
第5圖顯示本發明之基本概念的實施例。
第6圖示意影像感測器12偵測影像播放裝置40所播放之特定圖案。
第7圖顯示本發明的一個更具體實施例。
第8圖顯示本發明的另一個更具體實施例。
第9圖顯示本發明的另一個更具體實施例。
第10A-10C圖顯示本發明的另一個更具體實施例。
200‧‧‧物件追蹤裝置
12‧‧‧影像感測器
22‧‧‧演算電路
32‧‧‧處理電路
40‧‧‧影像播放裝置

Claims (11)

  1. 一種應用物件追蹤裝置之互動影像校正方法，該物件追蹤裝置根據一特定物件之動作，產生一控制訊號輸入一影像播放裝置，以播放與該特定物件之動作相關的特定影像，其中該特定物件提供在第一預設的波長範圍內的光線，該應用物件追蹤裝置之互動影像校正方法包含：利用該影像播放裝置，根據一預設影像資料，在第二預設的波長範圍內，播放至少一特定圖案；利用一影像感測器偵測該至少一特定圖案，以產生至少一感測影像以供進行影像誤差校正；對該供進行影像誤差校正之感測影像進行處理，以產生一包括位置座標之演算資料；以及比較該演算資料與該預設影像資料，以產生一校正值，用以校正該控制訊號、該影像感測器、或該影像播放裝置；其中，該第一預設的波長範圍不同於該第二預設的波長範圍。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之應用物件追蹤裝置之互動影像校正方法，其中該演算資料包括該供進行影像誤差校正之感測影像之中心點或邊緣之位置座標。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之應用物件追蹤裝置之互動影像校正方法，其中該預設影像資料包括：對應於該影像播放裝置所播放範圍之大致中心點、或對應於播放範圍之大致邊界之影像資料。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之應用物件追蹤裝置之互動影像校正方法，其中該播放至少一特定圖案之步驟，包括分別於不同時間點播放至少一特定圖案。
  5. 申請專利範圍第1項所述之應用物件追蹤裝置之互動影像校正方法，更包含：根據該校正值轉換計算該演算資料為該控制訊號。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之互動影像校正方法，其中播放至少一個預設的圖案的步驟，包括同時播放預設複數圖案。
  7. 一種互動影像校正方法用以校正一互動影像，其中該互動影像由第一預設波長範圍的光線所形成，包含：根據一中心點預設影像資料，藉著第二預設的波長範圍內的光線播放一中心點特定圖案；偵測該中心點特定圖案，以產生一感測影像以供進行像誤差校正；對該供進行影像誤差校正之感測影像進行處理，以產生一中心點演算資料；比較該中心點演算資料與該中心點預設影像資料，以產生一校正值；以及根據該校正值，調整使該中心點演算資料與該中心點預設影像資料相符；其中，該第一預設的波長範圍不同於該第二預設的波長範圍。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之互動影像校正方法，更包含：根據複數邊界預設影像資料，藉著第二預設的波長範圍內的光線播放複數邊界特定圖案；偵測該複數邊界特定圖案，以產生該供進行影像誤差校正之感測影像；對該供進行影像誤差校正之感測影像進行處理，以產生複數 邊界演算資料；比較該複數邊界演算資料與該複數邊界預設影像資料，以產生一校正值；以及根據該校正值，調整使該複數邊界演算資料與該複數邊界預設影像資料相符。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之互動影像校正方法，其中該播放至少一特定圖案之步驟，包含：同時播放該對應於該影像播放裝置所播放範圍之大致中心點或對應於播放範圍之大致邊界的影像資料所對應之特定圖案。
  10. 一種互動影像校正方法用以校正一互動影像，其中該互動影像由第一預設波長範圍的光線所形成，包含：根據複數邊界預設影像資料，在一第二預設的波長範圍內的光線形成，播放複數邊界特定圖案；偵測該複數邊界特定圖案，以產生感測影像作為影像誤差校正；對該感測影像作為影像誤差校正進行處理，以產生複數邊界演算資料；比較該複數邊界演算資料與該複數邊界預設影像資料，以產生一校正值；以及根據該校正值，調整使該複數邊界演算資料與該複數邊界預設影像資料相符；其中，該第一預設的波長範圍不同於該第二預設的波長範圍。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之互動影像校正方法，其中預設複數邊界的圖案同時播放。
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