一种立体相机远距会聚拍摄质量客观评价方法

摘要

本发明属于三维图像采集技术领域，涉及一种立体相机远距会聚拍摄质量客观评价方法：设主观评价值为MOS，设主观评价值为MOS，确定立体相机远距平行拍摄质量的评价标准，并建立评价标准与主观评价值MOS之间的关系；建立与相机的会聚旋转角α相关的评价指标g与立体图像质量的客观评价值MOSg的相应关系；建立形状畸变μ值范围与立体图像质量的客观评价值MOSμ的相应关系；利用立体相机在远距、会聚设置情况下拍摄立体图像对；计算立体图像的客观评价指标g和μ，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＝0.5·(MOSg+MOSμ)；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。本发明能够有效地评价立体相机远距会聚拍摄的立体图像质量。

权利要求

1.一种立体相机远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，确定立体相机远距平行拍摄质量的评价标准，并建立评价标准与主观评价值MOS之间的关系：

2)确定与相机的会聚旋转角α相关的评价指标g：

0.7506

g＝α·f

其中，α为立体相机的会聚旋转角，f为相机焦距；

3)建立客观评价指标g值范围与立体图像质量的客观评价值MOSg的相应关系，客观评价指标g值越小，所对应的客观评价值MOSg越大，立体相机远距会聚拍摄质量越好；

4)确定形状畸变μ为评价立体相机拍摄质量的影响因子，其表达式如下：其中，hD为观看距离，te为观看者的双眼间距，h为拍摄距离，d为立体相机间距；

建立客观评价指标μ值范围与立体图像质量的客观评价值MOSμ的相应关系，客观评价指标μ值越小，所对应的客观评价值MOSμ越大，立体相机远距会聚拍摄质量越好；

5)利用立体相机在远距、会聚设置情况下拍摄立体图像对；根据所拍摄的立体图像对，提取立体相机远距会聚拍摄时的相机拍摄距离h、相机间距d和相机焦距f；

6)计算立体图像的客观评价指标g和μ，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＝0.5·(MOSg+MOSμ)

其中，MOSg和MOSμ分别视为子模型相机会聚旋转角法则及形状畸变因子的输出客观评价值；

7)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所述的立体相机远距会聚拍摄质量客观评价方法，其特征在于，步骤2)中，客观评价指标g值范围与立体图像质量的客观评价值MOSg的相应关系如下表：

说明书

一种立体相机远距会聚拍摄质量客观评价方法

技术领域

[0001] 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远距会聚拍摄质量客观评价方法。

背景技术

[0002] 近年来，越来越多的立体影像不断涌现，给人们带来了前所未有的视觉冲击，真实世界重现已成为现实。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。由于立体影像处理技术或显示技术的不足，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，因此研究者们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。然而，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，其原因在于他们大多数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，越来越多的研究人员在立体相机拍摄参数方面展开了相关研究工作。

[0003] 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，在较大场景下拍摄得到的立体图像对的集中关注点也不尽相同。研究者们根据拍摄距离对立体相机拍摄效果做了相关研究的工作，并指出了一些可以获得较好立体效果的拍摄准则。但上述研究成果大多数是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、包含较为全面的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

[0004] 本发明所要解决的技术问题是：提供一种立体相机远距会聚拍摄质量客观评价方法，能够有效地评价立体相机远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：一种立体相机远距拍摄质量客观评价模型方法，实现步骤如下：

[0005] 一种立体相机远距会聚拍摄质量客观评价方法，包括下列步骤：

[0006] 1)设主观评价值为MOS，设主观评价值为MOS，确定立体相机远距平行拍摄质量的评价标准，并建立评价标准与主观评价值MOS之间的关系：

[0007]

[0008] 2)确定与相机的会聚旋转角α相关的评价指标g：

[0009] g＝α·f0.7506

[0010] 其中，α为立体相机的会聚旋转角，f为相机焦距；

[0011] 3)建立客观评价指标g值范围与立体图像质量的客观评价值MOSg的相应关系，客观评价指标g值越小，所对应的客观评价值MOSg越大，立体相机远距会聚拍摄质量越好。

[0012] 4)确定形状畸变μ为评价立体相机拍摄质量的影响因子，其表达式如下：

[0013]

[0014] 其中，hD为观看距离，te为观看者的双眼间距，h为拍摄距离，d为立体相机间距。

[0015] 建立客观评价指标μ值范围与立体图像质量的客观评价值MOSμ的相应关系，客观评价指标μ值越小，所对应的客观评价值MOSμ越大，立体相机远距会聚拍摄质量越好。

[0016] 5)利用立体相机在远距、会聚设置情况下拍摄立体图像对；根据所拍摄的立体图像对，提取立体相机远距会聚拍摄时的相机拍摄距离h、相机间距d和相机焦距f；

[0017] 6)计算立体图像的客观评价指标g和μ，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：

[0018] Q＝0.5·(MOSg+MOSμ)

[0019] 其中，MOSg和MOSμ分别视为子模型相机会聚旋转角法则及形状畸变因子的输出客观评价值。

[0020] 7)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。

[0021] 其中，步骤2)中，客观评价指标g值范围与立体图像质量的客观评价值MOSg的相应关系如下表。

[0022]

