CN103647960A - 一种合成三维图像的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种合成三维图像的方法，该方法包括：获取合成一个三维图像的子像素所需要的虚拟视点图的个数、所需要的虚拟视点图的序号和与所述虚拟视点图的序号对应的加权因子；根据虚拟视点图的序号和原始图像的深度信息求出所述三维图像的子像素对应的原始图像的子像素；根据所述原始图像的子像素、所述加权因子和所述所需要的虚拟视点图的个数求出所述三维图像的子像素。通过本发明提供的一种合成三维图像的方法，能够降低合成三维图像的计算的复杂度。

Description

一种合成三维图像的方法

技术领域

本发明涉及立体显示技术领域，尤其涉及一种合成三维图像的方法。

背景技术

随着裸眼3D技术的方法，多视点裸眼立体显示在广告、3D游戏、虚拟现实等领域有着广泛的发展前景，三维图像的合成是裸眼3D技术中非常重要的一部分。

现有技术中通过多视点合成算法合成三维图像。多视点合成算法根据视差或深度信息将原始图像的像素移位，根据要合成的三维图像的视点数生成多幅虚拟视点图，从虚拟视点图中选取需要的像素合成三维图像的像素，最终形成三维图像。

通过上述描述可见，现有技术中，合成一副三维图像需要在中间过程中生成多幅虚拟视点图，计算的复杂度高。

发明内容

本发明提供了一种合成三维图像的方法，能够降低合成三维图像的计算的复杂度。

一方面，本发明提供了一种合成三维图像的方法，所述方法包括：

获取合成一个三维图像的子像素所需要的虚拟视点图的个数、所需要的虚拟视点图的序号和与所述虚拟视点图的序号对应的加权因子；

根据虚拟视点图的序号和原始图像的深度信息求出所述三维图像的子像素对应的原始图像的子像素；

根据所述原始图像的子像素、所述加权因子和所述所需要的虚拟视点图的个数求出所述三维图像的子像素。

进一步地，所述获取合成一个三维图像的子像素所需要的虚拟视点图的个数、所需要的虚拟视点图的序号和与所述虚拟视点图的序号对应的加权因子，包括：

根据3D显示器的相关参数获取合成一个三维图像的子像素所需要的虚拟视点图的个数、所需要的虚拟视点图的序号和与所述虚拟视点图的序号对应的加权因子；

所述3D显示器的相关参数包括：光栅倾角、每英寸光栅线数LPI、每英寸点数DPI、每个光栅柱覆盖的子像素数SPPL。

进一步地，所述虚拟视点图的序号满足：从0开始自左向右依次对待合成的三维图像的视点进行编号，每个视点对应一个虚拟视点图，该视点的编号为对应的虚拟视点图的序号。

进一步地，所述根据虚拟视点图的序号和原始图像的深度信息求出所述三维图像的子像素对应的原始图像的子像素，包括：

在X-Y坐标系中，根据以下公式求出所述三维图像的子像素对应的原始图像的子像素的坐标：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{sx}(x,y,n)=x-\frac{\mathrm{DFF}\×P(x,y,n)}{M\×(D(x,y)-\mathrm{AOS})}\\ \mathrm{sy}(x,y,n)=y\\ \end{array}\right.,$

当sx(x，y，n)＜0时，令sx(x，y，n)＝0，当

时，

w为三维图像的x轴坐标值的最大值；

所述X-Y坐标系以图像的左上角的子像素为原点，以图像的水平方向为x轴，以图像的竖直方向为y轴坐标系，其中，x轴坐标值每向右一个子像素递增1，y轴坐标值每向下一个子像素递增1；

其中，x为所述三维图像的子像素的x轴坐标值，y为所述三维图像的子像素的y轴坐标值，DFF为景深因子，AOS为出屏量因子，M为待合成的三维图像的视点数，D(x，y)为深度信息，P(x，y，n)为合成一个三维图像的子像素所需要的虚拟视点图的序号，F(x，y，n)为与P(x，y，n)对应的加权因子，其中，n为对所述三维图像的子像素有贡献的虚拟视点图的编号，n为非负的整数，所述DFF是用于调节三维图像的景深的一个大于0的常数，所述AOS是用于调节三维图像的出屏效果的一个常数，AOS的取值范围是(0，1)；

