CN103747228B - 一种可减缓死角的裸眼立体图像合成系统及其合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种可减缓死角的裸眼立体图像合成系统，其包括深度图生成单元、基于深度图像的绘制单元和存储器，其还包括反视差图像装置、裸眼屏像素合成器和显示屏，所述反视差图像装置的输入端分别与深度图生成单元、基于深度图像的绘制单元的输出端连接，反视差图像装置一输出端与裸眼屏像素合成器的输入端连接，裸眼屏像素合成器的输出端与显示屏连接。本发明采用反视差图像装置生成反视差图像，替换或插入基于深度图像的绘制单元生成的多视角图像中，填补多视角图像的空洞，使其合成的最终多视角视差变小，使人产生连续感，得到更舒服的多视图,且生成的图像空洞变少，空洞范围变小，从而减少修补的工作量和时间，得到更接近实际图像的多视图。
Description
技术领域
本发明涉及多视角与三维图像合成技术领域，尤其涉及一种可减缓死角的裸眼立体图像合成系统及其合成方法。
背景技术
继高清晰度电视以后，立体电视(3DTV)将成为下一代电视技术的发展方向。传统的立体视频是将左右两台摄像机固定在场景中模拟人的双眼从两个不同角度拍摄得到的。这就造成在传输节目时需要传输两路视频。为了减少数据的传输，联合视频小组JVT和欧洲的ATTEST项目都建议采用“视频+深度”的数据格式。这样，左右视频可以由中间视频及其对应的深度图像(depth iamge)来合成，这便是3DTV中的基于深度图形的绘制(Depth Image BasedRendering，DIBR)技术。DIBR能利用参考图像及其对应的深度图合成任意视点的视图，是一种比较有前途的方法。
如图1所示，目前多视角图像的合成方式是利用由两张二维图像合成出一张深度图,再利用其中一张二维图像与合成的深度图配合采用基于深度图形的绘制技术(DIBR)生成多张不同视角的图像。
现有技术使用一张二维图像与合成的深度图来生成不同视角的图像，且每一视角之间的视差均为固定方向。如图2所示,通过原始二维图影像1和一张深度图，通过基于深度图形的绘制技术(DIBR)生成六张不同视角的影像，分别为影像1-1，影像1-2、影像1-3、影像1-4、影像1-5、影像1-6，其中，以原始二维图影像1为中心，影像1-1、影像1-3和影像1-5处于同一侧，相邻影像的视差角度分别为a，b，c；a，b，c均为同一性质的数值，a若为正值，b，c必定也为正值，a为负值,b，c必定也为负值。影像1-2、影像1-4和影像1-6处于原始二维图影像1的另外一侧，相邻影像的视差角度分别为d，e，f，而a与d的性质必定相反，a为正数的话，d必定为负数，反之亦然，而d，e，f则为同一性质的数值。这样需要生成的次数多、角度大(例如图2中，影像1-1的视差角度为a，但影像1-5的视差角度为a+b+c)，生成的视图产生的角度随之变大，这就需要花费更多的时间与成本做图像生成与修补工作，且当修补的部位越多，修补出来的图像偏离原始图像的情况就越严重。
图3为现有DIBR技术所生成的视差图与裸眼显示屏之间的对应图，所生成的影像数为6，对应到7个视角的裸眼显示屏，当用户在观看时，若是站在视差最大的相邻两视角的交界处(如图4所示)会有明显的不舒服感。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可改善死角所造成的不舒服感，且生成出的影像失真较小的可减缓死角的裸眼立体图像合成系统及其合成方法。
