TWI637353B - 測量裝置及測量方法 - Google Patents
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Abstract
一種測量方法，適用與一三維影像進行搭配，三維影像具有複數個三維定位點，包含：藉由一第一攝像單元拍攝一目標部位，以取得一二維影像；分析二維影像，並於二維影像中定義出複數個二維定位點；將此些二維定位點與複數個三維定位點進行對應，以產生一三維模型；於二維影像中接收一起點資訊及一終點資訊；透過三維模型且於此些三維定位點之中找出對應起點資訊及終點資訊的一第一位置資訊及一第二位置資訊，並計算第一位置資訊與第二位置資訊之間的一數據資訊；以及輸出數據資訊。
Description
本案是有關於一種測量裝置及測量方法。
隨著電子商務的發展，幾乎所有商品都可以透過網路購買，例如，購買者可以在網路商城中購買眼鏡、衣服或穿戴式電子產品。然而，因為購買者沒有經過實際試穿或比對過商品，因此商品常常會有尺寸不合的問題。
本案提供一種測量裝置，適用與一三維影像進行搭配，三維影像具有複數個三維定位點，包含：一第一攝像單元、一分析模組、一對應模組、一輸入模組、一測量模組及一輸出模組。
第一攝像單元用以提供一二維影像。分析模組用以分析二維影像，並於二維影像中定義出複數個二維定位點。
對應模組，用以將此些二維定位點與此些三維定位點進行對應，以產生一三維模型。輸入模組用以於二維影像中接收一起點資訊及一終點資訊。
測量模組透過三維模型且於此些三維定位點之中找出對應起點資訊及終點資訊的一第一位置資訊及一第二位置資訊，並計算第一位置資訊與第二位置資訊之間的一數據資訊，以及一輸出模組，用以輸出數據資訊。
本案亦提供一種測量方法，適用與一三維影像進行搭配，三維影像具有複數個三維定位點，包含：藉由一第一攝像單元拍攝一目標部位，以取得一二維影像；分析二維影像，並於二維影像中定義出複數個二維定位點；將此些二維定位點與複數個三維定位點進行對應，以產生一三維模型；於二維影像中接收一起點資訊及一終點資訊；透過三維模型且於此些三維定位點之中找出對應起點資訊及終點資訊的一第一位置資訊及一第二位置資訊，並計算第一位置資訊與第二位置資訊之間的一數據資訊；以及輸出數據資訊。
綜上，本案所述之測量方法及測量裝置藉由將多個二維定位點與多個三維定位點進行對應，以產生三維模型，並可由此三維模型得知其所呈現之任兩個三維定位點之間的目標部位之
特定位置的數據資訊，相較於平面上的測量，藉由測量三維定位點之間的數據資訊，可更準確地測量此人體特定部位的數據資訊。此外，測量裝置可應用於線上訂購產品，其可將此數據資訊傳送給商家，故使用者無需親臨商家現場，亦可以達到使商家依據此人體特定部位的數據資訊，以生產客製化商品之功效。
100‧‧‧測量裝置
110‧‧‧儲存單元
120‧‧‧第二攝像單元
130‧‧‧第一攝像單元
140‧‧‧分析模組
150‧‧‧對應模組
160‧‧‧輸入模組
170‧‧‧測量模組
180‧‧‧輸出模組
210~270‧‧‧步驟
200‧‧‧測量方法
300‧‧‧二維影像
a~f‧‧‧二維定位點
400‧‧‧三維模型
a’~f’‧‧‧三維定位點
為讓本揭示內容之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖示之說明如下：第1圖為根據本案一實施例繪示的一種測量裝置的方塊圖；第2圖為根據本案一實施例繪示的一種測量方法的流程圖；第3圖為根據本案一實施例繪示的一種二維影像的示意圖；以及第4圖為根據本案一實施例繪示的一種三維模型的示意圖。
請參閱第1圖，第1圖為根據本案一實施例繪示的一種測量裝置100的方塊圖。於一實施例
中，測量裝置100包含第一攝像單元130、分析模組140、對應模組150、輸入模組160、測量模組170及輸出模組180。於一實施例中，測量裝置100更包含第二攝像單元120及儲存單元110。
於一實施例中，第一攝像單元130為一般用以拍攝出平面畫面的攝像單元(如智慧型手機的攝像單元)。
