CN1448029A - 校正三维图像的方法和系统 - Google Patents

Abstract

在校正3D图像失真的方法和系统中，当左右摄像机(11和12)与物体(60)的摄像比根据物体移动或者摄像机放大和缩小摄取物体而改变时的不同距离感的显示，以及当观看者的左右眼(51和52)之间的距离改变时部分失真3D图像的显示，通过使用左右图像放大和缩小设备(21和22)放大和缩小左右图像的控制以及左右图像(41和42)的移动得到校正。这样，显示了物体的实际形状，从而提高了3D图像的质量。

Description

校正三维图像的方法和系统

技术领域

本发明涉及校正3D(三维)图像失真的方法及其系统，从而生成和显示更逼真的3D图像，其中所述的3D图像失真是在3D图像的生成和显示步骤中出现的。

背景技术

一般地，人类能够通过眼睛的观察识别物体。并且由于人的两只眼睛彼此分开一定的距离，因此两只眼睛观察到的物体形成两幅图像，左右眼各形成一幅。识别物体时两幅图像是部分重叠的。这里，在人两只眼睛形成的图像的重叠部分中，当通过左右眼传送到大脑的两幅不同的图像在大脑中合成时，则产生了三维的感觉。

通过上述原理，开发了使用摄影装置的多种传统3D图像生成和重现设备。3D图像设备包括两台摄像机，彼此分开与人眼间距相同比例的预定距离，用以在两个位置对相同物体摄像；合成设备，用以接收两台摄像机摄取的两幅图像并顺序地将接收到的图像投射在显示设备上；以及显示设备，用以显示合成设备投射的两幅图像，使人眼能识别所摄取的物体。

合成设备接收分别从两台摄像机即左右摄像机传送的左右图像，并根据控制器的控制，顺序地将接收到的图像传送到显示设备。

显示设备由LCD屏幕形成，用以接收并显示从左右合成设备传送的两幅图像；或者由3D眼镜形成，用以通过屏幕在观看者的分开一定距离的左右眼上显示图像。为了使观看者双眼产生三维感觉，所显示图像的距离与两台摄像机以及观看者左右眼的距离具有相同比例。

这里，显示设备上的左右图像以预定的时间间隔顺序地显示在观看者的左右眼中，从而观看者通过同时地或顺序地感知左右图像而识别3D图像。

这样，左右摄像机同时对物体进行摄像，从而产生左右图像，左右图像传送到左右合成设备。传送到合成设备的图像通过控制器顺序地显示在显示设备上。这样，人能对显示设备上的左右图像产生三维感觉。

这里，根据左右摄像机与被左右摄像机摄像的物体之间的距离比以及摄像机所摄像的物体大小，确定显示给观看者图像的大小以及图像与左右眼之间的距离。

并且，显示在显示设备上的左右图像之间的距离与人双眼的间距具有相同比例时，观看者产生三维感觉，如同看到实际物体一样。

根据上述传统技术，在物体移动，摄像机移动，或者相对物体放大或缩小图像时摄像机对物体摄像，即不处于固定摄像机摄取固定物体的状态时，摄像机间距或者摄像机所摄取物体的图像大小改变，输入摄像机的物体形状的图像比改变。因此，显示在显示设备上的图像的图像比改变，从而形成距离感觉与实际物体不同的图像。

并且，当物体与左右摄像机的间距以及物体在摄像期间固定时，由于人类双眼之间的距离并不是完全相同的，特别是，成人双眼的间距与儿童的完全不同，从而削弱三维感觉，例如感觉被摄取物体的后部小或大，或者根本不产生三维感觉。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种根据摄像机位置的改变校正3D图像失真的方法，其中根据摄像机相对于物体的高度、方向和倾斜以及左右图像相对于观看摄像机摄取的图像的观看者双眼相同时的图像比校正摄像比。

