[發明專利]球面赤道區域雙C型全景視頻投影方法

有效

• 申請號: 201910373250.2
• 申請日: 2019-05-06
• 公開（公告）號: CN110072158B
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 范益波;孟子皓;池俊;曾曉洋
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H04N21/81
• 分類號: H04N21/81;H04N9/31;H04N21/44
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

本發明屬于數字視頻技術領域，具體為一種球面赤道區域雙C型全景視頻投影方法。本發明使用兩個法線方向相互垂直的條帶實現對球面的包裹，并在兩個條帶內分別進行等距柱狀投影實現從球面和平面之間的相互轉換，稱為“球面雙C型投影”。本發明方法具有很好的對稱性，使用該方法投影到平面上后的圖片更接近人眼常見視覺。該種投影方式能在保持和ERP具有相同球面像素信息的情況下節約25%平面圖像面積。

技術領域

本發明屬于數字視頻技術領域，具體涉及一種球面雙C型投影方法。

背景技術

隨著電子多媒體技術的長足發展，人們對于全景視頻的需求也越來越旺盛。不管是看電影、玩游戲還是視頻會議，人們都在追求更加沉浸式的體驗。人們能夠更為身臨其境地感受視頻的氛圍并獲得比傳統多媒體形式更多的信息。全景視頻作為虛擬現實技術中的一種重要分支，近年來受到了越來越多的關注。

現階段制約全景視頻普及的難點主要是球面投影方法的均勻性和傳輸帶寬限制。由于全景視頻一般由多個攝像頭采集水平方向360度和垂直方向180度范圍內的圖像內容后拼接成完整球面得到，而目前常用的編解碼工具都是基于平面的，因此為了適應現有的編解碼和傳輸工具引入了投影技術來實現像素在球面和平面之間的相互轉換。

投影方式的復雜度和均勻性都是需要重點解決的問題，目前被廣泛應用的投影方式主要是等距柱體投影(ERP)，其特點是直觀簡便。但ERP的簡便性帶來的是圖片兩極區域像素點的極大畸變。

本發明可以有效消除球面投影兩極區域的像素畸變提高投影質量。并且能夠在保留同等像素信息的情況下相對于傳統等距柱狀投影(ERP)格式節約25％的平面像素面積。

發明內容

本發明的目的在于提出一種可以克服現有等距柱狀投影(ERP)格式全景視頻圖像中存在的畸變問題和像素冗余導致的圖像質量下降問題的新型投影方法。

本發明使用了一種球面雙C型條帶投影方式替代傳統ERP投影。使用兩個法線方向相互垂直的條帶實現對球面的包裹，并在兩個條帶內分別進行等距柱狀投影實現從球面和平面之間的相互轉換，命名為“球面雙C型投影”。在該方法中，以等距柱狀投影為基礎，使用兩個法線方向相互垂直的條帶實現對球面的包裹，并對兩個區域都進行傳統ERP投影方法中赤道附近區域的投影計算。所述兩個法線方向相互垂直的條帶劃分規則為：條帶a為球面赤道區域經度方向270°、緯度方向90°的C型區域，如圖2(a)所示，條帶b為通過球面兩極的C型區域，可以通過將a條帶繞x軸逆時針旋轉90°并繞z軸順時針旋轉180°得到，如圖2(b)所示。本發明方法具有很好的對稱性，使用該方法投影到平面上后的圖片更接近人眼常見視覺。該種投影方式能在保持和ERP具有相同球面像素信息的情況下節約25％平面圖像面積。

設為按照圖1(a)中規定方式描述的投影點的球面坐標，(u,v)為按照圖1(b)中規定方式描述的投影點的平面坐標。從半徑為1的單位球面到長寬為W*H的平面的投影，即的步驟如下：

首先判斷是否落在范圍[-3π/4,3π/4]內，θ是否落在范圍[-π/4,π/4]內，若上述兩個條件同時為是，則該點落在圖2(a)所劃定的條帶a內；否則該點落在圖2(b)所劃定的條帶b內。

當點落在條帶a內時，使用圖2(a)中的XYZ坐標軸規定，并進行等距柱狀投影得到相應的平面坐標(u,v)。條帶a對應的平面區域為[0,W]*[0,H/2]。

當點落在條帶b內時，使用圖2(b)中的X′Y′Z′坐標軸規定，需要對坐標軸描述方式進行修改來計算得到新的坐標軸描述下相應的球面坐標然后根據它計算得到相應的平面坐標(u,v)。條帶b對應的平面區域為[0,W]*[H/2,H]。

從長寬為W*H的平面到半徑為1的單位球面的投影，即具體步驟如下：

判斷平面上點所處位置。首先判斷v是否落在范圍[0,H/2]內，若是，則該點投影后將落在條帶a內；否則該點投影后將落在條帶b內。