於一實施例中，第二攝像單元120為一深度攝像單元(如深度攝影機)。
其中，第二攝像單元120和第一攝像單元130與一般攝影機的不同之處在於，第一攝像單元130係將真實世界的三維空間影像儲存成二維X-Y軸的平面畫面，而第二攝像單元120則可測量出每一個影像點和第二攝像單元120之間的Z軸距離，因此儲存的是三維的空間資訊。
於一些實施例中，第二攝像單元120包含至少兩個鏡頭，此兩個鏡頭可分別擷取影像，並透過現有的影像處理演算法以比較兩者影像的差異，即能得到影像點深度的Z軸資訊。
於一些實施例中，第二攝像單元120可透過將紅外線發射至拍攝目標，藉由反射回來的資訊計算各反射點與第二攝像單元120之間的距離。
於一實施例中，分析模組140、對應模組150、測量模組170可以分別或合併由微控制單元
(microcontroller)、微處理器(microprocessor)、數位訊號處理器(digital signal processor)、特殊應用積體電路(application specific integrated circuit，ASIC)或一邏輯電路以實現之。
於一實施例中，輸入模組160及輸出模組180可以分別或由同一使用者介面實現之。例如，使用者透過一使用者介面輸入一資訊，於測量裝置100依據此資訊進行運算後，將結果由此使用者介面或另一使用者介面顯示出來。
於一實施例中，儲存單元110可用以儲存一資料庫，藉由資料庫以儲存各種資料，儲存單元110可由記憶體、硬碟、隨身碟記憶卡等裝置以實施。
接著，請一併參閱第2~4圖，第2圖為根據本案一實施例繪示的一種測量方法200的流程圖。第3圖為根據本案一實施例繪示的一種二維影像300的示意圖。第4圖為根據本案一實施例繪示的一種三維模型400的示意圖。須注意的是，本發明下述實施例皆可由第1圖的測量裝置100實現之，此外，測量方法200的各步驟之先後次序並不限於下述實施例，可依據實際系統實作進行調整。
於一實施例中，測量裝置100可藉由第二攝像單元120拍攝目標部位，以取得三維影像及此
三維影像的多個三維定位點a’~f’，並儲存此三維影像及此些三維定位點a’~f’至儲存單元110。
須注意的是，於一些實施例中，測量裝置100中不包含第二攝像單元120，於此情況下，測量裝置100只需取得目標部位的三維影像及此三維影像的多個三維定位點a’~f’即可。例如，當測量裝置100為智慧型手機時，其可能只具備第一攝像單元130，但不具備有第二攝像單元120，因此測量裝置100透過與外部的第二攝像單元120(如放置於某特定地點的深度攝影機)建立有線或無線通訊，以取得第二攝像單元120所拍攝得的目標部位的三維影像及此三維影像的多個三維定位點a’~f’，並將此些資訊存入儲存單元110。
於另一實施例中，測量裝置100中包含第一攝像單元130及第二攝像單元120，於此情況下，測量裝置100可直接由其內部的第二攝像單元120取得目標部位的三維影像及此三維影像的多個三維定位點a’~f’。
換言之，目標部位的三維影像及此三維影像的多個三維定位點a’~f’等資訊可以在進入以下步驟230之前被測量裝置100取得即可。
於一實施例中，目標部位可以是指臉部、手指、手臂、四肢或指整個人體，然，本發明並不限於此，只要是人體的各部位皆可進行量測。於
下述的實施例中，目標部位以臉部為例作為說明。
於一實施例中，第二攝像單元120可拍攝使用者的臉部，在拍攝的同時掃描臉部各點的深度資訊及/或其紅光、綠光、藍光的亮度資訊，以取得臉部的三維影像及此三維影像的多個三維定位點a’~f’。
於一些實施例中，第二攝像單元120可透過現有的人臉辨識演算法(例如特徵點擷取、膚色資訊、輪廓資訊)以取得臉部的多個三維定位點，例如可以為68個三維定位點(如第4圖所示，此些點皆為三維定位點)。
於步驟210中，藉由第一攝像單元130提供一二維影像300。
例如，第3圖所示，第一攝像單元130(智慧型手機的攝像單元)用以拍攝人臉(即目標部位)的正面、側面或斜側面，以取得二維影像300。
於步驟220中，分析模組140用以分析二維影像300，並於二維影像300中定義出多個二維定位點a~f(如第3圖所示)。
