基于垂直视差消除的立体视觉疲劳缓解技术研究

【摘要】中国在各个领域的发展都十分迅速，在上个世纪70年代，人民还在痴迷于黑白电视机，经过彩色模拟电视机，彩色数字电视机，智能电视机等的技术变革，如今3D立体数字电视已经在商场随处可见。人们可以很容易在电影院享受到立体声和立体图像带来的强烈视觉冲击感，如同身临其境。这些都是科技给人们带来的进步，已经遍及我们的日常生活。立体视在各个领域中应用广泛，不仅仅体现在人们的生活娱乐方面，在建筑装饰、图像艺术、精密测量、虚拟实现甚至医学领域，都留有立体视的深刻足迹。然而，随着3D电视的普及，各种技术问题也接踵而至，比较明显的是立体视觉疲劳。通过对广大3D电视用户和3D电影观赏者的认真调查，调查结果显示：长时间观看3D视频，普遍会出现如眼睛干涩、头晕、复视及视力模糊甚至恶心呕吐等症状，症状的严重程度因各人体质不同而深浅不一。这些短期症状在一定的概率范围会对人体造成永久性伤害，导致了3D视频相关产业发展的瓶颈。通过对立体视觉疲劳的深入研究，导致视觉疲劳的因素很多，主要分三大类：外界原因、生理体视因素以及心理体视因素。外界原因包括显示设备的电气性能等。生理体视因素包括垂直视差、辐辏与焦点调节不一致等因素。外界原因只能靠人工调节更精细或电气特性的不断优化来进一步解决问题，存在不可避免的误差。生理体视因素方面研究较多的是辐辏和焦点调节不一致方面，这方面的研究在国内外已有一定的优化和突破，而垂直视差消除方面国内外研究较少。现实生活中，人类通过双眼同时观看同一处场景在大脑中形成两幅虚像，并由这两幅虚像合成三维几何信息，这两幅虚像由于两眼间存在间距而有较小的差别。模拟人类自身合成三维立体视的过程及原理，可利用双摄像机从不同的角度获取同一景物，并基于视差原理重建景物的三维形状和位置。水平视差对三维立体视的重现起重要作用，它由相机间距及夹角决定，而垂直视差不仅对三维立体式的重现没有贡献，还会引起视觉疲劳。理想情况下，将两摄像头的光心位置调到同一高度会避免垂直视差的产生，但实际上，由于支架的形变，摄像机内部感光元件的不一致性，以及当前的工艺不可能做到精确无误，往往会造成不同程度的垂直视差，直接影响了立体图像的合成质量，引起视觉疲劳。立体图像校正方法可分为有摄相机标定和无摄像机标定方法，显然，无摄像机标定方法具有更大的适应性。国外对相关领域的研究较多，而国内相对较少。为了满足合成3D立体视频的实时性及准确性，我们在前人研究的基础上提出了新的无需摄像机标定参数的垂直视差消除算法。首先用比较成熟的SIFT（Scale-invariantfeaturetransform）特征匹配算法检测双目图像对的特征匹配点，根据匹配点的坐标位置和相应的深度值计算三维射影变换矩阵，将三维射影变换矩阵作用于其中一幅视图，计算出该视图每个像素点的新坐标位置，校正后图像如果存在没有像素值对应的位置，可通过合适的滤波器进行处理。本文算法通过C语言和Matlab语言编程实现。采用多视点视频序列“breakdancer”和“ballet”序列对作为实验视频序列，并对使用文献算法和本文改进算法的实验结果加以分析和对比。实验结果表明，本文算法的性能优于文献算法，在没有摄像机参数的情况下能较好地接近消除垂直视差。
【作者】周百灵；
【导师】赵岩；
【作者基本信息】吉林大学，通信与信息系统，2014，硕士
【关键词】立体视频；视觉疲劳；垂直视差消除；三维射影变换；深度信息；

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