CN103780903B - 一种立体相机近距会聚拍摄质量客观评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于三维图像采集技术领域，涉及一种立体相机近距拍摄质量客观评价模型方法，包括：确定立体相机近距会聚拍摄质量的评价评分标准：设拍摄距离为h、相机间距为d、拍摄距离为L_min、场景景深为l，选取评价立体图像质量的指标；建立客观评价指标值范围与立体图像质量的客观评价值的相应关系；利用立体会聚相机在近距情况下拍摄立体图像对；根据所拍摄的立体图像对，提取立体相机近距会聚拍摄时的相机拍摄距离h、场景深度l、最前景物距相机的距离L_min和相机间距d；计算所述立体图像对的客观评价值；获取所拍摄的立体图像对的客观评价结果。本发明能够有效地评价立体相机近距拍摄的立体图像质量。

Description

一种立体相机近距会聚拍摄质量客观评价方法

技术领域

本发明属于三维图像采集技术领域，具体涉及一种立体相机近距会聚拍摄质量客观评价方法。

背景技术

随着立体技术的发展，立体(3D)影像的处理技术日臻成熟，世界各国的立体影像源日益增多，满足了人们渴望在屏幕上看到3D影像的愿望。然而人们在观看某些片源时，会出现头晕、恶心和身体平衡性下降等不适症状，很多人将其归咎于立体影像处理技术或显示技术不足，因此开展了立体影像处理和显示技术的相关研究，并建立相应评价理论体系。但这些评价体系仍不能完全解决观看时出现的所有不适症状，因为目前的评价理论都是针对立体影像处理前后特征提取的对比结果进行主客观评价，研究者们认为获取的立体影像是标准的理想的，忽略了立体影像源在拍摄过程中由于参数设置不理想导致片源效果不佳的情况。基于以上原因，很多研究人员在立体相机拍摄质量评价方面展开了相关研究工作。

此外，由于人们在观看不同距离的自然场景时，感兴趣区域不同，人眼所获取的信息也不同，由此可根据立体相机拍摄距离不同将拍摄类型分为近距、近距和远距。研究者们根据拍摄距离对立体相机拍摄做了相关的研究，并指出了一些适用于立体相机的拍摄准则。但上述研究成果大多数实在特定的前提条件下，针对部分相机参数进行分析和研究，并没有提出一个广泛公认的、全面包含相机参数和场景参数的立体相机拍摄质量评价标准。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种立体相机近距会聚拍摄质量客观评价方法，能够有效地评价立体相机近距会聚拍摄的立体图像质量，并可以为立体拍摄业余爱好者们提供拍摄准则。本发明的技术解决方案如下：一种立体相机近距拍摄质量客观评价模型方法，实现步骤如下：

1)设主观评价值为MOS，确定立体相机近距会聚拍摄质量的评价评分标准：

2)设相机近距会聚拍摄时的相机拍摄距离为h、场景深度为l、最前景物距相机的距离为L_min及相机间

距为d，选取ξ作为评价立体图像质量的指标：

ξ＝α-γ

其中， $\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\α}=2*\arctan \left(\frac{d/2}{L_{\min }}\right)\\ \mathrm{\γ}=2*\arctan \left(\frac{d/2}{h}\right)\\ l+L_{\min }=h\end{array}\right.$

3)建立客观评价指标ξ值范围与立体图像质量的客观评价值M的相应关系，客观评价指标ξ值越大，所对应的客观评价值M越小，立体相机近距会聚拍摄质量越差：

M	ξ
		5	ξ＜72′
4	72′≤ξ＜138′
		3	138′≤ξ＜193.2′
2	193.2′≤ξ＜231.6′
		1	ξ≥231.6′

4)利用立体会聚相机在近距情况下拍摄立体图像对；

5)根据所拍摄的立体图像对，提取立体相机近距会聚拍摄时的相机拍摄距离h、场景深度l、最前景物

距相机的距离L_min和相机间距d；

6)根据步骤2)计算立体图像的客观评价指标ξ，根据步骤3)对立体相机进行客观评价，得到所述立体图像对的客观评价值M；

7)将客观评价值M与主观评价值MOS相比对，获取所拍摄的立体图像对的客观评价结果。

本发明与现有技术相比的优点在于：本发明利用双视点立体图像对提取立体相机的内部参数、外部参数和场景参数，通过主观探测试验对立体图像对做出主观评价，基于立体相机近距会聚拍摄的特点以及对拍摄参数的要求，建立立体相机近距会聚拍摄质量客观评价方法，此方法可以有效地评价立体相机近距会聚拍摄时立体图像的立体效果及图像质量，并为立体拍摄的业余爱好者提供相应的拍摄准则。

