CN101854485A - 一种自动调节手持立体拍摄设备抖动的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自动调节手持立体拍摄设备抖动的方法，包括：拍摄过程中，利用加速度计测量手持立体拍摄设备所受的重力加速度的值，根据测量所得的重力加速度的值计算手持立体拍摄设备上双摄像头的中心连线与地平面的夹角，并依据计算所得的夹角对拍摄所得的左眼图像和右眼图像执行变换处理。本发明还同时公开了一种自动调节手持立体拍摄设备抖动的装置，运用该方法和装置可有效减少由于手持立体拍摄设备的抖动对图像拍摄质量的影响，进而提高图像的观看效果。
Description
技术领域
本发明涉及立体图像拍摄技术，尤其涉及一种自动调节手持立体拍摄设备抖动的方法及装置。
背景技术
目前，可采用多种方法来显示立体图像，例如：色分法、光分法、时分法和光栅法等，均是利用人双眼的视差特性实现的。上述几种方法的具体实现方式虽然不同，但所依据的基本原理是相似的，即：拍摄时，利用两台并列放置的拍摄设备，如摄影机，分别表示人的左眼和右眼，两台拍摄设备同步拍摄出两种略带水平视差的图像；放映时，将两种图像分别装入左眼放映装置和右眼放映装置，左眼放映装置和右眼放映装置同步运转，同时将图像放映出来，形成包括左眼图像和右眼图像的双影图像，观众可裸眼或通过一些专用的观看设备，例如：偏光眼镜等，观看放映出的图像，使观众的左眼只能看到左眼图像，右眼只能看到右眼图像，再通过观众双眼的汇聚功能分别将左眼图像和右眼图像叠合在视网膜上，由大脑神经产生三维立体的视觉效果。
其中，所述光分法的成像基本原理为：将供左、右眼观看的左眼图像和右眼图像转换为两束相互正交的偏振光投射到人眼，观众观看时佩戴一副可透过偏振光的眼镜，使两眼分别看到各自对应的图像。这里，图像的显示屏可由两个夹角为90度的荧光屏组成，每个荧光屏前设置一块仅能透过一个方向偏振光的极化板，从两个极化板发出的偏振光通过与两个荧光屏都成45度角的半反射镜投射到观看者的眼镜上；或者，放映时，在两组放映装置前各设置一块极化板，目的是令两束互相垂直的偏振光投向同一显示屏，即以偏振光的形式将左、右眼图像投射到显示屏上，该方法显示的图像质量好，但观众观看时不能歪头。
所述光栅法的成像基本原理为：在垂直方向上将显示屏划分成一条条的光栅条，光栅条交错显示左眼图像和右眼图像，例如：光栅条1、光栅条3、光栅条5…显示左眼图像；光栅条2、光栅条4、光栅条6…显示右眼图像，然后在显示屏和观众之间设置一层“视差障碍”，该“视差障碍”也是由垂直方向上的光栅条组成，如图1所示，A1表示左眼图像，A2表示右眼图像，左、右眼图像间具有视差，观众通过光栅观看时，左眼看到A1，右眼看到A2，通过观众双眼的汇聚功能形成具有立体感的图像。这里，观众无需佩戴专用观看设备，也就是裸眼即可观看，因此光栅法可方便地应用于手持立体拍摄设备。
上述光分法和光栅法在立体图像的拍摄过程中，要求拍摄设备上双摄像头的中心连线需与地平面平行，否则会影响观众的观看效果。其中，对于光分法，如果双摄像头的中心连线未与地平面平行，如：拍摄右眼图像的摄像头偏低，拍摄左眼图像的摄像头偏高，观众观看时则需向右歪头，即右眼偏低，左眼偏高才能观看，否则只能看到模糊的图像。对于光栅法，如果双摄像头的中心连线未与地平面平行，则拍摄出的图像在水平方向上的视差会变小，由于立体图像是利用人双眼的视差特性实现的，若左、右眼图像间的视差变小，则会削弱观众所看图像的立体效果，观众的观看体验不佳。
