臺灣博碩士論文加值系統

在次世代遊戲主機當中，射擊遊戲通常會搭配傳統的光線槍，而此光線槍通常用映像管電視的掃描線做為同步訊號的原理，間接換算出光線槍在扣板機時對螢幕的瞄準點。由於平面電視已經開始大量的取代原本的映像管電視，且前者並沒有掃描線可以讓傳統的光線槍作為同步之用，故傳統的光線槍無法在逐漸成為主流的平面電視上使用。本文提出一新的方法來解決此問題。此方法是在螢幕對角線上放置兩個紅外線LED，接著以CMOS Sensor擷取紅外線影像，將得到的影像經處理及計算後，得到兩個紅外線光點座標，接著再將座標做轉換後，便可以應用在新的光線槍系統中。此新方法亦可以在映像管電視中使用。本研究的實驗分為二部份，第一部份是使用BCB程式語言存取影像，進行影像處理，以投影法擷取影像光點之重心座標，經座標轉換演算法運算，最後找到對應在螢幕上的瞄準座標點；第二部份是使用一個帶有USB之微處理器的組合語言，將影像資料經過投影法轉換成座標。在實驗的結果中，光線槍系統計算出來的座標值與實際瞄準之座標值，在 方向與 方向之誤差值範圍在4個像素以內。在射擊遊戲中，射擊之目標物體大部分約為 的螢幕大小，所以儘管此光線槍系統所計算出來之座標值與實際瞄準值有所誤差，並不會影響射擊遊戲的進行。實驗結果驗證出其可行性，此系統未來能適用在平面電視及傳統映像管電視，可取代傳統的光線槍。

In the Next-Generation Play Station, shooting games are always played with the tradition Infrared-Ray (IR) Gun System. The IR Gun System utilizes the CRT TV’s scanning line to synchronize and calculate the target point of a shooting IR Gun. As traditional CRT TVs begin to be replaced in great quantity by modern flat panel display TVs, which have no scanning lines to be synchronized with IR Gun System, the tradition IR Gun System can no longer be used by the next main steam TV (FPD TV). This thesis proposes a novel method to solve this problem. In this method, two IR LEDs are installed at the diagonal corners of the screen and a CMOS sensor is used to capture the infrared-ray image while shooting. After processing the captured image, the coordinates of two IR image points are obtained. Then we use these coordinates to convert the position of the target point on the screen and the resulting target information can be used in the new IR Gun System. The new IR Gun System is suitable for tradition CRT as well. The experiment of this research is divided into two parts. Firstly, BCB tool is used to access the image captured by the CMOS sensor and the image processor. The projection method is then used to calculate the center coordinates of the IR image points. After converting the coordinates, the target of the IR Gun on the screen is obtained. Secondly, a micro-processor with USB interface is used to link to the IR Gun System in hardware. We use the projection method to get the coordinates of the IR image points by running assembly language on the micro-processor. After coordinate conversion we can obtain the calculated target point on the screen by the micro-processor. Finally, the calculated target point on the screen is compared against the true target point by their coordinates. In both x- and y-directions, the coordinate differences are less than 4 pixels in terms of the CMOS sensor. On a typical shooting game, the shooting target size is about 1/4 of the screen. Although some degree of inaccuracy exists in the IR Gun System but it does not influence the way video games are played with. The experiment results show the feasibility that the proposed method can be used for both CRT TVs and FPD TVs in the future and the proposed system could be a replacement for the tradition IR Gun System.

目錄
摘要…………………………………………………………………………...I
Abstract………………………………………………………………………II
致謝………………………………………………………………………….IV
目錄…………………………………………………………………………V
圖索引………………………………………………………………………VI
表索引….……………………………………………………………. VIII

