TWI489414B - ２ｄ轉３ｄ影像轉換裝置及其方法 - Google Patents

２ｄ轉３ｄ影像轉換裝置及其方法 Download PDF

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Description

2D轉3D影像轉換裝置及其方法
本發明是有關於一種2D轉3D影像轉換裝置及方法。
隨著現代科技的蓬勃發展，人類開始追求較2D影像裝置更為真實的視覺享受，因此近年來3D立體影像之相關技術日趨成熟。目前常見的2D影像裝置若要形成3D立體影像，必須先將2D影像配合對應的深度表作影像處理以繪製得到對應3D眼鏡的雙重影像，再搭配上述眼鏡觀看方能達到3D立體效果。然而，在將2D影像配合對應的深度表進行影像變形(image warping)的過程中，常會發生資料缺失的問題。
請參照第1圖，其係習知2D轉3D影像轉換過程之示意圖。於第1圖中，畫素依據相關於深度(depth)的偏移量(offset)進行影像變形。例如，畫素P4對應的偏移量為3，故輸入資料值d4被位移為畫素P7的輸出資料值。又例如，畫素P5對應的偏移量為1，故輸入資料值d5被位移為畫素P6的輸出資料值。然而，如第1圖所示，畫素P1、P5、P8、P9及P10等的輸出資料值缺失。此外，多個畫素P4及P6的輸出資料會被位移為同一畫素P7的輸出資料，且畫素P6及P7的輸出資料值產生資料交錯(data crossing)的問題。是故，除了必須對輸出資料值進行額外的補洞(hole filling)處理，還要進行其他的影像處理才能得到想要的兩眼視差(disparity)雙重影像。如此一來，不僅要耗費額外的資源進行補洞處理，亦降低影像處理系統的整體效能。
本發明是有關於一種2D轉3D影像轉換裝置及方法，利用簡單的深度影像繪圖法(depth image based rendering)，不需進行額外的補洞處理即可達成將2D影像轉換為3D影像的效果。
本發明的目的之一，在於提出一種2D轉3D影像轉換裝置，該影像轉換裝置包括一資料佇列、一轉換單元以及一偏移計算單元。資料佇列用以接收並暫存對應一當前畫素之一輸入資料值。轉換單元用以依據對應當前畫素之一當前深度參數輸出對應當前深度參數之一當前偏移表，當前偏移表包括對應當前畫素以及與其相鄰的m個畫素之(m+1)個參考偏移量，m為正整數。偏移計算單元用以在當前偏移表與多個先前偏移表中對應當前畫素的多個參考偏移量中擇一做為對應當前畫素之一資料偏移量。其中，資料佇列依據資料偏移量的整數部分與輸入資料值，選取並輸出對應當前畫素之一輸出資料值。
本發明之另一目的在於提出一種2D轉3D影像轉換方法一種2D轉3D影像轉換方法，包括：接收並暫存對應一當前畫素之一輸入資料值；依據對應該當前畫素之一當前深度參數產生對應該當前深度參數之一當前偏移表，該當前偏移表包括對應該當前畫素以及與其相鄰的m個畫素之(m+1)個參考偏移量，m為正整數；在該當前偏移表與複數個先前偏移表中對應該當前畫素的複數個參考偏移量中擇一做為對應該當前畫素之一資料偏移量；以及依據該資料偏移量的整數部分與該輸入資料值，選取並輸出對應該當前畫素之一輸出資料值。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉一實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
本發明所提出之2D轉3D影像轉換裝置及方法，利用簡單的深度影像繪圖法(depth image based rendering)，不需進行額外的補洞處理即可達成將2D影像轉換為3D影像的效果。
請參照第2圖，其繪示依照一實施例之2D轉3D影像轉換裝置之方塊圖。2D轉3D影像轉換裝置200包括一資料佇列(data queue)210、一轉換單元220以及一偏移計算單元230。資料佇列210接收並暫存對應一當前畫素之一輸入資料值data_in。轉換單元220依據對應當前畫素之一當前深度參數depth_ref輸出對應當前深度參數之一當前偏移表。在實作中，轉換單元220可以設計為一偏移查找表(Offset LUT)，供依據當前深度參數depth_ref得到當前偏移表，或可將當前深度參數代入一公式得到當前偏移表，並不限制，端視設計需求而定。
