连续显示画面局部的方法.pdf

本发明提供一种连续显示画面局部的方法，其步骤包含载入一画面，将画面上一起点坐标对应的部分画面转换成起点子画面，选择画面上一终点坐标并将其对应的部分画面转换成终点子画面，选择画面上多个中途坐标并分別将各个中途坐标对应的部分画面转换成中途子画面。所有坐标共同对应一时序，各张子画面并依据此时序被顺序地显示。本发明可用于自广角影像擷取并显示局部画面的数字机制，使得依序显示各张局部画面时能接近人眼或机械式PTZ摄像机的视角转移特性。

权利要求书1.  一种连续显示画面局部的方法，其特征在于，包含： 载入一第一画面，该第一画面具有一坐标系； 依据该坐标系中的一起点坐标，将该起点坐标对应的部分的该第一画面， 转换成一起点子画面； 于该坐标系中选择一终点坐标，将该终点坐标对应的部分的该第一画面， 转换成一终点子画面； 于该坐标系中选择多个中途坐标，该起点坐标、该些中途坐标以及该终点 坐标对应一时序； 分别将该些中途坐标对应的部分的该第一画面，转换成多个中途子画面； 以及 依据该时序顺序地显示该起点子画面、该些中途子画面以及该终点子画 面。 2.  如权利要求1所述连续显示画面局部的方法，其特征在于，于顺序地 显示该起点子画面、该些中途子画面以及该终点子画面的步骤中，部分或全部 的该第一画面同时被显示。 3.  如权利要求2所述连续显示画面局部的方法，其特征在于，该起点子 画面具有一第一分辨率，该终点子画面具有一第二分辨率。 4.  如权利要求1所述连续显示画面局部的方法，其特征在于，该第一画 面具有一第一特性，该起点子画面、该些中途子画面以及该终点子画面具有一 第二特性，该第一特性为广角性，该第二特性为直线性，该第二特性为经由对 该起点坐标、该些中途坐标以及该终点坐标所分别对应的部分的该第一画面执 行曲线性影像的失真校正而来。 5.  如权利要求1所述连续显示画面局部的方法，其特征在于，该时序具 有多个时间点，该起点坐标、该些中途坐标以及该终点坐标分别对应该些时间 点其中之一，该些时间点中任两个相邻的时间点的间隔固定。 6.  如权利要求1所述连续显示画面局部的方法，其特征在于，该第一画 面包括相同视野的多张连续影像，该起点子画面、该些中途子画面以及该终点 子画面分别对应该些连续影像中的部分的该第一画面。 7.  如权利要求1所述连续显示画面局部的方法，其特征在于，该起点坐 标、该些中途坐标以及该终点坐标是依据一缓动函数对应该时序。

说明书连续显示画面局部的方法
技术领域
本发明是关于图像处理，特别是关于连续显示画面局部的方法。
背景技术
PTZ(pan-tilt-zoom)摄像机可行左右、俯仰和缩放三向运动，让使用者 锁定大范围中某个视角的画面，在监控应用上较诸传统固定式摄像机有显着优 势。PTZ的实现可以是纯粹机械性的，也就是摄像机在云台(如pan-tilt head) 上水平和垂直旋转，内部则配有可光学变焦的镜片模块。亦有一种电子式的 PTZ(ePTZ)摄像机，其镜头不能旋转但可拍摄某种广角(wide angle)影像， 用户撷取广角影像的局部再依据实际需求选择性的辅以数字变焦即可达成 PTZ的功能。ePTZ的优点在于成本低廉、反应迅速，且在即时串流时能多任 务作业，但由于其是一种模拟效果，操作体验远不若机械式PTZ自然。举例 而言，在广角影像中改变视角时，ePTZ往往是瞬时地切换画面，没有考虑到 真正的PTZ摄像机需要时间调整或转动镜头。类似地，在谷歌街景(Google  Street View)的全景影像中虚拟地移位或转向是藉由拉扯目的地的影像完成过 渡，与人亲临现场行走、顾盼的体验有相当出入。
发明内容
鉴于上述问题，本发明旨在提供一种连续显示画面局部的方法，可用于 ePTZ等自广角画面撷取而显示局部画面的数字机制，使得连续显示各张局部 画面时能接近人眼或机械式PTZ摄像机的视角转移特性，提升使用者体验， 同时保留数字机制原有的优点。
