呈现鱼眼相机影像的方法

摘要

本发明为一种呈现鱼眼相机影像的方法，系利用一具有同心对称图案的校正物件来辅助参数化相机，而确知其失真中心、焦距常数与投射模式等相机光学参数，因此，在影像平面影像点相对于失真中心的方位可直接反映出其空间中对应视野线的光轴偏折角α与光轴围绕角方，故经由正规化影像点到一影像小球表面；再根据地图制作学中将地球仪球面资讯转换为平面形式地图的技术来重新映射影像小球上的影像资讯，可以针对相机的视野范围内感兴趣的区域选择适当的投射方式转换影像。本发明中揭露的影像转换方法简单且成本低，适用于各种投射机制的相机，可以转换鱼眼相机影像为各种特定格式的影像，例如：接近人类视觉感知外型的透视投射影像，且在实用应用上，可以让转换后的影像保有良好的传真度(fidelity)。

主权项

1.一种呈现鱼眼相机影像的方法,系利用一参数化鱼眼相机已确知的复数个光学参数,包括一失真中心(principal point)、一焦距常数(focal length constant)与一投射模式(projection function),来转换该参数化鱼眼相机所摄取之一原始影像为一转换影像;该方法包含有:计算该原始影像上一影像点(imaged point)与该失真中心的相对距离为一像高(principal distance),并且定义对应该影像点的一光轴围绕角(azimuthal distance);根据该像高、该焦距常数与该投射模式,演算对应该影像点的一光轴偏折角(zenithal distance);根据该光轴偏折角与该光轴围绕角正规化该影像点于一影像小球(small sphere)表面,是为一正规化影像点(normalized imaged point);以及套用地图制作学(cartography)中一地图投影(mapprojection)方式,投射该正规化影像点于一投影面(projection surface)上,是为一转换影像点(transformedimaged point),集合所有该转换影像点而形成该转换影像。2.如申请专利范围第1项所述之呈现鱼眼相机影像的方法,其中该地图投影方式的架构系取决于四个要素,包括:一光源的方位(light-source position)、该投影面的型式(projection surface)、该投影面的方向(orientation of the projection surface)以及该投影面与该影像小球间的接触关系(tangency of the projectionsurface)。3.如申请专利范围第2项所述之呈现鱼眼相机影像的方法,其中该光源的方位系为选自一日晷投影(gnomonic projection)、一立体图形投影(stereographic projection)与一正交图形投影(orthographicprojection)组合的其中之一。4.如申请专利范围第2项所述之呈现鱼眼相机影像的方法,其中该投影面的型式系为选自一圆柱面(cylinder)、一圆锥面(cone)与一平面(plane)组合的其中之一。5.如申请专利范围第2项所述之呈现鱼眼相机影像的方法,其中该投影面的方向系为选自正规投影(normal projection)、倾斜投影(oblique projection)与横向投影(transverseprojection)组合的其中之一。6.如申请专利范围第2项所述之呈现鱼眼相机影像的方法,其中该投影面与该影像小球间的接触关系系为选自相切投影(tangent projection)与相割投影(secant projection)组合的其中之一。7.如申请专利范围第1项所述之呈现鱼眼相机影像的方法,其中该光轴偏折角系为该参数化鱼眼相机之一光学轴与成像该影像点之一入射线的夹角。8.如申请专利范围第1项所述之呈现鱼眼相机影像的方法,其中该光轴围绕角系为该影像点以一本初子午线(prime meridian)或该本初子午线的一映射(mapping domain of the prime meridian)为参考基准,环绕该参数化鱼眼相机之一光学轴所形成的夹角。9.如申请专利范围第1项所述之呈现鱼眼相机影像的方法,其中该影像小球的中心系位于该参数化鱼眼相机的一投影中心(viewpoint)。10.如申请专利范围第1项所述之呈现鱼眼相机影像的方法,其中该影像点系位于该原始影像中的一使用者自订区域(user-defined area)内。