附图说明

通过参照附图来详细地描述本发明的实施方式，本发明的以上特征和优点对于本领域的技术人员将易于变得明显，其中：

图1是立体相机示意图，会聚相机；

图2是立体相机近距会聚拍摄质量客观评价模型；

图3是会聚相机视差角理论示意图；

图4(a)和(b)分别是3dsMax拍摄的一种立体场景示意图；

图5(a)和(b)分别是现实立体相机拍摄的一种立体场景图；

图6是主客观评价值线性相关性示意图。

具体实施方式

现在将在下文中参照附图更加详细地描述本发明的实施方式。然而，可以通过不同的形式来具体实施本发明并且不应将本发明解释为限于这里所阐述的实施方式。更准确地说，提供这些实施方式是为了使公开全面并且完整，而且将全面地向本领域的技术人员传达本发明的观念。

本发明只针对近距会聚拍摄进行评价方法的研究，结合会聚相机(如图1)的拍摄特点和现存的拍摄准则，探究和扩展了多个立体相机拍摄参数对图像质量的影响，并建立了相应的模型。同时结合近距会聚拍摄的场景参数的限制的基础，建立了一种立体相机近距会聚拍摄质量客观评价方法。

对于立体相机近距会聚拍摄来说，本发明建立了近距相机会聚拍摄质量客观评价总体模型，如图2所示。首先，从立体图像对中获取立体相机的拍摄参数，将参数输入到会聚相机拍摄质量评价模块，将现有的会聚相机评价理论与本发明提出的评价指标相结合，并输出综合客观评价值M，通过此客观评价值与主观评价值MOS的对比，可以得知本发明提出的客观评价方法适用于对立体相机近距会聚拍摄质量的评价。具体实施步骤如下：

(1)从立体图像源获取立体相机拍摄参数

立体相机参数提取中标定物方法的主要是在世界坐标系、相机坐标系和图像坐标系间建立转换关系模型。现有技术中有多种提取参数的方法，本发明采用灭点法提取拍摄距离h、场景深度l、最前景里相机的距离L_min和相机间距d。有关方法的具体实现可参见下面两篇文献：

[1]JA.de Franca,MR.Stemmer,MBD.Franca,A new robust algorithmic for multi-camera calibration witha 1D object under[J].Pattern Recognition,45(10),3636-3647,2012.

[2]E.Guillou,D.Meneveaux,E.Maisel,and K.Bouatouch,Using vanishing points for camera calibrationand coarse 3D reconstruction from a single image[J].Visual Computer,16(7),396-410,2000.

本发明通过多维空间采样解析法建立数学模型和最优估计参数模型两个步骤提取立体相机内外参数，并结合图像视觉刺激的感兴趣区域提取方法，并以此提取场景参数。该方法采用交互式的方式，将自顶向下信息转换为输入图像底层特征的不同权重值，同时结合Itti-Koch模型和Stentiford模型，实现结合图像视觉刺激的感兴趣区域提取方法。

(2)本发明基于前人对部分相机参数与立体效果关系研究，依据Percival舒适区、阿·恩·莎茨卡娅立体摄影公式和Bercovitz公式等研究成果与结论，结合人眼融合区，通过主观探测实验，研究立体相机近距会聚拍摄参数之间相互制约关系，建立包含相关近距会聚拍摄参数的理想立体相机近距会聚拍摄参数模型。

据国外一些学者和科学家研究实验确定，如果能使两镜头对拍摄范围内最近景物形成的会聚角α与最远景物形成的会聚角的视差角恰等于70＇时，便会取得较好的立体效果，而又避免了双眼明显不舒适的感觉。本发明经过大量试验验证，两镜头对最近景物的会聚角α与会聚点的会聚角γ的视差角ξ更能用于评价立体相机在会聚拍摄时立体图像对的质量。因此，本发明将ξ的取值范围作为客观评价的指标。

由图3的关系式可知：ξ＝α-γ，其中

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\α}=2*\arctan \left(\frac{d/2}{L_{\min }}\right)\\ \mathrm{\γ}=2*\arctan \left(\frac{d/2}{h}\right)\\ l+L_{\min }=h\end{array}\right.$