本发明提供一种连续显示画面局部的方法，其步骤包含：载入第一画面， 其具有坐标系；依据坐标系中的一个起点坐标，将起点坐标对应的部分第一画 面转换成起点子画面；于坐标系中选择一个终点坐标，将终点坐标对应的部分 第一画面转换成终点子画面；于坐标系中选择多个中途坐标，这些中途坐标和 起点坐标、终点坐标共同对应一个时序；分别将各个中途坐标对应的部分第一 画面转换成中途子画面；以及依据前述时序顺序地显示起点子画面、各张中途 子画面和终点子画面。
简而言之，本发明在起点和终点两个第一画面的视角间选取多个中途点， 依序显示起点、中途点和终点分别对应的局部第一画面即构成一出动画。由是， 本发明提供的连续显示画面局部的方法能在ePTZ等数字机制中模拟人眼或机 械式PTZ摄像机的连续性转移，从而提升使用者体验。另外，在本发明诸实 施例中，第一画面和诸子画面可具有不同特性或同时被显示，诸子画面可具有 不同的分辨率，且坐标和时序的对应关系可形成一任意函数。
以上的关于本发明内容的说明及以下的实施方式的说明用以示范与解释 本发明的精神与原理，并且提供本发明的专利申请范围更进一步的解释。
附图说明
图1是本发明一实施例中连续显示画面局部的方法的流程图；
图2是依据本发明一实施例第一画面和子画面的示意图；
图3是依据本发明一实施例的缓动函数图；
图4是本发明一实施例中依据缓动函数选择中途坐标与显示中途子画面 的示意图。
其中，附图标记：
S101－S111  步骤
21  第一画面
23  终点子画面
25  终点坐标
27  用户感兴趣的区域
d   缓动函数
4   第一画面
41  路径
401 起点坐标
403－409  中途坐标
411 终点坐标
具体实施方式
以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任 何本领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且依据本说明书所揭露 的内容、申请专利范围及图式，任何本领域技术人员可轻易地理解本发明相关 的目的及优点。以下的实施例进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点 限制本发明的范畴。
请参见图1。图1本发明一实施例中连续显示画面局部的方法的流程图。 如图1所示，于步骤S101中，第一画面被载入。由于使用者可在第一画面中 切换视角，第一画面必须具有一套坐标系索引其上可被观察的点。于步骤S103 中，坐标系中某个作为连续显示起点的坐标于第一画面上对应的那一部分被转 换成起点子画面。起点坐标或任何其他坐标和第一画面如何对应本发明并不设 限。以前述步骤为例，起始坐标所对应的可能是第一画面中以起始坐标为中心 的一个矩形或多边形区域，也可能起始坐标位于区域的左上角，且用户可决定 这个区域的大小。
一般而言，第一画面是一种全览(global view)，具有相对较大的范围或 视野，子画面(包括前述的起点子画面)则代表相对较小的、用户感兴趣的区 域(region of interest)。在一些实施例中，第一画面具有第一特性；第一特性 可以指第一画面为广角(wide angle)影像，可能是鱼眼镜头(fisheye lens)拍 摄所得，而在某种程度上带有曲线性(curvilinearity)。同时，子画面则可具 有第二特性，而第二特性可以指子画面是直线性的(rectilinear)。在这些实施 例中，从第一画面的局部转换为子画面的过程可能是一种曲线性影像的失真校 正(distortion correction)。请注意本发明并不对第一特性、第二特性和转换 过程有任何限制。在其他实施例中，“转换”可能只包括裁切第一画面而无任 何校正操作，或者第一画面和子画面并无线性的分别，只是视野大小不同。