所述P(x，y，n)满足：0≤P(x，y，n)≤M，当

不为整数时，P(x，y，n)取最接近的整数值；

sx(x，y，n)为所述三维图像的子像素对应的原始图像的子像素的x轴坐标值，sy(x，y，n)为所述三维图像的子像素对应的原始图像的子像素的y轴坐标值。

进一步地，根据所述原始图像的子像素、所述加权因子和所述所需要的虚拟视点图的个数求出所述三维图像的子像素，包括：

根据以下公式求出所述三维图像的子像素：

$\mathrm{Out}(x,y)=\underset{n=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}C(\mathrm{sx}(x,y,n),\mathrm{sy}(x,y,n))\×F(x,y,n);$

其中，Out(x，y)为所述三维图像的子像素，N为合成Out(x，y)所需要的虚拟视点图的个数，C(sx(x，y，n)，sy(x，y，n))为Out(x，y)对应的原始图像的子像素。

通过本发明提供的一种合成三维图像的方法，不需要计算出虚拟视点图，直接从原始图像上获取合成三维图像所需要的信息，能够降低合成三维图像的复杂度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例提供的一种合成三维图像的方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了解决合成三维图像复杂度高的问题，本发明实施例提供了一种合成三维图像的方法，参见图1，该方法包括：

步骤101：获取合成一个三维图像的子像素所需要的虚拟视点图的个数、所需要的虚拟视点图的序号和与该虚拟视点图的序号对应的加权因子；

步骤102：根据虚拟视点图的序号和原始图像的深度信息求出该三维图像的子像素对应的原始图像的子像素；

步骤103：根据该原始图像的子像素、该加权因子和该所需要的虚拟视点图的个数求出该三维图像的子像素。

通过本发明实施例提供的方法，不需要计算出虚拟视点图，直接从原始图像上获取合成三维图像所需要的信息，能够降低合成三维图像的复杂度。

其中，步骤101，可以通过下述方法实现：

根据3D显示器的相关参数获取合成一个三维图像的子像素所需要的虚拟视点图的个数、所需要的虚拟视点图的序号和与该虚拟视点图的序号对应的加权因子。其中，3D显示器与该三维图像相匹配。

3D显示器的相关参数包括：光栅倾角、LPI(Lines Per Inch，每英寸光栅线数)、DPI(Dots Per Inch，每英寸点数)、SPPL(Sub-PixelsPer Line，每个光栅柱覆盖的子像素数)。

其中，虚拟视点图的序号满足：从0开始自左向右依次对待合成的三维图像的视点进行编号，每个视点对应一个虚拟视点图，该视点的编号为对应的虚拟视点图的序号。

步骤102，可以通过以下方法实现：

在X-Y坐标系中，根据以下公式求出三维图像的子像素对应的原始图像的子像素的坐标：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{sx}(x,y,n)=x-\frac{\mathrm{DFF}\×P(x,y,n)}{M\×(D(x,y)-\mathrm{AOS})}\\ \mathrm{sy}(x,y,n)=y\\ \end{array}\right.,$

当sx(x，y，n)＜0时，令sx(x，y，n)＝0，当

时，

w为三维图像的x轴坐标值的最大值；

该X-Y坐标系以图像的左上角的子像素为原点，以图像的水平方向为x轴，以图像的竖直方向为y轴坐标系，其中，x轴坐标值每向右一个子像素递增1，y轴坐标值每向下一个子像素递增1；

其中，x为待求的三维图像的子像素的x轴坐标值，y为待求的三维图像的子像素的y轴坐标值，DFF为景深因子，AOS为出屏量因子，M为待合成的三维图像的视点数，D(x，y)为深度信息，P(x，y，n)为合成一个三维图像的子像素所需要的虚拟视点图的序号，F(x，y，n)为与P(x，y，n)对应的加权因子，其中，n为对三维图像的子像素有贡献的虚拟视点图的编号，n为非负的整数，DFF是用于调整三维图像的景深的一个大于0的常数，AOS是用于调节三维图像的出屏效果的一个常数，AOS的取值范围是(0，1)；