为了解决双摄像头的中心连线不水平的问题，目前多采用三脚架等固定装置对专业拍摄设备进行固定，以防由于拍摄设备的抖动产生双摄像头的中心连线不水平的问题。但对于大多数的手持立体拍摄设备，如移动终端，为非专业拍摄设备，并未配置相应的固定装置，因此，拍摄者在拍摄时很容易因双手的抖动造成双摄像头的中心连线不与地平面平行，影响拍摄效果，进而影响图像的观看效果。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种自动调节手持立体拍摄设备抖动的方法及装置，可有效减少由于手持立体拍摄设备的抖动对图像拍摄质量的影响，进而提高图像的观看效果。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种自动调节手持立体拍摄设备抖动的方法，该方法包括：
拍摄过程中，利用加速度计测量手持立体拍摄设备所受的重力加速度的值，根据测量所得的重力加速度的值计算手持立体拍摄设备上双摄像头的中心连线与地平面的夹角，并依据计算所得的夹角对拍摄所得的左眼图像和右眼图像执行变换处理。
其中，所述加速度计的敏感轴与双摄像头的水平连线平行。
其中，所述测量所得的重力加速度的值为：重力加速度g在加速度计的敏感轴方向上的分量。
上述方案中，所述双摄像头的中心连线与地平面夹角的计算方法为：
根据测量所得的重力加速度的值、已知的重力加速度的值g以及三角函数公式计算手持立体拍摄设备上双摄像头的中心连线与地平面的夹角。
上述方案中，所述对左眼图像和右眼图像执行的变换处理为：
利用数字图像处理技术对左眼图像和右眼图像进行旋转和裁剪。
其中，所述对左眼图像或右眼图像进行旋转的角度为：计算所得的双摄像头的中心连线与地平面的夹角；
所述对左眼图像或右眼图像进行旋转时的旋转中心为：左眼图像或右眼图像内任一点；或为左眼图像或右眼图像外任一点。
其中，所述对左眼图像和右眼图像进行裁剪的方法为：
在旋转后的左、右眼图像与拍摄所得的左、右眼图像重叠的部分中，从旋转后的左、右眼图像中截取一个最大的矩形图像作为最终图像。
进一步地，所述截取所得的矩形图像两邻边的比例关系与拍摄所得的左、右眼图像两邻边的比例关系相同。
本发明还提供了一种自动调节手持立体拍摄设备抖动的装置，该装置包括：加速度计、夹角计算模块和图像变换模块；其中，
所述加速度计，用于测量手持立体拍摄设备所受的重力加速度的值；
所述夹角计算模块，用于读取加速度计测量所得的重力加速度的值，并根据测量所得的重力加速度的值计算手持立体拍摄设备上双摄像头的中心连线与地平面的夹角，并将夹角计算结果发送给图像变换模块；
所述图像变换模块，用于依据夹角计算模块计算所得的夹角对拍摄所得的左眼图像和右眼图像执行变换处理。
其中，所述加速度计为单轴加速度计、双轴加速度计或三轴加速度计。
本发明提供的自动调节手持立体拍摄设备抖动的方法及装置，拍摄过程中，利用加速度计测量手持立体拍摄设备所受的重力加速度的值，根据测量所得的重力加速度的值计算手持立体拍摄设备上双摄像头的中心连线与地平面的夹角，并依据计算所得的夹角对拍摄所得的左眼图像和右眼图像执行变换处理。本发明可将因手持立体拍摄设备抖动拍摄到的非水平的左、右眼图像执行旋转和裁剪变换操作后，重新得到水平的左、右眼图像，弥补了双摄像头的中心连线与地平面不平行的问题，达到了自动调节手持立体拍摄设备抖动的目的，图像的拍摄质量得到提高，进而保证了观众的观看效果，提高观众的观看体验。
附图说明
图1为现有技术中光栅法成像的基本原理示意图；
图2为单摄像头的主视图与俯视图；
图3为本发明自动调节手持立体拍摄设备抖动的方法实现流程示意图；
图4为本发明一实施例双摄像头水平连线平行于地平面及对应加速度计敏感轴的示意图；
