CN114598854A - 基于单摄像机的3d影像视频摄制方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于单摄像机的3D影像视频摄制方法和系统。一种基于单摄像机的3D影像视频摄制方法，包括以下步骤：将摄像机沿预设轨迹匀速移动，拍摄场景画面并从所述场景画面提取左视图视频和右视图视频；根据所述3D影像视频所需要的图像视差，调整所述左视图视频和右视图视频之间的时间差；计算帧数量，将所述左视图视频和右视图视频间隔所述帧数量存储分别存储为左通道和右通道播放的视频。上述基于单摄像机的3D影像视频摄制方法和系统将左视图视频和右视图视频分别间隔一定的帧数量分别存储为左通道和右通道播放的视频，从而可以使用单个摄像机完成视差3D影像视频的拍摄和制作，实现立体拍摄硬件的简化。

Description

基于单摄像机的3D影像视频摄制方法和系统

技术领域

本发明涉及一种3D影像摄制方法领域，特别是涉及一种基于单摄像机的3D影像视频摄制方法和系统。

背景技术

目前视差三维显示图像的来源主要有：利用双目照相机模仿双眼实际拍摄、在软件中利用虚拟摄像机模仿双眼拍摄虚拟的立体模型、运用图像算法将一张图转出两张视差的三维图。用照相机或摄像机来模拟人的双眼对统一对象进行拍照或录制视频是最基本的一种获得真实细腻的视差三维显示图像的方法，但是该方法要求两台设备同时运行且双目镜头保持水平稳定，相对成本较高。

常用的单机延时拍摄静物方法，只能在确保相机水平移动的情况下分时拍摄视差图像，无法录制视频。

此外，相机拍摄双视差立体图像存在图像受题材限制、拍摄好的视差不能修改和加工、成本较高、设备复杂等缺点。

发明内容

为了解决现有的视差3D影像视频摄制困难的问题，本发明的目的是提出了一种基于单摄像机的3D影像视频摄制方法和系统。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的，依据本发明提出的一种基于单摄像机的3D影像视频摄制方法，包括以下步骤：

将摄像机沿预设轨迹匀速移动，拍摄场景画面并从所述场景画面提取左视图视频和右视图视频；

根据所述3D影像视频所需要的图像视差，调整所述左视图视频和右视图视频之间的时间差；

计算所述左视图视频和右视图视频所间隔的画面相差的帧数量，将所述左视图视频和右视图视频间隔所述帧数量存储分别存储为左通道和右通道播放的视频。

根据本发明实施例的基于单摄像机的3D影像视频摄制方法，根据所述3D影像视频所需要的图像视差，调整所述左视图视频和右视图视频之间的时间差包括：

如果所述预设轨迹为沿水平方向平行移动，则根据下式调整所述图像视差ΔP和时间差Δt：

其中，m为场景画面的像素宽，n为场景画面的像素长，h为所述摄像机的拍摄物距，α为所述摄像机的视场角。

根据本发明实施例的基于单摄像机的3D影像视频摄制方法，在所述预设轨迹为沿水平方向平行移动时，所述摄像机的光轴抱持平行移动。

根据本发明实施例的基于单摄像机的3D影像视频摄制方法，根据所述3D影像视频所需要的图像视差，调整所述左视图视频和右视图视频之间的时间差包括：

如果所述预设轨迹为圆弧，则根据下式调整所述图像视差ΔP和时间差Δt：

其中，R为所述预设轨迹的半径。

根据本发明实施例的基于单摄像机的3D影像视频摄制方法，在所述预设轨迹为圆弧时，所述预设轨迹为以拍摄目标为圆心的圆弧。

根据本发明实施例的基于单摄像机的3D影像视频摄制方法，所述摄像机连接于搭载平台沿所述预设轨迹匀速移动，所述搭载平台包括无人机、汽车、电动导轨中的一种或多种。

根据本发明实施例的基于单摄像机的3D影像视频摄制方法，计算所述左视图视频和右视图视频所间隔的画面相差的帧数量包括：

根据下式计算所述左视图视频和右视图视频所间隔的画面相差的帧数量num：

num＝Δt×f

其中，f为所述摄像机的拍摄帧率。

依据本发明提出的一种基于单摄像机的3D影像视频摄制系统，包括：

摄像机，用于沿预设轨迹匀速移动拍摄场景画面；

参数记录设备，用于记录所述摄像机的运动参数；

视频处理设备，用于从所述场景画面提取左视图视频和右视图视频，并根据所述3D影像视频所需要的图像视差，调整所述左视图视频和右视图视频之间的时间差；然后计算所述左视图视频和右视图视频所间隔的画面相差的帧数量，将所述左视图视频和右视图视频间隔所述帧数量存储分别存储为通过左通道和右通道播放的视频。