當前偏移表包括對應當前畫素以及與其相鄰的m個畫素之(m+1)個參考偏移量，m為正整數且為最大可能偏移量。舉例來說，如果最大可能偏移量為4，則當前偏移表會包括5個參考偏移量。此外，相鄰的m個畫素可為跟隨在當前畫素之後的m個畫素，亦可為在當前畫素之前的m個畫素，並不限制。偏移計算單元210用以計算在當前偏移表與多個先前偏移表中對應當前畫素的多個參考偏移量中擇一做為對應當前畫素之一資料偏移量offset。資料偏移量offset可以為多個參考偏移量之一最大值或一最小值，在接下來係以資料偏移量offset為最大值進行說明，然實質上並不限制，可視設計需求而改變。資料佇列210依據資料偏移量offset的整數部分與輸入資料值data_in，選取並輸出對應當前畫素之一輸出資料值data_out。
請同時參照第3圖及第4A圖~第4K圖，第3圖繪示依照一實施例之2D轉3D影像轉換過程之簡單示意圖，第4A圖~第4K圖繪示依照一實施例之2D轉3D影像轉換過程之詳細示意圖。假定資料佇列210依序接收畫素P1、P2、…、P8、P9、P10、P11、…的輸入資料值data_in為d1、d2、…、d8、d9、d10、d11、…，且轉換單元220亦依序接收對應的深度參數depth_ref為1、1、…、4、4、4、4、…。其中，深度參數depth_ref可以由深度感應器、視頻訊號自身或是由2D轉3D繪圖引擎所估計產生，並不限制。
此外，深度參數depth_ref可以是深度值(depth)，亦可以是經過影像演算法處理得到的其他參數值，例如是位移偏移量，此處僅係以深度值為例，並非其限制。另外，對應於當前深度參數為y，假定轉換單元220據以輸出對應當前深度參數之當前偏移表的公式為1、2、3、…、(y-1)、y、y、0、0、…等。於第4A圖中，資料佇列210接收並暫存對應當前畫素(P1)之輸入資料值data_in(d1)。轉換單元220依據對應當前畫素(P1)之當前深度參數depth_ref(1)輸出對應當前深度參數(1)之當前偏移表LUT Output(1、1、0、0、0)。由於在此實施例中最大可能深度參數被設定為4，因此當前偏移表LUT output包括(4+1)個參考偏移量。
偏移計算單元210將當前偏移表LUT output與先前偏移表prev(0、0、0、0)做對應比較求最大值而得到新偏移表new(1、1、0、0、0)，其中包括對應當前畫素P1之參考偏移量(1)與隨後的4個畫素之4個參考偏移量(1、0、0、0)。對應當前畫素P1之參考偏移量1被輸出為資料偏移量offset(1)，而4個參考偏移量(1、0、0、0)則被視為下一畫素P2之先前偏移表。資料佇列210依據資料偏移量offset(1)的整數部分，從輸入資料值data_in(d1)往左選取1筆資料以輸出為對應當前畫素P1之輸出資料值data_out。由於當前畫素P1為第1個畫素，故其左邊無資料，對應當前畫素P1之輸出資料值data_out為(x)。在其他實施例中，該4個參考偏移量為在當前畫素P1前的4個相鄰畫素，或該當前畫素P1的前2及後2個相鄰畫素。
於第4B圖中，資料佇列210接收並暫存對應當前畫素(P2)之輸入資料值data_in(d2)。轉換單元220依據對應當前畫素(P2)之當前深度參數depth_ref(1)輸出對應當前深度參數(1)之當前偏移表LUT output(1、1、0、0、0)。偏移計算單元210將當前偏移表LUT output與先前偏移表prev(1、0、0、0)做對應比較求最大值而得到新偏移表new(1、1、0、0、0)。對應當前畫素P2之參考偏移量1被輸出為資料偏移量offset(1)，而4個參考偏移量(1、0、0、0)則被視為下一畫素P3之先前偏移表。資料佇列210依據資料偏移量offset(1)的整數部分，從輸入資料值data_in(d2)往左選取1筆資料以輸出為對應當前畫素P2之輸出資料值data_out(d1)。
