專利名稱：產生影像轉換矩陣的方法、影像轉換方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發明是有關于一種影像轉換技術，且特別是有關于一種即時轉換影像，并使轉換的影像具有近似立體效果的二維影像轉換技術。
背景技術：
電子產品時常使用到使用者介面中的圖示或者顯示照片、影片等二維 (two-dimensional, 2D)影像。部分電子產品會對影像進行旋轉、移動、縮放等三維 (three-dimensional, 3D)轉換，讓使用者欣賞與瀏覽影像時更為方便，或增加新奇感。現有的三維影像轉換技術主要是利用商用軟件來處理影像，如開放圖形程序庫(Open Graphics Library, OpenGL)等，其可讓影像具有景深、剛體旋轉(solid body rotation)、立體縮放等三維影像效果。但是通過開放圖形程序庫之類的復雜軟件來處理影像時，必須額外增加處理器、存儲器、緩沖器等等許多元件，因而增加成本。此外，利用軟件來處理影像所需的時間較長，因而難以即時性地轉換影像。另一種轉換影像的方式便是通過硬件裝置來處理二維影像。目前的影像處理裝置雖然相對簡單，成本較低，但是僅可將影像作二維的平面旋轉、縮放等影像處理，并未包含三維影像轉換的功能。

發明內容
本發明提供一種影像轉換方法，通過投影至二維平面的三維旋轉矩陣所計算得到的影像轉換矩陣與其反矩陣，便可使用二維轉換的硬件架構，讓轉換后的影像具有近似立體縮放、變形與旋轉的效果。以另一觀點而言，本發明提供一種影像轉換裝置，通過投影至二維平面的三維旋轉矩陣所計算得到的影像轉換矩陣與其反矩陣，便可使用二維轉換的硬件架構，讓轉換后的影像具有近似立體縮放、變形、位移與旋轉的效果。本發明提出一種影像轉換方法，其包括下列步驟。首先，利用影像轉換矩陣將來源影像的多個端點來源位置轉換至目標影像的多個端點目標位置，以界定來源影像轉換至目標影像的區域。之后依據影像轉換矩陣的反矩陣，將目標影像內的目標位置計算產生對應目標位置的來源位置，而上述來源位置位于來源影像中。然后，依據來源影像中的來源位置與最接近來源位置的預設數量的來源像素以產生像素數據。以及，將上述像素數據作為目標位置的目標像素值，以產生目標影像。其中，上述目標影像顯示于顯示單元中。在本發明的一實施例中，產生該像素數據的步驟包括利用上述來源像素作內插計算，以產生像素數據。在本發明的一實施例中，上述預設數量為一，而且產生像素數據的步驟包括直接使用最接近來源位置的來源像素的像素值作為像素數據。在本發明的一實施例中，上述影像轉換矩陣依據二維旋轉矩陣與仿射轉換矩陣求得，且二維旋轉矩陣是將三維旋轉角度組成的三維旋轉矩陣投影至二維平面所產生。
4
在本發明的一實施例中，上述影像轉換矩陣為二維旋轉矩陣與仿射轉換矩陣的乘積。在本發明的一實施例中還包括下列步驟將目標影像覆蓋于背景影像上，以產生混合影像，其中混合影像顯示于顯示單元中。在本發明的一實施例中，將目標影像內的目標位置計算產生對應目標位置的來源位置還包括下列步驟首先檢查來源位置是否位于來源影像內。當來源位置并沒有位于來源影像內時，將對應目標位置的像素數據設定為預設的背景像素值。當來源位置位于來源影像內時，則接續步驟，依據來源影像中的來源位置與最接近來源位置的預設數量的來源像素，藉以產生像素數據。于另一角度來看，本發明提出一種影像轉換裝置，其包括影像轉換單元與輸出單元。影像轉換單元依據三維旋轉角度產生三維旋轉矩陣，并將三維旋轉矩陣投影于二維平面以產生二維旋轉矩陣，且依據二維旋轉矩陣與仿射轉換矩陣，利用目標影像內的目標位置來計算產生對應目標位置的來源位置，其中，來源位置位于來源影像中。并且，依據來源影像中的來源位置與最接近來源位置的預設數量的來源像素，藉以產生像素數據。輸出單元接收像素數據以作為目標位置的目標像素值，藉以產生目標影像，其中目標影像顯示于顯示單元中。