根据本发明实施例的基于单摄像机的3D影像视频摄制系统，如果所述预设轨迹为沿水平方向平行移动，则所述视频处理设备根据下式调整所述图像视差ΔP和时间差Δt：

其中，m为场景画面的像素宽，n为场景画面的像素长，h为所述摄像机的拍摄物距，α为所述摄像机的视场角。

根据本发明实施例的基于单摄像机的3D影像视频摄制系统，如果所述预设轨迹为圆弧，则所述视频处理设备根据下式调整所述图像视差ΔP和时间差Δt：

其中，R为所述预设轨迹的半径。

借由上述技术方案，本发明具有如下优点和有益技术效果：

上述基于单摄像机的3D影像视频摄制方法和系统通过单个摄像机沿预设轨迹匀速移动拍摄，根据图像视差调整从拍摄的场景画面抽取的左视图视频和右视图视频的时间差，然后将左视图视频和右视图视频分别间隔一定的帧数量分别存储为左通道和右通道播放的视频，从而可以使用单个摄像机完成视差3D影像视频的拍摄和制作，实现立体拍摄硬件的简化，降低了3D视频的拍摄和制作成本，并结合用户需求，实现双目视差的实时计算和自由调整。

附图说明

图1是基于单摄像机的3D影像视频摄制系统的结构示意图。

图2是摄像机沿平行移动状态下结构示意图。

图3是平行移动拍摄的画面示意图。

图4是摄像机沿圆弧形轨迹移动状态下结构示意图。

图5是沿圆弧轨迹移动下拍摄的画面示意图。

图6是左视图视频和右视图视频链接剪辑组合示意图。

图7a和图7b是立体视觉画面形成示意图。

图8是图像视差的示意图。

具体实施方式

基于单摄像机的3D影像视频摄制系统根据摄像机的运动参数计算并调整立体换面的图像视差，通过后期处理拍摄的场景画面，生成3D影像视频，实现通过单一摄像机拍摄即可生成全景动态立体画面的集成再现。

图1是基于单摄像机的3D影像视频摄制系统的结构示意图。如图1所示，基于单摄像机的3D影像视频摄制系统包括摄像机100、参数记录设备200和视频处理设备300，摄像机100用于拍摄场景画面，摄像机100的分辨率优选大于1920*1080，其拍摄视场角稳定且成像画面无畸变，其拍摄频率要求大于30fps，能够实现拍摄过程的流畅运行并保持清晰度。

参数记录设备200用于记录摄像机100的运动参数，其中，所述运动参数包括但不限于摄像机100的拍摄运动方向、摄像机的运动速度、摄像机的旋转角度、摄像机的拍摄物距等参数。在拍摄过程中，摄像机100沿预设轨迹匀速移动，在一些实施方式中，参数记录设备200包括搭载平台，摄像机100可以连接于搭载平台沿所述预设轨迹匀速移动，可以实时记录摄像机的运动速度和运动方向。

所述搭载平台包括无人机、汽车、电动导轨中的一种或多种。视频处理设备根据拍摄运动方向、相机运动速度、相机旋转角度、相机拍摄物距，并根据3D影片所需的视差，将单画面视频分左右通道播放，设置定量时间间隔以呈现图像视差，制作全新的用于3D显示播放的立体影片。

具体的，视频处理设备300从所述场景画面提取左视图视频和右视图视频，并根据所述3D影像视频所需要的图像视差，调整所述左视图视频和右视图视频之间的时间差，然后计算所述左视图视频和右视图视频所间隔的画面相差的帧数量，将所述左视图视频和右视图视频间隔所述帧数量存储分别存储为通过左通道和右通道播放的视频。

以下详细描述基于上述基于单摄像机的3D影像视频摄制系统，实现的基于单摄像机的3D影像视频摄制方法如下，具体的，3D影像视频摄制方法包括以下步骤。

首先，将摄像机沿预设轨迹匀速移动，拍摄场景画面并从所述场景画面提取左视图视频和右视图视频。在一些实施方式中，摄像机匀速移动的预设轨迹可以是平移的直线，也可以是圆弧，根据不同情况以相应方式计算像素视差。所述的像素视差为立体画面种左右图像中物体的像素差，在实际的3D显示器中播放的双目视差，与显示器画面大小、双眼间距、人眼到屏幕的距离有关。

以下根据图2-5具体说明如下。

图2是摄像机沿平行移动状态下结构示意图。如图2所示，摄像机2通过摄像机支架3连接于搭载平台(图中未示出)。在拍摄过程中，摄像机2的摄像视场范围6之间的视场角为α，以速度5匀速移动的同时拍摄目标物1，其中，摄像机2与目标物之间的拍摄物距7为之间的距离为h。

