CN102006494A - 一种3d视频信号调节方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种3D视频信号调节方法，包括：获取3D视频信号；计算所获取的3D视频信号的视差值，并统计所述视差值，确定3D视频信号的视差范围；调节视差值得到新的视差值并保存；基于调节后的视差值生成新的3D视频信号。本发明提供的一种3D视频信号调节装置，包括：视频信号获取单元；计算单元，用于计算所获取的3D视频信号的视差值，并统计确定3D视频信号的视差范围；调节单元，用于调节视差值得到新的视差值并保存；生成单元，用于基于调节后的视差值生成新的3D视频信号。根据本发明，观者可自主调节3D视频影像视差范围，调节虚拟景物的视差以达到人眼舒适的要求，以达到保护视力、提高3D视频影像观赏舒适度的目的。

Description

一种3D视频信号调节方法及装置

技术领域

本发明涉及3D视频图像处理技术领域，具体涉及一种3D视频信号调节方法及装置。

背景技术

随着影视技术的不断发展，3D电影、3D电视等影像正在逐渐越来越多地进入人们的生活，在欣赏3D视频影像时人们对3D视频的要求也在提高，既要观赏到逼真的丰富的画面，又能保证人眼的舒适度，不会导致视觉过度疲劳，乃至损伤眼睛。

观看3D视频影像时，由于戴3D眼镜后双眼所见到的画面是不同的，需要双眼聚焦并通过大脑的“融合”功能将两只眼睛不同的影像合成为一个立体的影像。3D电影的画面内容多为飞行、旋转、快速切换、穿越起伏的运动场景，这就造成了眼部肌肉要不断的进行调节，以适应近景远景的切换，对于眼部压力比较大。因此，对于3D影像的视差调节是保护视力，提高3D影像舒适度的必要环节。

人的两只眼睛之间具有一定的距离，这样一来，看同一个物体时，两只眼睛在视网膜上的成像就会有一定的差别，这即是视差。视差图像经过大脑处理视差之后，眼睛便看到了立体的图像。

三维摄像机通过左右摄像头同时捕获场景信息，并通过相应的装置(如立体眼镜)分别将左右图像分别传递给左右眼，即可使人产生真实的立体效果，如图1所示。

同一物体在左右摄像机成像面中的位置不同，形成了视差。相对于成像平面而言，双眼视差可以分为负视差、正视差以及零视差，如图2所示，图2(a)所示为负视差，即双眼感知到的物体看起来在屏幕之前；图2(b)所示为正视差，意味着双眼感知到的物体看起来在屏幕之后；图2(c)所示为零视差，指感知到的物体看起来与屏幕位于同一平面。会聚角是指双眼视线相交的角度，通常会聚角越大眼睛越容易疲劳。

其中图2的视差值与图1中摄像机相对位置d1有关。往往三维摄像机的相对位置d1无法与人双眼相对位置d2吻合。这就造成了三维摄像机所得到的会聚角偏大。而观者要想看到清晰的3D图像，双眼就要根据三维摄像机所呈现的虚拟景物的位置进行相应的聚焦调节，这种调节需要眼部肌肉群的协调配合，因此人眼能够舒适观察的三维效果是有限度的，并非越强越好。

关于3D影像的视差调节，前人已有很多探索。其中较具代表性的是由Mel Siegel和Shojiro Nagata提出的“微立体影像(Microstereopsis)”理论，他们基于人的大脑在分析三维景物时会结合先验知识，提出“较小的3D效果即足够(Just Enough Reality)”的思想，即3D影像只需提供些微的3D效果，人的大脑就可以根据先验知识体验出足够的三维信息。SONY公司的3D摄像机就是基于这一原理制造并用于电影“阿凡达”的拍摄。“微立体影像(Microstereopsis)”理论的问题在于，它以实质上的牺牲3D效果为代价来保证观众在观看3D节目时的眼睛舒适性。

然而，人眼可以主动进行适应性调节，即主动调焦(focusing)。眼睛的焦距是可以通过其内部构造中的晶状体(crystal body)进行精细调节的。焦距的变化使观者可以看清楚远近不同的景物和同一景物的不同部位。一般来说，人眼的最小焦距为1.7cm，没有上限。然而，每个人的人眼最小焦距不尽相同。将3D影像固定在一定的深度范围内，可能造成部分人群没有得到最好的视觉享受，而另一部分人群却仍无法适应。因此，只有使得3D影像画面与不同人眼相适应，才能真正实现3D影视的推广。

