CN101600123B - 获取视差图像的平行摄像机阵列移位法 - Google Patents

Abstract

本发明提出获取视差图像的平行摄像机阵列移位法，该方法采用平行摄像机阵列对三维场景进行拍摄，依据三维场景内容以及立体显示时所需的凹凸效果选择凸出和凹进显示器的两部分三维场景的分界面，以该分界面作为拍摄时的参考平面，将被拍摄的三维场景的每个点的水平视差都减去参考平面的水平视差，即将每个摄像机获取的视差图像进行相应的平移处理，最后截取用于立体显示所需的图像部分，即可获得立体显示所需的具有正、负水平视差的视差图像。这样，实现了既凸出显示屏外又凹进显示屏里的三维场景的逼真再现显示效果。

Description

获取视差图像的平行摄像机阵列移位法

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

基于双目视差的立体显示器是一种重要的立体显示器，它利用人两眼观看到的视差图像在大脑中形成具有纵深感的立体图像，视差图像可以利用软件模拟立体摄像机阵列拍摄三维模型得到，也可以用实际的立体摄像机阵列拍摄现实世界的三维场景得到。立体摄像机阵列的摆放方式分为会聚摄像机阵列法和平行摄像机阵列法两种。会聚摄像机阵列法获取的视差图具有正、负水平视差，在立体显示器上可得到既有凸出显示屏外、又有凹进显示屏里的三维场景的再现显示效果，但是利用该方法获得的视差图像不仅具有水平视差，还有多余的垂直视差，并且图像边缘的清晰度下降，使得观看视疲劳增加。平行摄像机阵列法获取的视差图像没有垂直视差，但是三维场景都只有负水平视差，没有正水平视差，在立体显示器上得到只有凸出显示屏外、没有凹进显示屏里的三维场景的再现显示效果，这与观看者观看实际三维场景的纵深视觉习惯不一致，因此平行摄像机阵列法获取的视差图像不能实现三维场景的真实再现。

三、发明内容

本发明提出获取视差图像的平行摄像机阵列移位法，该方法采用平行摄像机阵列对三维场景进行拍摄，依据三维场景内容以及立体显示时所需的凹凸效果选择凸出和凹进显示器的两部分三维场景的分界面，以该分界面作为拍摄时的参考平面，将被拍摄的三维场景的每个点的水平视差都减去参考平面的水平视差，即将每个摄像机获取的视差图像进行相应的平移处理，最后截取用于立体显示所需的图像部分，即可获得立体显示所需的具有正、负水平视差的视差图像。

平行摄像机阵列移位法具体描述如下。

如附图1所示，N个(图中只画出了3个，标号分别为C₁、C₂、C_k)摄像机组成的平行摄像机阵列对三维场景进行拍摄，参考平面为M，立体显示器需要的视差图像大小为H×V，拍摄大小为H′×V的视差图像，H′由式(1)计算得到，

$H^{\′}=\frac{2\·\tan (\mathrm{\θ}/2)\·L_M\·H}{2\·\tan (\mathrm{\θ}/2)\·L_M-(N-1)\·D}---\left(1\right)$

其中θ是摄像机的水平视角，L_M为参考平面M与摄像机阵列的距离，D是摄像机间距。

参考平面M的水平视差ΔX′_M由式(2)计算得到。

$\mathrm{\Δ}{X}_M^{\′}=-\frac{D\·H^{\′}}{2\tan (\mathrm{\θ}/2)\·L_M}---\left(2\right)$

按照附图2所示对得到的N幅视差图像进行向右的平移处理，第k个摄像机获得的视差图像的平移量为|(k-1)·ΔX′_M|，再截取平移后的视差图像中从右到左大小为H×V的部分作为最终的视差图像。

在处理后的视差图像中，参考平面M上的点变为零水平视差点，在立体显示器上显示时这些点将在显示屏上；三维场景中靠近摄像机阵列的点仍然是负水平视差点，在立体显示器上显示时这些点凸出于显示屏；三维场景中远离摄像机阵列的点则变换为正水平视差点，在立体显示器上显示时这些点将凹进显示屏。这样，实现了既凸出显示屏外又凹进显示屏里的三维场景的逼真再现显示效果。

本发明适用于由任意多个摄像机、摄像头或照相机组成的平行式阵列拍摄计算机生成的虚拟三维场景或现实三维场景获得的视差图像的处理。

四、附图的说明

附图1为本发明的原理示意图。

附图2为将视差图像进行向右平移处理的示意图。

上述附图中的图示标号为：

1.平行摄像机阵列，2.三维场景，3.参考平面，4.平移处理前的视差图像，5.平移处理后的视差图像。

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获得适合于立体显示的视差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。

采用本发明获取具有正负水平视差的视差图像的步骤如下：

第一步，用参数为D＝5cm，θ＝45°的由9个摄像机组成的平行摄像机阵列拍摄三维场景，该三维场景包括前景和背景，前景是距离摄像机阵列5m的长方形平面，背景是距离摄像机阵列10m的背景图案。

第二步，确定用于立体显示的视差图像大小H＝640像素，V＝480像素，依据三维场景内容以及立体显示时所需的凹凸效果，设参考面M位于前景和背景之间，选择参考面M距摄像机阵列的距离L_M＝8m。

第三步，计算得到拍摄时实际需要获取的视差图像H′＝681像素，按照附图1的装置拍摄大小为681像素×480像素的9幅视差图像。

第四步，计算参考平面M在获取到的视差图像上的水平视差值ΔX′_M≈-5像素，从第1到第9幅视差图像向右的平移量分别为0像素、5像素、10像素、15像素、20像素、25像素、30像素、35像素、40像素。

第五步，截取每张视差图从右向左大小为640像素×480像素的部分，就得到了具有正、负水平视差的视差图像，它们即可用于立体显示。

Claims (3)

1.获取视差图像的平行摄像机阵列移位法，其特征是采用平行摄像机阵列对三维场景进行拍摄，将获取的视差图像进行向右平移和截取处理，获得立体显示所需的正、负水平视差，其具体方法分为五步：第一步，建立平行摄像机阵列拍摄三维场景，第二步，确定用于立体显示的视差图像大小H×V，依据三维场景内容以及立体显示时所需的凹凸效果选择参考平面M并测量M距摄像机阵列的距离L_M，第三步，利用式计算出摄像机阵列拍摄视差图像的水平方向的大小H′，拍摄大小为H′×V的视差图像，式中θ、N、D分别摄像机的水平视角、摄像机个数、摄像机间距，第四步，利用式

计算参考平面M在获取的视差图像上的水平视差值，对每一幅视差图像进行向右的平移处理，第k幅视差图像的平移量为|(k-1)·ΔX′_M|，第五步，截取平移后的图像中从右到左大小为H×V的部分，就得到用于立体显示的具有正、负水平视差的视差图像。

2.根据权利要求1所述的获取视差图像的平行摄像机阵列移位法，其特征是平行摄像机阵列由任意多个摄像机、摄像头或照相机组成。

3.根据权利要求1所述的获取视差图像的平行摄像机阵列移位法，其特征是所拍摄的三维场景是任意的计算机虚拟模型或现实三维场景。

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