图3是平行移动拍摄的画面示意图。如图3所示，左侧的图像为左视图，右侧的图像为右视图，摄像机的移动方向为从左至右匀速移动。其中，左视图为在第t秒的画面，其像素宽8为m，像素高10为n，左视图中的目标物11的坐标位置为(x0，y0)，另外一目标物12的坐标为(x1，y1)。右视图为在第t+Δt的画面，其像素宽9为m，像素高10为n，目标物13的坐标为(x0-Δp，y0)，另一目标物14的坐标为(x1—Δp，y1)，其中，Δp为左视图和右视图之间的像素视差。

图4是摄像机沿圆弧形轨迹移动状态下结构示意图。如图4所示，摄像机18连接于摄像机支架19连接于搭载平台(图中未示出)。摄像机18移动的预设轨迹20为圆弧，优选圆心为拍摄目标。旋转汇聚拍摄时，摄像机光轴以远处目标物为圆心保持汇聚于的一点。移动速度21为v。预设轨迹20的半径22为R。在拍摄过程中，摄像机18的摄像视场范围17之间的视场角为α，以速度21匀速移动的同时拍摄目标物15，其中，摄像机18与目标物15之间的拍摄物距16为之间的距离为h。

图5是沿圆弧轨迹移动下拍摄的画面示意图。如图5所示，左侧的图像为左视图，右侧的图像为右视图，摄像机的移动方向为从左至右沿预设轨迹匀速移动。其中，左视图为在第t秒的画面，其像素宽23为m，像素高25为n，左视图中的目标物26的坐标位置为(x0，y0)，另外一目标物27的坐标为(x1，y1)。右视图为在第t+Δt的画面，其像素宽24为m，像素高25为n，目标物28的坐标为(x0，y0)，另一目标物29的坐标为(x1-Δp，y1)，其中，Δp为左视图和右视图之间的像素视差。

然后，根据所述3D影像视频所需要的图像视差，调整所述左视图视频和右视图视频之间的时间差。本步骤中，如果所述预设轨迹为沿水平方向平行移动，则根据下式调整所述图像视差ΔP和时间差Δt：

其中，m为场景画面的像素宽，n为场景画面的像素长，h为所述摄像机的拍摄物距，α为所述摄像机的视场角。

如果所述预设轨迹为圆弧，则根据下式调整所述图像视差ΔP和时间差Δt：

其中，R为所述预设轨迹的半径。

接着，计算所述左视图视频和右视图视频所间隔的画面相差的帧数量，通过抽帧算法计算间隔的帧数量，将所述左视图视频和右视图视频间隔所述帧数量存储分别存储为左通道和右通道播放的视频。所述的抽帧算法是基于图像运动视差计算方法，调整3D画面左右视图的相对视差量，实现视差数据在3D画面中的实时显示。

图6是左视图视频和右视图视频链接剪辑组合示意图。如图6所示，将左图像视频和右图像视频相距Δt的时间，根据时间计算抽取的帧数量。计算所述左视图视频和右视图视频所间隔的画面相差的帧数量包括：

根据下式计算所述左视图视频和右视图视频所间隔的画面相差的帧数量num：

num＝Δt×f

其中，f为所述摄像机的拍摄帧率。

然后，将单画面视频轨迹分左右通道播放，设置定量时间间隔以呈现图像视差，制作全新的用于3D显示播放的立体影片。同理，当拍摄运动方向为弧形轨迹时，根据所需的3D影片视差，推算出左右通道视频的时间差，影片时间截止规律与排列轨道的制作过程同上。

图7a和图7b是立体视觉画面形成示意图。图7a表示显示屏36显示的左图像视频37，图7b表示显示屏36显示的右图像视频38，左图像视频37和右图像视频38之间的像素视差40为Δp，人眼与显示屏36之间的距离44为d，左右眼同时聚焦在显示屏相同点的视角标定为θ0，即零视差。左视图视频37和右视图视频38向左眼42和右眼43投射光线，形成3D影视39。显然，立体显示画面的虚拟成像位置与左右眼图像的视差有关，当左眼观看到的左眼图像和右眼观看到的右眼图像进行融合，大脑中形成的画面为3D画面，具有立体深度。

