CN102457756A - 一种可裸眼观看视频的3d视频监控系统的结构和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可裸眼观看视频的3D视频监控系统的结构和方法。监控系统的结构包括：左右两路视频摄像机、3D视频处理主机、3D视频显示终端、视频存储硬盘矩阵、用户控制台。视频图像的数据经由3D视频处理主机计算出深度图后，再基于深度图按深度站点被分层处理并发送到显示终端。3D视频监控系统还包括用于存储海量视频数据的硬盘矩阵、接收用户指令的用户操作台以及用于显示3D视频图像的显示终端，该显示终端具有四层图像显示屏，每层显示图像的四个层次深度的像素，四层合成一幅完整的，可裸眼观看的3D视频图像。本发明优于其他3D视频观看方案在于：通过双摄像头采集的2D视频数据经过运算处理后转换为3D视频，并在具有多层显示屏的显示终端上播放，实现裸眼观看3D视频，无需佩戴3D眼镜，符合视频监控的通常习惯。

Description

一种可裸眼观看视频的3D视频监控系统的结构和方法

技术领域

本发明涉及图像视频监控技术领域，特别涉及一种可裸眼观看视频的3D视频监控系统的结构和方法。

背景技术

由于人类左右两眼视角的差异，造成两眼看到的影像具有微小的差距。两眼所见的图像经视网膜传到大脑后，大脑利用这些微小的差距，产生具有远近的深度，从而产生有空间感的立体图像。

3D立体图像带给安防监控领域的最主要好处是对目标物体的深度感知。随着视频监控领域的急速发展，3D视频监控将成为未来的发展趋势。从技术上看，目前的裸眼式3D可分为光屏障式、柱状透镜技术和指向光源三种。

光屏障式3D技术的实现方法是利用液晶层和偏振膜制造出一系列方向为90。的垂直条纹。这些条纹宽几十微米，通过它们的光就形成了垂直的细条栅模式，称为“视差障壁”。该技术利用了安置在背光模块及LCD面板间的视差障壁，在立体显示模式下，应该由右眼看到的图像显示在液晶屏上时，不透明的条纹会遮挡左眼，通过将左眼和右眼的可视画面分开，使观者看到3D影像。该技术的缺点是画面亮度低，分辨率会随着显示器在同一时间播出影像的增加呈反比降低。

柱状透镜技术也被称为双透镜或微柱透镜3D技术，其原理是在液晶显示屏的前面加上一层柱状透镜，使液晶屏的像平面位于透镜的焦平面上，这样在每个柱透镜下面的图像的像素被分成几个子像素，这样透镜就能以不同的方向投影每个子像素。由于它的3D显示基本原理仍与视差障壁技术有相似之处，所以分辨率仍是一个比较难解决的问题。

指向光源3D技术搭配两组LED，配合快速反应的LCD面板和驱动方法，让3D内容以排序方式进入观看者的左右眼互换影像产生视差，进而让人眼感受到3D三维效果。该技术目前尚在研发阶段。

考虑到3D视频监控的显示要求，综合衡量3D视频的压缩及解压效率，本发明提出一种可裸眼观看视频的3D视频监控系统的结构和方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可裸眼观看视频的3D视频监控系统的结构和方法。本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

1.一种可裸眼观看视频的3D视频监控系统的结构，包括：左右两路视频摄像机、3D视频处理主机、3D视频显示终端、视频存储硬盘矩阵、用户控制台。

左右两路视频摄像机，用于捕获视频图像。3D视频处理主机，用于计算深度图及深度站点，压缩解压3D视频数据、分层发送3D视频数据至3D显示终端、存储3D视频数据至硬盘矩阵、读取硬盘矩阵数据、接收用户控制台指令并执行。3D视频显示终端，用于显示三维立体图像，该显示终端为四层显示屏结构，前后两层分别显示图像的前景及背景，中间两层显示过渡景物的层次画面，每层显示的数据由深度站点划定，深度站点内嵌在3D视频数据中。视频存储硬盘矩阵，用于存储海量视频数据；用户控制台，用于处理用户操控系统、发送指令等功能，用户可以通过该控制台对历史视频或者当前视频做出系统配置、存储、搜索、调出查看等操作。1)左右两路视频摄像机的镜头中心被设计在特定位置：水平相距7.68厘米处，特定相距角度为179.13度。该位置及角度与人的左右两眼的距离及角度数值相近，这使得3D视频处理主机在处理视频数据时，相对高质量获取相对容易的深度图。

