CN108022204A - 一种柱面全景视频转换为球面全景视频的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种柱面全景视频转换为球面全景视频的方法，涉及视频播放技术领域，包括：S1建立柱面全景视频的柱面对应的矩形平面的坐标系；S2根据矩形平面的尺寸得到转换后球面全景视频对应球面中各像素点的坐标；S3采用投影几何的方法将球面上各像素点的坐标投影到柱面；S4将投影得到的柱面上各点坐标反变换至矩形平面；S5采用二维插值的方法得到步骤S4中矩形平面内各坐标点的像素值，完成柱面全景视频到球面全景视频的转换。以此该全景视频在即可以在球面播放器中进行播放，也可以在柱面播放器中进行播放，只要在切换过程中，采用本发明提供的技术方案进行转换即可，不会出现任何的畸变，以此给人们带来便利。
Description
技术领域
本发明涉及视频播放技术领域，尤其涉及一种柱面全景视频转换为球面全景视频的方法。
背景技术
全景视频是虚拟现实(VR，Virtual Reality)的一种表现形式，它能将360°或720°的场景呈现给观众，使观众得到沉浸式的观赏体验。目前全景视频一般采用球面投影(如图1所示)或柱面投影的方式(如图2所示)。具体，当有球面显示设备时，采用球面投影方式的全景视频可以在球面显示设备上直接播放；当有柱面显示设备时，采用柱面投影方式的全景视频可以在柱面显示设备上直接播放。当没有球面或柱面显示设备、只有平面显示设备时，可以采用一种折中的播放方法，即假设平面播放设备是一个窗口(在图1和图2中离人较近的框)，用户通过该窗口看到全景视野中的一部分(在图1和图2中离人较远的框)。以此，用户可通过鼠标拖动等方式控制自己在全景视野中的视角。显然，离人较近框中所显示的内容是较远框中像素点向圆心或球心汇聚的光学投影。视窗式全景视频播放器即采用了该原理进行工作，例如UtoVR播放器等。
目前，全景视频一般采用矩形平面的方式来表示和存储，即在制作全景视频时将球面或柱面映射为矩形平面进行存储。图3所示为柱面映射为矩形平面示意图，从图中可以看出，经过从“柱面→矩面”的映射之后图像呈现出了较为严重的畸变；在柱面播放器上播放时，畸变会自动消失。若该视频通过“视窗式全景播放器”播放，那么播放器将根据用户选定的观察视角，将全景视频中的某个子区域投影到视窗平面上，这一过程称为反畸变，图4所示为图3中一个子区域反畸变的结果。
基于此，我们知道，采用球面投影方式制作的全景视频只能在球面播放器上播放，若将其在柱面播放器中进行播放，显然也会出现严重的畸变。但是，在很多情况下，由于受到现实条件的影响，只能在柱面播放器上播放全景视频，以此会给人们带来诸多不便。可见，如何在柱面播放器上播放球面投影方式制作的全景视频成为了一个亟需解决的技术问题。
发明内容
针对上述问题，本发明旨在提供了一种柱面全景视频转换为球面全景视频的方法，有效解决了现有技术中采用球面投影方式制作的全景视频不能在柱面播放器上播放的问题。
本发明提供的技术方案如下：
一种柱面全景视频转换为球面全景视频的方法，包括：
S1建立柱面全景视频的柱面对应的矩形平面的坐标系；
S2根据矩形平面的尺寸得到转换后球面全景视频对应球面中各像素点的坐标；
S3采用投影几何的方法将球面上各像素点的坐标投影到柱面；
S4将投影得到的柱面上各点坐标反变换至矩形平面；
S5采用二维插值的方法得到步骤S4中矩形平面内各坐标点的像素值，完成柱面全景视频到球面全景视频的转换。
进一步优选地，在步骤S2中具体包括：
S21根据矩形平面的尺寸得到柱面对应的柱半径；
S22根据柱面的柱半径得到转换后球面全景视频对应球面中各像素点的球坐标，其中，球面的球半径与柱半径相同；
S23将球面中各像素点的球坐标变换为欧几里得空间坐标；
步骤S3具体为：采用投影几何的方法将球面上各像素点的欧几里得空间坐标投影到柱面。
进一步优选地，在步骤S21中根据矩形平面的尺寸得到的柱半径r具体为：
其中，col为步骤S1矩形平面中像素点的列数。
进一步优选地，在步骤S22中，球面中各像素点的球坐标为(xs,ys,r)，其中，(xs,ys)为步骤S1矩形平面中任意一点的坐标，r为柱半径；
在步骤S23中，将球面中各像素点的球坐标(xs,ys,r)变换为欧几里得空间坐标(x's,y's,z's)，具体为：
其中，r为柱半径。
进一步优选地，在步骤S3，采用投影几何的方法将球面上各像素点的欧几里得空间坐标投影到柱面，具体为：
其中，(x's,y's,z's)为球面上各像素点的欧几里得空间坐标，r为柱半径，(x″s,y″s,z″s)为投影到柱面中各点坐标。