图8是图像视差的示意图。如图8所示，作为示例性的，显示屏45刷新显示3D影像46，立体显示屏上呈现出的左右图像的视差为Δp，人眼到屏幕的距离为d，虚拟成像画面的双眼视角度为θ。根据立体显示原理，结合图7所示，当3D显示的物体越靠近人眼，双目视差越大，当显示的图像越远，视差越小。把左右眼同时聚焦在显示屏相同点的视角标定为θ0(即示出的49)，即零视差。如果虚拟成像出屏，视差角定义为θ1(图7示出的50)；如果虚拟成像入屏，视差角定义为θ2(图7示出的51)，那么可知θ1>θ0>θ2，因此，根据不同的3D显示需求，可以设置不同的像素视差Δp，从而可以根据Δp设置相应的时差Δt，基于相应的时间Δt计算出需要抽离的帧数量，然后将左图像视频和右图像视频分别存储为左通道播放和右通道播放，形成3D影视。

上述基于单摄像机的3D影像视频摄制方法和系统通过单个摄像机沿预设轨迹匀速移动拍摄，根据图像视差调整从拍摄的场景画面抽取的左视图视频和右视图视频的时间差，然后将左视图视频和右视图视频分别间隔一定的帧数量分别存储为左通道和右通道播放的视频，从而可以使用单个摄像机完成视差3D影像视频的拍摄和制作，实现立体拍摄硬件的简化，降低了3D视频的拍摄和制作成本，并结合用户需求，实现双目视差的实时计算和自由调整。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种基于单摄像机的3D影像视频摄制方法，其特征在于，包括以下步骤：

将摄像机沿预设轨迹匀速移动，拍摄场景画面并从所述场景画面提取左视图视频和右视图视频；

根据所述3D影像视频所需要的图像视差，调整所述左视图视频和右视图视频之间的时间差；

计算所述左视图视频和右视图视频所间隔的画面相差的帧数量，将所述左视图视频和右视图视频间隔所述帧数量存储分别存储为左通道和右通道播放的视频。

2.如权利要求1所述的基于单摄像机的3D影像视频摄制方法，其特征在于，根据所述3D影像视频所需要的图像视差，调整所述左视图视频和右视图视频之间的时间差包括：

如果所述预设轨迹为沿水平方向平行移动，则根据下式调整所述图像视差ΔP和时间差Δt：

其中，m为场景画面的像素宽，n为场景画面的像素长，h为所述摄像机的拍摄物距，α为所述摄像机的视场角。

3.如权利要求2所述的基于单摄像机的3D影像视频摄制方法，其特征在于，在所述预设轨迹为沿水平方向平行移动时，所述摄像机的光轴抱持平行移动。

4.如权利要求3所述的基于单摄像机的3D影像视频摄制方法，其特征在于，根据所述3D影像视频所需要的图像视差，调整所述左视图视频和右视图视频之间的时间差包括：

如果所述预设轨迹为圆弧，则根据下式调整所述图像视差ΔP和时间差Δt：

其中，R为所述预设轨迹的半径。

5.如权利要求4所述的基于单摄像机的3D影像视频摄制方法，其特征在于，在所述预设轨迹为圆弧时，所述预设轨迹为以拍摄目标为圆心的圆弧。

6.如权利要求5所述的基于单摄像机的3D影像视频摄制方法，其特征在于，所述摄像机连接于搭载平台沿所述预设轨迹匀速移动，所述搭载平台包括无人机、汽车、电动导轨中的一种或多种。

7.如权利要求6所述的基于单摄像机的3D影像视频摄制方法，其特征在于，计算所述左视图视频和右视图视频所间隔的画面相差的帧数量包括：

根据下式计算所述左视图视频和右视图视频所间隔的画面相差的帧数量num：

num＝Δt×f

其中，f为所述摄像机的拍摄帧率。

8.一种基于单摄像机的3D影像视频摄制系统，其特征在于，包括：

摄像机，用于沿预设轨迹匀速移动拍摄场景画面；

参数记录设备，用于记录所述摄像机的运动参数；

视频处理设备，用于从所述场景画面提取左视图视频和右视图视频，并根据所述3D影像视频所需要的图像视差，调整所述左视图视频和右视图视频之间的时间差；然后计算所述左视图视频和右视图视频所间隔的画面相差的帧数量，将所述左视图视频和右视图视频间隔所述帧数量存储分别存储为通过左通道和右通道播放的视频。

9.如权利要求8所述的基于单摄像机的3D影像视频摄制系统，其特征在于，如果所述预设轨迹为沿水平方向平行移动，则所述视频处理设备根据下式调整所述图像视差ΔP和时间差Δt：

其中，m为场景画面的像素宽，n为场景画面的像素长，h为所述摄像机的拍摄物距，α为所述摄像机的视场角。

10.如权利要求9所述的基于单摄像机的3D影像视频摄制系统，其特征在于，如果所述预设轨迹为圆弧，则所述视频处理设备根据下式调整所述图像视差ΔP和时间差Δt：

其中，R为所述预设轨迹的半径。

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