TWI590644B - 立體匹配系統之前置處理裝置 - Google Patents

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TWI590644B TW101123870A TW101123870A TWI590644B TW I590644 B TWI590644 B TW I590644B TW 101123870 A TW101123870 A TW 101123870A TW 101123870 A TW101123870 A TW 101123870A TW I590644 B TWI590644 B TW I590644B
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Description

立體匹配系統之前置處理裝置
本發明係主張關於2011年11月23日申請之韓國專利案號10-2011-0123178之優先權。藉以引用的方式併入本文用作參考。
本發明關於3D立體影像技術之一前置處理，特別是關於一立體攝影機使用一立體匹配系統之一前置處理裝置。
眾所皆知，人們的視力為獲取周圍環境資訊之感官的一種，透過雙眼可以辨識，以得到物體的位置和距離。亦即，透過雙眼，被視力所接收資訊被結合成距離資訊，以使人們能夠自由移動而不會感到不方便。
所以，利用人的視力結構之機制來實現一立體攝影系統。
在立體攝影系統中，立體匹配係在由兩攝影機所得到之一影像進行。在此情況下，兩攝影機之外部和內部結構是相互不相同的。因此，為使該兩攝影機之內部結構一致，在一習知的立體匹配系統中，前置處理之進行係藉由對該兩攝影機之間的差異而建立之一參考表且應用在參考表的數值至各個攝影機。
然而，因習知之使用參考表的立體匹配系統中需使用複數個非揮發記憶體(ROMs)，造成硬體尺寸增大和硬體價格提升。
本發明係為了解決上述問題。據此，本發明之目係提供一前置處理裝置在一立體匹配系統中，其中，一立體攝影機之權重資訊(weight information)係被提供作為一等值(equal value)，因此可移除非揮發記憶體，且像素之新位址可被即時計算，所以硬體之尺寸和價格能夠降低同時維持相同性能。
依據本發明，提出一種前置處理裝置包含一位址產生器(address generator)作為接收一立體攝影機之座標資訊，和即時指定一影像之像素的新位址；以及一插入器(interpolator)使用該像素之新位址和該立體攝影機之權重資訊，來插入左、右影像。
該座標資訊可包含一左列位置、一左行位置、一右列位置、和一右行位置。
該插入器可包含一左插入器，用來插入該左影像，和一右插入器，用來插入該右影像。
該位址產生器可利用該座標資訊，即時指定該左影像之像素之一新位址，且提供該左影像之像素之被指定的新位址至該左插入器。
該位址產生器可利用該座標資訊，即時指定該右影像之像素之一新位址，且提供該右影像之像素之該被指定的新位址至該右插入器。
該前置處理裝置可進一步包含一第一存儲器，作為儲存自該立體攝影機所接收到的該左、右影像。
該第一存儲器可包含一揮發記憶體。
該權重資訊可被提供作為一預設值至該插入器。
該預設值可大約為0.25。
該插入器可即時接收自該位址產生器之多個像素之一預設數(predetermined number)的新位址，並且將該權重資訊應用之多個像素之該預設數的新位址，以得到該些對應像素之平均值。
該插入器可進一步包含多個第二存儲器，用來儲存像素之預設數之新位址，且即時接收自該位址產生器之位址。
該第二存儲器可包含一揮發記憶體。
綜上所述，在根據本發明之立體匹配系統之前置處理裝置 中，移除使用在習知前置處理裝置之非揮發記憶體，以致於儘可能的減少該系統之尺寸以及降低成本。
此外，一影像係藉由均衡一立體攝影機之權重資訊作為一預設值來修正，因此能簡化一插入器對於修正該影像的計算。
此外，指定該像素之一新位址之運算式(expression)係置換成一等效運算式(equivalent expression)，藉以簡化位址產生的計算。
在下文中，將配合圖示詳細說明本發明之實施例。在此所述之結構與圖示所繪示者，僅為本發明之實施例，其可具有多種變化及修改，並非用以限定本發明。相反的，在此所述之實施例係被提供，以使熟習此項技術者可輕易實現本發明之內容。然而，本發明之揭示可以根據本發明的精神和範疇以不同形式實施，而並不用以限制本發明。
應予理解的是，儘管「第一」、「第二」以及類似的用詞在此可用來描述不同的元件；但這些元件並不限制於此些用詞。這些用詞僅係用以區分各項元件者。因此，下述討論到一「第一」元件時，其亦可被定義為一「第二」元件，而不背離本發明揭示 之精神和範疇。