图5为本发明一实施例双摄像头水平连线未平行于地平面及对应加速度计敏感轴的示意图；
图6为本发明一实施例手持立体拍摄设备拍摄到的理想图像的示意图；
图7为本发明一实施例手持立体拍摄设备抖动时拍摄到的原始实际图像的示意图；
图8为本发明一实施例手持立体拍摄设备抖动时拍摄到的原始实际图像旋转后的示意图；
图9为本发明一实施例旋转后的实际图像叠加于原始实际图像的示意图；
图10为本发明一实施例旋转后的实际图像经裁剪后的示意图；
图11为本发明自动调节手持立体拍摄设备抖动的装置结构示意图。
具体实施方式
现有的数字图像处理技术已非常成熟，数字图像处理中所谓的图像变换就是源图像到目标图像的坐标变换，简单地说，就是把源图像每个点的坐标通过变换运算转换为目标图像相应点的新坐标。因此，数字图像处理技术可对任意数字图像进行扭转、拉伸、缩放或裁剪等变换处理。
此外，随着电子技术的发展，加速度计越来越小型化，然而精度却越来越高，可以敏感到加速度的微小变化，现已广泛应用于各种手持设备中。
本发明的基本思想是：拍摄过程中，利用加速度计测量手持立体拍摄设备所受的重力加速度的值，根据测量所得的重力加速度的值计算手持立体拍摄设备上双摄像头的中心连线与地平面的夹角，并依据计算所得的夹角对拍摄所得的左眼图像和右眼图像执行变换处理。
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
为了便于理解，首先结合图2对摄像头的主视图与俯视图的对应关系进行描述。图2为单摄像头的主视图与俯视图，如图2所示，点划线10的下方为摄像头的俯视图，点划线10的上方为摄像头的主视图，俯视图中的摄像头102对应于主视图中的摄像头101；俯视图中的光轴112对应于主视图中的光轴111，即图2中的黑色圆点所示。拍摄时，拍摄者的眼睛位于俯视图中摄像头102靠近点划线10的一侧，也就是位于主视图中摄像头101所在纸面的内侧。
图3为本发明自动调节手持立体拍摄设备抖动的方法实现流程示意图，如图3所示，该流程的实现步骤如下：
步骤301：利用加速度计测量手持立体拍摄设备所受的重力加速度的值；
这里，所述的加速度计可为单轴加速度计、双轴加速度计或三轴加速度计，所述单轴加速度计只敏感一个方向的加速度；所述双轴加速度计可敏感两个方向的加速度，所敏感的两个方向互相垂直，如果把两个单轴加速度计垂直放置，则组成双轴加速度计；所述三轴加速度计可敏感三个方向的加速度，所敏感的三个方向之间互相垂直，如果把三个单轴加速度计互相垂直放置，则组成三轴加速度计。
下面以单轴加速度计为例对手持立体拍摄设备所受的重力加速度的测量方法进行详细描述。图4为本发明一实施例双摄像头水平连线平行于地平面及对应加速度计敏感轴的示意图，如图4所示，右眼摄像头20的光轴21与左眼摄像头22的光轴23平行，所述左、右眼摄像头是从拍摄者的角度来说的，拍摄者左眼所对的摄像头为左眼摄像头；拍摄者右眼所对的摄像头为右眼摄像头。加速度计10为单轴加速度计，加速度计10的敏感轴13与光轴21和光轴23垂直，加速度计10的敏感轴13始终与双摄像头的水平连线平行，且此时加速度计10的敏感轴13平行于地平面，重力加速度g的方向为箭头11所指的方向，此时敏感轴13与重力加速度g的方向垂直。
其中，由于敏感轴13平行于地平面，所以重力加速度g在加速度计10的敏感轴13上的分量为0，因此加速度计10的输出值为0，该值即为加速度计测量所得的手持立体拍摄设备所受的重力加速度的值。从现有技术可知，所述加速度计的输出值即为加速度计敏感轴所敏感到的加速度的值，即重力加速度g在敏感轴方向上的分量，也就是本发明所述加速度计测量所得的手持立体拍摄设备所受的重力加速度的值。