於第4C圖中，資料佇列210接收並暫存對應當前畫素(P3)之輸入資料值data_in(d3)。轉換單元220依據對應當前畫素(P3)之當前深度參數depth_ref(1)輸出對應當前深度參數(1)之當前偏移表LUT output(1、1、0、0、0)。偏移計算單元210將當前偏移表LUT output與先前偏移表prev(1、0、0、0)做對應比較求最大值而得到新偏移表new(1、1、0、0、0)。對應當前畫素P3之參考偏移量1被輸出為資料偏移量offset(1)，而4個參考偏移量(1、0、0、0)則被視為下一畫素P4之先前偏移表。資料佇列210依據資料偏移量offset(1)的整數部分，從輸入資料值data_in(d3)往左選取1筆資料以輸出為對應當前畫素P2之輸出資料值data_out(d2)。
於第4D圖中，資料佇列210接收並暫存對應當前畫素(P4)之輸入資料值data_in(d4)。轉換單元220依據對應當前畫素(P4)之當前深度參數depth_ref(3)輸出對應當前深度參數(3)之當前偏移表LUT output(1、2、3、3、0)。偏移計算單元210將當前偏移表LUT output與先前偏移表prev(1、0、0、0)做對應比較求最大值而得到新偏移表new(1、2、3、3、0)。對應當前畫素P4之參考偏移量1被輸出為資料偏移量offset(1)，而4個參考偏移量(2、3、3、0)則被視為下一畫素P5之先前偏移表。資料佇列210依據資料偏移量offset(1)的整數部分，從輸入資料值data_in(d4)往左選取1筆資料以輸出為對應當前畫素P4之輸出資料值data_out(d3)。
於第4E圖中，資料佇列210接收並暫存對應當前畫素(P5)之輸入資料值data_in(d5)。轉換單元220依據對應當前畫素(P5)之當前深度參數depth_ref(1)輸出對應當前深度參數(1)之當前偏移表LUT output(1、1、0、0、0)。偏移計算單元210將當前偏移表LUT output與先前偏移表prev(2、3、3、0)做對應比較求最大值而得到新偏移表new(2、3、3、0、0)。對應當前畫素P5之參考偏移量2被輸出為資料偏移量offset(2)，而4個參考偏移量(3、3、0、0)則被視為下一畫素P6之先前偏移表。資料佇列210依據資料偏移量offset(2)的整數部分，從輸入資料值data_in(d5)往左選取2筆資料以輸出為對應當前畫素P5之輸出資料值data_out(d3)。
於第4F圖中，資料佇列210接收並暫存對應當前畫素(P6)之輸入資料值data_in(d6)。轉換單元220依據對應當前畫素(P6)之當前深度參數depth_ref(1)輸出對應當前深度參數(1)之當前偏移表LUT output(1、1、0、0、0)。偏移計算單元210將當前偏移表LUT output與先前偏移表prev(3、3、0、0)做對應比較求最大值而得到新偏移表new(3、3、0、0、0)。對應當前畫素P6之參考偏移量3被輸出為資料偏移量offset(3)，而4個參考偏移量(3、0、0、0)則被視為下一畫素P7之先前偏移表。資料佇列210依據資料偏移量offset(3)的整數部分，從輸入資料值data_in(d6)往左選取3筆資料以輸出為對應當前畫素P6之輸出資料值data_out(d3)。
於第4G圖中，資料佇列210接收並暫存對應當前畫素(P7)之輸入資料值data_in(d7)。轉換單元220依據對應當前畫素(P7)之當前深度參數depth_ref(4)輸出對應當前深度參數(4)之當前偏移表LUT output(1、2、3、4、4)。偏移計算單元210將當前偏移表LUT output與先前偏移表prev(3、0、0、0)做對應比較求最大值而得到新偏移表new(3、2、3、4、4)。對應當前畫素P7之參考偏移量3被輸出為資料偏移量offset(3)，而4個參考偏移量(2、3、4、4)則被視為下一畫素P8之先前偏移表。資料佇列210依據資料偏移量offset(3)的整數部分，從輸入資料值data_in(d7)往左選取3筆資料以輸出為對應當前畫素P7之輸出資料值data_out(d4)。