实作本发明的装置或软件启动后可切换用户感兴趣的区域，以提供非对应 起点坐标的子画面。于图1中这对应着步骤S105：于第一画面的坐标系中选 择终点坐标，并将终点坐标于第一画面上对应的那一部分转换成终点子画面。 与前述的起点坐标相同，终点坐标和第一画面如何对应本发明并不设限。如图 2所示，第一画面21中终点坐标25所对应的部分可能是以终点坐标25为中 心的一个矩形或多边形的用户感兴趣的区域27，且用户可决定这个矩形或多 边形的大小。在其他实施例中，终点坐标25也可能位于用户感兴趣的区域27 的左上角。实作本发明的装置或软件可能如图2同时提供第一画面21与终点 子画面23作为其预设显示的主要部分，也就是说，此时的第一画面21可被缩 小在显示的一角，使用者利用输入设备于第一画面21上点选(click)便能指 定终点坐标25。另外，终点子画面23或用户感兴趣的区域27的大小除了由 实作本发明的装置或软件自行决定，还可以由使用者点选终点坐标25后再行 拖曳(drag)产生。产生的用户感兴趣的区域27也可以被标示于第一画面21 上。除上述于第一画面21上选择终点坐标25外，终点坐标25亦可能由使用 者手动输入，或由实作本发明的装置或软件自行产生。
接着，于图1的步骤S107和S109中，多个中途坐标被选择，而分别对应 这些中途坐标的部分的第一画面被转换为多张中途子画面。这里选择和转换的 过程可以模拟于终点坐标和终点子画面的产生。显然地，这些中途坐标会在第 一画面的坐标系上形成一条以起点坐标和终点坐标为端点的路径。本发明并不 限定这条路径是弯是直、长度几何，亦不限定中途坐标的个数和可以出现在第 一画面中何处。若第一画面属曲线性却具有直线性的坐标系，则可能选择一条 弯曲的路径较符合PTZ(pan-tilt-zoom)摄像机或人转头时的视角变化。
重要的是，起点坐标、中途坐标和终点坐标会依据一“缓动函数”(easing  curve)来对应一个时序，这个时序指示着在第一画面中切换视角的过程中， 也就是用户感兴趣的区域的改变过程中，起点子画面、中途子画面和终点子画 面如何于图1的步骤S111中顺序地显示。这个缓动函数指示着如何于这个时 序中选取中途坐标，且同时指示着在第一画面中切换视角的过程中，所对应场 景转移的快慢。在本发明中，缓动函数上凸(ease out，数学上的concave)时 相邻的中途坐标彼此距离渐减，前后张中途子画面的差异愈来愈少，也就是场 景转移越来越慢；缓动函数下凹(ease in，数学上的convex)时则相邻的中途 坐标彼此距离渐增，前后张中途子画面的差异愈来愈多，也就是场景的转移越 来越快。缓动函数可具有任意样貌，实务上，缓动函数可以是线性也可以是平 滑曲线，后者如三次多项式。凡本发明所属技术领域相关技术人员皆可自由设 计选用。
一般而言，选择中途坐标时对不同维度套用相同或相异的缓动函数。请参 考图3。图3所依据的实施例对二维空间的x轴和y轴套用相同的缓动函数d， 且假设两轴距离单位相同。在图3中，横轴是时间，纵轴是各坐标相对起点坐 标的距离，记作“(0.0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0)”的时序则可能表示实作 本发明的装置或软件开始时(0.0秒)显示着预设的起点子画面，0.2秒时显示 第一张中途子画面，0.4秒时显示第二张中途子画面，以此类推，至1.0秒时 显示终点子画面完成视角的改变，终点子画面作为下一次切换视角时的起点子 画面。在这个例子中不计起点子画面总共有五张待显示的子画面。缓动函数d 表示每一中途坐标和终点坐标相对起点坐标的距离，如d(0.2)＝10表示第一张 中途子画面所对应的中途坐标相对起点坐标的距离，d(0.4)＝20表示第二张中 途子画面所对应的中途坐标相对起点坐标的距离，以此类推，至d(1.0)＝100表 示终点坐标相对起点坐标的距离。将各坐标相对起点坐标的距离与时序的对应 关系表示成函数即图3中先凹后凸(ease in-out)的折线。也就是本实施例中 同时套用于x轴和y轴的缓动函数d，所选择的中途坐标于第一画面中的动作 路径即以的决定。假设第一画面和中途子画面并无直或曲线性的分别，则当x 轴和y轴套用相同的缓动函数时，中途坐标于第一画面上形成的路径会是直 线；当套用相异的缓动函数时中途坐标于第一画面上形成的路径则会是曲线。