本发明的另一个目的是提供一种校正由于人左右眼的间距形成的3D图像失真的方法，从而观看者能观看到根据观看者左右眼间距的不同而移动的左右图像。

为了达到本发明的上述目的，提供一种校正3D图像失真的方法，其步骤包括：(a)通过测量摄像比、图像比和相对于物体的图像分离比以及相对于观看者的眼睛分离比并且收集和存储所测量的比例，建立基准数据；(b)通过测量当摄取移动的物体或者进行放大或缩小摄像时的摄像比、图像比和图像分离比以及相对于观看者的眼睛分离比产生的变化，并将所测量的变化传送到图像放大和缩小设备，输入变化的数据；(c)通过根据基准数据建立步骤产生的基准数据以及变化数据输入步骤中产生的变化数据定义左右摄像机摄取的左右图像，并将所定义的图像传送到图像放大和缩小设备，生成图像；(d)通过计算摄像比和图像比相等以及图像分离比与眼睛分离比相同计算校正比，将所计算的值传送到图像放大和缩小设备；(e)通过根据校正比计算步骤中计算的数值相对于基准数据的设定值控制被放大或缩小的左右图像的大小，校正图像；(f)通过将尺寸被校正和控制的左右图像从图像合成设备传送到显示设备，合成图像；以及(g)通过将图像放大和缩小设备放大或缩小的校正图像传送到显示设备并且通过控制图像合成设备显示待显示的校正图像，输出校正的图像。

为了达到本发明的另一目的，提供一种校正3D图像失真的系统，包括左右摄像机，其安装能在不同位置对相同物体摄像以产生左右照片；左右图像放大和缩小设备，用于通过接收摄像机摄取的物体的左右照片控制摄像机的摄像比与观看者的图像比相同，以及通过控制物体左右图像之间的距离比与观看者双眼之间的距离比相同，利用设定的数值校正被放大或缩小的左右图像；左右图像合成设备，用于将被左右图像放大和缩小设备放大或缩小的左右图像传送到显示设备；以及显示设备，用于显示从图像合成设备传送来的左右图像，使观看者能够观看。

附图简述

图1表示根据本发明校正3D图像失真的方法；

图2表示根据本发明校正3D图像失真的系统的结构；以及

图3、4和5表示根据本发明解释左右眼和左右图像之比的图。

实施本发明的最佳方式

图1表示根据本发明校正3D图像失真的方法。图2表示根据本发明校正3D图像失真的系统的结构。根据本发明的方法包括：基准数据建立步骤S10、变化数据输入步骤S20、图像生成步骤S30、校正比计算步骤S40、图像校正步骤S50、图像合成步骤S60和校正图像输出步骤S70。

基准数据建立步骤S10包括摄像比建立步骤S11、图像比建立步骤S12、图像分离比建立步骤S13以及c。

在摄像比建立步骤S11中，收集并存储物体60的左右照片61和62之间的尺寸比以及左右照片61和62与左右摄像机11和12之间的距离比，即摄像比α，其中被左右摄像机11和12摄像的物体60具有预定的尺寸并静立在预定位置。

这里，左右照片61和62之间的尺寸比分别由左右摄像机11和12摄取的物体60在水平方向的距离比A以及垂直方向的距离比B测量。距离比C由左右照片61和62与左右摄像机11和12之间的距离测量。

并且，在摄像比建立步骤S11中，收集并存储由预定尺寸的不同物体60与装在预定位置的不同摄像机11和12形成的多个摄像比α。

在图像比建立步骤S12，收集并存储不同图像比β，包括由左右摄像机11和13摄取的并显示在显示设备40上的左右图像41和42形成的尺寸比以及左右图像41和42与左右眼51和52形成的距离比。

这里，左右图像41和42形成的尺寸比包括显示在显示设备40上的左右图像41和42的水平比D和左右图像41和42的垂直比E。图像比β由距离比F确定，距离比F根据形成尺寸比的左右图像41和42与左右眼51和52之间的距离得到。