在本發明的一實施例中，上述影像轉換單元將二維旋轉矩陣與仿射轉換矩陣相乘以計算求得影像轉換矩陣，接著再計算求得影像轉換矩陣的反矩陣，且利用反矩陣與目標位置計算來產生來源位置。在本發明的一實施例中，影像轉換裝置還包括邊緣計算單元，其利用影像轉換矩陣將來源影像的多個端點來源位置轉換至目標影像的多個端點目標位置，以界定來源影像轉換至目標影像的區域。在本發明的一實施例中，影像轉換裝置還包括影像混合單元，其將目標影像覆蓋于背景影像上，以產生混合影像，其中，上述混合影像顯示于顯示單元中。以另一觀點而言，本發明提出一種產生影像轉換矩陣的方法，其包括下列步驟首先，利用三維旋轉角度產生三維旋轉矩陣。接著，將三維旋轉矩陣投影于二維平面，以產生二維旋轉矩陣。之后，依據二維旋轉矩陣與仿射轉換矩陣計算求得影像轉換矩陣。以及，計算求得影像轉換矩陣的反矩陣，其中，當獲得來源影像時，便可依據反矩陣與來源影像來產生目標影像，以使目標影像顯示于顯示單元中。并且，目標影像中目標位置的目標像素值可利用對應目標位置中來源位置的像素值來產生，從而藉以產生目標影像，而來源位置位于來源影像中。在本發明的一實施例中，影像轉換方法還包括下列步驟通過影像轉換矩陣將來源影像的多個端點來源位置轉換至目標影像的多個端點目標位置，以界定來源影像轉換至目標影像的區域。基于上述，本發明實施例利用投影至二維平面的三維旋轉矩陣與仿射矩陣所計算得到的影像轉換矩陣與其反矩陣，可通過目標影像內的目標位置來計算得到來源影像內的來源位置以產生對應的像素值，使得影像轉換不需緩沖器而可即時顯示影像。與此同時，亦可在二維的轉換架構中，讓轉換后的目標影像具有近似立體轉換的效果。




圖1是依照本發明第圖2是依照本發明第圖3是依照本發明第圖4是依照本發明第圖5是依照本發明第圖6是依照本發明第附圖標號
100,400 影像轉換裝置 110:影像轉換單元 120 輸出單元 130 邊緣計算單元 150 顯示單元 460 影像混合單元 BA 邊界區域
實施例的一種影像轉換裝置的方塊圖； 實施例的來源影像轉換至目標影像的示意圖實施例的一種影像轉換方法的流程圖； 實施例的一種影像轉換裝置的方塊圖； 實施例的混合影像方法的示意圖； 實施例的一種影像轉換方法的流程圖。
BI 背景影像 DI 目標影像 DP:目標位置 MI 混合影像 SI 來源影像 SP 來源位置
TM 影像轉換矩陣 E1、E2、E3、E4 來源影像的四個端點來源位置
El'、E2'、E3'、‘ E4'對應來源影像的目標影像的四個端點來源位置
TM-1 影像轉換矩陣的反矩陣
RA 邊界區域與目標影像之間的斜線區域
S310 S390 影像轉換方法的步驟
S610 S640 影像轉換方法的步驟
具體實施例方式為讓本發明的上述特征和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合所附圖式作詳細說明如下。請參考圖1與圖2，圖1是依照本發明第一實施例的一種影像轉換裝置100的方塊圖，圖2是依照本發明第一實施例的來源影像SI轉換至目標影像DI的示意圖。影像轉換裝置100包括影像轉換單元110與輸出單元120。影像轉換單元110依據三維旋轉角度產生三維旋轉矩陣，將三維旋轉矩陣投影于二維平面以產生二維旋轉矩陣。并且，影像轉換單元110依據二維旋轉矩陣與仿射轉換矩陣，由目標影像DI內的目標位置DP以計算產生對應目標位置DP的來源位置SP，其中來源位置SP位于來源影像SI中。此外，影像轉換單元 110依據來源位置SP與最接近來源位置SP的來源像素以產生像素數據。輸出單元120接收像素數據作為目標位置DP的目標像素值，以產生目標影像DI，而目標影像DI可顯示于顯示單元150中。于本實施例中，影像轉換裝置100還包括邊緣計算(bound-boxingcalculation) 單元130，其利用上述的影像轉換矩陣將來源影像SI的端點來源位置轉換至對應的目標影像DI的端點目標位置，以界定來源影像SI轉換至目標影像DI的轉換區域。