CN101571667B - 一种消除多视点立体图像垂直视差的技术 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种消除多视点立体图像垂直视差的技术。该技术将带有矩形图案的参考平板放在拍摄场景中，用相机阵列拍摄该参考平板并标定矩形四顶点，通过各个相机拍摄到的矩形四顶点逐点计算同一物点对应不同拍摄图像点的坐标映射关系，然后移走参考平板并使用该相机阵列拍摄其他场景，利用该坐标映射关系重新排列每个相机所拍摄图像的像素，即可得到消除垂直视差的各个视点图像并用于多视点自由立体显示。

Description

一种消除多视点立体图像垂直视差的技术

一、技术领域

本发明涉及立体拍摄技术以及数字图像处理技术。

二、背景技术

基于双目视差的多视点自由立体显示器是一种重要的立体显示器，它由二维平面显示器加装狭缝光栅或者柱面透镜光栅而成。它的显示内容来自于从多个方向拍摄到的显示场景图像。这些图像不能有垂直视差，所以要对拍摄用的相机进行标定，使它们的光轴相互平行且共面。由于传统的相机标定技术较为繁琐，对调整精度的要求较高，且要将相机拍摄的图像应用于多视点自由立体显示器则需要同时标定多个相机，这样会成倍增加标定难度。所以现阶段绝大多数的多视点自由立体显示器都是由计算机软件建立显示物体的模型，然后再通过软件模拟拍摄建立好的模型从而得到适合多视点自由立体显示器的多视点图像。本发明提出一种消除多视点立体图像垂直视差的技术，该技术强调基于计算机软件技术的图像处理方法，可以简化相机拍摄标定的步骤，对标定的调整精度要求降低，同时可以克服多相机间的镜头差异，得到消除垂直视差的适合多视点自由立体显示器的多视点图像，从而使得多相机拍摄的图像直接生成多视点立体图像变得简单易行。

三、发明内容

本发明提出一种消除多视点立体图像垂直视差的技术。该技术将带有矩形图案的参考平板放在拍摄场景中，用相机阵列拍摄该参考平板并标定矩形四顶点，通过各个相机拍摄到的矩形四顶点逐点计算同一物点对应不同拍摄图像点的坐标映射关系，然后移走参考平板并使用该相机阵列拍摄其他场景，利用该坐标映射关系重新排列每个相机所拍摄图像的像素，即可得到消除垂直视差的各个视点图像。

坐标映射关系的计算方法如下：如附图3所示，实线图案为其中一个相机拍摄矩形图案得到的图像，其四顶点分别为A(X_A，Y_A)(左上)、B(X_B，Y_B)(左下)、C(X_C，Y_C)(右下)、D(X_D，Y_D)(右上)，延长CB与DA交于极点

延长BA与CD交于极点

设H(X_H，Y_H)为矩形图案图像中任意一点，P点为H点在参考平板上的矩形坐标系中对应的物点，其归一化坐标为(X_P，Y_P)。直线O₂H和直线O₁C的交点为

直线O₁H和直线O₂C的交点为

由直线相交公式，可得

的关系如下：

$\frac{Y_{Q_1}-Y_H}{X_{Q_1}-X_H}=\frac{Y_H-Y_{O_2}}{X_H-X_{O_2}}---\left(1\right)$

$\frac{Y_{Q_1}-Y_{O_1}}{X_{Q_1}-X_{O_1}}=\frac{Y_C-Y_{O_1}}{X_C-X_{O_1}}---\left(2\right)$

$\frac{Y_{Q_2}-Y_H}{X_{Q_2}-X_H}=\frac{Y_H-Y_{O_1}}{X_H-X_{O_1}}---\left(3\right)$

$\frac{Y_{Q_2}-Y_{O_2}}{X_{Q_2}-X_{O_2}}=\frac{Y_C-Y_{O_2}}{X_C-X_{O_2}}---\left(4\right)$

而归一化坐标(X_P，Y_P)可以由以下公式计算得到：

$X_P=\frac{[(X_{Q_1}-X_{O_1})-(X_B-X_{O_1})](X_C-X_{O_1})}{(X_{Q_1}-X_{O_1})[(X_C-X_{O_1})-(X_B-X_{O_1})]}---\left(5\right)$