於第4H圖中，資料佇列210接收並暫存對應當前畫素(P8)之輸入資料值data_in(d8)。轉換單元220依據對應當前畫素(P8)之當前深度參數depth_ref(4)輸出對應當前深度參數(4)之當前偏移表LUT output(1、2、3、4、4)。偏移計算單元210將當前偏移表LUT output與先前偏移表prev(2、3、4、4)做對應比較求最大值而得到新偏移表new(2、3、4、4、4)。對應當前畫素P8之參考偏移量2被輸出為資料偏移量offset(2)，而4個參考偏移量(3、4、4、4)則被視為下一畫素P9之先前偏移表。資料佇列210依據資料偏移量offset(2)的整數部分，從輸入資料值data_in(d8)往左選取2筆資料以輸出為對應當前畫素P8之輸出資料值data_out(d6)。
於第4I圖中，資料佇列210接收並暫存對應當前畫素(P9)之輸入資料值data_in(d9)。轉換單元220依據對應當前畫素(P9)之當前深度參數depth_ref(4)輸出對應當前深度參數(4)之當前偏移表LUT output(1、2、3、4、4)。偏移計算單元210將當前偏移表LUT output與先前偏移表prev(3、4、4、4)做對應比較求最大值而得到新偏移表new(3、4、4、4、4)。對應當前畫素P9之參考偏移量3被輸出為資料偏移量offset(3)，而4個參考偏移量(4、4、4、4)則被視為下一畫素P10之先前偏移表。資料佇列210依據資料偏移量offset(3)的整數部分，從輸入資料值data_in(d9)往左選取3筆資料以輸出為對應當前畫素P9之輸出資料值data_out(d6)。
於第4J圖中，資料佇列210接收並暫存對應當前畫素(P10)之輸入資料值data_in(d10)。轉換單元220依據對應當前畫素(P10)之當前深度參數depth_ref(4)輸出對應當前深度參數(4)之當前偏移表LUT output(1、2、3、4、4)。偏移計算單元210將當前偏移表LUT output與先前偏移表prev(4、4、4、4)做對應比較求最大值而得到新偏移表new(4、4、4、4、4)。對應當前畫素P10之參考偏移量4被輸出為資料偏移量offset(4)，而4個參考偏移量(4、4、4、4)則被視為下一畫素P11之先前偏移表。資料佇列210依據資料偏移量offset(4)的整數部分，從輸入資料值data_in(d10)往左選取4筆資料以輸出為對應當前畫素P10之輸出資料值data_out(d6)。
於第4K圖中，資料佇列210接收並暫存對應當前畫素(P11)之輸入資料值data_in(d11)。轉換單元220依據對應當前畫素(P11)之當前深度參數depth_ref(4)輸出對應當前深度參數(4)之當前偏移表LUT output(1、2、3、4、4)。偏移計算單元210將當前偏移表LUT output與先前偏移表prev(4、4、4、4)做對應比較求最大值而得到新偏移表new(4、4、4、4、4)。對應當前畫素P11之參考偏移量4被輸出為資料偏移量offset(4)，而4個參考偏移量(4、4、4、4)則被視為下一畫素P12之先前偏移表。資料佇列210依據資料偏移量offset(4)的整數部分，從輸入資料值data_in(d11)往左選取4筆資料以輸出為對應當前畫素P11之輸出資料值data_out(d7)。
配合第3圖及第4A圖~第4K圖可以得知，本實施例之2D轉3D影像轉換裝置並不會產生輸出資料值缺失的問題，故不需要後續額外的補洞處理以進行影像校正。同時，由第3圖及第4A圖~第4K圖亦可以得知沒有資料交錯的問題產生。此外，轉換單元220亦可以依據其他的公式以輸出當前偏移表。例如，當當前深度參數為y，公式為y/(y+1)、2y/(y+1)、3y/(y+1)、…、(y-1)×y/(y+1)、y×y/(y+1)、y×y/(y+1)、0、0、…等。
