影像处理方法及其扫描系统与流程

本发明是有关一种影像处理方法及其扫描系统，特别是一种可产生高度影像的影像处理方法及其扫描系统。

背景技术：

将平面影像转换为立体影像有许多种方法，例如：利用视差原理处理对应同一物件的多张平面影像，以产生一立体影像。然而，若使用者只取得一张平面影像，则无法透过上述方式以产生一立体影像。此外，传统的影像处理方法，需要精确地处理原始影像中每一个像素的影像信息，包括线条、边界、色彩、明暗、或影像特征值等繁杂的影像信息，以产生贴近原始影像的拟真高度影像。

然而，传统的影像处理方法可能过于复杂而需要较为复杂的运算系统，因此无法适用于简单轻便的运算装置及扫描系统。

综上所述，可产生高度影像的影像处理方法及其扫描系统便是目前极需努力的目标。

技术实现要素：

本发明提供一种影像处理方法及其扫描系统，其是利用一运算装置，依据一原始影像的多个色彩，产生具有不同高度值的多个图层，以产生一高度影像。

本发明一实施例的影像处理方法包含：输入一原始影像至一运算装置，其中原始影像包含多个色彩；指定多个图层的一数量；运算装置分配原始影像的每一色彩至多个图层其中之一；决定每一图层的一高度值；以及运算装置依据每一图层所包含的每一色彩，映射每一图层的高度值至原始影像，以产生一高度影像。

本发明另一实施例的扫描系统包含一扫描装置以及一运算装置。扫描装置扫描一物件以产生一原始影像，其中原始影像包含多个色彩。运算装置与扫描装置电性连接，且运算装置执行一影像处理方法，影像处理方法包含：接收扫描装置所产生的原始影像；指定多个图层的一数量；分配原始影像的每一色彩至多个图层其中之一；决定每一图层的一高度值；以及依据每一图层所包含的每一色彩，映射每一图层的高度值至原始影像，以产生一高度影像。同时亦揭露一种影像处理方法。

以下藉由具体实施例配合所附的图式详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。

附图说明

图1为一示意图，显示本发明一实施例的影像处理方法。

图2为一示意图，显示本发明一实施例的原始影像。

图3为一示意图，显示本发明一实施例的色彩数量分布图。

图4为一示意图，显示本发明一实施例的多个图层。

图5为一示意图，显示本发明一实施例的少色影像。

图6为一示意图，显示本发明一实施例的高度影像的侧视图。

图7为一示意图，显示本发明一实施例的三维影像的俯视图。

图8为一示意图，显示本发明一实施例的三维影像的中央剖面图。

图9为一示意图，显示本发明一实施例的扫描系统。

附图标记说明

s11～s17步骤

a原始影像

a11、a12、a21、a22、a31、a32、色彩

c0、c1、c2、c3、c4、c5、c111、

c112、c113、c114、c210、c211、

c212、c213

al少色影像

as三维影像

b物件

h1、h2、h3高度值

l照明光

l1、l2、l3图层

10扫描装置

11发光单元

12影像撷取单元

13驱动单元

14控制单元

15平台

20运算装置

21处理单元

22显示元件

具体实施方式

以下将详述本发明的各实施例，并配合图式作为例示。除了这些详细说明之外，本发明亦可广泛地施行于其它的实施例中，任何所述实施例的轻易替代、修改、等效变化都包含在本发明的范围内，并以申请专利范围为准。在说明书的描述中，为了使读者对本发明有较完整的了解，提供了许多特定细节；然而，本发明可能在省略部分或全部特定细节的前提下，仍可实施。此外，众所周知的步骤或元件并未描述于细节中，以避免对本发明形成不必要的限制。图式中相同或类似的元件将以相同或类似符号来表示。特别注意的是，图式仅为示意之用，并非代表元件实际的尺寸或数量，有些细节可能未完全绘出，以求图式之简洁。

请参照图1，以下说明本发明的一实施例的影像处理方法。首先，输入一原始影像至一运算装置，其中原始影像包含多个色彩(s11)。需说明的是，原始影像的意义为不具有高度信息的二维彩色影像。举例而言，请参照图2，原始影像a具有6个色彩a11、a12、a21、a22、a31、a32。于一实施例中，原始影像a是透过一相机或一扫描装置所获得。于另一实施例中，使用者可自行汇入原始影像a至运算装置，例如：由网际网路上抓取可供公众利用的二维影像，但不以此为限。