於一實施例中，測量裝置100可事先將多個人臉特徵儲存於人臉特徵資料庫中，因此，分析模組140可由此人臉特徵資料庫中，取得多個人臉特徵，將此些人臉特徵與二維影像300進行比
對，以定義出此些二維定位點a~f，並且可取得此些二維定位點a~f於二維影像300中所對應的多個二維標示座標，例如，二維定位點a於二維影像300中的座標(X，Y)為(100，110)，二維定位點b於二維影像300中的座標(X，Y)為(120，110)。
於一實施例中，此些二維定位點a~f各自代表臉部中的五官定點，例如為內眼角、外眼角、左嘴角、右嘴角...等五官定點。
此外，本發明並不限於此，亦可應用其餘現有的臉部辨識演算法，以找出此些二維定位點a~f。
須注意的是，第3圖中僅繪示定點a~f作為二維定位點的示意方式，於一些例子中，分析模組140可取得更多二維定位點，例如可以取得68個二維定位點。
於步驟230中，對應模組150用以將多個二維定位點a~f與多個三維定位點a’~f’進行對應，以產生三維模型400。
於一實施例中，此三維模型400用以呈現與此些二維定位點a~f對應的此些三維定位點a’~f’。
舉例而言，如第4圖所示，對應模組150用以將二維定位點a~f與三維定位點a’~f’進行對應，
以產生三維模型400，並於此三維模型400上顯示此些三維定位點a’~f’。
其中，每組對應的二維定位點(例如二維定位點e)及與三維定位點(例如三維定位點e’)代表此人臉的同一位置(例如為左嘴角)。
換言之，於此步驟中，可將二維定位點a~f映射(mapping)到三維定位點a’~f’，以產生三維模型400。
由於第二攝像單元120(如深度影像攝影機)之於一般使用者較為取得不易，藉由上述步驟，使用者僅需事先藉由第二攝像單元120拍攝一次三維影像，並將三維影像及三維定位點a’~f’儲存於儲存單元110。
於後續過程中，使用者僅需以隨手可取得的第一攝像單元130(如智慧型手機的攝像單元)以各種角度拍攝人臉，以取得二維影像300後，即可藉由對應模組150(例如以智慧型手機的處理器以實現之)將二維影像300上的二維定位點a~f映射到已知的三維定位點a’~f’，以產生三維模型400(例如在智慧型手機的顯示器上顯示三維模型400)。其中，智慧型手機可由儲存單元110取得已知的三維定位點a’~f’。
於一實施例中，儲存單元110位於雲端伺服器中，而對應模組150係由智慧型手機的處理器
以實現；因此，智慧型手機可透過網路，從雲端伺服器的儲存單元110中，下載已知的三維定位點a’~f’，並進行運算。
以下更具體的敘述對應模組150將二維影像300上的二維定位點a~f映射到已知的三維定位點a’~f’，以產生三維模型400的實施方式。
於一實施例中，第4圖的三維模型400所呈現之此些三維定位點a’~f’各自對應至三維標示座標，例如，三維定位點a’於三維模型400中的座標(X，Y，Z)為(100，110，200)，三維定位點b’於三維模型400中的座標(X，Y，Z)為(120，110，205)。
於一實施例中，對應模組150用以旋轉二維影像300、平移二維影像300或調整二維影像300之大小，以將此些二維定位點a~f與此些三維定位點a’~f’進行對應。
於一實施例中，對應模組150更用以依據一相機內部校正參數，以將此些二維定位點a~f與此些三維定位點a’~f’進行對應。
於一實施例中，對應模組150可藉由相機的透視投影模型(perspective projection model)，以將此些二維定位點a~f與此些三維定位點a’~f’進行對應。