第一章 緒論………………………………………………………………….1
1-1研究背景……………………………...…………………..………1
1-2研究動機與目的…………………………………………………1
1-3 光線槍相關研究背景…………….…….…………………………4
1-4章節概要……………………………………………………………6
第二章 系統架構…………………………….………………………………8
2-1 光線槍系統架構……………..……………..………………………8
2-1-1 系統架構與流程……………………………………………...8
2-1-2 系統硬體………..……………………………………………9
2-2 軟體環境……………………………………………….…………14
第三章 影像座標資訊之原理……………………………….……………17
3-1 像素累積投影法…………………………………………………17
3-2 連接元區域標定程序……………………………..……………19
3-3 光點影像大小及其中心點座標…………………….……………20
3-4 座標轉換…………………………………………….……………21
第四章 光線槍影像之韌體架構與流程…………………….……………24
4-1 控制CMOS Sensor之韌體架構 …………………..……………24
4-2 傳輸影像之韌體架構與流程……………………….……………25
4-3 以投影法計算中心點之韌體架構與流程………………………26
第五章 實驗結果與討論……………………………………….…………30
5-1 實驗環境…………………………………………………….30
5-2 實驗結果…………………………………………………….32
5-2-1 光點影像大小與距離關係之實驗…………………………32
5-2-2 像素累積投影法與連接元區域標定程序比對之實驗結果.33
5-2-3 像素累積投影法在軟體與硬體計算之實驗結果…..…….37
5-2-4 光線槍系統座標轉換結果…………………………….……38
第六章 結論與未來研究方向…………………………………………..43
6-1 結論……………………………………………………….………43
6-2 未來方向…………………………………………………………43

參考文獻........44
圖索引
圖1.1 全球次世代主機銷售圖………………………………………………2
圖1.2 Handheld Electronic Game Device Having the Shape of a Gun系統架構圖………………………………….………………………………………..3
圖1.3 Handheld Electronic Game Device Having the Shape of a Gun遊戲示意圖……………………….…………………………………………………..3
圖1.4 平面電視與映像管電視市場預估資料……..………………………..4
圖1.5 射擊遊戲程式操作流程圖……………...…………………………….5
圖1.6 傳統光線槍位置探測結構圖…………………………………………6
圖1.7 實際射擊瞄準點與電子束掃描線位置之間的示意圖…………...….7
圖2.1 系統架構圖……………………………………………………………8
圖2.2 光線槍系統流程圖……………………………………………………9
圖2.3 光線槍系統硬體架構圖……………………..………………………10
圖2.4系統所用到的微處理器控制電路圖與系統重置電路……....……..11
圖2.5系統所用到的CMOS Sensor 電路圖……………………………..12
圖2.6系統所用到的USB介面及系統電源電路…….…………………..13
圖2.7系統所用到的按鍵功能介面電路圖………………..………………13
圖2.8系統所用到的紅外線LED控制電路圖……………………………14
圖2.9 Etusbice 韌體程式介面…………...………………………..……….15
圖2.10 演算法開發軟體介面………..………………..……………………16
圖3.1 垂直像素累積投影法與水平像素累積投影法的示意圖…….…….18
圖3.2 以像素投影法標記的影像及座標…..………...…………………….18
圖3.3 連接元區域標定程序………………………..……..………………..19
圖3.4 以連接元標記法標記的影像及座標……………..…………………20
圖3.5 Sensor Image中對應參考點的座標……………..………………….22
圖3.6 經二值化的紅外線影像………………..……..……………………..23
圖3.7 經座標轉換計算後的一個例子……………..………………………23
圖4.1 SPI 介面控制示意圖…………...…………..………………………..24
圖4.2 影像資料傳輸流程圖……………………..…………………………27
圖4.3 中斷處理程序流程圖………..……………..………………………..28
圖4.4 USB微處理器投影法流程圖……………..…………………………29
圖5.1 光線槍系統硬體的正面圖…………………………………………..31
圖5.2 光線槍系統硬體的側面圖……………….………………………….31
圖5.3 光點大小實驗環境示意圖……………..……………………………32
圖5.4 紅外線LED與CMOS Sensor間之距離對光點影像的影響……….33
圖5.5 未經過紅外線濾光片所擷取之影像………………………………..34
圖5.6 經過紅外線濾光片所擷取之影像……….………………………….34
圖5.7 光線槍系統準確度實驗示意圖……………………………………..39
圖5.8 射擊遊戲進行之畫面之一……….………………………………….40
圖5.9 射擊遊戲進行之畫面之二…..……..……….……………………….41
圖5.10 射擊遊戲進行之畫面之三………..……….……………………….41
圖5.11硬體計算經座標轉換後計算之座標值與實際瞄準值之比對....….42
表索引
表4-1 影像增益設定表.……………………………………………………25
表5-1 系統作業環境……………….…………………………………..30
表5-2 中心區域之比對結果…………..………………………………….35
表5-3 右上區域之比對結果………………………………………………35
表5-4 右下區域之比對結果………………………………………………..36
表5-5 左下區域之比對結果………………………….…………………….36
表5-6 左上區域之比對結果………………………………………………37
表5-7 硬體與軟體像素累積投影法之比對結果………….………………38
表5-8 硬體計算經座標轉換後計算之座標值與實際瞄準值之比對……..39

參考文獻
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