CN103945216A - 一种立体相机近距平行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，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：确定立体相机近距平行拍摄质量的评价评分标准：设拍摄距离为h、相机间距为d、相机焦距为f，选取f与d/h的关系式作为评价立体图像质量的一个指标；选取双眼重叠区域与双眼视场的比值CE/BF作为另一个客观评价指标；分别建立两个客观评价指标CE/BF值范围与立体图像质量的客观评价值的相应关系；利用立体相机在近距、平行设置情况下拍摄立体图像对；根据两个指标的取值，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微距平行拍摄的立体图像质量。本发明能够有效地评价立体相机近距平行拍摄的立体图像质量。

Description

一种立体相机近距平行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平行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平行拍摄质量客观评价方法，能够有效地评价立体相机近距平行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，确定立体相机近距平行拍摄质量的评价评分标准：

2)设拍摄距离为h、相机间距为d、相机焦距为f，选取f与d/h的关系式作为评价立体图像质量的指标k_p：

k_p＝f*d/h

3)建立客观评价指标k_p值范围与立体图像质量的客观评价值M₁的相应关系，客观评价指标k_p值越大，所对应的客观评价值M₁越小，立体相机近距平行拍摄质量越差：

M1	kp
		5	kp≤1.1
4	1.1＜kp≤1.88
		3	1.88＜kp≤2.75
2	2.75＜kp≤3.17
		1	kp＞3.17

4)选取双眼重叠区域与双眼视场的比值CE/BF作为另一个客观评价指标；

5)建立客观评价指标CE/BF值范围与立体图像质量的客观评价值M₂的相应关系，客观评价指标CE/BF值越大，所对应的客观评价值M₂越小，立体相机近距平行拍摄质量越差：

6)利用立体相机在近距、平行设置情况下拍摄立体图像对；

7)根据所拍摄的立体图像对，提取立体相机近距平行拍摄时的相机拍摄距离h、相机间距d和相机焦距f；

8)计算立体图像的客观评价指标k_p和CE/BF，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Q：

Q＝0.52*M₁+0.48*M₂

9)将客观评价值Q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。

其中，双眼重叠区域与双眼视场的比值 $\mathrm{CE}/\mathrm{BF}=\frac{\mathrm{CE}}{\mathrm{BC}+\mathrm{CE}+\mathrm{EF}},$ $\left\{\begin{array}{c}\mathrm{BC}=\mathrm{EF}=d\\ \mathrm{BE}=\mathrm{BC}+\mathrm{CE}\\ h=\frac{\mathrm{BE}/2}{\tan (p/2)}\end{array}\right.,$ p为相机视场角。

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，基于立体相机近距平行拍摄的特点以及对拍摄参数的要求，建立立体相机客观质量评价方法，此方法可以有效地评价立体相机近距平行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是平行相机双视区百分比示意图；

图2是立体相机示意图，平行相机；

图3是立体相机近距拍摄质量客观评价模型；

图4（a）和（b）分别是3dsMax拍摄的两种立体场景示意图；

图5（a）和（b）分别是现实立体相机拍摄的两种立体场景图；

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。

本发明只针对近距平行拍摄进行评价方法的研究，结合平行相机（如图2）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。同时结合近距平行拍摄的场景参数的限制的基础，建立了一种立体相机近距平行拍摄质量客观评价方法。

对于立体相机近距平行拍摄来说，本发明建立了近距相机平行拍摄质量客观评价总体模型，如图3所示。首先，从立体图像对中获取立体相机的拍摄参数，将参数输入到平行相机拍摄质量评价模块，将现有的平行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Q，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平行拍摄质量的评价。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、相机间距d、相机焦距f、相机视场角p。有关方法的具体实现可参见下面两篇文献：

[1]E.Guillou,D.Meneveaux,E.Maisel,and K.Bouatouch,Using vanishing points for camera calibrationand coarse3D reconstruction from a single image[J].Visual Computer,16(7)(2000)396-410

[2]JA.de Franca,MR.Stemmer,MBD.Franca,A new robust algorithmic for multi-camera calibration witha1D object under[J].Pattern Recognition,45(10)(2012)3636-3647

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，研究立体相机近距平行拍摄参数之间相互制约关系，建立包含相关近距平行拍摄参数的理想立体相机近距平行拍摄参数模型。

（2.1）研究者们[3,4,5]发现1/30理论，即相机间距与拍摄距离的比值（d/h）的变化会影响立体图像质量。此外，本发明通过大量实验发现相机焦距f对立体相机拍摄质量也有较大影响。综合分析实验结果，联合相机拍摄距离h、相机间距d、相机焦距f对立体图像质量的影响进行分析，利用MATLAB拟合得到相机焦距f与d/h的关系式作为评价立体图像质量的指标k_p

k_p＝f*d/h

因此,本发明联合相机拍摄距离h、相机间距d、相机焦距f对立体图像质量的影响进行分析，建立平行相机近距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平行拍摄质量客观评价子模型，如图3所示，评价细则如表1所述，其中M₁为此评价子模型的输出客观评价值。

表1评价值k_p范围与立体图像质量M₁的相应关系

[3]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,2010,3:25-30.

