CN111314686B - 一种自动优化3d立体感的方法、***及介质 - Google Patents

一种自动优化3d立体感的方法、***及介质 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种自动优化3D立体感的方法、***及介质，该方法包括依次执行以下步骤：步骤1：给定当前左右图像，计算立体视差，生成视差图；步骤2：使用获得的视差，计算每一个像素点所对应的深度量；步骤3：计算取得被摄物体的深度距离；步骤4：使用步骤3计算得来的深度距离，获取相对应的左右图像位移值；步骤5：应用得出的图像位移值到3D显示中。本发明的有益效果是：本发明的一种自动优化3D立体感的方法解决3D内窥镜使用中容易产生的疲劳和晕眩。通过自动优化，可减轻症状，长时间保证用户的舒适感。

Description

一种自动优化3D立体感的方法、***及介质
技术领域
本发明涉及软件领域，尤其涉及一种自动优化3D立体感的方法、***及介质。
背景技术
3D内窥镜使用左右平行的两个摄像头对被观察物体进行视频采集，采集到的视频经过图像处理设备，将左右两幅图像最终传输至显示设备进行显示。显示设备可采用主动式3D显示器或是被动式3D显示器。内窥镜使用人员通过观看显示设备，在大脑融合重建被观察物体的立体信息。
背景图1为一个典型的3D电子内窥镜***。201为3D显示器。202为3D内窥镜主机。203为主机上的显示触控屏。204为内窥镜手柄。204负责传输采集到的视频信号到3D内窥镜主机202。一般来讲，电子内窥镜通过两根线链接到主机202：一条为信号线，负责传输视频信号和控制信号；一条为导光束，负责将主机端202(或独立式冷光源***)的光导入到手柄端。视频信号经过处理后，通过HDMI,或DP,或VGA,或其他视频信号传输方式到3D显示器201，进行显示。摄像头参数、主机控制相关参数、病人管理***，等等，通过202上的显示触控屏203进行控制。
一直以来，长时间使用3D内窥镜容易造成使用者视觉晕眩和疲劳。这主要是由于视觉辐辏调节冲突(vergence-accommodation conflicts)造成的；即双眼聚焦的距离和视线聚合距离不一致。论文(Shibata,2011)通过一系列的视觉实验，得出如果视线聚合距离在聚焦距离的前后一定范围内，观看者仍能够轻松的获取3D信息而不会产生视觉疲劳，这个范围就称之为观察3D立体视觉的舒适区。
Shibata,T.and Kim,J.and Hoffman,D.M.and Banks,M.S.,The zone ofcomfort:Predicting visual discomfort with stereo displays,Journal of Vision,11(8):11,1-29.
根据论文(Shibata,2011)，舒适区可以定义为：
Figure BDA0002419532830000011
Figure BDA0002419532830000021
Dv_far和Dv_near分别为最远和最近视线聚合距离，Df为聚焦距离，这三个数字的单位都为屈光度，即距离(米)的倒数。背景图2画出了在不同的聚焦距离时的舒适区。
在通常使用的平行式双目立体***中，被摄场景当通过3D显示器被观察者接受时，均被重建于观察者眼睛与屏幕之间。观察者的视觉焦点一般落在显示器上。这时，显而易见的，上面所讲的舒适区域没有被最大化利用，即：显示器后方的舒适区完全被舍弃，显示器前方的舒适区域也极易被突破；从而造成使用者视觉无法合成3D图像，进而产生晕眩等症状。
一般来讲，使用平行式双目原理的***中，经常通过采用平行位移左摄像头图像和/或右摄像头图像，进而调整重建后被摄物***于屏幕的舒适区当中。这种调整一般在机器出厂时调好固定。这就使得被摄物体一定要在某一深度范围时，用户才能获得比较好的3D重建。如果被摄物体过于接近摄像头，就会造成晕眩；如果被摄物体距离摄像头过远，则3D感下降。
发明内容
本发明提供了一种自动优化3D立体感的方法，包括依次执行以下步骤：
步骤1：给定当前左右图像，计算立体视差，生成视差图；