應予理解的是，當提及一元件係與另一元件「連接」或「耦接」時，則其可以是直接地與另一元件「連接」或「耦接」，或存在中介元件。相反地，當提及一元件是「直接地」與另一元件「連接」或「耦接」時，則其是直接地與另一元件「連接」或「耦接」，而不存在中介元件。
本發明使用之詞語僅係為了說明本發明實施例，而非用以限定本發明。在此處，除非內文有清楚指出其數目，否則單數形式詞「一」、「一種」、「該」係包括複數指稱。
進一步應理解的是，在本發明中所使用「包括」/「包含」/「具有」等詞的程度，係指定說明之功能、總數、步驟、操作、元件、及/或組成部分，但並不排除其他及/或額外的功能、總數、步驟、操作、元件、組成部分、及/或其群組。
在圖示中，為求清晰和便利，層及區域的厚度尺寸係被放大。相同參考的數字將會指定到圖示解說中的相同元件。
在下文中，將首先說明習知前置處理裝置，接著將配合所附圖式，說明根據本發明一實施例之前置處理裝置。
圖1係繪示一習知立體匹配系統之前置處理裝置的配置圖。
在立體匹配系統中之習知前置處理裝置利用修正參數，修 正自兩立體攝影機分別提供之左、右影像(未圖示)，且藉由對齊該左、右影像之極線(epipolar line)而輸出修正後的左、右影像。
習知前置處理裝置包含一前置處理單元100和一非揮發記憶體單元200。非揮發記憶體單元200包含一左列位置存儲器210、一左行位置存儲器220、一左列權重存儲器230、一左行權重存儲器240、一右列位置存儲器250、一右行位置存儲器260、一右列權重存儲器270、和一右行權重存儲器280。
如此，非揮發記憶體單元200儲存包含一左列位置、一左行位置、一右列位置、一右行位置等等之座標資訊，以及包含一左列權重、一左行權重、一右列權重、一右行權重等等之權重資訊。
一左位址產生器110利用儲存在左列和左行位置存儲器210、220之資料，依據下列運算式，來估算一位址。一右位址產生器150利用儲存在右列和右行位置存儲器250、260，依據下列運算式，來估算一位址。
運算式1 x←(u-c' x )/f' x y←(v-c' y )/f' y
運算式2[XYW] T ←R T ×[xy1] T
運算式3 x'←X/W y'←Y/W
運算式4 x"←x'(1+k 1 r 2+k 2 r 4+k 3 r 6)+2p 1 x'y'+p 2(r 2+2x'2) y"←y'(1+k 1 r 2+k 2 r 4+k 3 r 6)+p 1(r 2+2y'2)+2p 2 x'y'
運算式5 map x (u,v)←x"f x +c x map y (u,v)←y"f y +c y
藉由左和右位址產生器110、150分別輸出，該些像素之位址係最後經由運算式5而獲得。
在此情況下，該原始攝影機矩陣係為
其中f x 表示一原始x軸比例因子(scale factor)、f y 表示一原始y軸比例因子、c x 一原始x軸主點(principle point)、和c y 一原始y軸主點。
產生新攝影機矩陣係為
其中f’ x 表示一新x軸比例因子、f’ y 表示一新y軸比例因子、c’ x 表示一新x軸主點、和c’ y 一新y軸主點。
當假設一影像之尺寸係為N×M，u表示從1到N之一x軸像素指數(x-axis pixel index)，以及v表示從1到M之一y軸像素指數。該左和右位址產生器110和150藉由分別得到對應於從(1,1)至(N,M)像素格式之像素的新位址，進行如上述的計算。
在這個情況下，k1、k2、p1、和p2表示失真變數(distortion variables)。
一左權重產生器120利用儲存在左列和行權重儲存器230、240之左列和左行權重而產生一左權重。一右權重產生器160利用儲存在右列和行權重儲存器270、280之右列和右行權重而產生一右權重。
左和右插入器140、180利用分別如上述而產生之左、右位址和左、右權重而插入左、右影像。
然而，因於習知前置處理裝置中，至少需要八個非揮發記憶器，導致該系統之尺寸增加以及成本增加。
為了解決上述習知系統之問題，本發明移除了非揮發記憶 體且提供一揮發記憶體(volatile memory)至一插入器，以使一系統的尺寸儘可能被縮小，以減少計算的複雜度並且節省成本。
圖2係根據本發明之實施例繪示一立體匹配系統之前置裝置的配置圖。
如圖2所示，根據本發明實施例之前置處理裝置包含一位址產生器10、一左影像存儲器20、一右影像存儲器30、一左插入器40、以及一右插入器50。