P(x，y，n)满足：0≤P(x，y，n)≤M，当P(x，y，n)不为整数时，P(x，y，n)取最接近的整数值；

sx(x，y，n)为三维图像的子像素对应的原始图像的子像素的x轴坐标值，sy(x，y，n)为三维图像的子像素对应的原始图像的子像素的y轴坐标值。

根据以下公式求出待求的三维图像的子像素：

$\mathrm{Out}(x,y)=\underset{n=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}C(\mathrm{sx}(x,y,n),\mathrm{sy}(x,y,n))\×F(x,y,n);$

其中，Out(x，y)为待求的三维图像的子像素，N为合成Out(x，y)所需要的虚拟视点图的个数，C(sx(x，y，n)，sy(x，y，n))为Out(x，y)对应的原始图像的子像素。

需要说明的是：该方法适用于多视点信息按照特定排布规律融合在一张合成图中进行显示，这种排布规律与特定裸眼3D显示器匹配，合成图中特定位置的像素值是特定的有限个虚拟视点图对应位置像素的加权值。

当镜头聚集于被摄影物的某一点时，这一点上的物体就能在显示画面上清晰地结像。在这一点前后一定范围内的景物也能记录的较为清晰，超过这个范围就不清晰了。也就是说，镜头拍摄景物的清晰范围是有一定限度的。镜头的这种记录的“较为清晰”的被摄影物纵深的范围便为景深，DFF是用于调节三维图像的景深的一个大于0的常数。出屏效果与景深效果相对应，出屏效果运用在3D电影或者3D图片上，主要表现为使图像看上去有从显示屏幕或者图片上凸出来的感觉，就好像图像浮现在半空中一样，使观看者感觉图像距离自己很近，AOS是用于调节三维图像的出屏效果的一个常数，取值范围为(0，1)。景深因子、出屏量因子与实际的景深和出屏量不是线性关系，可以通过手动调节改变景深和出屏量的大小。根据对三维图像的景深的要求来调整DFF的数值，根据对三维图像的出屏效果的要求来调整AOS的数值。

下面通过一个具体的合成三维图像过程来详细的说明本发明的一个实施例。

在该实施例中，3D显示器为8视点柱镜光栅裸眼3D显示器，光栅倾角为α，每英寸光栅线数为LPI，每英寸点数为DPI，三维图像的子像素是由一个虚拟视点图对应位置的像素值觉得的，即N＝1，则P(x，y，n)、F(x，y，n)、sx(x，y，n)、sy(x，y，n)可以简记为P(x，y)、F(x，y)、sx(x，y)、sy(x，y)，并且F(x，y)＝1，公式

具体步骤包括：

根据公式 $\mathrm{LSPS}=\frac{3\×\mathrm{DPI}}{\cos \mathrm{\α}\×\mathrm{LPI}},$ 求得LSPS；

根据公式 $P(x,y)=\frac{\left[(x-3y\×\tan \mathrm{\α})\mathrm{mod}\mathrm{LPSP}\right]\×8}{\mathrm{LPSP}}$ 求得P(x，y)；

根据公式 $\left\{\begin{array}{c}\mathrm{sx}(x,y,n)=x-\frac{\mathrm{DFF}\×P(x,y,n)}{8\×(D(x,y)-\mathrm{AOS})}\\ \mathrm{sy}(x,y,n)=y\\ \end{array}\right.$ 求得C((s，x)，(x，y))；

根据公式 $\mathrm{Out}(x,y)=\underset{n=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}C(\mathrm{sx}(x,y,n),\mathrm{sy}(x,y,n))$ 求得三维图像的子像素。

通过上述描述可见，本发明实施例具有如下的有益效果：

1、通过本发明实施例提供的一种合成三维图像的方法，不需要计算出虚拟视点图，直接从原始图像上获取合成三维图像所需要的信息，能够降低合成三维图像的复杂度。

2、通过本发明实施例提供的一种合成三维图像的方法，不需要计算虚拟视点图，直接根据裸眼显示器的排布规律计算对应位置的颜色值，算法复杂度与视点数无关，极大的减少了运算量，可以合成任意视点数的三维图像，避免了计算各视点图时产生的“裂缝”及“空洞”等不良效果，得到的三维图像效果良好，另外本发明适合并行运算，可以很容易的利用图像处理器实现，节省了宝贵的CPU资源，可以实时合成三维图像。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同因素。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储在计算机可读取的存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质中。