步骤2：使用获得的视差，计算每一个像素点所对应的深度量；
步骤3：计算取得被摄物体的深度距离；
步骤4：使用步骤3计算得来的深度距离，获取相对应的左右图像位移值；
步骤5：应用得出的图像位移值到3D显示中。
作为本发明的进一步改进，在所述步骤1中，视差图可由多种算法获取，所述算法包括SGBM算法和BM算法。
作为本发明的进一步改进，计算立体视差包括针对整张图计算立体视差或者只对选取的兴趣区域ROI计算立体视差。
作为本发明的进一步改进，在所述步骤2中，其深度量计算公式具体如下：
Figure BDA0002419532830000031
其中，f为摄像头焦距，Tx为左右两个摄像头中心距，(x,y)为当前像素点位置。
作为本发明的进一步改进，在所述步骤3中，计算整张图或兴趣区域ROI内所有像素点对应的深度量的平均值或中值或最大值，作为被摄物体的深度距离。
作为本发明的进一步改进，所述步骤4包括：
预先通过实验并生成查找表步骤：分别将一个被摄物体放置在摄像头前10到100毫米处，间隔10毫米，并在每一个位置分别调整左右图像位移，直至观察者可以获得一个比较舒服的3D重建效果，记录位置信息和相对应的图像位移量并生成查找表；
图像位移量获取步骤：在使用中，如果当前深度在10-100毫米之间，可使用线性差值的方法获得实际图像位移量，如果小于10毫米，则设当前深度为10毫米，并使用查找表获得图像位移量，如果大于100毫米，则设当前深度为100毫米，并使用查找表获得图像位移量。
作为本发明的进一步改进，在执行所述步骤4时，使用和实际应用场景相同或类似的使用环境：包括相同大小的显示器以及观察者到屏幕的距离应和实际使用环境相同。
作为本发明的进一步改进，所述步骤1-步骤5是做一次优化的步骤，本发明使用用户触发模式或自动连续触发模式执行步骤1-步骤5。
本发明还公开了一种自动优化3D立体感的***，包括：
视差图获取模块：用于给定当前左右图像，计算立体视差，生成视差图；
深度量计算模块：用于使用获得的立体视差，计算每一个像素点所对应的深度量；深度距离计算模块：用于计算得取被摄物体的深度距离；
左右图像位移值获取模块：用于使用计算得来的深度距离，获取相对应的左右图像位移值；
显示模块：用于应用得出的图像位移值到3D显示中。
在所述深度距离计算模块中，计算整张图或兴趣区域ROI内所有像素点对应的深度量的平均值或中值或最大值，作为被摄物体的深度距离；
所述左右图像位移值获取模块包括：
预先通过实验并生成查找表模块：用于分别将一个被摄物体放置在摄像头前10到100毫米处，间隔10毫米，并在每一个位置分别调整左右图像位移，直至观察者可以获得一个比较舒服的3D重建效果，记录位置信息和相对应的图像位移量并生成查找表；
图像位移量获取模块：在使用中，如果当前深度在10-100毫米之间，可使用线性差值的方法获得实际图像位移量，如果小于10毫米，则设当前深度为10毫米，并使用查找表获得图像位移量，如果大于100毫米，则设当前深度为100毫米，并使用查找表获得图像位移量。
本发明还公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序配置为由处理器调用时本发明所述的方法的步骤。
本发明的有益效果是：本发明的一种自动优化3D立体感的方法解决3D内窥镜使用中容易产生的疲劳和晕眩。通过自动优化，可减轻症状，长时间保证用户的舒适感。
附图说明
图1是本发明的背景图1；
图2是本发明的背景图2；
图3是本发明的自动优化3D立体感的方法流程图；
图4是本发明的视图差原理简介图。
具体实施方式
如图3所示，本发明公开了一种自动优化3D立体感的方法，包括依次执行以下步骤：
步骤1：给定当前左右图像，计算立体视差，生成视差图；
步骤2：使用获得的视差，计算每一个像素点所对应的深度量；
步骤3：计算取得被摄物体的深度距离；
步骤4：使用步骤3计算得来的深度距离，获取相对应的左右图像位移值；
步骤5：应用得出的图像位移值到3D显示中。
在所述步骤1中，视差图可由多种算法获取，其中所述算法包括SGBM算法和BM算法，具体见[1]。