发明内容

本发明提供一种3D视频信号调节方法及装置，可自主调节3D视频影像视差值，调节虚拟景物的视差以达到人眼舒适的要求，得到最舒适的视差范围，以达到保护视力、提高3D视频影像观赏舒适度的目的。

本发明提供的一种3D视频信号调节方法，包括：

获取3D视频信号；

计算所获取的3D视频信号对应图像中像素的视差值，并统计所述视差值，确定所述3D视频信号的视差范围；

调节所述视差值得到新的视差值并保存；

基于所述调节后的视差值生成新的3D视频信号。

本发明提供的一种3D视频信号调节装置，包括：

视频信号获取单元，用于获取3D视频信号；

计算单元，用于计算所获取的3D视频信号对应图像中像素的视差值，并统计所述视差值，确定所述3D视频信号的视差范围；

调节单元，用于调节所述视差值得到新的视差值并保存；

生成单元，用于基于所述调节后的视差值生成新的3D视频信号。

本发明提供一种3D视频信号调节方法及装置，通过对3D视频信号对应图像中像素的视差，生成新的3D视频信号。根据本发明，观者可自主调节3D视频影像视差范围，调节虚拟景物的视差以达到人眼舒适的要求，得到最舒适的视差范围，以达到保护视力、提高3D视频影像观赏舒适度的目的。

附图说明

图1为现有技术中制作3D视频所采集被摄物体信息的原理示意图；

图2为现有技术中视差与3D视频成像面的关系示意图；

图3为本发明实施例中提供的3D视频信号调节方法的流程图；

图4为本发明实施例中提供的3D视频信号调节装置的架构示意图；

图5为本发明实施例中获取视差场图像的效果示意图；

图6为本发明实施例中通过视差场图像得到的视差直方图；

图7为本发明实施例中按比例调节视差的示意图；

图8(a)和(b)分别为本发明实施例中视差调节前后的视差直方图；

图9为本发明实施例中视差调节前后的效果图。

具体实施方式

人眼的固有生理特性是：在观察目标时需要聚焦。观看传统二维视频时，人眼始终维持聚焦在显示器平面即可，不需大幅调整，因而不会引发视觉疲劳；观看三维图像时，由于视差场产生的三维效果使虚拟景物呈现在不同的深度，需要眼睛进行相应的聚焦调整，这种调整在观看三维运动视频时会随着景物的变化变得非常频繁，因此非常容易导致视觉疲劳。而每个人的具体情况不同，根据具体情况调节虚拟景物视差，才能真正的保护视力健康，提高舒适度。

然而，为了保证舒适度，而仅仅制作“较小”的3D效果，则无法达到3D影像的震撼效果，而使3D失去竞争力。在提高用户舒适度，保护视力健康的前提下，使用户享受到最好的3D效果。

鉴于现有3D视频处理技术中存在的不足，本发明提供一种3D视频信号调节方法及装置，观者可自主调节3D视频影像视差值，调节虚拟景物的视差以达到人眼舒适的要求，得到最舒适的视差范围，以达到保护视力、提高3D视频影像观赏舒适度的目的。

参照图3，本发明提供的一种3D视频信号调节方法，包括如下步骤：

S301，获取3D视频信号；

对于输入到显示装置的3D视频图像信号，提取左眼图像中的每个像素P_l的位置信息，在右眼图像中寻找对应的匹配点P_r的位置信息。

S302，计算所获取的3D视频信号对应图像中像素的视差值，并统计所述视差值，确定该3D视频信号的视差范围；

左眼图像中像素P_l与其右眼图像中对应的匹配点P_r之间的水平位移D＝P_r-P_l，即为针对像素P_l的视差；对左图中的所有像素计算视差得到视差场；

S303，调节视差值得到新的视差值并保存；

具体可按照预定的视差等级，对视差进行固定方式的调节(如线性调节)。默认视差等级为原始视频视差等级。

a)按预定的函数关系，改变所述视差值。

例如，y＝f(x)

