[发明专利]辨识二维影像产生三维信息的方法

说明书

主机读入或摄录像获得二维动态影片。用户可从该影像或其他图片选定一或多个欲追踪物体、预计轨迹点、开始和结束追踪图片。令主机从欲追踪图片比对及辨识找到欲追踪物体，再根据焦距、光圈及镜头透光率等信息辨识景深，从而推定该欲追踪物体的实际轨迹点的位置。并将轨迹点定位于虚拟3D空间，进而连接多个轨迹点获得运动轨迹，而速度、转速、旋转角度等也可从相邻运动物体的变化程度推算。同理可将追踪图片及运动场地定位于虚拟3D空间。因此可从三维浏览装置于空间穿梭观察物体相互作用的效果和其轨迹、场地的细节和对照信息。

技术领域

本发明关于一种辨识二维影像产生三维信息的方法。

背景技术

物体的运动轨迹有二维平面运动轨迹也有三维立体运动轨迹。单一物体的运动轨迹可作为运动效能的观察指针，而多个物体的运动轨迹则可进而作为交互作用程度的观察指标。

吾人多透过视觉观察来分辨不同的运动行为会产生甚么样的效果，以决定对策。然而，即使可从二维动态影片目视观查及辨识单一物体的运动轨迹，但却难以分辨其细部的变化。例如运动员在竞逐争胜时极为关切的一个击球效能的问题是：以不旋转的寻常方式掷球时，不难观察球以拋物线的轨迹行进的路径和速度。但如改以不同的角度掷球或增加左、右旋转掷球的力道时，球的运动轨迹便与寻常掷球有很大的不同，然而究竟有何差异呢？遗憾的是：即使科技发达的今日也不能轻易解决这个简单的问题！如果要剖析、分辨其间的差异，这就需要仰赖两种辅助观察的技巧：将球的分时、连续多张的运动轨迹用具体的路线陈现在单一张图上，以及并列陈现寻常掷球的参考轨迹以供对照比对。因此，显然单凭目视而无辅助工具来分辨物体的运动轨迹和现象是颇为困难的，而欲凭借现有的解决方法也有相当窒碍之处，阐释如下：

摄录像技术进步一日千里：高速摄录像机每秒可拍摄上千张影片，也能以慢速重复播放让人有充裕时间检视细节，但欲肉眼观察以发现细部动作或关键技术仍是缘木求鱼。例如棒球投手可运用手腕、手肘、腰部的转动和手指勾勒以投掷变化球，但即使用慢动作重复播放其投掷动作，多数人还是无法察觉其技巧的细节，自亦当无法揣摩、学习。再如，以摩擦击打网球上缘使球产生上旋行进，对球的运行轨迹会有甚么样的变化又会产生什么效果呢？答案是：除了会改变球的运动轨迹外，还会在球落地后产生加速、偏移、增高弹跳及弧形投影的弯曲球路等偏移效应，因而让对手难于应对而产生失误。但要使上旋球产生足够的偏移效应以压迫对手时，旋转圈数要达到多少RPM(每分钟旋转圈数，以下简称转速)，同时球的运动轨迹要产生什么样的变化才足以让对手判断错误？也就是：欲获得该旋转圈数的临界点和产生运动轨迹的变化就很重要了。再如：越来越多的各类重要运动竞赛，如篮球、足球、棒球等等，都配置了多个高速摄影机以对一连串的运动动作摄制影片，以避免遗漏任何信息造成误判。这种用配置越来越多的摄影机来减少观测死角的方式，究竟是一种防标之策，因为越来越专业、激烈的运动竞赛中总会有被遗漏的角度导致无法确知所获影片是否足够做判决用。因此，上述这大型且正式运动要比较多角度观察的需求，以及适合个人或小团体欲进行运动效能的研究，便需要足资信赖、更为周全，且需能轻易获得运动信息，以便设法改善、增进运动的效能。然而，现有的技术及设施显然是无法达成的。

往昔物体的运动轨迹多使用单一或多个硬件感应装置，诸如各式摄录像机、侦测器材以进行追踪、记录及计算获得。近来则有使用软件辅助感应装置或摄录像机等装置以追踪、记录。然而无论采用何种方式，除都需仰赖硬件、投入人力及支出庞大费用外，还需从各种观测角度规画适当位置来配置多个硬件感应装置或摄录像机，才能有效的记录、推算运动轨迹。因此，硬件配置相对困难、耗费资源也需要广阔的配置空间，更不便于记录实时、迅速移动或无特定活动区间的物体的运动轨迹及信息，便使得各项科技、学术、运动的研究和应用无法普及和深化。

鉴于传统获取物体的运动信息方法的诸多缺失，发明人乃亟思改善对策：为何不利用人手一机且未来发展无穷的行动装置来解决这个问题呢？而这个关键因素却是唯一解决途径：需能透过逻辑算法将二维信息实时转换成在三维空间能实时呈现的三维信息，也能对照参考物体的运动轨迹。经长年的研究、验证终能完成本发明。

发明内容