两个摄像机应为同一类型元件制造，并配置为相同的焦距及光圈大小。即是预先进行相机标定。两个摄像机标定后，建立颜色校正模型，校正白平衡等参数，去除视频颜色差异对视频效果和编码效率的影响。两个摄像机由于成像系统本身具有的非线性或摄像时视角变化可能引起的图像退化，即几何畸变，亦需要预先进行几何校正。两个摄像机在几何位置和时间空间上都相关联。

2)3D视频处理主机接收左右两路视频摄像机采集的2D视频数据创建出深度图，通过深度图把图像的各像素划分为不同的层次，该划分点的深度值被命名为深度站点。

深度图是基于两个摄像机所拍摄的视频数据来计算创建出来的。使用视频信号创建深度图的优点在于不需要额外的深度传感器。

3)3D视频处理主机按视频图像像素的深度站点，把视频图像划分为4层，并按层把图像发送到3D视频显示终端的相应图像显示层；

4)3D视频显示终端被设计为四层显示结构，每层只显示整幅图像的部分像素，四层合成显示一幅完整的，可裸眼观看的3D图像。

2.上述的可裸眼观看视频的3D视频监控系统，提供了一种可裸眼观看视频的3D视频监控方法，该方法步骤依次为：捕获2D视频图像、创建3D视频图像的深度图、基于深度站点划分图层、分层发送及显示3D视频图像。

3.上述的可裸眼观看视频的3D视频监控系统，所述深度站点的建立基于以下两种方法中的一种：1)通过搜索深度图的最大值和最小值，将最大值和最小值的距离平均划分为四个层次，以此建立深度站点。找出深度图的最大值和最小值是相对简单的操作。如式(3)所示：

DepthStop_n＝(Depth_max-Depth_min)/n    (n＝1，2，3，4)  (3)

Depth_max为一幅视频图像中具有最大深度值的像素点的深度值；

Depth_min为一幅视频图像中具有最小度值的像素点的深度值。

2)不按深度图的最大值和最小值的距离平均划分，仅通过数据统计的算法，找出划分的最佳距离，以达到更佳的3D视频效果，在此方法中，深度图的最大值和最小值仅作为划分的参考点，如式(4)所示：

DepthStop_n＝Depth(P(Depth_n)_max)_n     (n＝1，2，3，4) (4)

式中P(Depth_n)为深度值Depth_n出现的概率。

本发明的优点：本发明的3D视频监控系统结构的主要优点在于3D视频数据基于深度图建立深度站点，并按深度站点把视频图像划分为四个层次，从而按此四个层次进行压缩，解压和显示三个任务：

1.第一个任务是由两个视频摄像机捕获的视频信号创建3D视频数据。3D视频数据经由3D视频处理主机计算出深度图。深度图是3D视频数据的一个基本要素。3D视频处理主机基于深度图来计算出深度站点，该深度站点把整幅3D视频图像划分为四个层次，3D视频处理主机据此进行压缩。

2.第二个任务是3D视频处理主机读取视频存储硬盘矩阵的3D视频压缩数据，然后根据深度站点进行3D视频数据的解压，并按层次发送至3D视频显示终端。

3.第三个任务是3D显示终端接收来自3D视频处理主机的3D视频数据，根据不同层次的视频数据，显示在相应的显示屏上。

本发明优于其他3D视频观看方案在于显示终端为多层显示，用户可裸眼观看3D视频，无需佩戴3D眼镜，符合视频监控的通常习惯。

附图说明

图1是本发明3D视频监控系统结构示意图。

图2是本发明3D视频处理主机对视频数据处理及运算过程的3D视频监控系统结构示意图。

图3是本发明用户台操作指令的流向的3D视频监控系统结构示意图。

图中，3D视频监控系统结构001，左视频摄像机002-1，右视频摄像机002-2，3D视频处理主机003，3D视频显示终端004，视频存储硬盘矩阵005，用户控制台006。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

3D视频监控系统结构001的实施例如图1所示，图中，3D视频监控系统结构001，左视频摄像机002-1，右视频摄像机002-2，3D视频处理主机003，3D视频显示终端004，视频存储硬盘矩阵005，用户控制台006。

视频摄像机002，用于捕获视频图像；3D视频处理主机003，用于计算深度图、深度站点和压缩视频信号及处理用户指令；3D视频显示终端004，用于显示三维立体图像；视频存储硬盘矩阵005，用于存储海量视频数据；用户控制台006，用于用户操控系统、发送指令。

