由平面图象设计立体图象的方法技术

本发明专利技术公开了一种由平面图像设计立体图像的方法，其过程包括，用选区工具将平面图像划分成深度不同的图像块，定义各图像块的立体深度值，建立立体深度列表并进行平滑处理，根据深度列表对平面图像的每个像素进行视差位移处理，重建其它视差序列图像，将视差序列图像立体合成。本方法的关键之处在于，在对深度列表进行平滑滤波时，各图像块边沿的立体深度是可控的，本方法完全消除了图像块之间的粘联性，可以将平面图像转化成非常逼真的立体图像。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光学显示
，涉及一种平面图像的立体设计方法。随着光栅立体成像技术的日趋成熟，三维立体图片以其观看自由、清晰、立体感强的特点开始得到普及。三维立体图片的图像设计简称立体设计，到目前为止，立体设计主要采用立体摄影、三维建模多视角渲染技术、全景重建技术或图层平移技术。立体摄影需要在多个视差点对模特进行拍摄，特别是对非静物模特如人物、动物等必须采用立体相机，由于专业立体相机体积较大，操作便利性差，不利于精彩瞬间的抓拍，拍摄效果始终不如专业平面摄影，因此不少摄影师不愿主动运用立体拍摄手段，阻碍了立体摄影在商业上的广泛应用。三维建模多视角渲染技术需要建立立体模型，贴图并布置灯光，设置照相机在多个视差点对模型进行渲染，获得数张视差序列图像，可以得到非常好的立体效果，但不易制作生活中真实的立体场景，其运用存在一定的局限，这种方法实际上也应归属于立体摄影的范畴。全景重建技术可以非常逼真地再现立体空间，但需要针对平面图像的空间分布，建立每个像素点精确的深度列表，一般来说需要建立3D模型来辅助设计，设计复杂、周期较长，详细说明见专利申请03137660。图层平移技术也称OFFSET技术，在当前的立体设计中应用最为广泛，其实质是将一张平面图像经过分层偏移达到空间拉伸的目的，由于简单易行，几乎所有的设计人员都将其作为主要的设计手段，缺点在于，其立体感是平面分层的，缺乏空间连续性。其改进方法为，在每个图层(有时也称“图像块”)边缘增加深度方向上的平滑过渡，来消除主体、前景、背景之间的片状感，称之谓边缘增强技术，或OFFSETA技术，具体方法是，用选区工具将平面图像划分成不同的图像块，定义各图像块的立体深度，建立立体深度列表并进行平滑滤波处理，根据深度列表对每个像素进行视差位移处理，重建其它视差序列图像，将视差序列图像立体合成。OFFSETA技术仍然存在两点不足，其一，由于进行平滑滤波处理，立体图像的前后层次之间存在明显的粘联性，层次关系不够明晰，边沿过渡不够自然，带来的直接后果是，无法展现出立体图像的艺术性；其二，通过选取图像区域范围直接定义立体深度值的方式与真正的立体深度有较大差异，立体图像的真实性不强。本专利技术公开的由平面图像设计立体图像的方法，结合了边沿滤波控制技术和立体显示反馈技术，目的是提供一种将平面图像转化成高精度立体图像的方法。本方法的原理是，针对平面图像的空间分布，用选区工具将平面图像划分成不同的对象，直接定义各对象的立体深度值，建立立体深度列表并进行平滑滤波处理，根据深度列表对每个像素进行视差位移处理，重建其它视差序列图像，将视差序列图像立体合成。尽管深度列表并不能真实地反映图像实际的立体深度，考虑到平面图像本身存在强烈的深度心理暗示，因此可以较逼真地再现立体空间。由平面图像设计立体图像的过程包括原始图像预处理，建立各对象选区并定义立体深度，建立深度列表，对象边沿的深度平滑处理，重建视差图像，立体观察及反馈修改，立体合成。下面详细说明设计立体图像的过程和方法。第一步，原始图像预处理。调整图像的锐度、清晰度、色彩层次，并裁切到合适大小。将平面图像命名为T1，第i列第j行像素值T1(i，j)可以用三色(r，g，b)或者四色(c，m，y，k)表示。第二步，建立各对象选区并定义立体深度。观察图像上各个部分的立体深度，用选取工具来划分图像块的区域，由于立体深度不同，图像上的一个整体(如人物)可以划分成不同的图像块，而不同整体的某些图像块可以具有相同的立体深度，我们将立体深度相同的图像块定义成同一个“对象”，为每个“对象”的立体深度赋值。也就是说，“对象”代表图像上立体深度相同，但不一定相连的一些区域，“对象”有两个属性需要记录，即“边界”和“立体深度”。