x为原始视差值，y为调节之后的视差值。根据视差原始值x以及调节后的视差值y，可以得到每个像素视差调节量Δd。

具体可根据需要选择不同的函数关系式。

b)采用线性调节方式，按预定比例调整视差值。

比如，基于线性关系式y＝kx+c，按预定比例调整视差值。

其中x为原始视差值，y为调节之后的视差值，k和c为常数，可根据需要确定。

c)预先设定最小视差值、最大视差值和/或视差跳变阈值，并基于所述最小视差值、最大视差值、视差变化频率和/或视差跳变阈值调整所述3D视频信号的视差值。

S304，基于所述调节后的视差值生成新的3D视频信号。

本发明提供的3D视频信号调节方法，进一步包括：

按照不同的视差值范围划分等级，并保存各等级相应的参数，供后续视差调节使用。

若用户未选择自动调节视差模式，则系统输出按照视差等级调节之后的视频。若选择自动调节视差模式，则分为以下两种情况：

系统推荐模式：按照某一种系统推荐模式中的参数(如视差最大值最小值等)，对当前视差值进行评估，如果不满足要求，则做相应调整。

用户自定义模式：按照用户定义的参数数值(如视差最大值最小值等)，对当前视差值进行评估，如果不满足要求，则做相应调整。

参照图4，本发明实施例中提供的一种3D视频信号调节装置400，包括：

视频信号获取单元410，用于获取3D视频信号；

计算单元420，用于计算所获取的3D视频信号对应图像中像素的视差值，并统计所述视差值，确定所述3D视频信号的视差范围；

调节单元430，用于调节所述视差值得到新的视差值并保存；

本发明实施例中的调节单元430按预定的函数关系，改变所述视差值。

本发明实施例中的调节单元430采用线性调节方式，按预定比例调整所述视差值。

本发明实施例中的调节单元430预先设定最小视差值、最大视差值和/或视差跳变阈值，并基于所述最小视差值、最大视差值和/或视差跳变阈值调整所述3D视频信号的视差值。

调节单元430还可按照预定的视差等级，对视差进行固定方式的调节。

生成单元440，用于基于所述调节后的视差值生成新的3D视频信号。

本发明实施例中的调节单元430按照预定的视差等级，即按照不同的视差值范围划分的各等级对视差进行固定方式的调节。因此，该3D视频信号调节装置400，还包括：

存储单元450，用于保存按照不同的视差值范围划分的各等级相应的参数，供后续调节视差使用。

本发明实施例提供的3D视频信号调节方法中，首先，要对输入3D视频图像进行视差计算，视差计算的可选用的方法很多，最典型的方法是：采用图像匹配的方法，针对左眼图像中的每个像素P_l，在右眼图像中寻找对应的匹配点P_r，P_l与P_r之间的水平位移D＝P_r-P_l，即为针对像素P_l的视差；这样，对左图中的所有像素计算视差得到视差场。

本实施例中，针对图5(a)及5(b)中所示的立体显示左右眼图像，进行视差计算后得到如图5(c)所示的视差场图像，并统计每个视差值所具有的像素数，形成视差直方图，如图6所示。可以看出，此立体图像的视差范围是[-15，45]。

如果采用手动方式进行视差调节，则根据用户定义的视差等级对每帧输入图像进行视差调节。调节方式有很多种，比如，a)按预定的函数关系，改变所述视差值；b)采用线性调节方式，按预定比例调整视差值；c)预先设定最小视差值、最大视差值和/或视差跳变阈值，并基于所述最小视差值、最大视差值和/或视差跳变阈值调整所述3D视频信号的视差值。最为普遍的是线性调节，也可以根据特定的表达式计算视差调节幅度等等。

具体地，假设可供选择的视差等级包括：0％，10％，20％，30％，......，100％。如果选择100％，则视差是原始值不变；如果选择50％，则当前视差值乘以50％，作为新的视差值，并以此调整视角；如果选择0％，则当前视差值乘以0％，也就是变为2D图像。视差等级调节的具体含义如图7所示，其中视差值正向变大意味着虚拟景物远离人眼，视差值负向变大意味着虚拟景物靠近人眼。

进行手动视差调节之后，可以选择系统推荐模式或用户自定义模式进行自动视差调节，从而保护视力健康，提高3D视频舒适度。系统推荐模式提供了若干组经过科学验证的健康指数，可供不同情况的用户进行选择。而用户自定义模式为用户提供了最小视差、最大视差、视差跳变阈值等一系列可调参数。用户调节参数达到满意舒适度并保存之后，每次观赏立体视频，只要选择已经保存的参数，即可按此参数进行视差调节。