11.一种呈现鱼眼相机影像的方法,系利用一参数化鱼眼相机已确知的复数个光学参数,包括一失真中心(principal point)、一焦距常数(focal length constant)与一投射模式(projectionfunction),来转换该参数化鱼眼相机所摄取之一影像点为一正规化影像点(normalized imaged point),该方法包含有:计算该影像点(imaged point)与该失真中心的相对距离为一像高(principal distance),并且定义对应该影像点的一光轴围绕角(azimuthal distance);根据该像高、该焦距常数与该投射模式,演算对应该影像点的一光轴偏折角(zenithal distance);以及根据该光轴偏折角与该光轴围绕角正规化该影像点于一影像小球(small sphere)表面,即为该正规化影像点。12.如申请专利范围第11项所述之呈现鱼眼相机影像的方法,其中该光轴偏折角系为该参数化鱼眼相机之一光学轴与成像该影像点之一入射线的夹角。13.如申请专利范围第11项所述之呈现鱼眼相机影像的方法,其中该光轴围绕角系为该影像点以一本初子午线(prime meridian)或该本初子午线的一映射(mapping domain of the prime meridian)为参考基准,环绕该参数化鱼眼相机之一光学轴所形成的夹角。14.如申请专利范围第11项所述之呈现鱼眼相机影像的方法,其中该影像小球的中心系位于该参数化鱼眼相机的一投影中心(viewpoint)。15.一种呈现鱼眼相机影像的方法,系利用一参数化鱼眼相机已确知的复数个光学参数,包括一失真中心(principal point)、一焦距常数(focal length constant)与一投射模式(projection function),来转换该参数化鱼眼相机所摄取之一原始影像为一环场影像(panorama),该方法包含有:计算该原始影像上一影像点(imaged point)与该失真中心的相对距离为一像高(principal distance),并且定义对应该影像点的一光轴围绕角(azimuthal distance);根据该像高、该焦距常数与该投射模式,演算对应该影像点的一光轴偏折角(zenithal distance);根据该光轴偏折角与该光轴围绕角正规化该影像点于一影像小球(small sphere)表面,是为一正规化影像点(normalized imaged point);以及套用地图制作学(cartography)中一日晷投影(gnomonicprojection)方式,投射该正规化影像点于一圆柱面(cylindrical surface)上,是为一转换影像点(transformedimaged point),集合所有该转换影像点而形成该环场影像。16.如申请专利范围第15项所述之呈现鱼眼相机影像的方法,其中该圆柱面的方向(orientation ofthe cylindrical surface)系为选自正规投影(normalprojection)、倾斜投影(oblique projection)与横向投影(transverse projection)组合的其中之一。17.如申请专利范围第15项所述之呈现鱼眼相机影像的方法,其中该圆柱面与该影像小球间的接触关系(tangency of thecylindrical surface)系为选自相切投影(tangent projection)与相割投影(secant projection)组合的其中之一。18.如申请专利范围第15项所述之呈现鱼眼相机影像的方法,其中该光轴偏折角系为该参数化鱼眼相机之一光学轴与成像该影像点之一入射线的夹角。19.如申请专利范围第15项所述之呈现鱼眼相机影像的方法,其中该光轴围绕角系为该影像点以一本初子午线(prime meridian)或该本初子午线的一映射(mapping domain of the prime meridian)为参考基准,环绕该参数化鱼眼相机之一光学轴所形成的夹角。20.如申请专利范围第15项所述之呈现鱼眼相机影像的方法,其中该影像小球的中心系位于该参数化鱼眼相机的一投影中心(viewpoint)。21.如申请专利范围第15项所述之呈现鱼眼相机影像的方法,其中该影像点系位于该原始影像中的一使用者自订区域(user-defined area)内。