这里，如果加速度计选为双轴加速度计或三轴加速度计，则最终所需的加速度的值也仅为图4中所示的敏感轴13方向上的加速度的值。
图5为本发明一实施例双摄像头水平连线未平行于地平面及对应加速度计敏感轴的示意图，如图5所示，由于拍摄者双手的抖动导致双摄像头的水平连线未与地平面平行，产生了一定的夹角，因此，重力加速度g在加速度计10的敏感轴13上的分量不为0，加速度计10的输出值不为0，即手持立体拍摄设备所受的重力加速度的值不再为0，这里测量所得的重力加速度的值用于后续计算双摄像头的水平连线与地平面夹角。
步骤302：根据测量所得的重力加速度的值计算手持立体拍摄设备上双摄像头的中心连线与地平面的夹角；
具体为：根据测量所得的重力加速度的值、已知的重力加速度的值g以及已有的三角函数公式计算手持立体拍摄设备上双摄像头的中心连线与地平面的夹角。
这里，仍以图5为例，令双摄像头的中心连线与地平面的夹角表示为a，令加速度计10的输出值，即加速度计测得的手持立体拍摄设备所受的重力加速度的值表示为acc。假设此时加速度计10的输出值为：acc＝-2.54m/s2，重力加速度g一般取值为9.8m/s2，结合图5所示的重力加速度g在加速度计10敏感轴13方向上及垂直敏感轴13方向上的两个分量，并利用三角函数公式计算a为：
a＝Sin-1(acc/g)＝Sin-1(-2.54/9.8)＝-15(度)
可得双摄像头的中心连线与地平面的夹角为-15度。这里，所述负值表示双摄像头的中心连线以地平面为起始位置逆时针旋转了15度，如果为正值则表示双摄像头的中心连线以地平面为起始位置顺时针旋转了15度。
步骤303：依据计算所得的夹角对拍摄所得的左眼图像和右眼图像执行变换处理；
具体为：依据利用三角函数公式计算所得的夹角，并利用数字图像处理技术对双摄像头拍摄所得的左眼图像和右眼图像均执行旋转和裁剪的变换操作。
这里，所述对左眼图像和右眼图像执行的旋转和裁剪的变换处理完全相同；所述对左、右眼图像执行旋转时，旋转角度为步骤302中计算所得的角度，例如：如果双摄像头的中心连线与地平面的夹角为-15度，则将拍摄所得的左、右眼图像旋转到与地平面的夹角也为-15度，也就是令左、右眼图像从水平位置开始逆时针旋转15度。
下面结合一实施例对旋转和裁剪的变换处理过程进行详细描述。
假设手持立体拍摄设备未抖动时拍摄到的左、右眼图像应该如图6所示，可称之为理想图像，由于手持立体拍摄设备拍摄到的图像的轮廓普遍为矩形，图6中将图像表示为矩形，设理想图像的四个顶点分别为点A、点B、点C和点D。若双摄像头的中心连线未与地平面平行，与地平面的夹角为-15度，则拍摄所得的左、右眼图像如图7所示，可称之为原始实际图像，四个顶点分别为点A1、点B1、点C1和点D1，然后依据计算所得的夹角，即-15度，对原始实际图像进行逆时针旋转，旋转角度为15度，得到图8所示的图像，设图8中所示的旋转后的实际图像的四个顶点分别为点A2、点B2、点C2和点D2。
本发明中，对拍摄到的左、右眼图像进行旋转时，对应的旋转中心可为拍摄到的左、右眼图像内的任一点；或为拍摄到的左、右眼图像外的任一点，然后对图8中所示的旋转后的左、右眼图像执行裁剪操作，所述裁剪方法为：
在旋转后的左、右眼图像与拍摄所得的左、右眼图像重叠的部分中，从旋转后的左、右眼图像中截取一个最大的矩形图像作为最终图像。其中，所述截取所得的矩形图像两邻边的比例关系与原始实际图像两邻边的比例关系相同。
