利用物體顏色作為限制條件

在設計追蹤雷射筆的方法前，我們先觀察用來指向的雷射筆外觀的特性，期 望使用雷射筆外觀的一些特性來增進追蹤的速度跟準確度。而由圖 2.1 可以發 現，我們使用了在一般場景內出現機率較低的亮紅色包裝紙包覆在雷射筆外層，

因此在追蹤雷射筆時先利用顏色作為過濾的限制條件是一種很直覺而且可以增 進速度的方法。

因為從攝影機中擷取出來的影像為 RGB24 的彩色影像，所以使用最常用的 RGB 色彩模型（Color Model）來表示顏色似乎是最簡單的方法，然而由於場景 內光線變化對於以 RGB 色彩模型表示的顏色影響非常大，會導致在追蹤雷射筆 時濾掉了屬於雷射筆的部分。因此我們進一步使用另一種常用的 HSI 色彩模型 來表示顏色，以獲得抑制光線變化影響的目的。本節將針對 RGB 及 HSI 兩種色 彩模型做個簡略的介紹，並且展示我們選取的色彩範圍跟結果。

2.1.1 Color Models: RGB & HSI

RGB Model 是最常使用的色彩模型，概念上是用 Red、Green、Blue 三個主

求的色彩模型並且選取適當的過濾範圍來得到亮紅色雷射筆的像素。圖 2.4 為我 們在實驗場景中左右兩台攝影機所拍攝的影像，我們在兩張影像中各自追蹤雷射 筆的位置，可以發現畫面中的亮紅色雷射筆線段相當醒目，而且場景內均沒有出 現類似的顏色。

(a) (b)

圖 2.4 左右兩台攝影機拍攝後擷取的畫面

表 2.1 攝影機位於不同光源下所拍攝的亮紅色包裝紙色彩比較 圖(2.4) (a) 圖(2.4) (b) RGB 平均值 (210, 110, 110) (100, 50, 50)

HSI 平均值 (0, 0.5, 0.7) (0, 0.9, 0.35)

我們將圖 2.4 中，包覆在雷射筆上的亮紅色包裝紙上的 RGB 跟 HSI 色彩平 均值整理在表 2.1 中。由表 2.1 的數據可以發現，亮紅色紙張的顏色在不同強度 的光源下，如果使用 RGB 色彩模型的話，紅色範圍約為 100～210、綠色跟藍色 範圍約為 50～110，R、G、B 的散佈範圍相當的廣，在設定色彩過濾的範圍時會 有所不便。相對之下，使用 HSI 色彩模型，H 的值幾乎都在 0 左右。

因此，本系統最終選取的是 HSI 色彩模型，而由表 2.1 可以得知，當我們在 設定 H、S、I 的過濾範圍時，只要將 H 的範圍設窄一點而把 S 跟 I 的範圍設寬

一點，如此便可以濾掉非雷射筆部分的像素同時也可以抑制光線變化的影響。在 本系統中，經過多次實驗之後將 HSI 的範圍設定為色調：340 ～° 20°、飽和度：

0 . 1 15 .

0 ～ 、亮度：0 ～.1 1.0。圖 2.5 為色彩過濾器的示意圖，圖 2.5(a)為 Hue 值 色域示意圖。圖 2.5(b)為本實驗中 HSI 色彩過濾器所使用的 Hue 值範圍示意圖。

(a) (b)

圖 2.5 (a) Hue 值色域示意圖、(b) 本實驗中 HSI 色彩過濾器所使用的 Hue 值範圍示意圖

(a) (b)

圖 2.6 (a) 攝影機輸入畫面、(b) 經過 HSI 過濾器處理後的結果

圖 2.6(a)為圖 2.4(a)攝影機擷取的影像，圖 2.6(b)為經過 HSI 色彩過濾器處理 之後的結果，可以發現當使用色彩為限制條件之後，場景內大部分的像素值均已 被過濾掉不計，而接下來的步驟也只針對色彩符合限制的像素做處理，因此可以 大幅加快處理速度。