影像显示装置和影像显示方法
【专利摘要】本发明提供一种影像显示装置和对应的影像显示方法。所述影像显示装置包括实体摄影机、显示器以及处理器。实体摄影机拍摄第一影像。处理器耦接实体摄影机和显示器，根据第一影像判断观赏者相对于显示器的位置，根据观赏者相对于显示器的位置决定虚拟摄影机相对于三维场景模型的位置，并控制显示器显示虚拟摄影机拍摄三维场景模型所得的第二影像。利用实体摄影机得知观赏者的位置，使虚拟摄影机同步移动。如此，所显示的影像会依据观赏角度以及观赏距离的变化而同步旋转、拉近或拉远，以一般的二维显示器或三维显示器都能达到有如全像术一般的真实立体感。
【专利说明】影像显示装置和影像显示方法
【技术领域】
[0001] 本发明是有关于一种影像显示装置和影像显示方法，且特别是有关于可根据观赏 者位置而改变所显示的影像的一种影像显示装置和影像显示方法。
【背景技术】
[0002] 三维（3D)显示器在各显示面板、系统及品牌大厂的推波助澜下，逐渐的崭露头 角。三维影像技术也由色差眼镜式（anaglyph)、偏光眼镜式（polarized glasses)、快门眼 镜式（shutter glasses)逐渐演进到裸眼式（auto-stereoscopic)。
[0003] 三维视觉并非只有静态的视感，人的头部也并非静止不动的，再顾及到动态立体 (stereo)视觉，于是也开始有多视角（multi-view)的三维影像显示技术。
[0004] 然而，实际上多视角还是仅有有限的多个视点，而且在视点与视点之间并不是连 续的影像，也就是在观赏者移动头部时，画面可能出现类似跳格的错视现象，如此的三维效 果并不理想。此外，为了呈现多视点的效果，画面解析度就必须有所牺牲，例如1920x1080 解析度的显示面板，若为了呈现四个视点，则实际上一个视点就仅剩下480x270的解析度。
[0005] 另一种三维显示技术为全像术（holography)，全像术在空间上的立体呈现效果为 最佳，在观赏者移动的时候也不会有不连续或是错视的现象。然而全像术的拍摄技巧较为 困难，因为摄影不易，难以动画呈现，至今尚未落实到消费市场。
【发明内容】
[0006] 为解决现有技术存在的上述技术问题，本发明提供了一种影像显示装置和影像显 示方法，利用摄影机得知观赏者的位置，进而互动改变影像内容，以达到有如全像术一般的 真实立体感。本发明可提供最佳的立体呈现效果，而且可以大量制造，适合消费市场。
[0007] 本发明的目的之一是，提供一种影像显示装置包括实体摄影机、显示器以及处理 器。实体摄影机拍摄第一影像。处理器耦接实体摄影机和显示器，根据第一影像判断观赏 者相对于显示器的位置，根据观赏者相对于显示器的位置决定虚拟摄影机相对于三维场景 模型的位置，并控制显示器显示虚拟摄影机拍摄三维场景模型所得的第二影像。
[0008] 本发明的另一目的是，提供一种影像显示方法，所述影像显示方法包括下列步骤： 拍摄第一影像；根据第一影像判断观赏者相对于显示器的位置；根据观赏者相对于显示器 的位置决定虚拟摄影机相对于三维场景模型的位置；以及控制显示器显示虚拟摄影机拍摄 三维场景模型所得的第二影像。
[0009] 本发明提供的一种影像显示装置和影像显示方法，利用实体摄影机得知观赏者的 位置，使虚拟摄影机同步移动。如此，所显示的影像会依据观赏角度以及观赏距离的变化而 同步旋转、拉近或拉远，以一般的二维显示器或三维显示器都能达到有如全像术一般的真 实立体感。
【专利附图】
【附图说明】
[0010] 图1是依照本发明一实施例的一种影像显示装置的示意图。
[0011] 图2是依照本发明一实施例的一种影像显示方法的流程图。
[0012] 图3是依照本发明一实施例的观赏者相对于显示器的位置的示意图。
[0013] 图4是依照本发明一实施例的实体摄影机所拍摄的影像的示意图。
[0014] 图5是依照本发明另一实施例的一种影像显示装置的示意图。
[0015] 图6是依照本发明另一实施例的实体摄影机所拍摄的影像的示意图。
[0016] 图7和图8是依照本发明一实施例的三维场景模型和虚拟摄影机的示意图。
[0017] 图9是依照本发明一实施例的影像校正的示意图。
[0018] 附图标号：
[0019] 100 :影像显示装置
[0020] 110:摄影机
[0021] 120 :显示器
[0022] 130 :处理器
[0023] 140 :发射器
[0024] 210?240 :方法步骤
[0025] 310 :观赏者
[0026] 312 :角度