位址產生器10接收一立體攝影機提供的左、右影像之座標資訊。該立體攝影機之座標資訊包含一左列位置、一左行位置、一右列位置和一右行位置。
位址產生器10利用該左列位置和該左行位置即時指定該左影像之像素的一新位址，並且提供該左影像之像素之被指定的新位址至左插入器40。位址產生器10利用該右列位置和該右行位置即時指定該右影像之像素之一新位址，並且提供該右影像之像素之被指定的新位址至右插入器50。
根據本發明實施例之位址產生器10，藉由將運算式1至5發展成為利用以下運算式6至10表示之等效式，而產生該像素之新位址。
運算式6 x←(u-c' x )/f' x y←(v-c' y )/f' y
在此情況下，於運算式2中，位址產生器10假設R=I。此處，I表示為一相同矩陣(identity matrix)，因此R-1=I。亦即，運算式2發展為以運算式7來表示。
運算式7[XYW] T ←[xy1] T
運算式8 x'←x y'←y
因此，與運算式3相較，運算式8的計算較為簡化。
運算式9 x"←x'(1+k 1 r 2+k 2 r 4)+2p 1 x'y'+p 2(r 2+2x'2) y"←y'(1+k 1 r 2+k 2 r 4)+p 1(r 2+2y'2)+2p 2 x'y'
運算式10 map x (u,v)←x"f x +c x map y (u,v)←y"f y +c y
根據本發明實施例之位址產生器10，藉由省略於運算式4中的r6，而用運算式9表示來簡化計算。因在該立體攝影機之特徵 中，r為一非常小的小數點，故r係為非常小的值，因此，r6可被省略。
因此，考慮到電路複雜化、成本、和功能，該上述之等效式被視為最佳化運算式。
該些像素之新位址係藉由位址產生器10利用運算式10得到之值而最終輸出。
在此情況下，該原始攝影機矩陣係為
其中f x 表示一原始x軸比例因子，f y 表示一原始y軸比例因子，c x 表示x軸一原始主點，和c y 表示一原始y軸主點。
該產生新攝影機矩陣係為
其中f’ x 表示一新x軸比例因子，f’ y 表示一新y軸比例因子，c’ x 表示一新x軸主點，和c’ y 表示y軸主點。在此情況下，k1、k2、p1和p2表示為失真變數。
當假設一影像之尺寸係為N×M，u表示從1至N之一x軸像素指數。v表示從1至M之一y軸像素指數。位址產生器10藉由得到對應於像素格式從(1,1)至(N,M)之像素的新位址而進行如上所述之計算。
該左、右影像存儲器20、30儲存藉由自該立體攝影機(未圖示)而得到分別的左、右影像，且該左、右影像存儲器20、30較佳為揮發記憶體，但不限定於此。
該揮發記憶體為必需有電力才能維持所儲存之資訊的一電腦記憶體，並且也可稱為一暫時記憶體。一隨機存取記憶體(RAM)作為揮發記憶體之代表。
也就是說，該左、右影像存儲器20、30暫時儲存自該立體攝影機(未圖示)輸入之該分別的左、右影像且提供該被儲存的左、右影像至分別的左、右插入器40、50。
在圖1之習知前置處理裝置中，該些立體攝影機之權重資訊，如：左列權重、左行權重、右列權重、和右行權重，分別儲存在左列權重存儲器230、左行權重存儲器240、右列權重存儲器270、和右行權重存儲器280，係被提供於左、右插入器140、180。另一方面，在根據本發明之實施例之該前置處理裝置中，作為左、右權重的預設值(如：0.25)被分別提供至左、右插入器40、50。
左插入器40使用由位址產生器10產生之該像素的新位址和輸入作為一等值的左權重來插入暫時儲存在左影像存儲器20之左影像。右插入器50使用由位址產生器10產生之該像素的新位址和 輸入作為一等值的右權重來插入暫時儲存在右影像存儲器30之右影像。
特別是，左插入器40即時接收自位址產生器10之四個像素(如：上、下、左、右像素)之新位址，該些被接收的四個像素之新位址被儲存於一揮發記憶體單元(未圖式)，以及權重資訊係被應用於該些像素被儲存的新位址，因此得到該相對像素之一平均值。右插入器50即時接收自位址產生器10之四個像素(如：上、下、左、右像素)之新位址，該些被接收的四個像素之新位址被儲存於一揮發記憶體單元(未圖式)，以及權重資訊係被應用於該些像素被儲存的新位址，因此得到該相對像素之一平均值。本發明之實施例中，該相同值係被提供於該左、右權重。
圖3係藉由該習知立體匹配系統之前置處理裝置之一修正後輸出影像的實例圖。圖4根據本發明之實施例，係藉由該立體匹配系統之該前置裝置，繪示一修正後輸出影像的實例圖。圖3和圖4分別繪示左、右影像。
