专利名称：产生影像转换矩阵的方法、影像转换方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种影像转换技术，且特别是有关于一种即时转换影像，并使转换的影像具有近似立体效果的二维影像转换技术。
背景技术：
电子产品时常使用到使用者介面中的图示或者显示照片、影片等二维 (two-dimensional, 2D)影像。部分电子产品会对影像进行旋转、移动、缩放等三维 (three-dimensional, 3D)转换，让使用者欣赏与浏览影像时更为方便，或增加新奇感。现有的三维影像转换技术主要是利用商用软件来处理影像，如开放图形程序库(Open Graphics Library, OpenGL)等，其可让影像具有景深、刚体旋转(solid body rotation)、立体缩放等三维影像效果。但是通过开放图形程序库之类的复杂软件来处理影像时，必须额外增加处理器、存储器、缓冲器等等许多元件，因而增加成本。此外，利用软件来处理影像所需的时间较长，因而难以即时性地转换影像。另一种转换影像的方式便是通过硬件装置来处理二维影像。目前的影像处理装置虽然相对简单，成本较低，但是仅可将影像作二维的平面旋转、缩放等影像处理，并未包含三维影像转换的功能。
发明内容
本发明提供一种影像转换方法，通过投影至二维平面的三维旋转矩阵所计算得到的影像转换矩阵与其反矩阵，便可使用二维转换的硬件架构，让转换后的影像具有近似立体缩放、变形与旋转的效果。以另一观点而言，本发明提供一种影像转换装置，通过投影至二维平面的三维旋转矩阵所计算得到的影像转换矩阵与其反矩阵，便可使用二维转换的硬件架构，让转换后的影像具有近似立体缩放、变形、位移与旋转的效果。本发明提出一种影像转换方法，其包括下列步骤。首先，利用影像转换矩阵将来源影像的多个端点来源位置转换至目标影像的多个端点目标位置，以界定来源影像转换至目标影像的区域。之后依据影像转换矩阵的反矩阵，将目标影像内的目标位置计算产生对应目标位置的来源位置，而上述来源位置位于来源影像中。然后，依据来源影像中的来源位置与最接近来源位置的预设数量的来源像素以产生像素数据。以及，将上述像素数据作为目标位置的目标像素值，以产生目标影像。其中，上述目标影像显示于显示单元中。在本发明的一实施例中，产生该像素数据的步骤包括利用上述来源像素作内插计算，以产生像素数据。在本发明的一实施例中，上述预设数量为一，而且产生像素数据的步骤包括直接使用最接近来源位置的来源像素的像素值作为像素数据。在本发明的一实施例中，上述影像转换矩阵依据二维旋转矩阵与仿射转换矩阵求得，且二维旋转矩阵是将三维旋转角度组成的三维旋转矩阵投影至二维平面所产生。
4
在本发明的一实施例中，上述影像转换矩阵为二维旋转矩阵与仿射转换矩阵的乘积。在本发明的一实施例中还包括下列步骤将目标影像覆盖于背景影像上，以产生混合影像，其中混合影像显示于显示单元中。在本发明的一实施例中，将目标影像内的目标位置计算产生对应目标位置的来源位置还包括下列步骤首先检查来源位置是否位于来源影像内。当来源位置并没有位于来源影像内时，将对应目标位置的像素数据设定为预设的背景像素值。当来源位置位于来源影像内时，则接续步骤，依据来源影像中的来源位置与最接近来源位置的预设数量的来源像素，藉以产生像素数据。于另一角度来看，本发明提出一种影像转换装置，其包括影像转换单元与输出单元。影像转换单元依据三维旋转角度产生三维旋转矩阵，并将三维旋转矩阵投影于二维平面以产生二维旋转矩阵，且依据二维旋转矩阵与仿射转换矩阵，利用目标影像内的目标位置来计算产生对应目标位置的来源位置，其中，来源位置位于来源影像中。并且，依据来源影像中的来源位置与最接近来源位置的预设数量的来源像素，藉以产生像素数据。输出单元接收像素数据以作为目标位置的目标像素值，藉以产生目标影像，其中目标影像显示于显示单元中。