SGBM-Semiglobal Block Matching半全局块匹配；
BM-Block Matching块匹配。
视差图原理简介：
一个三维空间的点X，在左视图上坐标为x,在右视图上坐标为x’,立体视差(stereo disparity)为x-x’，如图4所示。
在所述步骤1中，计算立体视差包括针对整张图计算立体视差或者只对选取的兴趣区域ROI计算立体视差。
在所述步骤2中，其深度量计算公式具体如下：
Figure BDA0002419532830000051
其中，f为摄像头焦距，Tx为左右两个摄像头中心距，(x,y)为当前像素点位置。
在所述步骤3中，计算整张图或兴趣区域ROI内所有像素点对应的深度量的平均值或中值或最大值，作为被摄物体的深度距离。
所述步骤4包括：
预先通过实验并生成查找表步骤：分别将一个被摄物体放置在摄像头前10到100毫米处，间隔10毫米，并在每一个位置分别调整左右图像位移，直至观察者可以获得一个比较舒服的3D重建效果，记录位置信息和相对应的图像位移量并生成查找表；
图像位移量获取步骤：在使用中，如果当前深度在10-100毫米之间，可使用线性差值的方法获得实际图像位移量，如果小于10毫米，则设当前深度为10毫米，并使用查找表获得图像位移量，如果大于100毫米，则设当前深度为100毫米，并使用查找表获得图像位移量。
在执行所述步骤4时，使用和实际应用场景相同或类似的使用环境步骤：包括相同大小的显示器以及观察者到屏幕的距离应和实际使用环境相同。
所述步骤1-步骤5是做一次优化的步骤，本发明使用用户触发模式或自动连续触发模式执行步骤1-步骤5。用户触发模式是指用户使用手柄按键、或触摸屏按键、或脚踏、或声控、或其他方式触发优化，优化运行一次。自动连续触发即在一定的间隔时间，优化自动触发，无需用户介入。[1]Heiko Hirschmuller.Stereo processing by semiglobalmatching and mutual information.Pattern Analysis and Machine Intelligence,IEEE Transactions on,30(2):328–341,2008。
本发明还公开了自动优化3D立体感的***，包括：
视差图获取模块：用于给定当前左右图像，计算立体视差，生成视差图；
深度量计算模块：用于使用获得的立体视差，计算每一个像素点所对应的深度量；
深度距离计算模块：用于计算得取被摄物体的深度距离；
左右图像位移值获取模块：用于使用计算得来的深度距离，获取相对应的左右图像位移值；
显示模块：用于应用得出的图像位移值到3D显示中。
在所述深度距离计算模块中，计算整张图或兴趣区域ROI内所有像素点对应的深度量的平均值或中值或最大值，作为被摄物体的深度距离；
所述左右图像位移值获取模块包括：
预先通过实验并生成查找表模块：用于分别将一个被摄物体放置在摄像头前10到100毫米处，间隔10毫米，并在每一个位置分别调整左右图像位移，直至观察者可以获得一个比较舒服的3D重建效果，记录位置信息和相对应的图像位移量并生成查找表；
图像位移量获取模块：在使用中，如果当前深度在10-100毫米之间，可使用线性差值的方法获得实际图像位移量，如果小于10毫米，则设当前深度为10毫米，并使用查找表获得图像位移量，如果大于100毫米，则设当前深度为100毫米，并使用查找表获得图像位移量。
本发明还公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序配置为由处理器调用时实现本发明所述的方法的步骤。
