洪一平老師研究簡介
本實驗室的研究領堿包含影像處理、電腦視覺、多媒體技術與人機互動等。
近年來主要的研究主軸可以分成以下五個部分來說明：
（1）指觸顯微桌
指觸輸入是最近非常引人注目的人機互動技術。我們所研發的指觸顯微桌
（i-m-Top）不僅提供了直覺的多指輸入，更進一步設計了符合人類多重解析度 視覺特性的顯像方式。人類的視覺系統會在視線焦點所關注的中心區域取得較高 解析度的影像，以從事精細的觀察；而在視野的邊界區域，則只提供低解析度影 像，以降低所需傳輸及處理的資料量。根據此視覺特性，我們的系統僅在使用者 感興趣的局部區域提供高解析度的投影畫面，而在其他的周邊區域則僅提供較低 解析度。以這樣的方式，我們所發展的指觸顯微桌便能夠以更符合成本效益的方 式來提供一個具有高解析度顯像功能的互動桌面工作環境。我們已經將這項成果 發表至 2008 IEEE Tabletop 國際會議中。此會議專注於互動桌面相關的發展，受 到該領域相當程度的重視。此一成果已於 2011 年獲得美國專利。另一方面，我 們也針對多重解析度的特性完成了一系列的使用性測試，該研究成果受到了此領 域最頂尖的國際會議 2009 ACM CHI 之肯定，被接受為正式論文。該技術已由宜 昇科技公司技轉，並實作「非看不可」故宮書畫互動展示桌來呈現故宮典藏的著 名書畫，讓民眾可以透過指觸顯微桌與故宮書畫直接互動。此一系統自 2011 年 元旦起即在故宮博物院展館二樓的書畫多媒體室做例行展示，迄今已逾兩年，頗 受好評。另外，我們進一步發展在互動桌上方的 3D 顯示及實體燈具的高解析度 投影，除了在 2010 SIGGRAPH 著名的“Emerging Technologies”作為期一週的公 開實機展示之外，也發表在頂尖國際學術會議 UIST 2010，並獲得路透社報導，
在世界各地的媒體轉播。
「非看不可」故宮書畫互動展示
互動桌上方的 3D 顯示及實體燈具的高解析度投影
（2）電容式觸控螢幕之實體操控物件設計
近年來電容式的觸控螢幕有逐漸流行的趨勢。如何在電容式的觸控螢幕上設 計實體操控物件成為一件重要的研究課題。我們在不外加任何感應器的條件下，
設計實體操控物件並模擬手指訊號，讓使用者可以獲得優質的實體操控經驗。在 此一研究項目上，我們發展了三種控制訊號的編碼方法：以空間編碼為基礎之物 件感測追蹤技術、以時間編碼為基礎之物件感測追蹤技術、整合時間及空間之複 合式物件感測追蹤技術。另外，我們也發展隨插即用實體控制物件，可適用於手 持式行動裝置，有效解決手指遮敝及觸覺回饋問題。此技術利用螢幕邊緣一小部 分的觸控區域做為傳送按鍵指令之訊息區，並利用導電橡膠做為按鍵之材質。在 手指壓按按鍵時，導電橡膠連接螢幕邊緣觸控點，產生接地效果引發電容反應，
再經由我們設計的 SDK 轉換按鍵觸發事件。以上成果已發表在該領域兩個最頂 尖的國際會議 2011 ACM CHI 以及 2011 ACM UIST，並已在台灣及美國提出專 利申請。此一成果也於 2011 年獲得第六屆龍騰微笑競賽參獎，獎金伍拾萬元。
Clip-on 隨插即用實體控制器 實體互動技術運用於互動展覽
（3）魔幻水晶球與浮空投影技術
3D 魔幻水晶球是一個球形互動式虛擬顯示螢幕。使用者可以從水晶球中看 到虛擬文物浮現在其中，並且以直接以雙手來轉動在水晶球中的虛擬文物。透過
水晶球以不同的角度來欣賞虛擬文物，就像親手把玩真實的文物一般。此系統主 要可以分成顯示模組與偵測模組。顯示模組是由一個 LCD 顯示出想要投影的影 像，影像經由透鏡（Fresnel Lens）折射，最終匯聚投影在透明的水晶球中。偵 測模組則由兩個紅外線攝影機及多個應變感測器組成。經由紅外線攝影機擷取到 的影像，我們分析使用者手部在水晶球上的運動方向，並應用於水晶球的操作。