最后需要说明的是：以上所述仅为本发明的较佳实施例，仅用于说明本发明的技术方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种合成三维图像的方法，其特征在于，所述方法包括：

获取合成一个三维图像的子像素所需要的虚拟视点图的个数、所需要的虚拟视点图的序号和与所述虚拟视点图的序号对应的加权因子；

根据虚拟视点图的序号和原始图像的深度信息求出所述三维图像的子像素对应的原始图像的子像素；

根据所述原始图像的子像素、所述加权因子和所述所需要的虚拟视点图的个数求出所述三维图像的子像素。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取合成一个三维图像的子像素所需要的虚拟视点图的个数、所需要的虚拟视点图的序号和与所述虚拟视点图的序号对应的加权因子，包括：

根据3D显示器的相关参数获取合成一个三维图像的子像素所需要的虚拟视点图的个数、所需要的虚拟视点图的序号和与所述虚拟视点图的序号对应的加权因子；

所述3D显示器的相关参数包括：光栅倾角、每英寸光栅线数LPI、每英寸点数DPI、每个光栅柱覆盖的子像素数SPPL。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述虚拟视点图的序号满足：从0开始自左向右依次对待合成的三维图像的视点进行编号，每个视点对应一个虚拟视点图，该视点的编号为对应的虚拟视点图的序号。

4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述根据虚拟视点图的序号和原始图像的深度信息求出所述三维图像的子像素对应的原始图像的子像素，包括：

在X-Y坐标系中，根据以下公式求出所述三维图像的子像素对应的原始图像的子像素的坐标：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{sx}(x,y,n)=x-\frac{\mathrm{DFF}\×P(x,y,n)}{M\×(D(x,y)-\mathrm{AOS})}\\ \mathrm{sy}(x,y,n)=y\\ \end{array}\right.,$

当sx(x，y，n)＜0时，令sx(x，y，n)＝0，当

时，

w为三维图像的x轴坐标值的最大值；

所述X-Y坐标系以图像的左上角的子像素为原点，以图像的水平方向为x轴，以图像的竖直方向为y轴坐标系，其中，x轴坐标值每向右一个子像素递增1，y轴坐标值每向下一个子像素递增1；

其中，x为所述三维图像的子像素的x轴坐标值，y为所述三维图像的子像素的y轴坐标值，DFF为景深因子，AOS为出屏量因子，M为待合成的三维图像的视点数，D(x，y)为深度信息，P(x，y，n)为合成一个三维图像的子像素所需要的虚拟视点图的序号，F(x，y，n)为与P(x，y，n)对应的加权因子，其中，n为对所述三维图像的子像素有贡献的虚拟视点图的编号，n为非负的整数，所述DFF是用于调节三维图像的景深的一个大于0的常数，所述AOS是用于调节三维图像的出屏效果的一个常数，AOS的取值范围是(0，1)；

所述P(x，y，n)满足：0≤P(x，y，n)≤M，当P(x，y，n)不为整数时，P(x，y，n)取最接近的整数值；

sx(x，y，n)为所述三维图像的子像素对应的原始图像的子像素的x轴坐标值，sy(x，y，n)为所述三维图像的子像素对应的原始图像的子像素的y轴坐标值。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述原始图像的子像素、所述加权因子和所述所需要的虚拟视点图的个数求出所述三维图像的子像素，包括：

根据以下公式求出所述三维图像的子像素：

$\mathrm{Out}(x,y)=\underset{n=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}C(\mathrm{sx}(x,y,n),\mathrm{sy}(x,y,n))\×F(x,y,n);$

其中，Out(x，y)为所述三维图像的子像素，N为合成Out(x，y)所需要的虚拟视点图的个数，C(sx(x，y，n)，sy(x，y，n))为Out(x，y)对应的原始图像的子像素。

Images