进一步优选地，在步骤S4，将投影得到的柱面上各点坐标(x″s,y″s,z″s)反变换至矩形平面，具体为：
其中，(x″′s,y″′s)为反变换至矩形平面中各点坐标，(x″s,y″s)为柱面上各点x轴和y轴中坐标值，r为柱半径。
进一步优选地，在步骤S5中，采用二维插值的方法得到步骤S4中矩形平面内各坐标点的像素值，具体为：
其中，Interp2d为二维插值函数，I表示步骤S1矩形平面中各像素坐标及各点对应的像素值集合，Q为插值查询点集合、且f<x″′s,y″′s>为每个插值查询点的像素值。
在本发明中，将采用球面投影方式制作的全景视频转换为柱面全景视频，以此该全景视频在即可以在球面播放器中进行播放，也可以在柱面播放器中进行播放，只要在切换过程中，采用本发明提供的技术方案进行转换即可，不会出现任何的畸变，以此给人们带来便利，在投放球面全景视频时，无需担心没有球面播放器时不能播放的问题。
附图说明
下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
图1为现有技术中球面投影的全景示意图；
图2为现有技术中柱面投影的全景示意图；
图3为现有技术中将柱面映射为矩形平面示意图；
图4为现有技术中对图3所示矩形平面某一子区域反畸变示意图；
图5为本发明中柱面全景视频转换为球面全景视频的方法一种实施方式流程示意图；
图6为本发明中柱面全景视频转换为球面全景视频的方法另一种实施方式流程示意图；
图7为本发明中柱面全景视频的柱面对应的矩形平面的坐标系；
图8为本发明中投影几何方法坐标点变换示意图。
具体实施方式
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，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅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，并获得其他的实施方式。
如图5所示为本发明提供的柱面全景视频转换为球面全景视频的方法一种实施方式流程示意图，从图中可以看出，在该方法中包括：S1建立柱面全景视频的柱面对应的矩形平面的坐标系；S2根据矩形平面的尺寸得到转换后球面全景视频对应球面中各像素点的坐标；S3采用投影几何的方法将球面上各像素点的坐标投影到柱面；S4将投影得到的柱面上各点坐标反变换至矩形平面；S5采用二维插值的方法得到步骤S4中矩形平面内各坐标点的像素值，完成柱面全景视频到球面全景视频的转换。
对上述是实施方式进行改进得到本实施方式，如图6所示，在本实施方式中，在该方法中包括：S1建立柱面全景视频的柱面对应的矩形平面的坐标系；S21根据矩形平面的尺寸得到柱面对应的柱半径；S22根据柱面的柱半径得到转换后球面全景视频对应球面中各像素点的球坐标，其中，球面的球半径与柱半径相同；S23将球面中各像素点的球坐标变换为欧几里得空间坐标；S4将投影得到的柱面上各点坐标反变换至矩形平面；S5采用二维插值的方法得到步骤S4中矩形平面内各坐标点的像素值，完成柱面全景视频到球面全景视频的转换。
具体来说，在上述实施方式中，在步骤S1中建立的矩形平面的坐标系如图7所示。假定该矩形平面视频中有row行像素点，col列像素点，且包含了水平360°的场景信息。则在步骤S21中根据矩形平面的尺寸得到的柱半径r具体为：
基于此，我们假定采用球面投影方式制作的全景视频的矩形平面的坐标系与步骤S1中矩形平面的坐标系相同，即如图7所示，该矩形平面视频同样有row行像素点，col列像素点，包含了水平360°的场景信息，也就是说球半径与柱半径相等。以此，假定采用球面投影方式制作的全景视频的矩形平面中任意一点的坐标为(xs,ys)，可知球面中各像素点的球坐标为(xs,ys,r)。
得到球面中各像素点的球坐标(xs,ys,r)之后，在步骤S23中，将球面中各像素点的球坐标(xs,ys,r)变换为欧几里得空间坐标(x's,y's,z's)，具体为：
其中，r为柱半径，以此得到球面中各像素点在欧几里得空间中的坐标(x's,y's,z's)。
基于此，在步骤S3，采用投影几何的方法将球面上各像素点的欧几里得空间坐标投影到柱面，具体为：
其中，(x's,y's,z's)为球面上各像素点的欧几里得空间坐标，r为柱半径，(xs″,y″s,z″s)为投影到柱面中各点坐标，如图8所示。
最后，在步骤S4，将投影得到的柱面上各点坐标(x″s,y″s,z″s)反变换至矩形平面，具体为：