為了使本領域具有通常知識者能更加了解本發明，在此說明本發明實施例的影像轉換方法的運作流程與原理，請同時參照圖1、圖2與圖3。圖3是依照本發明第一實施例的影像轉換方法的流程圖。其中，影像轉換裝置100用以執行圖3的影像轉換方法。本實施例的目標是利用影像轉換矩陣TM與其反矩陣TM—1將來源影像SI即時性地轉換為目標影像DI。其中，影像轉換矩陣TM是由三維旋轉矩陣Id投影至二維平面的二維旋轉矩陣Tai以及仿射轉換矩陣AT的乘積，因此讓轉換的影像可以具有近似立體的效果。并且，由于來源位置SP可利用影像轉換矩陣TM轉換至目標位置DP上，目標位置DP便可通過影像轉換矩陣TM的反矩陣TM—1以反向計算求得來源位置SP。如此一來，影像轉換裝置100便不需額外增加緩沖器來暫存影像，而可直接利用影像轉換矩陣TM的反矩陣TM—1來計算每個位于目標影像DI的目標位置DP的像素值，以即時產生目標影像DI。上述的三維旋轉矩陣Id由三維旋轉角度所組成。仿射轉換矩陣AT則包含來源影像SI轉換至目標影像DI的縮放、剛體變形與位置移動的諸多參數，這些參數與旋轉角度可依據使用者的需求來設定。舉例而言，影像轉換單元110可依據使用者所給定的參數與旋轉角度來產生影像轉換矩陣TM，亦可通過影像轉換單元110內預設的參數與旋轉角度來產生影像轉換矩陣TM。在此詳細說明影像轉換方法的流程。于步驟S310中，影像轉換裝置100中的影像轉換單元110首先依據三維旋轉角度以產生三維旋轉矩陣T3D。三維旋轉角度于本實施例中包括X軸旋轉角度α、γ軸旋轉角度β與ζ軸旋轉角度θ。三維旋轉矩陣T3d如方程式 (1)與(2)所示

由方程式(1)可看出，三維旋轉矩陣Id于本實施例中是Z軸旋轉矩陣RMZ、Y軸旋轉矩陣RMy與X軸旋轉矩陣RMx的乘積。X軸旋轉矩陣RMx表示自直角坐標系的原點指向來源位置SP的來源向量V(未繪示)對于X軸旋轉X軸旋轉角度α，Y軸旋轉矩陣RMy則表示來源向量V對于Y軸旋轉Y軸旋轉角度β，而Z軸旋轉矩陣RMz則表示來源向量V對于 Z軸旋轉Z軸旋轉角度θ。方程式O)為將方程式(1)的Z軸旋轉矩陣RMZ、Y軸旋轉矩陣 RMy與X軸旋轉矩陣RMx相乘所展開的三維旋轉矩陣T3D。接著進入步驟S320，影像轉換單元110將三維旋轉矩陣Id投影至二維平面，以產生二維旋轉矩陣T211，這樣就能使用二維架構達到近似三維的轉換效果。于本實施例中，三維旋轉矩陣Id投影至二維平面的步驟是將三維旋轉矩陣T3d的第一行第三列、第二行第三列、 第三行第一列與第三行第二列的運算子設為"0"，以及將三維旋轉矩陣Id的第三行第三列的運算子設為"1"，以求得二維旋轉矩陣T2D。二維旋轉矩陣Tai如方程式C3)所示
權利要求
1.一種影像轉換方法，其特征在于，所述的影像轉換方法包括依據一影像轉換矩陣將一來源影像的多個端點來源位置轉換至一目標影像的多個端點目標位置，以界定所述來源影像轉換至所述目標影像的區域；依據所述影像轉換矩陣的反矩陣，將所述目標影像內的一目標位置計算產生對應所述目標位置的一來源位置，其中所述來源位置位于所述來源影像中；依據所述來源影像中的所述來源位置與最接近所述來源位置的一預設數量的來源像素以產生一像素數據；以及將所述像素數據作為所述目標位置的一目標像素值，以產生所述目標影像，其中所述目標影像顯示于一顯示單元中。
2.如權利要求1所述的影像轉換方法，其特征在于，產生所述像素數據的步驟包括利用上述來源像素作內插計算，以產生所述像素數據。
3.如權利要求1所述的影像轉換方法，其特征在于，所述預設數量為一，而且產生所述像素數據的步驟包括直接使用最接近所述來源位置的所述來源像素的像素值作為所述像素數據。
4.如權利要求1所述的影像轉換方法，其特征在于，所述影像轉換矩陣依據一二維旋轉矩陣與一仿射轉換矩陣求得，且所述二維旋轉矩陣是將一三維旋轉角度組成的一三維旋轉矩陣投影至二維平面所產生。