[0027] 314 :距离
[0028] 410 :实体摄影机拍摄的影像
[0029] 420 :目标物件
[0030] 500 :影像显示装置
[0031] 610、620 :实体摄影机拍摄的影像
[0032] 631?633 :红外线的反射光点
[0033] 640 :观赏者
[0034] 710 :三维场景模型
[0035] 720 :虚拟摄影机
[0036] 730 :预设位置
[0037] 740 :虚拟窗户
[0038] 910 :虚拟摄影机拍摄的影像
[0039] 911?914:影像端点
[0040] 920 :显示器所显示的影像
[0041] 921?924:影像端点
【具体实施方式】
[0042] 图1是依照本发明一实施例的一种影像显示装置100的示意图。影像显示装置100 包括摄影机110、显示器120、以及处理器130。处理器130耦接摄影机110和显示器120。 摄影机110、显示器120以及处理器130都是实体装置。
[0043] 图2是依照本发明一实施例的一种影像显示方法的流程图，此方法可由影像显示 装置100执行。首先，摄影机110在步骤210拍摄影像。处理器130在步骤220根据摄影 机110拍摄的影像判断观赏者相对于显示器120的位置。所谓观赏者就是观看显示器120 所显示的画面的使用者。
[0044] 观赏者相对于显示器120的位置包括观赏者相对于显示器120的角度和距离。例 如图3的俯视图所示，观赏者310相对于显示器120的角度标示为312,观赏者310相对于 显示器120的距离标示为314。这其实就是极坐标（polar coordinates)的观念。图3的 范例假设观赏者310只在二维平面移动，所以只有一个角度。如果观赏者可在三维空间自 由移动，观赏者310相对于显示器120就会有两个角度，分别对应两个坐标轴。
[0045] 处理器130可在摄影机110拍摄的影像中辨识和观赏者310具有连动关系的一个 目标物件，以判断观赏者310相对于显示器120的位置。例如在图4的范例中，上述目标物 件420是观赏者的人脸，处理器130可根据目标物件420在摄影机110拍摄的影像410之 中的位置，判断观赏者310相对于显示器120的角度，也可以根据目标物件420在影像410 之中的大小，判断观赏者310相对于显示器120的距离。
[0046] 上述的目标物件420除了观赏者310的人脸以外，也可以是其他和观赏者310有 连动关系的物件，例如一般眼镜、观看三维画面专用的三维眼镜、观赏者的衣物或观赏者的 人形轮廓等等。
[0047] 除了在影像410中辨识目标物件420,处理器130也可以利用红外线的反射光点来 判断观赏者的位置。例如图5所示的影像显示装置500。影像显示装置500比影像显示装 置100多出一个发射器140,而且影像显示装置500的摄影机110为红外线摄影机。发射器 140可发射红外线，上述红外线被周遭环境反射，会在摄影机110拍摄的影像中造成多个反 射光点，例如图6所示的摄影机110拍摄的影像610之中有三十个反射光点，其中三个分别 标示为631?633。
[0048] 发射器140可受处理器130控制而发射红外线，或者不受影像显示装置500的其 他部分控制而自动发射红外线。如果受处理器130控制，则发射器140需要耦接处理器130 ; 如果是自动发射红外线，则发射器140不需要耦接处理器130。
[0049] 摄影机110拍摄的影像610不包含观赏者，摄影机110拍摄的另一个影像620则 包含观赏者640。观赏者640的身体会提前拦截红外线，造成反射光点的位置、密度和亮度 中至少一者的变动。例如和影像610相比，影像620其中的观赏者640造成六个反射光点 的变动。处理器130可辨识这样的变动，以判断观赏者640相对于显示器120的位置。更 详细的说，处理器130可根据上述的反射光点的变动的位置判断观赏者640相对于显示器 120的角度，并根据上述的反射光点的密度或亮度来判断观赏者640相对于显示器120的距 离。反射光点的密度越高表示观赏者640的距离越近，反射光点的亮度越高也表示观赏者 640的距离越近。
[0050] 接下来，回到图2的方法流程。处理器130在步骤230根据观赏者相对于显示器 120的位置决定一个虚拟摄影机相对于一个三维场景模型的位置。上述的三维场景模型是 事先制作的，可以内建于处理器130,或存储于一个附属的存储装置。例如图7所示，图7是 依照本发明一实施例的三维场景模型710和虚拟摄影机720的示意图。虚拟摄影机720相 对于三维场景模型710的位置，就是虚拟摄影机720相对于三维场景模型710中一个预设 位置730的位置。预设位置730可以固定不变，也可以由观赏者任意指定。预设位置730 相当于虚拟摄影机720所在的极坐标系统的原点。