本发明的技术方案为：一种可减缓死角的裸眼立体图像合成系统，其包括深度图生成单元、基于深度图像的绘制单元和存储器，深度图生成单元的输出端与基于深度图像的绘制单元的输入端连接，基于深度图像的绘制单元的输出端与存储器连接，其还包括反视差图像装置、裸眼屏像素合成器和显示屏，所述反视差图像装置的输入端分别与深度图生成单元、基于深度图像的绘制单元的输出端连接，反视差图像装置一输出端与裸眼屏像素合成器的输入端连接，另一端与存储器连接，裸眼屏像素合成器的输出端与显示屏连接。
进一步，所述反视差图像装置包括反视差图像视差角度计算单元、图像替代单元和内插图像计算单元，
所述反视差图像视差角度计算单元：计算出反视差图像的视差角度；
所述图像替代单元:根据反视差图像视差角度计算单元所计算出的视差角度，若反视差图像与最接近的基于深度图像的绘制单元产生的图像的视差角度差在视觉容忍角度范围内，以最接近的基于深度图像的绘制单元产生的图像作为反视差图像，并插入到基于深度图像的绘制单元产生的图像中；
所述内插图像计算单元：根据反视差图像视差角度计算单元所计算出的视差角度，若反视差图像与最接近的基于深度图像的绘制单元产生的图像的视差角度差超出视觉容忍角度范围，则生成反视差图像，并将生成的反视差图像插入基于深度图像的绘制单元产生的图像中。
本发明所述的可减缓死角的裸眼立体图像合成系统的合成方法包括以下步骤：
1)深度图生成单元根据输入的两张二维图像，生成一张深度图；
2)基于深度图像的绘制单元根据其中一张二维图像和步骤1生成的深度图生成N张多视角图像，其中，往左生成的第一张图像与中心线的视差角度为α，第W张图像与中心线的视差角度为W*α，往右方生成M张图像，往右生成的第一张图像与中心线的视视差角度为α，第M张图像与中心线的视差角度为M*α，其中，W小于或等于M，同时，将原始的二维图像放中心线位置；并将生成的多视角图像及原始的二维图像发送给反视差图像装置和存储器；
3)所述反视差图像装置接收基于深度图像的绘制单元发送的多视角图像及原始的二维图像，并分别存入图像替代单元和内插图像计算单元；
设定要生成的反视差图像张数为X,所述反视差图像视差角度计算单元计算反视差图像的视差角度设定视差容忍角度为γ；反视差图像的视差角度β与最接近的基于深度图像的绘制单元生成的图像的视差角度Wα或Mα的差为|Wα-β|或|Mα-β|；
若|Wα-β|＝0或|Mα-β|＝0或|Wα-β|≤γ或|Mα-β|≤γ，视差角度为Wα或Mα的图像为与反视差图像最接近的图像，将视差角度为Wα或Mα的图像作为反视差图像并插入到反视差图像的位置，然后将插入了反视差图像的多视角图像及原始的二维图像发送给裸眼屏像素合成器和存储器；
若|Wα-β|≥γ或|Mα-β|≥γ，内插图像计算单元生成反视差图像，并将生成的反视差图像插入基于深度图像的绘制单元发送的图像中，然后将插入反视差图像后的多视角图像及原始的二维图发送给裸眼屏像素合成器和存储器；
4)裸眼屏像素合成器根据接收的图像，按照裸眼屏的参数将多张视角图合并成一张分辨率与裸眼显示屏相同的影像，并发送到显示屏上显示。
进一步，所述基于深度图像的绘制单元要生成的多视角图像总数N≤5时，反视差图像装置生成一张反视差图像；当要生成的图像总数N＞5时，反视差图像装置生成两张以上的反视差图像。
更进一步，所述插入的反视差图像为一张时，其插入的方向与基于深度图像的绘制单元要生成的第N张视角图方向相反；若插入的反视差图像为两张时，第一张反视差图像插入的方向与基于深度图像的绘制单元要生成的第N张视角图方向相反，第二张反视差图像插入的方向与基于深度图像的绘制单元要生成的第N张视角图方向相同，三张以上的反视差图像的方向则根据前两张生成图像的方向的周期不断重复。
所述反视差图像装置采用DIBR深度图像绘制技术或MEMC运动估计和运动补偿技术生成反视差图像。当反视差图像装置采用DIBR深度图像绘制技术生成反视差图像时，采用一张二维图像和步骤1生成的深度图生成反视差图像。