并且，优选地，通过对比左右图像41和42的尺寸与显示设备40的水平和垂直尺寸，测量并存储左右图像41和42的水平和垂直尺寸。

在图像分离比建立步骤S13，收集并存储左图像41和右图像42中心点之间的距离形成的不同距离比X，其中左右图像41和42由具有预定摄像比α的左右摄像机11和12摄取并且在具有预定图像比β的显示设备40上显示。

在眼睛分离比建立步骤S14，收集并存储由观看左右图像41和42的观看者的左眼51与右眼52之间的距离比形成的不同距离比N。

变化数据输入步骤S20包括摄像比测量步骤S21、图像比测量步骤S22、图像分离比测量步骤S23以及眼睛分离比测量步骤S24。

在摄像比测量步骤S21中，当物体60移动，左右摄像机11和12移动，或者相对于物体60进行放大或缩小摄像时，左右照片61和62的尺寸比以及左右照片61和62与左右摄像机11和12之间的距离比改变，将由上述尺寸比和距离比形成的摄像比α得到的单一图像传送到图像放大和缩小设备21和22，这将在下面描述。

这里，装在左右摄像机11和12外部或内部的左右位置探测器81和82得到摄像比α。

左右位置探测器81和82测量左右摄像机11和12离开地面的高度，左右摄像机11和12的方向和角度，物体60与左右摄像机11和12之间的距离，物体60相对于左右摄像机11和12的位置，从而检测出左右摄像机11和12相对物体60的摄像比α。

在图像比测量步骤S22中，与显示设备40的尺寸对比，测量按预定摄像比α摄取的并显示在显示设备40上的左右图像41和42的尺寸，测量左右图像41和42与观看左右图像41和42的观看者的左右眼51和52之间的距离比。所测量的比例传送到图像放大和缩小设备21和22。

这里，优选地，如左右图像41和42与观看者左右眼51和52形成的距离比一样，测量观看者左右眼51和52到3D眼镜或者与之分开预定距离的LCD之间的距离。

在图像分离比测量步骤S23中，相对于显示设备40的中心点，测量显示在显示设备40上的左右图像41和42的中心点之间的距离。所测量的距离传送到图像放大和缩小设备21和22。

在眼睛分离比测量步骤S24中，由观看者所戴3D眼镜上的探测器(未示出)或通过手工操作测量观看左右图像41和42的观看者的左右眼51和52之间的距离。所测量的距离传送到图像放大和缩小设备21和22。

在图像生成步骤S30中，物体60的不同图像由彼此分开预定距离的左右摄像机11和12摄取并产生。生成的图像传送到图像放大和缩小设备21和22。

这里，通过设定左右摄像机11和12之间的距离与观看左右摄像机11和12生成的图像的观看者左右眼51和52之间的距离相等，防止显示左右摄像机11和12生成的图像的放大或缩小。

校正比计算步骤S40包括摄像/图像比计算步骤S41和图像/眼睛分离比计算步骤S42。

在摄像/图像比计算步骤S41中，通过与摄像比建立步骤S11中建立的物体60固定在预定位置上的摄像比α以及摄取物体60生成的图像的图像比β进行对比，计算当摄取物体60时由于物体60的移动或者左右摄像机11和12的放大和缩小而改变的摄像比α′和图像比β′之间的差值。将由以上数值计算的数据以及形成摄像比α′的单一图像传送到图像放大和缩小设备21和22，从而使摄像比α和图像比β互相匹配。

这里，摄像比α和图像比β之间的关系表示在下面的方程1中：

[方程1]

A∶B∶C＝D∶E∶F $\frac{D}{A}=\frac{E}{B}=\frac{F}{C}$ $D=A\×\left(\frac{F}{C}\right)$ $E=B\×\left(\frac{F}{C}\right)$

