[發(fā)明專利]立體圖像繪制時(shí)虛擬相機(jī)分離距離的確定方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210469645.0
• 申請(qǐng)日: 2012-11-20
• 公開（公告）號(hào): CN102930550A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙猛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T7/00
• 分類號(hào): G06T7/00
• 代理公司: 天津佳盟知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于信息處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種精確確定立體圖像繪制時(shí)虛擬相機(jī)分離距離的計(jì)算方法。

背景技術(shù)

在采用計(jì)算機(jī)生成雙眼圖像并進(jìn)行立體觀察的仿真應(yīng)用中，虛擬場(chǎng)景設(shè)定的左右眼虛擬相機(jī)分離值對(duì)雙眼立體圖像的生成結(jié)果會(huì)產(chǎn)生影響，虛擬相機(jī)間分離的距離太小，投影到屏幕上的圖像視差也相對(duì)要小，通過人腦合成的圖像深度感弱。而虛擬相機(jī)間分離的距離太大，投影到屏幕上的圖像視差也相對(duì)要大，可能超出人腦在一定的物理顯示屏幕距離上融合雙眼圖像的能力從而產(chǎn)生復(fù)視，使人眼不能在平面幕上建立立體視覺。而如采用真實(shí)環(huán)境中人眼的物理距離（65mm），即在一定物理顯示屏幕距離下，人腦可融合的立體圖像對(duì)的范圍內(nèi)，人眼所感受到的圖像中物體的大小、物體的深度與圖像生成時(shí)所設(shè)定的物體的大小與相對(duì)深度是一致的。這種方式要求虛擬場(chǎng)景中所有要繪制的物體必須在離虛擬相機(jī)的距離為物理屏幕距離值附近進(jìn)行繪制，而大多數(shù)仿真系統(tǒng)，特別是虛擬漫游系統(tǒng)，虛擬場(chǎng)景中繪制物體間的距離尺度很大，上述方式只是一種特例，不具有普遍性。實(shí)踐中，我們經(jīng)常是通過反復(fù)的嘗試不同的虛擬相機(jī)分離距離，直到找到最合適人眼以及立體效果最好時(shí)的虛擬相機(jī)分離距離。這種試驗(yàn)方法往往很煩瑣。因此需要給出一種虛擬相機(jī)分離距離精確確定方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，提供一種立體圖像繪制時(shí)虛擬相機(jī)分離距離的精確確定方法，對(duì)于給定的物理顯示屏幕使用該方法不必反復(fù)試驗(yàn)以找到適合人眼及立體效果最好的虛擬相機(jī)分離距離。

本發(fā)明提供的立體圖像繪制時(shí)虛擬相機(jī)分離距離的精確確定方法是：

第1、首先對(duì)于給定的物理顯示屏幕其前后可融合范圍，以試驗(yàn)的方法通過多人觀測(cè)實(shí)測(cè)給定物理顯示屏幕的可融合臨界深度。實(shí)驗(yàn)方法采用無畸變的立體圖像生成方式，即虛擬場(chǎng)景的深度尺度與物理屏幕空間的深度尺度一致，而不同的觀測(cè)者測(cè)定的臨界深度可能也有所不同，可以采用多人重復(fù)觀測(cè)，取重復(fù)觀測(cè)的臨界深度均值作為最終物理顯示平臺(tái)的臨界深度值，對(duì)于不同仿真系統(tǒng)平臺(tái)，顯示屏幕的大小，顯示距離的遠(yuǎn)近是不同的，因此都要事先測(cè)得臨界深度的大小。

第2、然后定義兩個(gè)空間：人眼-物理屏幕觀察空間和虛擬相機(jī)-場(chǎng)景的繪制空間，在繪制雙眼立體圖像時(shí)，將零視差面設(shè)定為左右眼視見體的投影面，投影機(jī)將圖形流水線繪制后在零視差深度面上的雙眼圖像投影到物理屏幕上，零視差投影面與物理屏幕的對(duì)應(yīng)像點(diǎn)滿足射影變換，非齊次坐標(biāo)表達(dá)的射影變換是平面的分式線性變換，通過該變換得到給定物理屏幕的虛擬相機(jī)分離距離的計(jì)算表達(dá)式。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和結(jié)果：

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于通過精確確定虛擬相機(jī)分離距離，可以避免由于視差太大而產(chǎn)生復(fù)視，或由于視差太小而使立體圖像深度感弱，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本方法是有效的。

附圖說明

圖1人眼-物理屏幕的觀察空間。

圖2虛擬相機(jī)-場(chǎng)景的繪制空間。

圖3兩個(gè)空間的射影變換。

圖4人眼-物理屏幕觀察空間的主要參數(shù)。

圖5相機(jī)-場(chǎng)景的繪制空間的主要參數(shù)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述并列出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

(一)顯示屏幕臨界深度的確定

對(duì)于給定的物理顯示屏幕的前后可融合范圍，本發(fā)明以試驗(yàn)的方法實(shí)測(cè)給定物理顯示屏幕的可融合臨界深度。

實(shí)驗(yàn)方法采用無畸變的立體圖像生成方式，即虛擬場(chǎng)景的深度尺度與物理屏幕空間的深度尺度一致，實(shí)驗(yàn)步驟及部分結(jié)果如下：

1.設(shè)定物理顯示屏幕距人眼的距離為2.5m，人雙眼距為0.065m;

2.設(shè)定虛擬相機(jī)的分離距離為0.065m，在離虛擬相機(jī)2.5m處設(shè)定一繪制物標(biāo)，將要繪制的物標(biāo)所在的深度面設(shè)定為零視差面，零視差面的寬度與物理屏幕的寬度相等均為2.5m。通過投影機(jī)投影雙眼圖像，該物標(biāo)會(huì)被人眼感知顯示在物理屏幕上。

3.用平移矩陣動(dòng)態(tài)平移虛擬場(chǎng)景中的該物標(biāo)使其逐漸遠(yuǎn)離零視差面，此時(shí)人眼會(huì)感知物體顯示在屏幕后并且離人眼越來越遠(yuǎn)。平移到人眼不能融合物體的圖像點(diǎn)時(shí)，平移過的距離即為正視差臨界深度，實(shí)測(cè)的該深度為30.0m。

4.同理測(cè)得負(fù)視差臨界深度為1.37m。

5.如圖1通過方程(1)和(2)可以求得物理屏幕上的正視差臨界值和負(fù)視差臨界值。