于一实施例中，指定多个图层的一数量(s12)。于一实施例中，图层的数量可由运算装置预设或判断原始影像所产生，或由使用者自行调整/设定等方式加以决定，但不以此为限。请参照图3，于一实施例中，运算装置依据原始影像的色彩数量分布图，选出其中的多个相对极大值(波峰值)，以定义出多个图层的数量，其中色彩分布图可为色阶数量分布图或彩度数量分布图，但不以此为限。举例而言，图2所示色彩数量分布图有6个波峰色彩c3、c5、c112、c116、c213、c215，因此运算装置自动判断可能的图层数量为6，但运算装置亦可预设图层数量为一固定值；或，使用者手动设定多个图层的数量为3，亦即所指定多个图层l1、l2、l3的数量为3个，如图3所示。

于一实施例中，运算装置分配原始影像的每一色彩至多个图层其中之一(s13)。请一并参照图3及图4，于一实施例中，运算装置依据原始影像的色彩数量分布图，以k平均演算法将原始影像的所有色彩分类为多个集群(clustering)以对应至多个图层l1、l2、l3。举例而言，在图3所示的色彩数量分布图中，左侧区域的多个色彩c0、c1、c2、c3、c4、c5是被分配至图层l1，且中间区域的多个色彩c111、c112、c113、c114是被分配至图层l2，以及右侧的多个色彩c210、c211、c212、c213是被分配至图层l3，但不以此为限。换言之，运算装置在步骤s13中，运算装置使原始影像的所有色彩与多个图层l1、l2、l3建立关联，其中每一色彩仅被分配至一个图层而不可同时被分配至多个图层。然而，运算装置亦可依据使用者的指令，调整上述多个色彩与多个图层之间的分配关系，举例而言，使用者指定特定色彩c0、c1被分配至图层l3，而非被自动分配至图层l1，但不以此为限，其中每一色彩仍仅被分配至一个图层。

于其他实施例中，运算装置亦可依据色调分离法，例如：以photoshop色调分离法，分配原始影像的每一色彩至多个图层其中之一，建立色彩与图层之间的分配关系，其中每一色彩仅被分配至一个图层而不可同时被分配至多个图层。可以理解的是，色调分离法的集群数量必为n的3次方，n属自然数；举例而言，若n等于2，则每一色彩成份(r,g,b)的子内容只有为0以及255，可得8个集群中心点(0,0,0)、(0,0,255)、(0,255,0)、(255,0,0)、(0,255,255)、(255,255,255)、(255,0,255)以及(255,255,0)；若n等于3，则每一色彩成份(r,g,b)的子内容只有0、85、255，可得27个集群中心点(0,0,0)、(0,0,85)、(0,0,255)…依此类推，在此不再冗述。

于另一实施例中，运算装置亦可依据直方图像素(histogrampixel)分离法分配原始影像的每一色彩至多个图层其中之一，建立色彩与图层之间的分配关系，其中每一色彩仅被分配至一个图层而不可同时被分配至多个图层。举例而言，整张图有900个像素(pixel)，欲分成3个集群，可由900/3＝300pixel，以色阶分布值(histogramlevel)0开始计数像素数量，当计数到300时，这些像素都分配至一集群，并在此集群中找出具有最多像素数量的色阶分布值当作集群中心点。具有通常知识者，当可自行修饰变换，但不以此为限。

为了方便使用者判断是否需要进行手动调整/设定多个图层与多个色彩之间的分配关系，可以将抽象的图层与色彩分群概念被转化为具体的少色影像，以供使用者观看，详细说明如下。

于一实施例中，运算装置依据每一图层所包含的每一色彩，映射每一图层的一代表色彩至原始影像，以产生一少色影像(s14)，其中代表色彩是由运算装置或使用者选自图层所包含的色彩其中之一，或图层所包含的色彩以外的其他色彩以作为此图层的代表色彩，但不以此为限。举例而言，请一并参照图2、图4及图5，由于原始影像a为具有6个色彩的二维影像，因此原始影像中的每一个像素所带有的信息即包含座标值及色彩，例如：第一像素的座标值及色彩表示为(x1,y1,c1)、第二像素的座标值及色彩表示为(x2,y2,c2)；且，依据原始影像的所有色彩与多个图层l1、l2、l3之间的对应关系，可以得知每一色彩所属的图层，例如：c1是归属于图层l1；又，每一图层仅具一代表色彩，例如：图层l1的代表色彩为c5；综合上述信息，运算装置即可计算出少色影像al的第一像素的座标值及代表色彩为(x1,y1,c5)、少色影像al的第二像素的座标值及代表色彩为(x2,y2,c5)。同理，运算装置依据每一图层与所包含的色彩的分配关系，映射每一图层的代表色彩至原始影像，即可产生具有座标值及代表色彩组成一少色影像al，如图5所示。