在3D视频监控系统结构001中可以区别三个主要数据流：

1.2D视频数据流101：由两个视频摄像机002拍摄的视频数据。这些视频数据用于产生深度图及深度站点，创建3D视频数据。深度图由3D视频处理主机计算处理生成。

2.3D压缩数据流102：由3D视频处理主机计算生成的3D视频数据。此3D视频压缩数据包含深度图及深度站点信息。视频编码可选择MPEG标准格式其中之一。

3.3D解压数据流103：由3D视频处理主机读取3D压缩数据流102后进行解码处理，根据3D压缩数据流102中所包含的深度图和深度站点信息将数据解码为四层画面的数据流。并将此数据流发送至3D显示终端。

3D视频处理主机对视频数据处理及运算过程的3D视频监控系统结构实施例如图2所示，2D视频数据流101先由左视频摄像机002-1和右视频摄像机002-2获取后输入至3D视频处理主机003。3D视频处理主机003根据用户配置和指令或将此数据压缩后存储于硬盘矩阵005或嵌入深度信息后发送至3D视频显示终端004。

用户台操作指令的流向的3D视频监控系统结构实施例如图3所示，用户控制台006与3D视频处理主机003相连，由3D视频处理主机003发送和执行用户指令。

在本实施例中，配置摄像机参数的指令先经由用户控制台输入，经由3D视频处理主机发送至摄像机。配置3D显示终端及硬盘矩阵的指令均经3D视频处理主机发送和回传。

应当注意，上述实施例是为了描述而非限制本发明，本领域技术人员应当能够设计替换的实施例而不背离附属权利要求的范围。在权利要求中，括号中的任意参考符号并不意味着限制权利要求，术语“包含”并不意味着排除那些未列于权利要求中的元件或步骤。元件前面的冠词“一”并不排除多个这种元件的存在。本发明可以借助包括一些不同元件的硬件和借助适当编程的计算机来实现。在列举了几种装置的单个权利要求中，这些装置可以通过一种和相同的硬件项目来体现。在列举的3D视频显示终端为四层显示屏结构，并不排除2层，3层和4层以上显示屏结构的存在。

Claims (3)

1.一种可裸眼观看视频的3D视频监控系统的结构，其特征在于，包括：左右两路视频摄像机、3D视频处理主机、3D视频显示终端、视频存储硬盘矩阵、用户控制台；

左右两路视频摄像机，用于捕获视频图像；3D视频处理主机，用于计算深度图、深度站点和压缩视频信号及处理用户指令；3D视频显示终端，用于显示三维立体图像；视频存储硬盘矩阵，用于存储海量视频数据；用户控制台，用于处理用户操控系统、发送指令等功能；

1)左右两路视频摄像机的镜头中心被设计在特定位置：水平相距7.68厘米处；特定相距角度为179.13度；

2)3D视频处理主机接收左右两路视频摄像机采集的2D视频数据创建出深度图，通过深度图把图像的各像素划分为不同的层次，该划分点的深度值被命名为深度站点；

3)3D视频处理主机按视频图像像素的深度站点，把视频图像划分为4层，并按层把图像发送到3D视频显示终端的相应图像显示层；

4)3D视频显示终端被设计为四层显示结构，每层只显示整幅图像的部分像素，四层合成显示一幅完整的，可裸眼观看的3D图像。

2.根据权利要求1所述的可裸眼观看视频的3D视频监控系统，提供了一种可裸眼观看视频的3D视频监控方法，其特征在于，该方法步骤依次为：捕获2D视频图像、创建3D视频图像的深度图、基于深度站点划分图层、分层发送及显示3D视频图像。

3.根据权利要求1和权利要求2所述的可裸眼观看视频的3D视频监控系统，其特征在于，所述深度站点的建立基于以下两种方法中的一种：

1)通过搜索深度图的最大值和最小值，将最大值和最小值的距离平均划分为四个层次，如式(1)所示：

DepthStop_n＝(Depth_max-Depth_min)/n    (n＝1，2，3，4)  (1)

2)不按深度图的最大值和最小值的距离平均划分，仅通过数据统计的算法，找出划分的最佳距离，以达到更佳的3D视频效果，在此方法中，深度图的最大值和最小值仅作为划分的参考点，如式(2)所示：

DepthStop_n＝Depth(P(Depth_n)_max)_n    (n＝1，2，3，4)  (2)

式中P(Depth_n)为深度值Depth_n出现的概率。

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