此外，可將資料偏移量精確到小數以使得3D立體影像更為平滑。請參照第5圖，其繪示依照另一實施例之2D轉3D影像轉換裝置之方塊圖。類似於2D轉3D影像轉換裝置200，2D轉3D影像轉換裝置500包括一資料佇列510、一轉換單元520以及一偏移計算單元530；此外，2D轉3D影像轉換裝置500更包括一內插單元540。內插單元540從資料佇列510接收輸出資料值data_out與一隨後資料值data_outnex，並依據資料偏移量的小數部分offset_frac對輸出資料值data_out與隨後資料值data_outnex進行內插運算得到一內插資料值data_out’。在第5圖中之內插運算可以採用2點線性內插法，亦可以採用S曲線(S-curve)內插法，並不限制。
本發明更提出一種2D轉3D影像轉換方法，請參照第6圖之2D轉3D影像轉換流程圖。在開始後，於步驟S600中接收並暫存對應一當前畫素之一輸入資料值，接著於步驟S610依據對應當前畫素之一當前深度參數產生對應當前深度參數之一當前偏移表，該當前偏移表包括對應當前畫素以及與其相鄰的m個畫素之(m+1)個參考偏移量，m為正整數。接著於步驟S620計算在當前偏移表與多個先前偏移表中對應當前畫素的多個參考偏移量中擇一做為對應當前畫素之一資料偏移量。於步驟S630中，依據資料偏移量的整數部分與輸入資料值選取並輸出對應當前畫素之一輸出資料值，完成2D轉3D影像之轉換而結束操作。
上述之2D轉3D影像轉換方法之原理係已詳述於第2圖~第4K圖及其相關內容中，相關之操作，例如如何產生該當前偏移表、如何選擇m等等，亦可於前述實施例中得知。故於此不再重述。
本發明上述實施例所揭露之2D轉3D影像轉換裝置及方法，利用簡單的深度影像繪圖法，不會產生輸出資料值缺失的問題，故不需進行額外的補洞處理即可達成將2D影像轉換為3D影像的效果。此外，亦可以經由適當的轉換設計而避免產生資料交錯的問題。
綜上所述，雖然本發明已以多個實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
200、500．．．2D轉3D影像轉換裝置
210、510．．．資料佇列
220、520．．．轉換單元
230、530．．．偏移計算單元
540．．．內插單元
第1圖係習知2D轉3D影像轉換過程之示意圖。
第2圖繪示依照一實施例之2D轉3D影像轉換裝置之方塊圖。
第3圖繪示依照一實施例之2D轉3D影像轉換過程之簡單示意圖。
第4A圖~第4K圖繪示依照一實施例之2D轉3D影像轉換過程之詳細示意圖。
第5圖繪示依照另一實施例之2D轉3D影像轉換裝置之方塊圖。
第6圖繪示依照一實施例之2D轉3D影像轉換方法之流程圖。
200．．．2D轉3D影像轉換裝置
210．．．資料佇列
220．．．轉換單元
230．．．偏移計算單元

Claims (20)

  1. 一種2D轉3D影像轉換裝置，用以將一2D影像轉換為一3D影像，包括：一資料佇列，用以接收並暫存該2D影像之一當前畫素之一輸入資料值；一轉換單元，用以依據對應該當前畫素之一當前深度參數輸出對應該當前深度參數之一當前偏移表，該當前偏移表包括對應該當前畫素以及與其相鄰的m個畫素之(m+1)個參考偏移量，m為正整數；以及一偏移計算單元，耦接至該資料佇列及該轉換單元，用以在該當前偏移表與複數個先前偏移表中對應該當前畫素的複數個參考偏移量中擇一做為對應該當前畫素之一資料偏移量；其中，該資料佇列依據該資料偏移量的整數部分與該輸入資料值，選取並輸出對應該當前畫素之該3D影像之一輸出資料值。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之2D轉3D影像轉換裝置，其中該偏移計算單元係自該些參考偏移量中選出一最大值做為該當前畫素之該資料偏移量。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之2D轉3D影像轉換裝置，其中該偏移計算單元係自該些參考偏移量中選出一最小值做為該當前畫素之該資料偏移量。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之2D轉3D影像轉換裝置，其中該m個畫素係跟隨在該當前畫素之後。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之2D轉3D影像轉換 裝置，其中該m個畫素係在該當前畫素之前。