在图像/眼睛分离比计算步骤S42中，与图像分离比建立步骤S13中得到的摄取固定在预定位置上的物体60生成的并显示在显示设备40上的左图像41和右图像42之间的分离距离比X以及观看者左眼51和右眼52之间的分离距离比N进行对比，计算变化的左右眼51和52之间的分离距离比S和L以及相应变化的左右图像41和42之间的分离距离比Y和Z。根据计算的数值，计算左右图像41和42中心点之间的分离距离比X、Y和Z并将之传送到图像放大和缩小设备。

这里，左右眼51和52之间的分离距离比N、S和L与左右图像41和42中心点之间的分离距离比X、Y和Z之间的关系如下：

[方程2]

X∶N＝Y∶S＝Z∶L

在优选实施例的上述方程中，N表示观看者左右眼51和52之间的初始或平均分离距离比，S表示比观看者左右眼51和52间距窄的左右眼51和52之间的分离距离比，L表示比观看者左右眼51和52之间的初始或平均间距N宽的左右眼51和52之间的分离距离比。

并且，X表示当左右眼51和52的初始或平均分离距离比为N时显示在显示设备40上的左右图像41和42之间的初始或平均分离距离比。这样，当观看者的左右眼分离距离比为N时，左右图像41和42中心点之间的距离为X，从而可以观看正常的图像。

并且，Y表示当左右眼51和52之间的分离比为s且s小于基准比时左右图像41和42中心点之间的分离比。Z表示当左右眼51和52之间的分离比是L且L大于基准比时左右图像41和42中心点之间的分离比。

在图像校正步骤S50中，左右图像41和42的图像比β和图像分离比通过摄像/图像比计算步骤S41和图像/眼睛分离比计算步骤S42中计算的数值进行设定。这样，左右图像41和42的图像显示尺寸通过上述设定的图像比β和图像分离比进行设定，并将设定值传送到左右图像合成设备31和32。

这里，将与摄像比α和图像比β匹配的计算校正信息以及与图像分离比和眼睛分离比匹配的计算校正信息连同左右摄像机11和12摄取的图像一起传送到左右图像放大和缩小设备21和22。

并且，校正信息包括在左右摄像机11和12生成的每幅图像中并传送到左右图像放大和缩小设备21和22。这样，校正左右摄像机11和12生成的每幅图像并优选地将这些校正的图像结合在电影中。

由于显示左右图像41和42的显示设备40的尺寸是固定的，因此放大左右图像41和42时，相对于左右图像41和42的放大图像的中心点剪切放大的部分，并根据左右图像放大和缩小设备21和22中设定的数值放大剪切的图像，使其尺寸与显示设备40的屏幕尺寸相同。当缩小左右图像41和42时，根据左右图像放大和缩小设备21和22中设定的数值缩小图像并将之显示在显示设备40的屏幕上。这里，当图像缩小时，优选地使用适于3D图像生成的特定颜色(本发明中为黑色)填补显示设备40屏幕上的空白部分，从而形成缩小的图像。

相对于预定尺寸的显示设备40得到左右图像41和42放大和缩小比的方程如下：

[方程3] $d=\frac{D}{G}=\frac{A}{G}\·\frac{F}{C}$ $e=\frac{E}{H}=\frac{B}{H}\·\frac{F}{C}$

这里，d表示左右图像41和42的水平校正比，e表示左右图像41和42的垂直校正比。G和H分别表示显示设备40的水平和垂直尺寸。

在图像合成步骤S60，将包括设定的左右图像41和42的图像比β和图像分离比的图像数据应用于左右摄像机11和12生成的左右图像，并顺序地或同时地传送到显示设备40。

在校正图像输出步骤S70中，将左右图像放大和缩小设备21和22放大或缩小的校正图像传送到显示设备40，并通过控制左右图像合成设备31和32顺序地显示。

下面描述根据本发明优选实施例的校正3D图像失真的系统。

图2表示根据本发明的3D图像失真校正系统。参考附图，根据本发明的3D图像失真校正系统包括左右摄像机11和12、左右位置探测器81和82、左右图像放大和缩小设备21和22、左右图像合成设备31和32以及显示设备40。