在本发明的一实施例中，上述影像转换单元将二维旋转矩阵与仿射转换矩阵相乘以计算求得影像转换矩阵，接着再计算求得影像转换矩阵的反矩阵，且利用反矩阵与目标位置计算来产生来源位置。在本发明的一实施例中，影像转换装置还包括边缘计算单元，其利用影像转换矩阵将来源影像的多个端点来源位置转换至目标影像的多个端点目标位置，以界定来源影像转换至目标影像的区域。在本发明的一实施例中，影像转换装置还包括影像混合单元，其将目标影像覆盖于背景影像上，以产生混合影像，其中，上述混合影像显示于显示单元中。以另一观点而言，本发明提出一种产生影像转换矩阵的方法，其包括下列步骤首先，利用三维旋转角度产生三维旋转矩阵。接着，将三维旋转矩阵投影于二维平面，以产生二维旋转矩阵。之后，依据二维旋转矩阵与仿射转换矩阵计算求得影像转换矩阵。以及，计算求得影像转换矩阵的反矩阵，其中，当获得来源影像时，便可依据反矩阵与来源影像来产生目标影像，以使目标影像显示于显示单元中。并且，目标影像中目标位置的目标像素值可利用对应目标位置中来源位置的像素值来产生，从而藉以产生目标影像，而来源位置位于来源影像中。在本发明的一实施例中，影像转换方法还包括下列步骤通过影像转换矩阵将来源影像的多个端点来源位置转换至目标影像的多个端点目标位置，以界定来源影像转换至目标影像的区域。基于上述，本发明实施例利用投影至二维平面的三维旋转矩阵与仿射矩阵所计算得到的影像转换矩阵与其反矩阵，可通过目标影像内的目标位置来计算得到来源影像内的来源位置以产生对应的像素值，使得影像转换不需缓冲器而可即时显示影像。与此同时，亦可在二维的转换架构中，让转换后的目标影像具有近似立体转换的效果。
图1是依照本发明第图2是依照本发明第图3是依照本发明第图4是依照本发明第图5是依照本发明第图6是依照本发明第附图标号
100,400 影像转换装置 110:影像转换单元 120 输出单元 130 边缘计算单元 150 显示单元 460 影像混合单元 BA 边界区域
实施例的一种影像转换装置的方块图； 实施例的来源影像转换至目标影像的示意图实施例的一种影像转换方法的流程图； 实施例的一种影像转换装置的方块图； 实施例的混合影像方法的示意图； 实施例的一种影像转换方法的流程图。
BI 背景影像 DI 目标影像 DP:目标位置 MI 混合影像 SI 来源影像 SP 来源位置
TM 影像转换矩阵 E1、E2、E3、E4 来源影像的四个端点来源位置
El'、E2'、E3'、‘ E4'对应来源影像的目标影像的四个端点来源位置
TM-1 影像转换矩阵的反矩阵
RA 边界区域与目标影像之间的斜线区域
S310 S390 影像转换方法的步骤
S610 S640 影像转换方法的步骤
具体实施例方式为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。请参考图1与图2，图1是依照本发明第一实施例的一种影像转换装置100的方块图，图2是依照本发明第一实施例的来源影像SI转换至目标影像DI的示意图。影像转换装置100包括影像转换单元110与输出单元120。影像转换单元110依据三维旋转角度产生三维旋转矩阵，将三维旋转矩阵投影于二维平面以产生二维旋转矩阵。并且，影像转换单元110依据二维旋转矩阵与仿射转换矩阵，由目标影像DI内的目标位置DP以计算产生对应目标位置DP的来源位置SP，其中来源位置SP位于来源影像SI中。此外，影像转换单元 110依据来源位置SP与最接近来源位置SP的来源像素以产生像素数据。输出单元120接收像素数据作为目标位置DP的目标像素值，以产生目标影像DI，而目标影像DI可显示于显示单元150中。于本实施例中，影像转换装置100还包括边缘计算(bound-boxingcalculation) 单元130，其利用上述的影像转换矩阵将来源影像SI的端点来源位置转换至对应的目标影像DI的端点目标位置，以界定来源影像SI转换至目标影像DI的转换区域。