於一實施例中，當三維定位點在一個全域參考畫面(world reference frame)中的數量為n時，對應模組150可依據其所對應的二維定位點、相機內部校正參數及六自由度(6 DOF pose)等資訊，以透過旋轉或移動方式將二維定位點與三維定位點進行對應，其中，相機的透視投影模型如下：sp c =K[R|T]p w 其中，p w =[x y z 1] T 為一齊次世界定點(homogeneous world point)，符號x、符號y及符號z分別代表相機位置至此點所形成的真實世界座標係，符號x代表X軸座軸標位置，符號y代表Y座標軸位置，而符號z代表Z座標軸位置，p c =[u v 1] T 為對應齊次影像定點，符號u為二維X-Y平面影像於X軸之位置，符號v為二維X-Y平面影像於Y軸之位置，符號K為相機內部校正參數的一矩陣，符號s為一比例因素(scale factor)，符號R及符號T分別為相機所需之三維旋轉量及三維移動量，由此可得到下列函式：
其中，符號fx及符號fy為比例焦點長度，符號γ為傾斜參數，有時此傾斜參數被設置為0，符號(u0,v0)為主要定點。藉由上述函式，可藉由二維
定位點、相機內部校正參數及六自由度(6 DOF pose)等資訊，以透過旋轉或移動方式將二維定位點與三維定位點進行對應。
符號R包含X軸、Y軸、Z軸之旋轉係數γ11~γ33，假設求得旋轉X軸角度為α、旋轉Y軸角度為β，而旋轉Z軸角度為γ。符號R定義如下列函示：
其中，算式T=[t 1 t 2 t 3] T 中的符號t1、t2、t3分別代表X軸之位移量、Y軸之位移量及Z軸之位移量。藉由sp c =K[R|T]p w 一式，使二維定位點a~f(p c )二維影像座標系總共六點代入與已知的三維定位點a’~f’(p w )三維真實世界坐標系總共六點對應，利用最小二乘法(Generalized Least Square)求得R及T，藉此修正二維定位點a~f座標系之二維位置，並獲取三維模型中任兩點之長度作為真實世界之長度(即取得數據資訊)。
然，本發明並不僅限於此，只要是可將二維定位點與三維定位點進行對應的演算法皆可應用於此步驟中。
於步驟240中，輸入模組160於二維影像300中接收一起點資訊及一終點資訊。例如，起點資訊為左眼之內眼角定位點，終點資訊為右眼之內眼角定位點。
於一實施例中，使用者可在第4圖所示的三維模型400中，選取任意兩個三維定位點，作為起點資訊及終點資訊。例如，使用者選擇三維定位點a’作為起點資訊，並選擇三維定位點b’作為終點資訊。又例如，使用者選擇三維定位點c’作為起點資訊，並選擇三維定位點d’作為終點資訊。
於步驟250中，測量模組170透過三維模型且於此些三維定位點之中找出對應起點資訊及終點資訊的一第一位置資訊及一第二位置資訊，並計算第一位置資訊與第二位置資訊之間的一數據資訊。
於步驟260中，輸出模組180用以輸出數據資訊。
例如，當使用者選擇三維定位點a’作為起點資訊，並選擇三維定位點b’作為終點資訊時，測量模組170計算起點資訊(三維定位點a’)的位置資訊與終點資訊(三維定位點b’)的位置資訊之間的數據資訊。藉此，使用者可以得知其臉部的左右兩個內眼角的眼距(例如為2公分)。其中，位置資訊可以是指三維標示座標。
又例如，當使用者選擇三維定位點c’作為起點資訊，並選擇三維定位點d’作為終點資訊時，測量模組170用以計算起點資訊(三維定位點c’)與終點資訊(三維定位點d’)之間的數據資訊。藉此，使用者可以得知其臉部的左右兩個外眼角的眼距(例如為18公分)。
由此可知，使用者只要三維模型400中，選取任意兩個三維定位點，作為起點資訊及終點資訊，即可得知此兩點間的實際數據資訊(例如為長度)。
於一些實施例中，上述步驟220~270可以藉由一應用程式(APP)以執行之，此應用程式可安裝於一智慧型裝置(如平板、手機或其他電子裝置)中。因此，使用者可透過此智慧型裝置拍攝二維影像300，並分析此二維影像300中的多個二維定位點a~f，再由此智慧型裝置至儲存單元110(例如為一手機的儲存單元或雲端儲存單元)中，讀取出已知的多個三維定位點a’~f’，並將此二維影像300中的此些二維定位點a~f與此些三維定位點a’~f’進行對應，即可在智慧型裝置上產生三維模型400。
使用者透過智慧型裝置的輸入模組160以指定三維模型400上任兩點三維定位點(起點資訊及終點資訊)後，智慧型裝置的測量模組170可算出
此起點資訊及此終點資訊之間的數據資訊，並由輸出模組180顯示此數據資訊。藉此，測量裝置100可以讓使用者得知其臉部(或身體)之特定區段的數據資訊。