[4]Bercovitz Formulae for Sereo Base[EB/OL].

http://nzphoto.tripod.com/stereo/3dtake/fbercowitz.htm,2012-3-19

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

（2.2）在立体相机近距平行拍摄方面如图1所示，双眼重叠区域与双眼视场的比值（双视区百分比）CE/BF对立体图像的立体效果也有很大影响。将步骤（1）中提取得到的拍摄距离h与相机间距d、相机视场角p代入下述公式中可得评价指标CE/BF的值。

$\left\{\begin{array}{c}\frac{\mathrm{CE}}{\mathrm{BF}}=\frac{\mathrm{CE}}{\mathrm{BC}+\mathrm{CE}+\mathrm{EF}}\\ \mathrm{BC}=\mathrm{EF}=d\\ \mathrm{BE}=\mathrm{BC}+\mathrm{CE}\\ h=\frac{\mathrm{BE}/2}{\tan (p/2)}\end{array}\right.$

本发明联合相机拍摄距离h、相机间距d、相机视场角p对立体图像质量的影响进行分析，建立平行相机近距拍摄质量评价子模块。综合上述分析结果，建立了立体相机近距平行拍摄质量客观评价子模型，如图3所示，评价细则如表2所述，其中M₂为此评价子模型的输出客观评价值。

表2CE/BF与立体图像质量M₂的相应关系

（2.3）由于子模型1/30理论与双视区百分比法则的评价是相互独立的，因此可以得到线性综合客观评价指标关系式Q：

Q＝0.52*M₁+0.48*M₂

其中，M₁和M₂分别为子模型1/30法则与双视区百分比法则的输出评价值。

（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3）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3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平行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4和图5所示。本发明根据之前步骤建立的立体相机近距平行拍摄质量客观评价方法Q与主观评价方法MOS的对比，如图6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平行拍摄质量评价。

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平行拍摄质量的评价,而且还可以用于指导立体相机近距平行拍摄,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 (2)

1.一种立体相机近距平行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，确定立体相机近距平行拍摄质量的评价评分标准：

2)设拍摄距离为h、相机间距为d、相机焦距为f，选取f与d/h的关系式作为评价立体图像质量的指标k_p：

k_p＝f*d/h

3)建立客观评价指标k_p值范围与立体图像质量的客观评价值M₁的相应关系，客观评价指标k_p值越大，所对应的客观评价值M₁越小，立体相机近距平行拍摄质量越差：

M₁ k_p 5 k_p≤1.1 4 1.1＜k_p≤1.88 3 1.88＜k_p≤2.75 2 2.75＜k_p≤3.17 1 k_p＞3.17

4)选取双眼重叠区域与双眼视场的比值CE/BF作为另一个客观评价指标。

5)建立客观评价指标CE/BF值范围与立体图像质量的客观评价值M₂的相应关系，客观评价指标CE/BF值越大，所对应的客观评价值M₂越小，立体相机近距平行拍摄质量越差：

6)利用立体相机在近距、平行设置情况下拍摄立体图像对；

7)根据所拍摄的立体图像对，提取立体相机近距平行拍摄时的相机拍摄距离h、相机间距d和相机焦距f；

8)计算立体图像的客观评价指标k_p和CE/BF，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Q：

Q＝0.52*M₁+0.48*M₂；

9)将客观评价值Q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。

2.根据权利要求1所述的立体相机近距平行拍摄质量客观评价方法，其特征在于，双眼重叠区域与双眼视场的比值 $\mathrm{CE}/\mathrm{BF}=\frac{\mathrm{CE}}{\mathrm{BC}+\mathrm{CE}+\mathrm{EF}},$ 其中， $\left\{\begin{array}{c}\mathrm{BC}=\mathrm{EF}=d\\ \mathrm{BE}=\mathrm{BC}+\mathrm{CE}\\ h=\frac{\mathrm{BE}/2}{\tan (p/2)}\end{array}\right.,$ p为相机视场角。