补充说明的是，原始影像a原本是由6个色彩a11、a12、a21、a22、a31、a32所组成，如图2所示；少色影像al是由图层l1、l2、l3的代表色彩所组成，如图5所示。因此，比较图2及图5得知，原始影像a中部分色彩a11、a12是被分配至少色影像al中同一图层l1，而具有相同的代表色彩c5。同理，原始影像a的部分色彩a21、a22是被分配至少色影像al中同一图层l2，而具有相同的代表色彩c112，又部分色彩a31、a32是被分配至少色影像al中同一图层l3，而具有相同的代表色彩c213。亦即，原始影像a原本包含多个色彩，透过步骤s14的处理，可产生由3个代表色彩c5、c112、c213所组成的一少色影像al。

于一实施例中，决定每一图层的一高度值(s15)，其中高度值可由运算装置自动产生或由使用者设定。一般而言，人的视觉感知会认为暖系色彩(例如：红色、橙色)的色彩较为靠近，而冷系色彩(例如：蓝色、紫色)的色彩距离较远。或者，人的视觉感知会认为高亮度(高色度)的物件较为靠近，而低亮度(低色度)的物件较为遥远。因此，彩度或亮度即可作为计算高度的参考指标。于一实施例中，每一图层的高度值是由运算装置依据图层的一代表色彩的彩度值或亮度值决定，其中代表色彩是选自图层所包含的色彩或由使用者设定。举例而言，请一并参照图3及图4，透过上述分配色彩的影像处理步骤s13，图层l1包含多个色彩c0、c1、c2、c3、c4、c5，图层l2包含多个色彩c111、c112、c113、c114，以及图层l3包含多个色彩c210、c211、c212、c213。然后，运算装置选出或使用者指定每一个图层的一代表色彩，例如：图层l1的代表色彩为色彩c5，图层l2的代表色彩为色彩c112、图层l3的代表色彩为色彩c213。然后，依据代表色彩与视觉高度之间的对应关系(例如但不限于：线性关系、二次曲线关系)，计算出代表色彩相对应的高度值，以产生多个图层l1、l2、l3的多个高度值h1、h2、h3，如图4所示。

然而，运算装置亦可依据使用者的指令，手动设定每一图层的高度值，以客制化所需的高度影像，而不受限于上述处理方式。因此，在部份实施例中，上述产生少色影像的步骤(s14)是可以选择性省略的，运算装置或使用者仍然可以决定每一图层的一高度值(s15)。具有通常知识者，当可自行修饰变换，但不以此为限。

请参照图6，于一实施例中，运算装置依据每一图层所包含的每一色彩，映射每一图层的高度值至原始影像，以产生一高度影像(s16)。由于原始影像为具有多个色彩的二维影像，因此原始影像中每一个像素的影像信息即具有座标值及色彩，例如：第一像素的座标值及色彩表示为(x1,y1,c1)；又依据原始影像的所有色彩与多个图层l1、l2、l3之间的对应关系，可以得知每一色彩所属的图层，例如：c1是归属于图层l1；此外，每一图层仅具有一高度值，例如：图层l1的高度值为h1；综合上述信息，运算装置即可计算出第一像素的座标值及高度值为(x1,y1,h1)。同理，运算装置依据每一图层与所包含的色彩的对应关系，映射每一图层的高度值至原始影像，即可产生具有高度值的高度影像，如图5所示。于一实施例中，原始影像的多个色彩可不显示在高度影像中，亦即高度影像仅是由多个像素的座标值及高度值所组成，此时尚未带入色彩信息。可以理解的是，高度影像亦可包含原始影像的多个色彩，亦即高度影像的每一像素包含一色彩值以及一高度值。

然而，由图5所示的高度影像侧视图可知，多个图层之间的高度差会产生锯齿状的外廓，在某些应用领域中可能是需要被调整的。举例而言，当使用者将上述高度影像输入至三维列印设备，以输出具有高度差的一壁纸图案，可能会在高度方向上产生具有锯齿状的壁纸表面，导致其触感不佳。于一实施例中，运算装置平滑化处理高度相邻的多个图层(s17)，在高度方向上将相邻的多个图层进行高度渐变的平滑处理，以产生平滑的高度影像。对于后续的三维列印应用，有助于优化其输出品质。可以理解的是，上述步骤s17是可以依据使用者需求而选择性实施或省略，但不以上述实施例为限。

为了提供使用者观看一三维彩色影像，请一并参照图7及图8，于一实施例中，运算装置依据高度影像，产生一三维影像as。举例而言，运算装置依据高度影像的中多个像素的座标值及高度值，映射原始影像的多个像素的座标值及色彩至高度影像，以产生三维影像as，其是由多个像素的座标值、高度值及色彩所组成。此时，图7及图8所示的三维影像as已显示多个色彩a11、a12、a21、a22、a31、a32。