左右摄像机11和12安装时彼此分开预定的距离，从不同位置摄取相同物体60的不同图像。

左右位置探测器81和82位于每台左右摄像机11和12的一侧，测量左右摄像机11和12的起始安装位置，即，离开地面的距离，左右摄像机11和12摄取图像的方向，以及左右摄像机11和12的倾斜。

这里，显然左右位置探测器81和82可以装在左右摄像机11和12的内部，根据每台摄像机的聚焦测量左右摄像机11和12的上述距离、方向和倾斜。

根据相对于左右摄像机11和12摄取的左右图像的摄像比α、图像比β、图像分离比X和眼睛分离比N计算的对比数值，左右图像放大和缩小设备21和22设定显示在显示设备40上的左右图像41和42水平比和垂直比的大小。设定的大小传送到左右图像合成设备31和32。

显示设备40是具有多个液晶像素的LCD，用以显示3D图像。这里，显然显示设备40包括典型的屏幕，用于显示彼此分离的或在前后显示3D图像；以及3D眼镜，当显示在屏幕上的两个或多个3D图像部分重叠时使观看者产生三维感觉。

此后描述根据本发明优选实施例的3D图像失真的校正以及校正图像的输出。

在本发明优选实施例中，描述了包括两台左右摄像机11和12和显示设备40的3D图像生成系统中校正失真的方法。左右摄像机11和12安装时，在摄取相同物体的多台摄像机中，摄像机的物镜中心排成直线，同时其分离距离与观看者的眼睛分离距离N相同。显示设备40将摄像机11和12摄取的两个左右图像41和42分别输出到一个LCD屏幕上，使其彼此分离预定的距离。

在摄取固定于起始或基准位置上的物体60后，测量摄像比α、图像比β、图像分离比X和眼睛分离比N，并将之传送和存储到左右图像放大和缩小设备21和22。

根据物体60移动和摄像机11和12的放大或缩小摄像而改变的摄像水平比A、摄像垂直比B和摄像距离比C，测量新的摄像比α′。与摄像比α′对应的各个静止图像连同摄像比α′一起传送到左右图像放大和缩小设备21和22。

这里，利用与左右摄像机11和12连接的左右位置探测器81和82测量根据随着物体60移动而移动的摄像机11和12或者物体60放大或缩小的形状的摄像机11和12摄像区的变化，并将之转换成测量数据，传送到左右图像放大和缩小设备21和22。

将根据基准数据的摄像比α与根据物体60移动以及摄像机11和12放大和缩小摄像而改变的摄像比α′进行对比，并计算出相对于显示在显示设备40上的左右图像41和42的尺寸比。将计算的设定值以及左右摄像机11和12摄取的左右图像41和42传送到左右图像放大和缩小设备21和22。

根据图像尺寸比设定值将传送到左右图像放大和缩小设备21和22的左右图像41和42进行放大或缩小。

这里，将左右图像41和42的校正信息以及图像的景象输入到左右图像放大和缩小设备21和22，从而对左右图像41和42进行校正。将完全校正的每幅图像景象传送到左右图像合成设备31和32。

将传送到左右图像合成设备31和32的左右图像41和42顺序地传送到显示设备40。

观看者的左右眼观看传送到显示设备40的左右图像41和42，其中形成比例与新设定的摄像比α′相同的新图像比β′。

并且，当观看左右图像41和42的观看者的眼睛分离距离N变为不同值时，左右图像合成设备31和32将左右图像41和42沿相对观看者的横向在显示设备40中移动，从而图像分离距离X、Y和Z随着观看者的眼睛分离距离N、S和L而变化相同距离。

这里，通过事先输入到左右图像合成设备31和32中的显示设备40的所有表面坐标，根据由眼睛分离比定义的图像分离比设定传送到显示设备40的每幅图像的位置坐标，接着将之传送并显示。