显然，“对象”的数目越多立体感越真实，但过多的对象带来极大的设计难度和不准确性，因为对象的深度是依靠人的经验主观确定的，“对象”的数目以5～15为宜。第三步，建立深度列表。为对象范围内所有像素点的立体深度赋值，可以建立图像的深度列表，深度列表的元素与图像像素点的个数是相同的，设深度列表Z(i，j)代表像素点T1(i，j)的立体深度值，Z＝0代表立体图像的焦点，Z＞0代表立体图像的前景，Z＜0代表立体图像的后景。立体深度列表是一系列分立的值，如果直接进行视差位移处理得到分层立体图像，就是图层平移技术(即OFFSET技术)，与实际空间的连续性是不相符的，因此需要对深度列表进行平滑处理。第四步，对象边沿深度平滑及深度控制。不同对象的交界处可以概括为两种情况，即连续区域和非连续区域。在连续区域，对深度列表值用较大的滤波窗口和平滑程度高的滤波核来运算，实现对象边界处的平滑连接，如采用21*21的窗口，所有点的权重均为1，这种边界称为普通边界。非连续区域可归结为两种情况，其一是后景边沿向前弯曲或前景边沿向后弯曲，对深度列表值用较小的滤波窗口和平滑程度较低的滤波核来运算，实现边界处的平滑但非连续连接，如采用11*11的窗口，中间点的权重值高，周边点的权重值低，这种边界称为“红色”边界；其二，后景边沿和前景边沿没有相关性，均为平直边沿，不需要平滑滤波处理，这种边界称为“蓝色”边界。根据前面的分析，具体到每一个对象，其边沿均可归结成这三种情况，对应的边界可分别标记为红色、蓝色，剩余部分为普通边界。这里我们需要区分“边界”与“边沿”的不同概念，边界指包围对象的界线，边沿指具有一定宽度，沿边界走向的区域范围。按照对象边界性质的要求，实现对象边沿深度平滑及深度控制可以采用替换法完成。采用大滤波窗口和高平滑度滤波核来运算深度列表Z，获得连续的、平滑度好的深度列表Z0；采用小滤波窗口和低平滑度滤波核来运算深度列表Z，获得非连续的、平滑度低的深度列表Z1；“红色”边沿区域的深度值从列表Z1的对应位置提取，“蓝色”边沿区域的深度值从列表Z的对应位置提取，填充并替换深度列表Z0对应位置的值，构成新的深度列表Z2。一般情况下，用列表Z2重建视差图像均可获得满意的效果，但面对地面、水面、纵深延伸的墙壁等平直的物体(简称“纵深平面”)，且图像细节十分丰富时，容易出现阶梯状效果。解决的办法有三种其一，建立对象时，让“纵深平面”的对象数量尽可能多，使每个对象的宽度不大于滤波窗口的宽度；其二，单独定义“纵深平面”的范围，对列表Z2中对应区域作更进一步的平滑处理；其三，这些平直区域的立体深度实际是可简单计算的，直接用计算值替换列表Z2中的对应值。显然，方法一不需要额外增加立体图像设计软件的功能，只是设计时稍稍费时；方法二比较简单，并且能控制“纵深平面”的起伏和弯曲；方法三很难控制“纵深平面”的起伏和弯曲。第五步，重建视差图像。接下来就可以根据深度列表Z2，将图像T1经视差位移处理重建出其余的视差序列图像。与立体摄影相比较，图像T1相当于N幅视差序列图像中的第一幅，重建的目的在于根据图像T1还原出其它N-1幅序列图；也可以将图像T1作为视差序列图的中间图像，经视差变换出左右视点的序列图像。下面的叙述假定T1为第一幅图像。由于视差的存在，图像T1上的像素点T1(i，j)出现在其它视差图上的位置坐标为(i+offset，j)，offset是视差位移量，与立体深度z(i，j)及视差图像编号本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种立体图像设计方法，可以将平面图像设计成立体视差序列图像，其特征在于，根据平面图像立体深度的等高线，选取图像每个层次对象的区域范围并确定立体深度值，建立代表每个像素点立体深度的列表，利用滤波窗口对深度列表进行平滑滤波处理，利用视差偏移公式根据深度列表重建其它视差图像，自动填充视差偏移产生的空白点。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邓兴峰，张正辉，金勇，
申请(专利权)人：邓兴峰，张正辉，金勇，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]