本发明的有益效果是：本发明的一种自动优化3D立体感的方法解决3D内窥镜使用中容易产生的疲劳和晕眩。通过自动优化，可减轻症状，长时间保证用户的舒适感。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种自动优化3D立体感的方法，其特征在于，用于3D电子内窥镜***，包括依次执行以下步骤：步骤1：给定当前左右图像，计算立体视差，生成视差图；步骤2：使用获得的立体视差，计算每一个像素点所对应的深度量；步骤3：计算取得被摄物体的深度距离；步骤4：使用步骤3计算得来的深度距离，获取相对应的左右图像位移值；步骤5：应用得出的图像位移值到3D显示中；所述步骤1-步骤5是做一次优化的步骤，使用用户触发模式或自动连续触发模式执行步骤1-步骤5；用户触发模式是指用户使用手柄按键、或触摸屏按键、或脚踏、或声控、或其他方式触发优化，优化运行一次；自动连续触发即在一定的间隔时间，优化自动触发，无需用户介入。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤1中，视差图可由多种算法获取，所述算法包括SGBM算法和BM算法。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤1中，计算立体视差包括针对整张图计算立体视差或者只对选取的兴趣区域ROI计算立体视差。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤2中，深度量计算公式具体如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
其中，f为摄像头焦距，Tx 为左右两个摄像头中心距，(x,y)为当前像素点位置。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤3中，计算整张图或兴趣区域ROI内所有像素点对应的深度量的平均值或中值或最大值，作为被摄物体的深度距离。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4包括：预先通过实验并生成查找表步骤：分别将一个被摄物体放置在摄像头前10到100毫米处，间隔10毫米，并在每一个位置分别调整左右图像位移，直至观察者可以获得一个比较舒服的3D重建效果，记录位置信息和相对应的图像位移量并生成查找表；图像位移量获取步骤：在使用中，如果当前深度在10-100毫米之间，可使用线性差值的方法获得实际图像位移量，如果小于10毫米，则设当前深度为10毫米，并使用查找表获得图像位移量，如果大于100毫米，则设当前深度为100毫米，并使用查找表获得图像位移量。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在执行所述步骤4时，使用和实际应用场景相同或类似的使用环境：包括相同大小的显示器以及观察者到屏幕的距离应和实际使用环境相同。
8.一种自动优化3D立体感的***，其特征在于，包括：视差图获取模块：用于给定当前左右图像，计算立体视差，生成视差图；深度量计算模块：用于使用获得的立体视差，计算每一个像素点所对应的深度量；深度距离计算模块：用于计算得取被摄物体的深度距离；左右图像位移值获取模块：用于使用计算得来的深度距离，获取相对应的左右图像位移值；显示模块：用于应用得出的图像位移值到3D显示中。
9.根据权利要求8所述的***，其特征在于，在所述深度距离计算模块中，计算整张图或兴趣区域ROI内所有像素点对应的深度量的平均值或中值或最大值，作为被摄物体的深度距离；所述左右图像位移值获取模块包括：预先通过实验并生成查找表模块：用于分别将一个被摄物体放置在摄像头前10到100毫米处，间隔10毫米，并在每一个位置分别调整左右图像位移，直至观察者可以获得一个比较舒服的3D重建效果，记录位置信息和相对应的图像位移量并生成查找表；图像位移量获取模块：在使用中，如果当前深度在10-100毫米之间，可使用线性差值的方法获得实际图像位移量，如果小于10毫米，则设当前深度为10毫米，并使用查找表获得图像位移量，如果大于100毫米，则设当前深度为100毫米，并使用查找表获得图像位移量。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于：所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序配置为由处理器调用时实现权利要求1－6中任一项所述的方法的步骤。
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