这样，根据随着物体60的移动或者对物体60进行放大和缩小摄像时产生的摄像比α的变化，当放大或缩小左右图像41和42的尺寸时，观看者观看的图像比β改变，从而连续显示物体60的实际3D图像。当左右图像41和42中心点之间的距离根据观看者左右眼51和52之间的距离变化而变化时，将3D图像显示在显示设备40上，并且校正了左右图像41和42的失真。

虽然参考优选实施例具体图示和描述了本发明，但本领域的一般技术人员应该理解的是，在不偏离如权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下可以对本发明在形式和细节上做出不同变化。

工业适用性

如上所述，根据本发明，通过图像放大和缩小操作校正根据物体移动或者放大和缩小物体的摄像而显示在显示设备上的图像的不同距离感并将其显示出来。由观看者左右眼之间的距离不同产生的3D图像失真通过调节左右图像的间距得到校正。因此，可以显示实际的3D图像，从而提高3D图像的质量。

Claims (7)

1.一种校正3D图像失真的方法，包括以下步骤：

(a)通过测量摄像比、图像比和相对于物体的图像分离比以及相对于观看者的眼睛分离比并且收集和存储所测量的比例，建立基准数据；

(b)通过测量当摄取移动的物体或者进行放大或缩小摄像时的摄像比、图像比和图像分离比以及相对于观看者的眼睛分离比产生的变化，并将所测量的变化传送到图像放大和缩小设备，输入变化的数据；

(c)通过根据基准数据建立步骤产生的基准数据以及变化数据输入步骤中产生的变化数据定义左右摄像机摄取的左右图像，并将所定义的图像传送到图像放大和缩小设备，生成图像；

(d)通过计算摄像比和图像比相等以及图像分离比与眼睛分离比相同计算校正比，将所计算的值传送到图像放大和缩小设备；

(e)通过根据校正比计算步骤中计算的数值相对于基准数据的设定值控制被放大或缩小的左右图像的大小，校正图像；

(f)通过将尺寸被校正和控制的左右图像从图像合成设备传送到显示设备，合成图像；以及

(g)通过将图像放大和缩小设备放大或缩小的校正图像传送到显示设备并且通过控制图像合成设备显示待显示的校正图像，输出校正的图像。

2.如权利要求1所述的方法，其中，在步骤(a)中，摄像比由左右照片的尺寸比以及当左右摄像机摄取物体时产生的左右照片与摄像机之间的距离比形成。

3.如权利要求1所述的方法，其中，在步骤(a)中，摄像比由左右图像的尺寸比以及当左右摄像机摄取的物体图像在显示设备上显示时产生的观看者双眼之间的距离比形成。

4.如权利要求1所述的方法，其中，在步骤(a)中，图像分离比是左右图像的中心点之间的距离比，所述的左右图像是左右摄像机按预定的摄像比摄取的并按预定的图像比显示在显示设备上的图像。

5.如权利要求1所述的方法，其中，相对于左右摄像机摄取的每幅图像的摄像和图像校正信息以及图像分离比和眼睛分离比校正信息与每幅图像一起传送到图像校正装置。

6.一种校正3D图像失真的系统，包括：

左右摄像机，其安装能在不同位置对相同物体摄像以产生左右照片；

左右图像放大和缩小设备，用于通过接收摄像机摄取的物体的左右照片控制摄像机的摄像比与观看者的图像比相同，以及通过控制物体左右图像之间的距离比与观看者双眼之间的距离比相同，利用设定的数值校正被放大或缩小的左右图像；

左右图像合成设备，用于将被左右图像放大和缩小设备放大或缩小的左右图像传送到显示设备；以及

显示设备，用于显示从图像合成设备传送来的左右图像，使观看者能够观看。

7.如权利要求6所述的系统，其中在左右摄像机上分别安装左右位置探测器，用于通过检测左右摄像机的高度、方向和倾斜来测量左右摄像机相对于物体的左右照片的摄像比，并将所测量的数值传送到左右图像放大和缩小设备。

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