本发明结合相机相关参数拍摄距离h、场景深度l、最前景里相机的距离L_min和相机间距d对立体图像质量的影响进行分析，建立相机近距会聚拍摄质量评价子模块。综合上述分析结果，本发明建立了立体相机近距会聚拍摄质量客观评价子模型，如图2所示，评价细则如表1所述，其中M为此评价子模型的输出客观评价值。

表1评价值ξ范围与立体图像质量M的相应关系

[3]Lee,J.,C Hae,K.and Ji,S.A research on controlling three-dimensional effect of the video framesobtained from stereo camera[C]//Information,20118th International Conference on Communications and SignalProcessing(ICICS).13,16,1-5,2011.

[4]陈恩言,陆淑雯.三维立体成像原理、拍摄及再现简述[J].电视工程,3:25-30,2010.

[5]Mendiburu B.3D movie making:stereoscopic digital cinema fromscript to screen[J].Taylor&FrancisUS,2009.

[6]Lambooij,M.IJ Sselsteijn,W.A.and Heynderickx,I..Visual discomfort in stereoscopic displays:areview[J].In Stereoscopic Displays and Virtual Reality Systems XIV.6490,1,64900I-1-13,2007.

[7]Jones,G.R.,Lee,D.H Olliman,N.S.and Ezar,D..Controlling perceived depth in stereoscopic images[J].In Photonics West 2001-Electronic Imaging.International Society for Optics and Photonics.42-532001,2001.

(3)由于本发明所提出的客观评价模型是在大量主观实验基础上建立的，因此，本发明将根据目前通用的五级评价标准(表2)进行主观实验。并将主观评价结果与本发明提出的客观评价模型方法的输出做对比，以此验证本发明的可实施性。

表2立体相机近距拍摄质量评价评分标准

为了验证本发明，利用不同相机在相同位置获取同一场景的图片，以及同一相机在不同光圈下获取同一场景的图片，然后根据步骤(1)得到立体相机的拍摄参数。根据步骤(2)中得到的立体相机近距会聚拍摄质量客观评价模型方法对实验室图像库中的立体图像进行客观评价，其中的一种立体图像拍摄场景如图3和图4所示。本发明根据之前步骤建立的立体相机近距会聚拍摄质量客观评价方法与主观评价方法的对比，如图5所示。结果表明，本发明提出的模型与人的主观视觉感受十分一致，因此该评价模型能够有效地用于立体相机近距会聚拍摄质量评价。

本发明所提出建立的客观评价模型不仅实现了对立体相机近距会聚拍摄质量的评价,而且还可以用于指导立体相机近距会聚拍摄,为业余爱好者提供了一个合理设置拍摄参数的依据。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (1)

1.一种立体相机近距会聚拍摄质量客观评价方法，包括下列步骤：

1)设主观评价值为MOS，确定立体相机近距会聚拍摄质量的评价评分标准：

2)设相机近距会聚拍摄时的相机拍摄距离为h、场景深度为l、最前景物距相机的距离为L_min及相机间距为d，选取ξ作为评价立体图像质量的指标：

ξ＝α-γ

其中， $\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\α}=2*\arctan \left(\frac{d/2}{L_{\min }}\right)\\ \mathrm{\γ}=2*\arctan \left(\frac{d/2}{h}\right)\\ \\ l+L_{\min }=h\end{array}\right.$

3)建立客观评价指标ξ值范围与立体图像质量的客观评价值M的相应关系，客观评价指标ξ值越大，所对应的客观评价值M越小，立体相机近距会聚拍摄质量越差：

M ξ 5 ξ＜72′ 4 72′≤ξ＜138′ 3 138′≤ξ＜193.2′ 2 193.2′≤ξ＜231.6′ 1 ξ≥231.6′

4)利用立体会聚相机在近距情况下拍摄立体图像对；

5)根据所拍摄的立体图像对，提取立体相机近距会聚拍摄时的相机拍摄距离h、场景深度l、最前景物距相机的距离L_min和相机间距d；

6)根据步骤2)计算立体图像的客观评价指标ξ，根据步骤3)对立体相机进行客观评价，得到所述立体图像对的客观评价值M；

7)将客观评价值M与主观评价值MOS相比对，获取所拍摄的立体图像对的客观评价结果。