$Y_P=\frac{[(Y_{Q_2}-Y_{O_2})-(Y_D-Y_{O_2})](Y_C-Y_{O_2})}{(Y_{Q_2}-Y_{O_2})[(Y_C-Y_{O_2})-(Y_D-Y_{O_2})]}---\left(6\right)$

根据同一物点在不同相机拍摄图像中算得的P相等，可得到不同相机中像点坐标的映射关系。

本发明通过这样的快速数字图像处理，可以简化多相机拍摄的标定步骤和标定调整精度要求。当相机数量很多的时候，可以突显出这种技术带来的便利，同时它可以克服多相机镜头差异和成像单元的个体差异。

四、附图的说明

附图1为本发明所使用的装置示意图。

附图2为拍摄带有矩形图案的参考平板得到的图像。

附图3为图像变换公式的示意图。

上述附图中的图示标号为：

相机阵列1，参考平板2，矩形图案3，拍摄参考平板得到的图像4，拍摄矩形图案得到的图像5。

应该理解上述附图只是示意性的，并没有按比例绘制。

五、具体实施方式

下面详细说明利用本发明去获得适合多视点自由立体显示器的立体图像的一个典型实施例，对本发明进行进一步的具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于本发明做进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述本发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

附图1为本发明所使用的装置示意图，包括相机阵列1和参考平板2，参考平板2上有一个矩形图案3，参考平板2要保证平整，矩形图案3的颜色与参考平板2的底色不同。

附图2为采用附图1的装置拍摄参考平板2得到的图像4，拍摄矩形图案3得到的图像5。

采用本发明拍摄消除垂直视差的多视点图像的步骤如下：

第一步，按附图1的装置进行拍摄。

第二步，利用数字图像处理技术对拍摄矩形图案得到的图像5进行图像匹配和特征提取，找到四顶点A、B、C、D的坐标。

第三步，从四顶点A、B、C、D的坐标计算同名点坐标映射关系，其计算方法在在发明内容里已阐述。

第四步，移走参考平板，用相机阵列1拍摄其他场景图像，选定相机阵列中任一相机为参考相机，该相机拍摄的图像为参考图像，利用第三步中得到的坐标映射关系，重新排列每个相机所拍摄图像的像素，这样就得到消除了垂直视差的多视点图像，它们即可用于多视点自由立体显示。

Claims (3)

1.一种消除多视点立体图像垂直视差的方法，其特征是利用一个带有矩形图案的参考平板和对应的图像处理算法消除相机阵列拍摄的多视点立体图像的垂直视差，而不需要去调整相机之间的相对位置，其具体方法为：首先利用相机阵列拍摄带有矩形图案的参考平板，得到每个相机拍摄到的矩形图案的四个顶点：左上顶点A(X_A，Y_A)、左下顶点B(X_B，Y_B)、右下顶点C(X_C，Y_C)、右上顶点D(X_D，Y_D)、水平极点O₁(X_O1，Y_O1)和垂直极点O₂(X_O2，Y_O2)在图像中的坐标，然后计算出图像中任意一点H(X_H，Y_H)在参考平板上的矩形坐标系中对应物点P(X_P，Y_P)的归一化坐标，其过程分为四步：第一步，得到图像中直线O₂H和直线O₁C的交点Q₁(XQ₁，YQ₁)，第二步，得到图像中直线O₁H和直线O₂C的交点Q₂(X_Q2，Y_Q2)，第三步，用公式

得到X_P，Y_P和X_Q1，Y_Q2的对应关系，第四步，利用X_Q1，Y_Q2是由H点计算出来的前提，进一步得到P点和H点的映射关系，接下来根据同一物点在不同相机拍摄图像中算得的P相等，得到不同相机中像点坐标的映射关系，在去掉参考平板拍摄其他场景时用此映射关系重新排列每个相机所拍摄图像的像素，就可得到符合多视点立体显示器显示要求的无垂直视差的多视点图像。

2.根据权利要求1所述的一种消除多视点立体图像垂直视差的方法，其特征是相机阵列由照相机、摄像机或摄像头组成。

3.根据权利要求1所述的一种消除多视点立体图像垂直视差的方法，其特征是相机阵列是平行或会聚排列的。

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