其中，(x″′s,y″′s)为反变换至矩形平面中各点坐标，(x″s,y″s)为柱面上各点x轴和y轴中坐标值，r为柱半径，以此得到矩形平面中各坐标点的集合
由球面投影到柱面得到的坐标点不一定是整像素点的位置，自然反变换到矩形平行中也不一定是整像素点的位置。因而，将步骤S4中得到的矩形平面中各坐标点的集合作为插值查询点，并步骤S5中，采用二维插值的方法得到步骤S4中矩形平面内各坐标点的像素值，具体为：
其中，Interp2d为二维插值函数，I表示步骤S1矩形平面中各像素坐标及各点对应的像素值集合，Q为插值查询点集合、且f<x″′s,y″′s>为每个插值查询点的像素值。
基于上述描述可知与采用球面投影方式制作的全景视频的矩形平面上的点(xs,ys)是一一对应的，即将上式左侧的替换为(xs,ys)即可得到球面投影方式制作的全景视频的矩形平面中个点的像素值。在一种实施方式中，对于有多个通道的彩色图像来说，每个通道的像素值分别使用上式进行插值得到，完成柱面全景视频到球面全景视频的转换。
以上通过分别描述每个过程的实施场景案例，详细描述了本发明，本领域的技术人员应能理解。在不脱离本发明实质的范围内，可以作修改和变形。
Claims (7)
1.一种柱面全景视频转换为球面全景视频的方法，其特征在于，所述方法中包括：
S1建立柱面全景视频的柱面对应的矩形平面的坐标系；
S2根据矩形平面的尺寸得到转换后球面全景视频对应球面中各像素点的坐标；
S3采用投影几何的方法将球面上各像素点的坐标投影到柱面；
S4将投影得到的柱面上各点坐标反变换至矩形平面；
S5采用二维插值的方法得到步骤S4中矩形平面内各坐标点的像素值，完成柱面全景视频到球面全景视频的转换。
2.如权利要求1所述的柱面全景视频转换为球面全景视频的方法，其特征在于，
在步骤S2中具体包括：
S21根据矩形平面的尺寸得到柱面对应的柱半径；
S22根据柱面的柱半径得到转换后球面全景视频对应球面中各像素点的球坐标，其中，球面的球半径与柱半径相同；
S23将球面中各像素点的球坐标变换为欧几里得空间坐标；
步骤S3具体为：采用投影几何的方法将球面上各像素点的欧几里得空间坐标投影到柱面。
3.如权利要求2所述的柱面全景视频转换为球面全景视频的方法，其特征在于，在步骤S21中根据矩形平面的尺寸得到的柱半径r具体为：
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其中，col为步骤S1矩形平面中像素点的列数。
4.如权利要求2或3所述的柱面全景视频转换为球面全景视频的方法，其特征在于，
在步骤S22中，球面中各像素点的球坐标为(xs,ys,r)，其中，(xs,ys)为步骤S1矩形平面中任意一点的坐标，r为柱半径；
在步骤S23中，将球面中各像素点的球坐标(xs,ys,r)变换为欧几里得空间坐标(x's,y's,z's)，具体为：
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其中，r为柱半径。
5.如权利要求4所述的柱面全景视频转换为球面全景视频的方法，其特征在于，在步骤S3，采用投影几何的方法将球面上各像素点的欧几里得空间坐标投影到柱面，具体为：
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其中，(x's,y's,z's)为球面上各像素点的欧几里得空间坐标，r为柱半径，(x″s,y″s,z″s)为投影到柱面中各点坐标。
6.如权利要求5所述的柱面全景视频转换为球面全景视频的方法，其特征在于，在步骤S4，将投影得到的柱面上各点坐标(x″s,y″s,z″s)反变换至矩形平面，具体为：
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其中，(x″′s,y″′s)为反变换至矩形平面中各点坐标，(x″s,y″s)为柱面上各点x轴和y轴中坐标值，r为柱半径。
7.如权利要求6所述的柱面全景视频转换为球面全景视频的方法，其特征在于，在步骤S5中，采用二维插值的方法得到步骤S4中矩形平面内各坐标点的像素值，具体为：
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其中，Interp2d为二维插值函数，I表示步骤S1矩形平面中各像素坐标及各点对应的像素值集合，Q为插值查询点集合、且 为每个插值查询点的像素值。
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