如圖3、圖4所示，根據本發明之實施例之前置處理裝置中，就算移除儲存該權重資訊之非揮發記憶體，權重資訊可同樣地被儲存，且與習知前置處理裝置相比較，計算可被簡化。無論如何，由此可看出，藉由根據本發明實施例之前置處理裝置實施 而得之修正後影像結果幾乎與藉由習知前置處理裝置實施而得之修正後影像結果相同。
雖然參考實施例之許多說明性實施例來描述實施例，但僅用以描述特定實施例而非限制本發明之範疇。熟悉此項技術者將可以理解，在本發明技術精神及所附申請專利範圍之範疇內，所主張之各種變化及修改為可能的。
10‧‧‧位址產生器
20‧‧‧左影像存儲器
30‧‧‧右影像存儲器
40‧‧‧左插入器
50‧‧‧右插入器
100‧‧‧前置處理單元
110‧‧‧左位址產生器
120‧‧‧左權重產生器
130‧‧‧左影像非揮發記憶體
140‧‧‧左插入器
150‧‧‧右位址產生器
160‧‧‧右權重產生器
170‧‧‧右影像非揮發記憶體
180‧‧‧右插入器
200‧‧‧非揮發記憶體單元
210‧‧‧左列位置存儲器
220‧‧‧左行位置存儲器
230‧‧‧左列權重存儲器
240‧‧‧左行權重存儲器
250‧‧‧右列位置存儲器
260‧‧‧右行位置存儲器
270‧‧‧右列權重存儲器
280‧‧‧右行權重存儲器
圖1係繪示一習知立體匹配系統之前置處理裝置的配置圖。
圖2係根據本發明之實施例繪示一立體匹配系統的前置裝置之一配置圖。
圖3係藉由習知立體匹配系統之前置處理裝置之一修正後輸出影像的實例圖。
圖4根據本發明之實施例，係藉由立體匹配系統之前置裝置，繪示一修正後輸出影像的實例圖。
10‧‧‧位址產生器
20‧‧‧左影像存儲器
30‧‧‧右影像存儲器
40‧‧‧左插入器
50‧‧‧右插入器

Claims (9)

  1. 一種前置處理裝置，包含：一位址產生器，作為接收一立體攝影機之座標資訊且即時指定一影像之一像素之一新位址；以及一左插入器及一右插入器，利用該像素之該新位址和提供作為一預設值至該左插入器及該右插入器的該立體攝影機之權重資訊(weigh information)，分別用來插入左影像和右影像，其中每一該左插入器及該右插入器更包含多個第二存儲器，作為儲存即時接收自該位址產生器之位址的多個像素之該預設數之該新位址，其中每一該左插入器及該右插入器包含一揮發記憶體，以及其中該左插入器及該右插入器分別接收自該位址產生器之上像素、下像素、左像素及右像素之新位址，接收的上像素、下像素、左像素及右像素之新位址儲存於每一該左插入器及該右插入器的該揮發記憶體中，該權重資訊係被應用於該上像素、下像素、左像素及右像素被儲存的新位址。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之前置處理裝置，其中該座標資訊 包含一左列位置、一左行位置、一右列位置、和一右行位置。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之前置處理裝置，其中該左插入器插入該左影像；以及該右插入器插入該右影像。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之前置處理裝置，其中該位址產生器即時指定利用該座標資訊之該左影像之該像素之一新位址，並且提供該左影像之該像素之該被指定的新位址至該左插入器。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之前置處理裝置，其中該位址產生器即時指定利用該座標資訊之該右影像之該像素之一新位址，並且提供該右影像之該像素之該被指定的新位址至該右插入器。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之前置處理裝置，其中更包含一第一存儲器，作為儲存自該立體攝影機接收到的該左影像和該右影像。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之前置處理裝置，其中該第一存儲器包含一揮發記憶體。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之前置處理裝置，其中該預設值係約為0.25。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之前置處理裝置，其中該插入器即時接收自該位址產生器之多個像素之一預設數之新位址，並且應用該權重資訊於多個像素之該預設數之該新址，以得到對應該些像素之一平均值。
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