所述基于深度图像的绘制单元采用深度图像绘制技术生成多视角图像。
本发明的减缓死角的裸眼立体图像合成系统，采用反视差图像装置，生成反视差图像，替换或插入基于深度图像的绘制单元生成的多视角图像中，填补于基于深度图像的绘制单元生成的多视角图像中的最大视角图像，生成的图像空洞变少，空洞范围变小，从而减少修补的工作量和时间，得到更接近实际图像的多视图。同时，该插入或替换的反视差图像还可以改善基于深度图像的绘制单元生成的多视角图像形成的视觉死角。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是现有技术的多视角图像生成方法的流程图；
图2为现有技术生成的多视角图像图；
图3为现有DIBR技术所生成的视差图与裸眼显示屏之间的对应图；
图4为现有技术中站在最大两相邻两视角的交界处观看多视角图的示意图；
图5是本发明的可减缓死角的裸眼立体图像合成系统框图；
图6是本发明的可减缓死角的裸眼立体图像合成系统合成方法的流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
如图5所示，本发明一种可减缓死角的裸眼立体图像合成系统，其包括深度图生成单元1、基于深度图像的绘制单元2和存储器3，深度图生成单元1的输出端与基于深度图像的绘制单元2的输入端连接，基于深度图像的绘制单元2的输出端与存储器3连接，其还包括反视差图像装置4、裸眼屏像素合成器5和显示屏6，所述反视差图像装置4的输入端分别与深度图生成单元1、基于深度图像的绘制单元2的输出端连接，反视差图像装置4一输出端与裸眼屏像素合成器5的输入端连接，另一端与存储器3连接，裸眼屏像素合成器5的输出端与显示屏6连接。
其中，所述反视差图像装置4包括反视差图像视差角度计算单元41、图像替代单元42和内插图像计算单元43，
所述反视差图像视差角度计算单元41：计算出反视差图像的视差角度；
所述图像替代单元42:根据反视差图像视差角度计算单元41所计算出的视差角度，若反视差图像与最接近的基于深度图像的绘制单元2产生的图像的视差角度差在视觉容忍角度范围内，以最接近的基于深度图像的绘制单元2产生的图像作为反视差图像，并插入到基于深度图像的绘制单元2产生的图像中；
所述内插图像计算单元43：根据反视差图像视差角度计算单元41所计算出的视差角度，若反视差图像与最接近的基于深度图像的绘制单元2产生的图像的视差角度差超出视觉容忍角度范围，则生成反视差图像，并将生成的反视差图像插入基于深度图像的绘制单元2产生的图像中。
如图6所示，本发明所述的可减缓死角的裸眼立体图像合成系统的合成方法包括以下步骤：
1)深度图生成单元1根据输入的两张二维图像，生成一张深度图；
2)基于深度图像的绘制单元2根据其中一张二维图像和步骤1生成的深度图生成N张多视角图像，其中，往左生成的第一张图像与中心线的视差角度为α，第W张图像与中心线的视差角度为W*α，往右方生成M张图像，往右生成的第一张图像与中心线的视视差角度为α，第M张图像与中心线的视差角度为M*α，其中，W小于或等于M，同时，将原始的二维图像放中心线位置；并将生成的多视角图像及原始的二维图像发送给反视差图像装置4和存储器3；
3)所述反视差图像装置4接收基于深度图像的绘制单元2发送的多视角图像及原始的二维图像，并分别存入图像替代单元42和内插图像计算单元43；
设定要生成的反视差图像张数为X,所述反视差图像视差角度计算单元41计算反视差图像的视差角度设定视差容忍角度为γ；反视差图像的视差角度β与最接近的基于深度图像的绘制单元生成的图像的视差角度Wα或Mα的差为|Wα-β|或|Mα-β|；