为了使本领域具有通常知识者能更加了解本发明，在此说明本发明实施例的影像转换方法的运作流程与原理，请同时参照图1、图2与图3。图3是依照本发明第一实施例的影像转换方法的流程图。其中，影像转换装置100用以执行图3的影像转换方法。本实施例的目标是利用影像转换矩阵TM与其反矩阵TM—1将来源影像SI即时性地转换为目标影像DI。其中，影像转换矩阵TM是由三维旋转矩阵Id投影至二维平面的二维旋转矩阵Tai以及仿射转换矩阵AT的乘积，因此让转换的影像可以具有近似立体的效果。并且，由于来源位置SP可利用影像转换矩阵TM转换至目标位置DP上，目标位置DP便可通过影像转换矩阵TM的反矩阵TM—1以反向计算求得来源位置SP。如此一来，影像转换装置100便不需额外增加缓冲器来暂存影像，而可直接利用影像转换矩阵TM的反矩阵TM—1来计算每个位于目标影像DI的目标位置DP的像素值，以即时产生目标影像DI。上述的三维旋转矩阵Id由三维旋转角度所组成。仿射转换矩阵AT则包含来源影像SI转换至目标影像DI的缩放、刚体变形与位置移动的诸多参数，这些参数与旋转角度可依据使用者的需求来设定。举例而言，影像转换单元110可依据使用者所给定的参数与旋转角度来产生影像转换矩阵TM，亦可通过影像转换单元110内预设的参数与旋转角度来产生影像转换矩阵TM。在此详细说明影像转换方法的流程。于步骤S310中，影像转换装置100中的影像转换单元110首先依据三维旋转角度以产生三维旋转矩阵T3D。三维旋转角度于本实施例中包括X轴旋转角度α、γ轴旋转角度β与ζ轴旋转角度θ。三维旋转矩阵T3d如方程式 (1)与(2)所示
由方程式(1)可看出，三维旋转矩阵Id于本实施例中是Z轴旋转矩阵RMZ、Y轴旋转矩阵RMy与X轴旋转矩阵RMx的乘积。X轴旋转矩阵RMx表示自直角坐标系的原点指向来源位置SP的来源向量V(未绘示)对于X轴旋转X轴旋转角度α，Y轴旋转矩阵RMy则表示来源向量V对于Y轴旋转Y轴旋转角度β，而Z轴旋转矩阵RMz则表示来源向量V对于 Z轴旋转Z轴旋转角度θ。方程式O)为将方程式(1)的Z轴旋转矩阵RMZ、Y轴旋转矩阵 RMy与X轴旋转矩阵RMx相乘所展开的三维旋转矩阵T3D。接着进入步骤S320，影像转换单元110将三维旋转矩阵Id投影至二维平面，以产生二维旋转矩阵T211，这样就能使用二维架构达到近似三维的转换效果。于本实施例中，三维旋转矩阵Id投影至二维平面的步骤是将三维旋转矩阵T3d的第一行第三列、第二行第三列、 第三行第一列与第三行第二列的运算子设为"0"，以及将三维旋转矩阵Id的第三行第三列的运算子设为"1"，以求得二维旋转矩阵T2D。二维旋转矩阵Tai如方程式C3)所示
权利要求
1.一种影像转换方法，其特征在于，所述的影像转换方法包括依据一影像转换矩阵将一来源影像的多个端点来源位置转换至一目标影像的多个端点目标位置，以界定所述来源影像转换至所述目标影像的区域；依据所述影像转换矩阵的反矩阵，将所述目标影像内的一目标位置计算产生对应所述目标位置的一来源位置，其中所述来源位置位于所述来源影像中；依据所述来源影像中的所述来源位置与最接近所述来源位置的一预设数量的来源像素以产生一像素数据；以及将所述像素数据作为所述目标位置的一目标像素值，以产生所述目标影像，其中所述目标影像显示于一显示单元中。
2.如权利要求1所述的影像转换方法，其特征在于，产生所述像素数据的步骤包括利用上述来源像素作内插计算，以产生所述像素数据。
3.如权利要求1所述的影像转换方法，其特征在于，所述预设数量为一，而且产生所述像素数据的步骤包括直接使用最接近所述来源位置的所述来源像素的像素值作为所述像素数据。
4.如权利要求1所述的影像转换方法，其特征在于，所述影像转换矩阵依据一二维旋转矩阵与一仿射转换矩阵求得，且所述二维旋转矩阵是将一三维旋转角度组成的一三维旋转矩阵投影至二维平面所产生。
5.如权利要求4所述的影像转换方法，其特征在于，所述仿射转换矩阵包括一X轴缩放参数、一 Y轴缩放参数、一 X轴变形参数、一 Y轴变形参数、一 X轴移动参数与一 Y轴移动参数。