请参见图4。图4依据图3的缓动函数d选择中途坐标与显示中途子画面 的示意图。如图4所示，第一画面4中起点坐标401、中途坐标403、405、407 和409以及终点坐标411形成一条路径41。起点坐标401旁的虚线框代表起 点坐标401对应的部分的第一画面4，其他坐标对应的部分的第一画面4可以 此类推。缓动函数d表示第一画面中局部场景的转移先慢而快再变慢，具体而 言便是切换视角的流程开始后，实作本发明的装置或软件花了0.2秒自中途坐 标403(显示第一张中途子画面)沿路径41移动10单位距离到中途坐标405 (显示第二张中途子画面)，也花了0.2秒自中途坐标407(显示第三张中途 子画面)沿路径41移动同样距离到中途坐标409(显示第四张中途子画面)， 但在同样时间内便自中途坐标405移动60单位距离到中途坐标407，且其路 径41为直线。
本发明依据缓动函数以及所对应的时序来选择对应的坐标时，这些坐标所 对应的时序一般而言具有多个时间点，这些时间点的间隔相等，此概念亦可称 做子画面显示帧率(frame rate)固定。在本发明较佳的实施例中，子画面显示 帧率为每秒约30张子画面时可良好地模拟人眼或机械式PTZ摄像机的连续性 转移。在此实施例中，假设事先亦定义改变视角的流程需时1秒，则大约需选 择30个坐标并转换出对应的子画面，也就是说，每张子画面的显示时间相等 且都约为1/30秒。
值得注意的是实务上显示尺寸虽然固定，各子画面却不见得有相同的分辨 率。起点子画面和终点子画面的分辨率可以相同也可以相异。中途子画面的分 辨率可以和起点子画面的相同，也可以和终点子画面的相同。当起点子画面和 终点子画面的分辨率相异时，中途子画面的分辨率可以渐进变化，使第一张中 途子画面和起点子画面分辨率相似，而最后一张中途子画面和终点子画面分辨 率相似。具体而言，假设起点子画面的分辨率是160像素乘以120像素(以下 省略单位)，而终点子画面的分辨率是320乘以240，又假设选择并转换出30 张的中途子画面，则可设计每张中途子画面的分辨率都需较前一张于宽 (width)多(320-160)/30＝5.3像素，于高(height)多(240-120)/30＝4像素。在 不考虑次像素(subpixel)的情形下，这意味着第一张中途子画面的分辨率是 165乘以124，第二张中途子画面的分辨率是171乘以128，以此类推。又假 设显示尺寸固定在640乘以480时，起点子画面显示时宽与高各会被放大4 倍，终点子画面显示时宽与高各会被放大2倍，30张中途子画面则依各自分 辨率放大。在此例中，从起点子画面、中途子画面到终点子画面的连续显示过 程使用者看到的是同样大小但愈来愈清晰的移动画面。
前述的第一画面不一定是仅仅一张影像，而可能是一个帧序列(frame  sequence)，子画面则转换自其中不同的帧。举例而言，假设实作本发明的装 置或软件连结有一台ePTZ摄像机，其每秒撷取30帧广角影像，即影像撷取 帧率为每秒30帧广角影像。复假设事先定义子画面显示帧率亦是每秒30张且 改变视角的流程需时1秒，则起点子画面转换自第一帧广角影像，第一张中途 子画面转换自第二帧广角影像，第二张中途子画面转换自第三帧广角影像，以 此类推，至终点子画面转换自第30帧广角影像。若更改假设使显示帧率为每 秒60张，则第一张和第二张子画面(即起点子画面以及第一张中途子画面) 转换自第一帧广角影像，第三张和第四张中途子画面转换自第二帧广角影像， 以此类推。若复更改影像撷取帧率或子画面显示帧率的假设，使两者互不能整 除时，则在某时间点需转换某中途坐标对应的“部分的第一画面”时，显示出 的中途子画面可来自最晚近取得的广角影像，或前后两帧广角影像中时间上较 为接近者。请注意前述诸实施例中影像撷取帧率、子画面显示帧率以及改变视 角的流程所需总时间等参数分别可以由使用者依据喜好所自定义，或是实作本 发明的装置或软件所提供的默认值。
综上所述，本发明提供的连续显示画面局部的方法以一全览画面为本，以 动画方式模拟人眼或机械式PTZ摄像机在大范围景观中的视角转移特性，提 升了使用者体验。本发明在第一画面的坐标系中选取多个中途点，配合起点和 终点依时序显示各点分别对应的局部第一画面，点坐标和时序的对应关系形成 线性或非线性的缓动函数。在本发明一实施例中，显示子画面的同时亦可显示 至少部分的第一画面于显示的角落以检索终点坐标。在另一实施例中，广角的 第一画面与直线性的诸子画面相对；子画面的直线性对局部第一画面执行失真 校正而来。在其他实施例中，子画面彼此可具有相同或相异的分辨率，或者第 一画面由多张影像组成的帧序列。