[0051] 虚拟摄影机720是一个假想的摄影机。处理器130可将虚拟摄影机720相对于三 维场景模型710的位置设定为和观赏者相对于显示器120的位置相同。因此，虚拟摄影机 720会跟随观赏者同步移动。
[0052] 接下来，回到图2的方法流程。处理器130在步骤240控制显示器120显示虚拟摄 影机720拍摄三维场景模型710所得的影像。虚拟摄影机720拍摄所得的影像是由处理器 130根据三维场景模型710和计算机图形学而计算产生。虚拟摄影机720可以是二维摄影 机或三维摄影机。如果虚拟摄影机720是二维摄影机，则拍摄出来的是传统二维影像，而且 显示器120是相对应的二维显示器，以显示虚拟摄影机720拍摄的二维影像。如果虚拟摄 影机720是三维摄影机，则可模拟左右眼看到的不同画面而拍摄三维影像，而且显示器120 是相对应的三维显示器，以显示虚拟摄影机720拍摄的三维影像。
[0053] 为了视觉效果，可以在三维场景模型放置一个虚拟窗户，用以影响显示器120所 呈现的画面。例如图8所示，三维场景模型710之中多出一个虚拟窗户740,虚拟窗户740 就位于预设位置730。处理器130可控制显示器120显示虚拟摄影机720通过虚拟窗户740 拍摄三维场景模型710所得的影像。虚拟窗户740可限制虚拟摄影机720的视野。虚拟窗 户740的窗框可以叠加在虚拟摄影机720拍摄的影像上，以营造视觉效果。
[0054] 虚拟摄影机720未必正对虚拟窗户740,通过虚拟窗户740拍摄到的影像可能是歪 斜的，如图9的影像910所示。为了真实和美观，可以在步骤240增加一个影像校正的子步 骤。也就是说，处理器130可将影像910校正为和显示器120所显示的画面同一形状的影像 920,然后控制显示器120显示影像920。处理器130可将影像910四个角落的端点911? 914分别对应至影像920四个角落的端点921?924,根据以上的对应关系对影像910进行 缩放（scaling)，就能得到影像920。目前的影像编辑软件都有这种形状校正的功能，细节 就不赘述。
[0055] 综上所述，本发明提供一种影像显示装置和影像显示方法，利用实体摄影机得知 观赏者的位置，使虚拟摄影机同步移动。如此，所显示的影像会依据观赏角度以及观赏距离 的变化而同步旋转、拉近或拉远，以一般的二维显示器或三维显示器都能达到有如全像术 一般的真实立体感。而且本发明的动态立体效果连续顺畅，不会有如多视角技术的视点跳 动的现象。本发明不仅可提供最佳的立体呈现效果，而且可以大量制造，适合消费市场。 [〇〇56] 虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属【技术领域】 中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明 的保护范围当视权利要求所界定者为准。
【权利要求】
1. 一种影像显示装置，其特征是，所述影像显示装置包括： 一实体摄影机，拍摄一第一影像； 一显不器；以及 一处理器，耦接所述实体摄影机和所述显示器，根据所述第一影像判断一观赏者相对 于所述显示器的位置，根据所述观赏者相对于所述显示器的所述位置决定一虚拟摄影机相 对于一三维场景模型的位置，并控制所述显示器显示所述虚拟摄影机拍摄所述三维场景模 型所得的一第二影像。
2. 根据权利要求1所述的影像显示装置，其特征是，所述处理器在所述第一影像中辨 识和所述观赏者具有连动关系的一目标物件以判断所述观赏者相对于所述显示器的所述 位置。
3. 根据权利要求2所述的影像显示装置，其特征是，所述观赏者相对于所述显示器的 所述位置包括所述观赏者相对于所述显示器的至少一角度和至少一距离，所述处理器根据 所述目标物件在所述第一影像中的位置判断所述至少一角度，并根据所述目标物件在所述 第一影像中的大小判断所述至少一距离。
4. 根据权利要求1所述的影像显示装置，其特征是，所述影像显示装置更包括： 一发射器，发射一红外线，其中所述实体摄影机为红外线摄影机，所述红外线在所述第 一影像中造成多个反射光点，所述处理器辨识所述观赏者所造成的所述多个反射光点的变 动以判断所述观赏者相对于所述显示器的所述位置。