补充说明的是，上述相关实施例中，各步骤的顺序可以互相对调而不受限于本文的陈述顺序或图式的标示顺序，例如：图1的步骤s12可以在s11之前实行，或步骤s14可以在步骤s16之后实行。具有通常知识者，当可自行修饰变化，但不以此为限。

请一并参照图2及图9，以下说明本发明另一实施例的扫描系统包含一扫描装置10以及一运算装置20。扫描装置10扫描一物件b以产生一原始影像a，其中原始影像a包含多个色彩。于一实施例中，物件b具有平坦的表面或具有高度差的立体表面，但不以此为限。原始影像的技术内容及相关实施例已如前述，在此不再冗述。

扫描装置10包含一发光单元11、一影像撷取单元12、一驱动单元13、一控制单元14以及一平台15。发光单元11产生一照明光l，以照射一物件b的一表面。举例而言，影像撷取单元12相对于物件b设置于平台15的同一侧，以实现一反射式扫描装置；或影像撷取单元12相对于物件b设置于平台15的相反侧，以实现一穿透式扫描装置。于一实施例中，影像撷取单元12包含一线形感光元件或一面形感光元件。于一实施例中，影像撷取单元12包含一电荷耦合元件(ccd)或一接触型影像感应器(cis)，但不以此为限。驱动单元13驱动影像撷取单元12以及物件b彼此相对移动，以扫描物件b。于一实施例中，驱动单元13与影像撷取单元12连接，且驱动单元13驱动影像撷取单元12以扫描物件b，举例而言，驱动单元13更包含一连杆组件(未绘示)与影像撷取单元12连接。于另一实施例中，发光单元11透过连杆组件与驱动单元13相连接，可与影像撷取单元12同步扫描物件b。控制单元14与影像撷取单元12电性连接，且控制单元14产生原始影像a。具有通常知识者当可自行修饰变换，但不以上述实施例于限。

运算装置20与扫描装置10电性连接，且运算装置20执行一影像处理方法，影像处理方法包含：接收扫描装置10所产生的原始影像a；指定多个图层的一数量；分配原始影像a的每一色彩至多个图层其中之一；决定每一图层的一高度值；以及依据每一图层所包含的每一色彩，映射每一图层的高度值至原始影像，以产生一高度影像。影像处理方法的详细步骤及相关实施例已如前述，在此不再冗述。

于一实施例中，运算装置20包含一处理单元21以及一显示元件22。处理单元21与扫描装置10的控制单元14电性连接，且处理单元21接收扫描装置10所产生的原始影像a。于一实施例中，处理单元21包含中央处理器(cpu)、特殊应用处理器(asp)、特殊应用晶片(asic)或微控制器(mcu)，但不以此为限。处理单元21可执行前述影像处理方法，例如：图1或图6所示的影像处理方法。

显示元件22与处理单元21电性连接，且显示元件22可显示图2的原始影像a、图3的色彩数量分布图、图5的高度影像、图7的少色影像al、图8的三维影像as，其中各种影像或分布图的相关技术内容已如前述，在此不再冗述。于一实施例中，显示元件包含：阴极射线管、发光二极管显示器、液晶显示器或触控面板，但不以此为限。补充说明的是，扫描装置10以及运算装置可整合于一体，举例而言，扫描装置本身即具有处理单元21以及一显示元件22，但不以此为限。

可以理解的是，传统影像处理方法所产生的精细高度影像可能无法适用在某些应用领域中，例如：透过三维列印输出具有高度差的壁纸图案，亦即三维列印输出具有高度差的实体物件。此时，使用者所需要的是，可依据使用者需求而简化/设整高度值的影像处理方法及扫描系统，而无法直接使用传统影像处理方法所产生的精细高度影像。

本发明又一实施例的扫描系统包含一扫描装置10、一运算装置20以及一三维列印装置(未绘示)。三维列印装置与运算装置20电性连接，且三维列印装置依据高度影像或三维影像，输出具有高度差的一实体物件。于一实施例中，三维列印装置为挤压型列印机、粉末喷墨针头型列印机、层积型列印机或光聚合型列印机。举例而言，三维列印装置是紫外光固化型(uvcure)列印机，但不以此为限。

综合上述，本发明的影像处理方法及其扫描系统，其是利用一运算装置，依据一原始影像的多个色彩，产生具有不同的多个高度值的多个图层，以产生一高度影像。因此，本发明只需依据原始影像的色彩即可产生高度影像，而无需处理其他繁杂的影像信息，更可依据使用者需求而指定/调整高度值的高度影像，提供更有弹性且实用的影像处理方案。

以上所述的实施例仅是为说明本发明的技术思想及特点，其目的在使本领域技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，当不能以此限定本发明的专利保护范围，即大凡依本发明所揭示的精神所作的均等变化或修饰，仍应涵盖在本发明的专利保护范围内。