当用户选择某一种自动调节模式之后，系统对输入视频进行自动调节。例如：用户自定义视差最大值为35，最小值为0。而输入立体图像经统计得出视差范围是[-15，45]，如图8中(a)图所示。按照线性调节方式对原始视差进行等比例缩放。视差变换公式为：

$y=\frac{35}{60}x+\frac{35}{4}$

其中x为原始视差值，y为调节之后的视差值。按照公式(1)对原始视差值进行调节之后，得到满足用户需求的视差，如图8(b)所示。可以看到，图8(b)中像素总数不变，每个像素的是差值经过线性变换，均满足用户需求。

根据视差原始值x以及调节后的视差值y，可以得到每个像素视差调节量Δd_gray＝y_gray-x_gray。这里假设用户希望尽可能的减小视差，则经过视差调节之后，图9所示为视差调节的结果。其中，左图、右图为输入立体图像的左右眼图像，最下面一幅为左图图像经过视差调节之后的结果图像。为了尽可能减小视差，调整后的左眼与有眼的水平位移D要尽量小。从图9中白色圆点可以看出，调节后的左图比原始左图图像在水平方向上更靠近右图图像，因此，达到了减小视差，保护视力的目的。

最后，通过3D显示设备输出视频。

综上所述，本发明提供的一种3D视频信号调节方法及装置，通过对3D视频信号对应图像中像素的视差，生成新的3D视频信号。根据本发明，观者可自主调节3D视频影像视差范围，调节虚拟景物的视差以达到人眼舒适的要求，得到最舒适的视差范围，以达到保护视力、提高3D视频影像观赏舒适度的目的。本发明可以打破传统的固定视差的立体显示方式，根据用户需求，提供不同的视差调节模式，可以在提高用户舒适度，保护视力健康的前提下，使用户享受到最好的3D效果。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种3D视频信号调节方法，其特征在于，包括：

获取3D视频信号；

计算所获取的3D视频信号对应图像中像素的视差值，并统计所述视差值，确定所述3D视频信号的视差范围；

调节所述视差值得到新的视差值并保存；

基于所述调节后的视差值生成新的3D视频信号。

2.如权利要求1所述的3D视频信号调节方法，其特征在于，所述调节视差值，具体包括：

按预定的函数关系，改变所述视差值。

3.如权利要求1所述的3D视频信号调节方法，其特征在于，所述调节视差值，具体包括：

采用线性调节方式，按预定比例调整所述视差值。

4.如权利要求1所述的3D视频信号调节方法，其特征在于，所述调节视差值，具体包括：

预先设定最小视差值、最大视差值和/或视差跳变阈值，并基于所述最小视差值、最大视差值、视差变化频率和/或视差跳变阈值调整所述3D视频信号的视差值。

5.如权利要求1所述的3D视频信号调节方法，其特征在于，进一步包括：

按照不同的视差值范围划分等级，并保存各等级相应的参数，供后续视差调节使用。

6.一种3D视频信号调节装置，其特征在于，包括：

视频信号获取单元，用于获取3D视频信号；

计算单元，用于计算所获取的3D视频信号对应图像中像素的视差值，并统计所述视差值，确定所述3D视频信号的视差范围；

调节单元，用于调节所述视差值得到新的视差值并保存；

生成单元，用于基于所述调节后的视差值生成新的3D视频信号。

7.如权利要求6所述的3D视频信号调节装置，其特征在于，所述调节单元按预定的函数关系，改变所述视差值。

8.如权利要求6所述的3D视频信号调节装置，其特征在于，所述调节单元采用线性调节方式，按预定比例调整所述视差值。

9.如权利要求6所述的3D视频信号调节装置，其特征在于，所述调节单元预先设定最小视差值、最大视差值和/或视差跳变阈值，并基于所述最小视差值、最大视差值和/或视差跳变阈值调整所述3D视频信号的视差值。

10.如权利要求6所述的3D视频信号调节装置，其特征在于，还包括：

存储单元，用于保存按照不同的视差值范围划分的各等级相应的参数，供后续调节视差使用。

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