若|Wα-β|＝0或|Mα-β|＝0或|Wα-β|≤γ或|Mα-β|≤γ，视差角度为Wα或Mα的图像为与反视差图像最接近的图像，将视差角度为Wα或Mα的图像作为反视差图像并插入到反视差图像的位置，然后将插入了反视差图像的多视角图像及原始的二维图像发送给裸眼屏像素合成器5和存储器3；
若|Wα-β|或|Mα-β|≥γ，内插图像计算单元43生成反视差图像，并将生成的反视差图像插入基于深度图像的绘制单元2发送的图像中，然后将插入反视差图像后的多视角图像及原始的二维图发送给裸眼屏像素合成器5和存储器3；
4)裸眼屏像素合成器5根据接收的图像，按照裸眼屏的参数将多张视角图合并成一张分辨率与裸眼显示屏相同的影像，并发送到显示屏6上显示。
所述插入的反视差图像为一张时，其插入的方向与基于深度图像的绘制单元要生成的第N张视角图方向相反；若插入的反视差图像为两张时，第一张反视差图像插入的方向与基于深度图像的绘制单元要生成的第N张视角图方向相反，第二张反视差图像插入的方向与基于深度图像的绘制单元要生成的第N张视角图方向相同。
实施例1
本发明所述的可减缓死角的裸眼立体图像合成系统的合成方法包括以下步骤：
1)深度图生成单元根据输入的两张二维图像，生成一张深度图；
2)基于深度图像的绘制单元根据其中一张二维图像和步骤1生成的深度图生成5张多视角图像，其中，往左生成的第一张图像与中心线的视差角度为6°，往左分别生成图像1-1、图像1-3、图像1-5，第3张图像1-5与中心线的视差角度为18°，往右方生成两张图像，分别为图像1-2、图像1-4，往右生成的第一张图像1-2与中心线的视视差角度为6°，第二张图像1-4与中心线的视差角度为12°；同时，将原始的二维图像放中心线位置；并将生成的多视角图像及原始的二维图像发送给反视差图像装置和存储器；
3)所述反视差图像装置接收基于深度图像的绘制单元发送的多视角图像及原始的二维图像，并分别存入图像替代单元和内插图像计算单元；因基于深度图像的绘制单元要生成的多视角图像总数N≤5时，反视差图像装置生成一张反视差图像；
所述反视差图像视差角度计算单元计算反视差图像的视差角度具体为β＝5*6/(1+1)＝15，设定视差容忍角度为γ为3°，因基于深度图像的绘制单元往右生成的第二张图像1-4与反视差图像最接近，往右生成的第二张图像1-4的视差角度M*α＝12°，所以|Mα-β|＝|12-15|＝3，因设定的视差容忍角度为γ为3°，所以|Mα-β|≤γ，将往右生成的第二张图像1-4作为反视差图像，因反视差图像的方向与图像1-5的方向相反，所以将反视差图像插入于图像1-4的右边，然后将插入了反视差图像的多视角图像发送给裸眼屏像素合成器和存储器；
4)裸眼屏像素合成器根据接收的图像，按照裸眼屏的参数将多张视角图合并成一张分辨率与裸眼显示屏相同的影像，并发送到显示屏上显示。
实施例2
本发明所述的可减缓死角的裸眼立体图像合成系统的合成方法包括以下步骤：
1)深度图生成单元根据输入的两张二维图像，生成一张深度图；
2)基于深度图像的绘制单元根据其中一张二维图像和步骤1生成的深度图生成5张多视角图像，其中，往左生成的第一张图像与中心线的视差角度为6°，往左分别生成图像1-1、图像1-3、图像1-5，第3张图像1-5与中心线的视差角度为18°，往右方生成两张图像，分别为图像1-2、图像1-4，往右生成的第一张图像1-2与中心线的视视差角度为6°，第二张图像1-4与中心线的视差角度为12°；同时，将原始的二维图像放中心线位置；并将生成的多视角图像及原始的二维图像发送给反视差图像装置和存储器；
3)所述反视差图像装置接收基于深度图像的绘制单元发送的多视角图像及原始的二维图像，并分别存入图像替代单元和内插图像计算单元；因基于深度图像的绘制单元要生成的多视角图像总数N≤5时，反视差图像装置生成一张反视差图像；