5. 根据权利要求4所述的影像显示装置，其特征是，所述观赏者相对于所述显示器的 所述位置包括所述观赏者相对于所述显示器的至少一角度和至少一距离，所述处理器根据 所述变动的位置判断所述至少一角度，并根据所述多个反射光点的密度和/或亮度判断所 述至少一距离。
6. 根据权利要求1所述的影像显示装置，其特征是，所述虚拟摄影机相对于所述三维 场景模型的所述位置是所述虚拟摄影机相对于所述三维场景模型中一预设位置的位置，而 且所述虚拟摄影机相对于所述三维场景模型的所述位置和所述观赏者相对于所述显示器 的所述位置相同。
7. 根据权利要求6所述的影像显示装置，其特征是，一虚拟窗户位于所述预设位置，而 且所述处理器控制所述显示器显示所述虚拟摄影机通过所述虚拟窗户拍摄所述三维场景 模型所得的所述第二影像。
8. 根据权利要求1所述的影像显示装置，其特征是，所述虚拟摄影机为二维摄影机或 三维摄影机；当所述虚拟摄影机为二维摄影机时，所述第二影像为二维影像而且所述显示 器为相对应的二维显示器；当所述虚拟摄影机为三维摄影机时，所述第二影像为三维影像 而且所述显示器为相对应的三维显示器。
9. 根据权利要求1所述的影像显示装置，其特征是，所述处理器将所述第二影像校正 为和所述显示器所显示的画面同一形状，然后控制所述显示器显示所述第二影像。
10. -种影像显示方法，其特征是，所述影像显示方法包括： 拍摄一第一影像； 根据所述第一影像判断一观赏者相对于一显示器的位置； 根据所述观赏者相对于所述显示器的所述位置决定一虚拟摄影机相对于一三维场景 模型的位置；以及 控制所述显示器显示所述虚拟摄影机拍摄所述三维场景模型所得的一第二影像。
11. 根据权利要求10所述的影像显示方法，其特征是，判断所述观赏者相对于所述显 示器的所述位置的步骤包括： 在所述第一影像中辨识和所述观赏者具有连动关系的一目标物件以判断所述观赏者 相对于所述显示器的所述位置。
12. 根据权利要求11所述的影像显示方法，其特征是，所述观赏者相对于所述显示器 的所述位置包括所述观赏者相对于所述显示器的至少一角度和至少一距离，而且判断所述 观赏者相对于所述显示器的所述位置的步骤更包括： 根据所述目标物件在所述第一影像中的位置判断所述至少一角度；以及 根据所述目标物件在所述第一影像中的大小判断所述至少一距离。
13. 根据权利要求10所述的影像显示方法，其特征是，所述影像显示方法更包括： 发射一红外线，其中所述红外线在所述第一影像中造成多个反射光点，而且判断所述 观赏者相对于所述显示器的所述位置的步骤更包括： 辨识所述观赏者所造成的所述多个反射光点的变动以判断所述观赏者相对于所述显 示器的所述位置。
14. 根据权利要求13所述的影像显示方法，其特征是，所述观赏者相对于所述显示器 的所述位置包括所述观赏者相对于所述显示器的角度和距离，而且判断所述观赏者相对于 所述显示器的所述位置的步骤更包括： 根据所述变动的位置判断所述角度；以及 根据所述多个反射光点的密度和/或亮度判断所述距离。
15. 根据权利要求10所述的影像显示方法，其特征是，所述虚拟摄影机相对于所述三 维场景模型的所述位置是所述虚拟摄影机相对于所述三维场景模型中一预设位置的位置， 而且所述虚拟摄影机相对于所述三维场景模型的所述位置和所述观赏者相对于所述显示 器的所述位置相同。
16. 根据权利要求15所述的影像显示方法，其特征是，一虚拟窗户位于所述预设位置， 而且控制所述显示器显示所述第二影像的步骤包括： 控制所述显示器显示所述虚拟摄影机通过所述虚拟窗户拍摄所述三维场景模型所得 的所述第二影像。
17. 根据权利要求10所述的影像显示方法，其特征是，所述虚拟摄影机为二维摄影机 或三维摄影机；当所述虚拟摄影机为二维摄影机时，所述第二影像为二维影像而且所述显 示器为相对应的二维显示器；当所述虚拟摄影机为三维摄影机时，所述第二影像为三维影 像而且所述显示器为相对应的三维显示器。
18. 根据权利要求10所述的影像显示方法，其特征是，控制所述显示器显示所述第二 影像的步骤包括： 将所述第二影像校正为和所述显示器所显示的画面同一形状，然后控制所述显示器显 示所述第二影像。
【文档编号】G02B27/22GK104102013SQ201310159938
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2013年5月3日 优先权日:2013年4月11日
【发明者】高盟超 申请人:纬创资通股份有限公司