[0023] 步骤4)中，客观评价指标μ值范围与立体图像质量的客观评价值MOSμ的相应关系如下表。

[0024]

[0025]

[0026] 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，基于立体相机远距会聚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远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

[0027] 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：

[0028] 图1是立体相机示意图，会聚相机；

[0029] 图2是立体相机远距会聚拍摄质量客观评价模型；

[0030] 图3是会聚相机会聚旋转角示意图；

[0031] 图4是相机会聚旋转角与焦距的关系；

[0032] 图5是Autodesk3dsMax拍摄立体场景示意图；

[0033] 图6是现实立体相机拍摄立体场景图；

[0034] 图7是主客观评价值线性相关性示意图；

具体实施方式

[0035] 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。

[0036] 本发明只针对远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(相机会聚旋转角、相机视敏角和形状畸变)，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。同时结合远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远距会聚拍摄质量客观评价方法。

[0037] 对于立体相机远距会聚拍摄来说，本发明建立了远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远距会聚拍摄质量的评价。具体实施步骤如下：

[0038] (1)从立体图像源获取立体相机拍摄参数

[0039] 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。由相机内部结构可知，相机视场角p。有关方法的具体实现可参见下面两篇文献：

[0040] [1]E.Guillou,D.Meneveaux,E.Maisel,and K.Bouatouch,Using vanishing points for camera calibration and coarse3Dreconstruction from a single image[J].Visual Computer,16(7)(2000)396-410

[0041] [2]JA.deFranca,MR.Stemmer,MBD.Franca,A new robust algorithmic for multi-camera calibration with a1D object under[J].Pattern Recognition,45(10)(2012)3636-3647

[0042] 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。

[0043] (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，研究立体相机远距会聚拍摄参数之间相互制约关系，建立包含相关远距会聚拍摄参数的理想立体相机远距会聚拍摄参数模型。

[0044] (2.1)对于大场景下的立体拍摄而言，相机的会聚旋转角α(convergence rotationangle)影响会聚点的位置(如图3)[3,4]。大量实验证明，α的大小影响立体相机拍摄的效果，本发明对α的取值范围做了相关的研究工作，将α的有效范围作为指标探究立体拍摄效果与立体相机本身之间的关系。相机会聚旋转角α计算公式如下式：

[0045]

[0046] 经实验验证，此指标与相机本身属性密切相关，故本发明进一步探究了相机焦距f在其中的影响，f与MOS值的关系如图4所示，将g作为评价指标：

[0047] g＝α·f0.7506

[0048] 本发明联合相机h、d、α和f对立体图像质量的影响进行分析，建立会聚相机远距拍摄质量评价子模块。综合上述分析结果，建立了立体相机远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MOSg为此评价子模型的输出客观评价值，客观评价指标g值越小，所对应的客观评价值MOSg越大，立体相机远距会聚拍摄质量越好。

[0049] 表1g与立体图像质量MOSg的相应关系

[0050]

[0051] [3]HeinzleS,GreisenP,GallupD,et al.Computational stereo camera system with programmable control loop[C]//ACM Transactions on Graphics(TOG).ACM,2011,30(4):94.

[0052] [4]RybergA,Lennartson B,Christiansson A K,etal.Analysis and evaluation of a general camera model[J].Computer Vision and Image Understanding,2011,115(11):1503-1515.

[0053] (2.2)Frederik Zilly etc.[5]提到用深度放大与宽度放大的比值作为形状畸变μ(shape ratio)，表达式如下：

[0054]

[0055] 其中，hD为观看距离，te为观看者的双眼间距，h为拍摄距离，d为立体相机间距。

[0056] 前人的研究是为了能够得到立体拍摄的形状畸变，并没有将其用于对立体相机拍摄质量的评价。故，本发明将μ作为评价指标，探究其范围与立体拍摄效果之间的关系。

[0057] 本发明联合相机h、d、和观看时hD、te对立体图像质量的影响进行分析，建立会聚相机远距拍摄质量评价子模块。综合上述分析结果，建立了立体相机远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2所述，其中MOSμ为此评价子模型的输出客观评价值，客观评价指标μ值越小，所对应的客观评价值MOSμ越大，立体相机远距会聚拍摄质量越好。

[0058] 表2μ与立体图像质量MOSμ的相应关系

[0059]

[0060] [5]Zilly F,KlugerJ,Kauff P.Production rules for stereo acquisition[J].Proceedings of the IEEE,2011,99(4):590-606.

[0061] (2.3)由于子模型相机会聚旋转角法则及形状畸变因子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：

[0062] Q＝0.5·(MOSg+MOSμ)

[0063] 其中，MOSg和MOSμ分别为子模型相机会聚旋转角法则及形状畸变因子的输出客观评价值。

[0064] (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。

[0065] 表3立体相机远距拍摄质量评价评分标准

[0066]

[0067] 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)中得到的立体相机远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5和图6所示。本发明根据之前步骤建立的立体相机远距会聚拍摄质量客观评价方法Q与主观评价方法MOS的对比，如图7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远距会聚拍摄质量评价。

[0068] 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远距会聚拍摄质量的评价,而且还可以用于指导立体相机远距会聚拍摄,为业余爱好者提供了一个合理设置拍摄参数的依据。

[0069] 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。