所述反视差图像视差角度计算单元计算反视差图像的视差角度具体为β＝5*6/(1+1)＝15，设定视差容忍角度为γ为2°，因基于深度图像的绘制单元往右生成的第二张图像1-4与反视差图像最接近，往右生成的第二张图像1-4的视差角度M*α＝12°，所以|Mα-β|＝|12-15|＝3，因设定的视差容忍角度为γ为2°，所以|Mα-β|≥γ，内插图像计算单元生成反视差图像，并将生成的反视差图像插入基于深度图像的绘制单元往右生成的第二张图像1-4右边，然后将插入反视差图像后的多视角图发送给裸眼屏像素合成器和存储器；
4)裸眼屏像素合成器根据接收的图像，按照裸眼屏的参数将多张视角图合并成一张分辨率与裸眼显示屏相同的影像，并发送到显示屏上显示。
以上插入的反视差图像可填补基于深度图像的绘制单元生成的多视角图像的空洞，生成的图像空洞变少，空洞范围变小，从而减少修补的工作量和时间，得到更接近实际图像的多视图。
实施例3
本发明所述的可减缓死角的裸眼立体图像合成系统的合成方法包括以下步骤：
1)深度图生成单元根据输入的两张二维图像，生成一张深度图；
2)基于深度图像的绘制单元根据其中一张二维图像和步骤1生成的深度图生成6张多视角图像，其中，往左生成的第一张图像与中心线的视差角度为6°，往左分别生成图像1-1、图像1-3、图像1-5，第3张图像1-5与中心线的视差角度为18°，往右方生成三张图像，往右分别生成图像1-2、图像1-4、图像1-6，往右生成的第一张图像1-2与中心线的视视差角度为6°，第三张图像1-6与中心线的视差角度为18°；同时，将原始的二维图像放中心线位置；并将生成的多视角图像及原始的二维图像发送给反视差图像装置和存储器；
3)所述反视差图像装置接收基于深度图像的绘制单元发送的多视角图像及原始的二维图像，并分别存入图像替代单元和内插图像计算单元；因基于深度图像的绘制单元要生成的多视角图像总数N＞5时，反视差图像装置生成两张反视差图像；
所述反视差图像视差角度计算单元计算反视差图像的视差角度具体为β＝6*6/(2+1)＝12，设定视差容忍角度为γ为3°，由于要生成两张反视差图像，所以其中一张反视差图像由中心线往左偏移12°，另一张反视差图像由中心线往右偏移12°，因基于深度图像的绘制单元往左生成的第2张图像1-3与中心线的视差角度为12°，往右生成的第2张图像1-4与中心线的视差角度也为12°，所以|Wα-β|＝0，将往右生成的第二张图像1-4和往左生成的第2张图像1-3分别作为反视差图像，因第一张反视差图像的方向与图像1-6的方向相反，所以将第一张反视差图像插入于图像1-5的左边；因第二张反视差图像与第一张反视差图像方向相反，所以将第二张反视差图像插入图像1-6的右边；最后将插入了反视差图像的多视角图像发送给裸眼屏像素合成器和存储器；
4)裸眼屏像素合成器根据接收的图像，按照裸眼屏的参数将多张视角图合并成一张分辨率与裸眼显示屏相同的影像，并发送到显示屏上显示。
Claims (6)
1.一种可减缓死角的裸眼立体图像合成系统，其包括深度图生成单元、基于深度图像的绘制单元和存储器，深度图生成单元的输出端与基于深度图像的绘制单元的输入端连接，基于深度图像的绘制单元的输出端与存储器连接，其特征在于：其还包括反视差图像装置、裸眼屏像素合成器和显示屏，所述反视差图像装置的输入端分别与深度图生成单元、基于深度图像的绘制单元的输出端连接，反视差图像装置一输出端与裸眼屏像素合成器的输入端连接，另一端与存储器连接，裸眼屏像素合成器的输出端与显示屏连接；
所述反视差图像装置包括反视差图像视差角度计算单元、图像替代单元和内插图像计算单元，所述反视差图像视差角度计算单元：计算出反视差图像的视差角度；