5.如權利要求4所述的影像轉換方法，其特征在于，所述仿射轉換矩陣包括一X軸縮放參數、一 Y軸縮放參數、一 X軸變形參數、一 Y軸變形參數、一 X軸移動參數與一 Y軸移動參數。
6.如權利要求4所述的影像轉換方法，其特征在于，所述影像轉換矩陣為所述二維旋轉矩陣與所述仿射轉換矩陣的乘積。
7.如權利要求1所述的影像轉換方法，其特征在于，所述的影像轉換方法還包括將所述目標影像覆蓋于一背景影像上，以產生一混合影像，其中所述混合影像顯示于所述顯示單元中。
8.如權利要求1所述的影像轉換方法，其特征在于，將所述目標影像內的一目標位置計算產生對應所述目標位置的一來源位置還包括檢查所述來源位置是否位于所述來源影像內；當所述來源位置并沒有位于所述來源影像內，將對應所述目標位置的像素數據設定為預設的背景像素值；當所述來源位置位于所述來源影像內，則依據所述來源影像中的所述來源位置與最接近所述來源位置的一預設數量的來源像素以產生一像素數據。
9.一種影像轉換裝置，其特征在于，所述的影像轉換裝置包括一影像轉換單元，依據一三維旋轉角度產生一三維旋轉矩陣，將所述三維旋轉矩陣投影于二維平面以產生一二維旋轉矩陣，依據所述二維旋轉矩陣與一仿射轉換矩陣，由一目標影像內的一目標位置以計算產生對應所述目標位置的一來源位置，其中所述來源位置位于一來源影像中，并且依據所述來源影像中的所述來源位置與最接近所述來源位置的一預設數量的來源像素以產生一像素數據；以及一輸出單元，接收所述像素數據作為所述目標位置的一目標像素值，以產生所述目標影像，其中所述目標影像顯示于一顯示單元中。
10.如權利要求9所述的影像轉換裝置，其特征在于，所述影像轉換單元將所述二維旋轉矩陣與所述仿射轉換矩陣相乘以計算求得一影像轉換矩陣，再計算求得所述影像轉換矩陣的一反矩陣，并且利用所述反矩陣與所述目標位置計算產生所述來源位置。
11.如權利要求10所述的影像轉換裝置，其特征在于，所述的影像轉換裝置還包括 一邊緣計算單元，其利用所述影像轉換矩陣將所述來源影像的多個端點來源位置轉換至所述目標影像的多個端點目標位置，以界定所述來源影像轉換至所述目標影像的區域。
12.如權利要求9所述的影像轉換裝置，其特征在于，所述的影像轉換裝置還包括 一影像混合單元，將所述目標影像覆蓋于一背景影像上，以產生一混合影像，其中所述混合影像顯示于所述顯示單元中。
13.—種產生影像轉換矩陣的方法，其特征在于，所述產生影像轉換矩陣的方法包括 利用一三維旋轉角度產生一三維旋轉矩陣；將所述三維旋轉矩陣投影于二維平面，以產生一二維旋轉矩陣；依據所述二維旋轉矩陣與所述仿射轉換矩陣計算求得一影像轉換矩陣；以及計算求得所述影像轉換矩陣的一反矩陣，其中，當獲得一來源影像時，依據所述反矩陣與所述來源影像來產生一目標影像，以使所述目標影像顯示于一顯示單元中，且所述目標影像的一目標位置的一目標像素值利用對應所述目標位置的一來源位置的像素值來產生，藉以產生所述目標影像，所述來源位置位于所述來源影像中。
14.如權利要求13所述的方法，其特征在于，所述的方法還包括通過所述影像轉換矩陣將所述來源影像的多個端點來源位置轉換至所述目標影像的多個端點目標位置，以界定所述來源影像轉換至所述目標影像的區域。
全文摘要
本發明提供一種產生影像轉換矩陣的方法、影像轉換方法及其裝置，該影像轉換裝置依據三維旋轉角度產生一三維旋轉矩陣。并且，將三維旋轉矩陣投影于二維平面，以產生二維旋轉矩陣。以及，依據二維旋轉矩陣與仿射轉換矩陣，由目標影像內的目標位置以計算產生對應目標位置的來源位置。其中，來源位置位于來源影像中，且仿射轉換矩陣用以將目標影像位移、縮放與剛體變形。依據來源位置與最接近來源位置的來源像素以產生像素數據。接收像素數據作為目標位置的目標像素值以產生目標影像。
文檔編號H04N13/02GK102238313SQ201010167009
公開日2011年11月9日 申請日期2010年4月22日 優先權日2010年4月22日
發明者方建翔, 紀富中, 高世璋 申請人:揚智科技股份有限公司