於一些實施例中，當使用者透過可執行上述測量方法的應用程式，以購買商品(如眼鏡)時，可透過建立三維模型的方式，以測量目標部位(如臉部)之特定位置(如內眼距)的數據資訊，當使用者取得此數據資訊後，可以將此數據資訊傳送到商家的伺服器，或是利用應用程式自動上傳此數據資訊給商家的伺服器，藉此可讓商家選擇適合使用者的產品尺寸，以達到客製化的效果。
綜上，本案所述之測量方法及測量裝置藉由將多個二維定位點與多個三維定位點進行對應，以產生三維模型，並可由此三維模型得知其所呈現之任兩個三維定位點之間的目標部位之特定位置的數據資訊，相較於平面上的測量，藉由測量三維定位點之間的數據資訊，可更準確地測量此人體特定部位的數據資訊。此外，測量裝置可應用於線上訂購產品，其可將此數據資訊傳送給商家，故使用者無需親臨商家現場，亦可以達到使商家依據此人體特定部位的數據資訊，以生產客製化商品之功效。
雖然本案已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本案，任何熟習此技藝者，在不脫離本案之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本案之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
Claims (10)
- 一種測量裝置，適用與一三維影像進行搭配，該三維影像具有複數個三維定位點，包含：一第一攝像單元，用以提供一二維影像；一分析模組，用以分析該二維影像，並於該二維影像中定義出複數個二維定位點；一對應模組，用以將該些二維定位點與該些三維定位點進行對應，以產生一三維模型，並於該三維模型上顯示該些三維定位點；一輸入模組，用以於該二維影像中接收一起點資訊及一終點資訊；一測量模組，透過該三維模型且於該些三維定位點之中找出對應該起點資訊及該終點資訊的一第一位置資訊及一第二位置資訊，並計算該第一位置資訊與該第二位置資訊之間的一數據資訊；以及一輸出模組，用以輸出該數據資訊。
- 如請求項1所述之測量裝置，其中，該分析模組由一人臉特徵資料庫中取得複數個人臉特徵，將該些人臉特徵與該二維影像進行比對，以找出該些二維定位點於該二維影像中所對應的複數個二維標示座標。
- 如請求項1所述之測量裝置，更包含： 一儲存單元；以及一第二攝像單元，用以提供該三維影像，並將該三維影像儲存於該儲存單元。
- 如請求項1所述之測量裝置，其中，該對應模組用以旋轉該二維影像、平移該二維影像或調整該二維影像之大小，以將該些二維定位點與該些三維定位點進行對應。
- 如請求項4所述之測量裝置，其中，該對應模組更用以依據一相機內部校正參數，以將該些二維定位點與該些三維定位點進行對應。
- 一種測量方法，適用與一三維影像進行搭配，該三維影像具有複數個三維定位點，包含：攝像單元藉由一第一攝像單元拍攝一目標部位，以取得一二維影像；分析該二維影像，並於該二維影像中定義出複數個二維定位點；將該些二維定位點與該些三維定位點進行對應，以產生一三維模型，並於該三維模型上顯示該些三維定位點；於該二維影像中接收一起點資訊及一終點資訊；透過該三維模型且於該些三維定位點之中找出對應該起點資訊及該終點資訊的一第一位置資訊及一第二位置資訊，並計算該第一位置資訊與該 第二位置資訊之間的一數據資訊；以及輸出該數據資訊。
- 如請求項6所述之測量方法，更包含：由一人臉特徵資料庫中取得複數個人臉特徵，將該些人臉特徵與該二維影像進行比對，以找出該些二維定位點於該二維影像中所對應的複數個二維標示座標。
- 如請求項6所述之測量方法，更包含：藉由一第二攝像單元提供該三維影像。
- 如請求項6所述之測量方法，更包含：旋轉該二維影像、平移該二維影像或調整該二維影像之大小，以將該些二維定位點與該些三維定位點進行對應。
- 如請求項9所述之測量方法，更包含：依據一相機內部校正參數，以將該些二維定位點與該些三維定位點進行對應。
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