6.如权利要求4所述的影像转换方法，其特征在于，所述影像转换矩阵为所述二维旋转矩阵与所述仿射转换矩阵的乘积。
7.如权利要求1所述的影像转换方法，其特征在于，所述的影像转换方法还包括将所述目标影像覆盖于一背景影像上，以产生一混合影像，其中所述混合影像显示于所述显示单元中。
8.如权利要求1所述的影像转换方法，其特征在于，将所述目标影像内的一目标位置计算产生对应所述目标位置的一来源位置还包括检查所述来源位置是否位于所述来源影像内；当所述来源位置并没有位于所述来源影像内，将对应所述目标位置的像素数据设定为预设的背景像素值；当所述来源位置位于所述来源影像内，则依据所述来源影像中的所述来源位置与最接近所述来源位置的一预设数量的来源像素以产生一像素数据。
9.一种影像转换装置，其特征在于，所述的影像转换装置包括一影像转换单元，依据一三维旋转角度产生一三维旋转矩阵，将所述三维旋转矩阵投影于二维平面以产生一二维旋转矩阵，依据所述二维旋转矩阵与一仿射转换矩阵，由一目标影像内的一目标位置以计算产生对应所述目标位置的一来源位置，其中所述来源位置位于一来源影像中，并且依据所述来源影像中的所述来源位置与最接近所述来源位置的一预设数量的来源像素以产生一像素数据；以及一输出单元，接收所述像素数据作为所述目标位置的一目标像素值，以产生所述目标影像，其中所述目标影像显示于一显示单元中。
10.如权利要求9所述的影像转换装置，其特征在于，所述影像转换单元将所述二维旋转矩阵与所述仿射转换矩阵相乘以计算求得一影像转换矩阵，再计算求得所述影像转换矩阵的一反矩阵，并且利用所述反矩阵与所述目标位置计算产生所述来源位置。
11.如权利要求10所述的影像转换装置，其特征在于，所述的影像转换装置还包括 一边缘计算单元，其利用所述影像转换矩阵将所述来源影像的多个端点来源位置转换至所述目标影像的多个端点目标位置，以界定所述来源影像转换至所述目标影像的区域。
12.如权利要求9所述的影像转换装置，其特征在于，所述的影像转换装置还包括 一影像混合单元，将所述目标影像覆盖于一背景影像上，以产生一混合影像，其中所述混合影像显示于所述显示单元中。
13.—种产生影像转换矩阵的方法，其特征在于，所述产生影像转换矩阵的方法包括 利用一三维旋转角度产生一三维旋转矩阵；将所述三维旋转矩阵投影于二维平面，以产生一二维旋转矩阵；依据所述二维旋转矩阵与所述仿射转换矩阵计算求得一影像转换矩阵；以及计算求得所述影像转换矩阵的一反矩阵，其中，当获得一来源影像时，依据所述反矩阵与所述来源影像来产生一目标影像，以使所述目标影像显示于一显示单元中，且所述目标影像的一目标位置的一目标像素值利用对应所述目标位置的一来源位置的像素值来产生，藉以产生所述目标影像，所述来源位置位于所述来源影像中。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述的方法还包括通过所述影像转换矩阵将所述来源影像的多个端点来源位置转换至所述目标影像的多个端点目标位置，以界定所述来源影像转换至所述目标影像的区域。
全文摘要
本发明提供一种产生影像转换矩阵的方法、影像转换方法及其装置，该影像转换装置依据三维旋转角度产生一三维旋转矩阵。并且，将三维旋转矩阵投影于二维平面，以产生二维旋转矩阵。以及，依据二维旋转矩阵与仿射转换矩阵，由目标影像内的目标位置以计算产生对应目标位置的来源位置。其中，来源位置位于来源影像中，且仿射转换矩阵用以将目标影像位移、缩放与刚体变形。依据来源位置与最接近来源位置的来源像素以产生像素数据。接收像素数据作为目标位置的目标像素值以产生目标影像。
文档编号H04N13/02GK102238313SQ201010167009
公开日2011年11月9日 申请日期2010年4月22日 优先权日2010年4月22日
发明者方建翔, 纪富中, 高世璋 申请人:扬智科技股份有限公司