應變感測器則是用來偵測使用者的手是否有碰觸到水晶球。「3D 魔幻水晶球」提 供了直覺的操作介面，使用者不必特別去記住某些特定的手勢。此研究成果已發 表至 ACM VRST 國際會議。另外，國家地理頻道於 2007 年拍攝的「透視內幕- 國立故宮博物院」DVD 專輯中，也將魔幻水晶球技術收錄其中，作為科技與文 化結合的成果之一。在實體展出方面，我們於 2007 年開始配合中研院「跨越歷 史長河」成果展，以魔幻水晶球來呈現中研院史語所珍藏的文物，並進行為期一 年半的全省巡迴展。在 2008 資訊月展覽中，我們也和國立故宮博物院合作，以 魔幻水晶球展現故宮五項著名文物。在 2010 年花卉博覽會中，我們也與風潮音 樂合作，展示一款以花卉與音樂為主題之虛擬互動展示裝置。基於此一合作基礎，
雙方再次於 2012 年進行合作，結合我們的浮空投影技術與非接觸式呼吸偵測技 術，進行「音樂 SPA 紓壓室、音樂靜坐金字塔」之系統研發，並促成該廠商於 華山文創園區投資上千萬元，打造「風潮音樂聚落智慧商店」（預計於 2013 年 3 月開幕）。
浮空投影之光學成像機構 3D 魔幻水晶球互動展示
（4）智慧型視訊監控系統之中控室顯示技術
傳統的中控室多頻道視訊顯示一般都是為使用電視牆同時顯示多攝影機 之畫面為主，很容易會面臨以下兩個問題：(a) 監控者要同時監控多個頻道，因 此在作攝影機監控畫面切換時容易迷失目前攝影機所看到的位置，且不易在多攝 影機畫面中追蹤特定目標物；(b) 要同時顯示多個頻道畫面，如果要高解析度顯 示每個畫面，則需要很高成本的顯示設備。因此，我們發展兩項中控室之多攝影 機顯示技術：平順轉場技術與大小眼觀察家。其中，在「平順轉場技術」部分，
我們藉由已建立之場景 3D 模型與已校正之攝影機參數，完成一可應用於不同攝
影機之間切換的平順轉場技術。對於無重疊區域之攝影機間之轉場，我們使用粒 子系統預測並顯示目標物可能位置，使視訊監控人員得以連續不間斷的於中控畫 面中追蹤特定目標物。至於在「大小眼觀察家」(e-Fovea)部分，我們提出一結合 低解析度視訊（固定式廣角攝影機之低解析度視訊輸入＋固定式投影機之低解析 度投影輸出）與高解析度視訊（可旋轉式攝影機之高解析度視訊輸入＋可旋轉投 影機之高解析度投影輸出）的視訊監控系統，並發展出一套自動校正的流程，使 監控者能於較少的硬體需求下達到全畫面高解析度的監控效果。此一研發成果已 發 表 在 頂 尖 國 際 會 議 ACM Multimedia 2010 與 第 一 流 國 際 期 刊 IEEE Transactions on Multimedia （2011）。該系統並已獲得中華民國與美國專利。
平順轉場技術
大小眼觀察家
（5）攝影機網路之目標物追蹤
攝影機網路的目標物追蹤為目前電腦視覺領域之重要的研究課題。傳統的 研究主要以攝影機的監控畫面間有重疊區域之追蹤為主。不過在實際應用上，攝 影機間常常存在沒有重疊的區域，因此我們提出一個可於具有不重疊區域的攝影 機網路中進行自動學習並追蹤的方法。傳統於無重疊監控區域之攝影機網路追蹤 的方法需要煩雜的學習過程，且無法隨著環境改變作學習。我們的方法無需藉由 使用者所點的目標物配對進行學習，因此可自動建立攝影機間的連結網路(時空 特徵)，並且可適應不同場景間光線環境的改變(外觀特徵)，所以可以應用於長時 間的目標物追蹤。另外，我們也提出一全自動的特徵整合方法，針對不同場景自 動學得特徵整合權重，以得到較佳的追踨結果。此一系列研究成果已發表在頂尖
國際會議 CVPR’08 以及第一流的國際期刊 IEEE Transactions on Multimedia
（2011）。
攝影機網路之目標物自動追蹤結果