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之2D轉3D影像轉換裝置，更包括：一內插單元，耦接至該資料佇列及該偏移計算單元，用以從該資料佇列接收該輸出資料值與一隨後資料值，並依據該資料偏移量的小數部分對該輸出資料值與該隨後資料值進行內插運算得到一內插資料值。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之2D轉3D影像轉換裝置，其中該轉換單元依據該當前深度參數從一偏移查找表中得到該當前偏移表。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之2D轉3D影像轉換裝置，其中該轉換單元將該當前深度參數代入一公式得到該當前偏移表，當該當前深度參數為y時，該公式為1、2、3、…、(y-1)、y、y、0、0、…等。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之2D轉3D影像轉換裝置，其中該轉換單元將該當前深度參數代入一公式得到該當前偏移表，當該當前深度參數為y時，該公式為y/(y+1)、2y/(y+1)、3y/(y+1)、…、(y-1)×y/(y+1)、y×y/(y+1)、y×y/(y+1)、0、0、…等。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之2D轉3D影像轉換裝置，其中m為最大可能偏移量。
  11. 一種2D轉3D影像轉換方法，用以將一2D影像轉換為一3D影像，包括：接收並暫存該2D影像之一當前畫素之一輸入資料值； 依據對應該當前畫素之一當前深度參數產生對應該當前深度參數之一當前偏移表，該當前偏移表包括對應該當前畫素以及與其相鄰的m個畫素之(m+1)個參考偏移量，m為正整數；在該當前偏移表與複數個先前偏移表中對應該當前畫素的複數個參考偏移量中擇一做為對應該當前畫素之一資料偏移量；以及依據該資料偏移量的整數部分與該輸入資料值，選取並輸出對應該當前畫素之該3D影像之一輸出資料值。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之2D轉3D影像轉換方法，其中自該些參考偏移量中擇一做為該當前畫素的該資料偏移量的步驟係自該些參考偏移量中選出一最大值做為該當前畫素之該資料偏移量。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之2D轉3D影像轉換方法，其中自該些參考偏移量中擇一做為該當前畫素的該資料偏移量的步驟係自該些參考偏移量中選出一最小值做為該當前畫素之該資料偏移量。
  14. 如申請專利範圍第11項所述之2D轉3D影像轉換方法，其中該m個畫素係跟隨在該當前畫素之後。
  15. 如申請專利範圍第11項所述之2D轉3D影像轉換方法，其中該m個畫素係在該當前畫素之前。
  16. 如申請專利範圍第11項所述之2D轉3D影像轉換方法，更包括：從該資料佇列接收該輸出資料值與一隨後資料值，並依據該資料偏移量的小數部分對該輸出資料值與該隨後 資料值進行內插運算得到一內插資料值。
  17. 如申請專利範圍第11項所述之2D轉3D影像轉換方法，更包括：依據該當前深度參數從一偏移查找表得到該當前偏移表。
  18. 如申請專利範圍第11項所述之2D轉3D影像轉換方法，更包括：將該當前深度參數代入一公式得到該當前偏移表；其中，當該當前深度參數為y時，該公式為1、2、3、…、(y-1)、y、y、0、0、…等。
  19. 如申請專利範圍第11項所述之2D轉3D影像轉換方法，更包括：將該當前深度參數代入一公式得到該當前偏移表；其中，當該當前深度參數為y時，該公式為y/(y+1)、2y/(y+1)、3y/(y+1)、…、(y-1)×y/(y+1)、y×y/(y+1)、y×y/(y+1)、0、0、…等。
  20. 如申請專利範圍第11項所述之2D轉3D影像轉換方法，其中m為最大可能偏移量。
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