22.一种呈现鱼眼相机影像的方法,系利用一参数化鱼眼相机已确知的复数个光学参数,包括一失真中心(principal point)、一焦距常数(focal length constant)与一投射模式(projection function),来转换该参数化鱼眼相机所摄取之一原始影像为一透视影像(perspective-corrected image),该方法包含有:计算该原始影像上一影像点(imaged point)与该失真中心的相对距离为一像高(principal distance),并且定义对应该影像点的一光轴围绕角(azimuthal distance);根据该像高、该焦距常数与该投射模式,演算对应该影像点的一光轴偏折角(zenithal distance);根据该光轴偏折角与该光轴围绕角正规化该影像点于一影像小球(small sphere)表面,是为一正规化影像点(normalized imaged point);以及套用地图制作学(cartography)中一日晷投影(gnomonicprojection)方式,投射该正规化影像点于一平面(plane)上,是为一转换影像点(transformed imaged point),集合所有该转换影像点而形成该透视影像。23.如申请专利范围第22项所述之呈现鱼眼相机影像的方法,其中该平面的方向(orientation of the plane)系为选自正规投影(normal projection)、倾斜投影(oblique projection)与横向投影(transverse projection)组合的其中之一。24.如申请专利范围第22项所述之呈现鱼眼相机影像的方法,其中该平面与该影像小球间的接触关系(tangency of the cylindrical surface)系为选自相切投影(tangent projection)与相割投影(secant projection)组合的其中之一。25.如申请专利范围第22项所述之呈现鱼眼相机影像的方法,其中该光轴偏折角系为该参数化鱼眼相机之一光学轴与成像该影像点之一入射线的夹角。26.如申请专利范围第22项所述之呈现鱼眼相机影像的方法,其中该光轴围绕角系为该影像点以一本初子午线(prime meridian)或该本初子午线的一映射(mapping domain of the prime meridian)为参考基准,环绕该参数化鱼眼相机之一光学轴所形成的夹角。27.如申请专利范围第22项所述之呈现鱼眼相机影像的方法,其中该影像小球的中心系位于该参数化鱼眼相机的一投影中心(viewpoint)。28.如申请专利范围第22项所述之呈现鱼眼相机影像的方法,其中该影像点系位于该原始影像中的一使用者自订区域(user-defined area)内。图式简单说明:第1A图、第1B图,绘示习知一种以平面影像为基础之鱼眼相机影像校正方法的影像平面解析图以及其对应之空间投射示意图;第2图,绘示三种典型鱼眼镜头之投射函数的曲线图;第3图,绘示应用于本发明最佳实施例中之测试图案的示意图;第4图,绘示鱼眼镜头与测试图案间光路行进之立体示意图;第5图,绘示本发明利用测试图案模拟多准直光源以及光线在视野空间大虚拟球与线性投影小虚拟球间投射的光路示意图(以等距离投射为例);第6图,绘示本发明中定出投影中心以及藉由法线方位投影(normal azimuthal projection)法转换影像以符合直线透视投射机制的光路示意图(以等距离投射为例);第7图,绘示本发明实际测试时趋近求取投影中心之曲线图;第8图,绘示本发明以二步骤成像模式(two-stepmodeling method)解释影像呈现与转换的光路示意图;第9A图,绘示本发明以圆柱日晷投影(cylindricalgnomonic projection)方式转换鱼眼相机影像为环场影像的投射示意图;第9B图,绘示本发明以日晷倾斜投影(gnomonic obliqueprojection)方式转换鱼眼相机影像为透视影像的投射示意图;第10图,绘示鱼眼镜头下之桶状失真影像的示意图(以会议室为例);第11A图,绘示以本发明方法将「第10图」中两虚线圆间转换展开后之环场影像的示意图;第11B图,绘示以本发明方法将「第10图」中内虚线圆部份转换后之符合线性投射影像的示意图;以及第11C图,绘示放大「第11A图」中部分影像的示意图。