所述图像替代单元:根据反视差图像视差角度计算单元所计算出的视差角度，若反视差图像与最接近的基于深度图像的绘制单元产生的图像的视差角度差在视觉容忍角度范围内，以最接近的基于深度图像的绘制单元产生的图像作为反视差图像，并插入到基于深度图像的绘制单元产生的图像中；
所述内插图像计算单元：根据反视差图像视差角度计算单元所计算出的视差角度，若反视差图像与最接近的基于深度图像的绘制单元产生的图像的视差角度差超出视觉容忍角度范围，则生成反视差图像，并将生成的反视差图像插入基于深度图像的绘制单元产生的图像中。
2.根据权利要求1所述的可减缓死角的裸眼立体图像合成系统的合成方法，其特征在于：其包括以下步骤：
1)深度图生成单元根据输入的两张二维图像，生成一张深度图；
2)基于深度图像的绘制单元根据其中一张二维图像和步骤1)生成的深度图生成N张多视角图像，其中，往左生成的第一张图像与中心线的视差角度为α，第W张图像与中心线的视差角度为W*α，往右方生成M张图像，往右生成的第一张图像与中心线的视差角度为α，第M张图像与中心线的视差角度为M*α，其中，W小于或等于M，同时，将原始的二维图像放中心线位置；并将生成的多视角图像及原始的二维图像发送给反视差图像装置和存储器；
3)所述反视差图像装置接收基于深度图像的绘制单元发送的多视角图像及原始的二维图像，并分别存入图像替代单元和内插图像计算单元；
设定要生成的反视差图像张数为X,所述反视差图像视差角度计算单元计算反视差图像的视差角度设定视差容忍角度为γ；反视差图像的视差角度β与最接近的基于深度图像的绘制单元生成的图像的视差角度Wα或Mα的差为|Wα-β|或|Mα-β|；
若|Wα-β|＝0或|Mα-β|＝0或|Wα-β|≤γ或|Mα-β|≤γ，视差角度为Wα或Mα的图像为与反视差图像最接近的图像，将视差角度为Wα或Mα的图像作为反视差图像并插入到反视差图像的位置，然后将插入了反视差图像的多视角图像及原始的二维图像发送给裸眼屏像素合成器和存储器；
若|Wα-β|或|Mα-β|≥γ，内插图像计算单元生成反视差图像，并将生成的反视差图像插入基于深度图像的绘制单元发送的图像中，然后将插入反视差图像后的多视角图像及原始的二维图发送给裸眼屏像素合成器和存储器；
4)裸眼屏像素合成器根据接收的图像，按照裸眼屏的参数将多张视角图合并成一张分辨率与裸眼显示屏相同的影像，并发送到显示屏上显示。
3.根据权利要求2所述的可减缓死角的裸眼立体图像合成系统的合成方法，其特征在于：所述基于深度图像的绘制单元要生成的多视角图像总数N≤5时，所述反视差图像装置生成一张反视差图像；当要生成的图像总数N＞5时，所述反视差图像装置生成两张以上反视差图像。
4.根据权利要求3所述的可减缓死角的裸眼立体图像合成系统的合成方法，其特征在于：所述插入的反视差图像为一张时，其插入的方向与基于深度图像的绘制单元要生成的第N张视角图方向相反；若插入的反视差图像为两张时，第一张反视差图像插入的方向与基于深度图像的绘制单元要生成的第N张视角图方向相反，第二张反视差图像插入的方向与基于深度图像的绘制单元要生成的第N张视角图方向相同，三张以上的反视差图像的方向则根据前两张生成图像的方向的周期不断重复。
5.根据权利要求2所述的可减缓死角的裸眼立体图像合成系统的合成方法，其特征在于：所述反视差图像装置采用DIBR技术或MEMC技术生成反视差图像。
6.根据权利要求2所述的可减缓死角的裸眼立体图像合成系统的合成方法，其特征在于：所述基于深度图像的绘制单元采用深度图像绘制技术生成多视角图像。
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Granted publication date: 20150923 Termination date: 20170124 |