这里，为了简化后续的裁剪操作，本实施例中将旋转中心选为点A1，这样，旋转后的实际图像中的点A2与原始实际图像中的点A1重合，如图9所示。设旋转后的实际图像的边B2C2与原始实际图像的边D1C1的交点为点E，如图10所示，由点E向原始实际图像的边A1B1做垂线EF，由旋转后的实际图像的点B2向原始实际图像的边A1D1做垂线B2G，设垂线EF与垂线B2G的交点为点H，则矩形GHED1为经旋转和裁剪后最终获得的图像，从图中可见，该图像为旋转后的实际图像与原始实际图像重叠部分中最大的一个矩形，且根据三角形相似性等已知原理可得矩形GHED1两邻边的比例关系与原始实际图像A1B1C1D1两邻边的比例关系相同，矩形GHED1即为变换处理后所得的左、右眼图像。
本发明中，因手持立体拍摄设备的抖动引起的双摄像头中心连线与地平面的夹角不会太大，设夹角的绝对值一般小于15度，因此，最终经自动调节后的左、右眼图像的大小与理想图像的大小差距较小，不会影响图像的最终拍摄质量。
步骤304：自动调节手持立体拍摄设备抖动的过程结束。
为实现上述方法，本发明还提供了一种自动调节手持立体拍摄设备抖动的装置，如图11所示，该装置包括：加速度计、夹角计算模块和图像变换模块；其中，
所述加速度计，用于测量手持立体拍摄设备所受的重力加速度的值；
所述夹角计算模块，用于读取加速度计测量所得的重力加速度的值，并根据测量所得的重力加速度的值计算手持立体拍摄设备上双摄像头的中心连线与地平面的夹角，并将夹角计算结果发送给图像变换模块；
所述图像变换模块，用于依据夹角计算模块计算所得的夹角对拍摄所得的左眼图像和右眼图像执行变换处理。
其中，所述加速度计为单轴加速度计、双轴加速度计或三轴加速度计。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种自动调节手持立体拍摄设备抖动的方法，其特征在于，该方法包括：
拍摄过程中，利用加速度计测量手持立体拍摄设备所受的重力加速度的值，根据测量所得的重力加速度的值计算手持立体拍摄设备上双摄像头的中心连线与地平面的夹角，并依据计算所得的夹角对拍摄所得的左眼图像和右眼图像执行变换处理。
2.根据权利要求1所述的自动调节手持立体拍摄设备抖动的方法，其特征在于，所述加速度计的敏感轴与双摄像头的水平连线平行。
3.根据权利要求2所述的自动调节手持立体拍摄设备抖动的方法，其特征在于，所述测量所得的重力加速度的值为：重力加速度g在加速度计的敏感轴方向上的分量。
4.根据权利要求1至3任一项所述的自动调节手持立体拍摄设备抖动的方法，其特征在于，所述双摄像头的中心连线与地平面夹角的计算方法为：
根据测量所得的重力加速度的值、已知的重力加速度的值g以及三角函数公式计算手持立体拍摄设备上双摄像头的中心连线与地平面的夹角。
5.根据权利要求1至3任一项所述的自动调节手持立体拍摄设备抖动的方法，其特征在于，所述对左眼图像和右眼图像执行的变换处理为：
利用数字图像处理技术对左眼图像和右眼图像进行旋转和裁剪。
6.根据权利要求5所述的自动调节手持立体拍摄设备抖动的方法，其特征在于，所述对左眼图像或右眼图像进行旋转的角度为：计算所得的双摄像头的中心连线与地平面的夹角；
所述对左眼图像或右眼图像进行旋转时的旋转中心为：左眼图像或右眼图像内任一点；或为左眼图像或右眼图像外任一点。
7.根据权利要求5所述的自动调节手持立体拍摄设备抖动的方法，其特征在于，所述对左眼图像和右眼图像进行裁剪的方法为：
在旋转后的左、右眼图像与拍摄所得的左、右眼图像重叠的部分中，从旋转后的左、右眼图像中截取一个最大的矩形图像作为最终图像。
8.根据权利要求7所述的自动调节手持立体拍摄设备抖动的方法，其特征在于，所述截取所得的矩形图像两邻边的比例关系与拍摄所得的左、右眼图像两邻边的比例关系相同。
9.一种自动调节手持立体拍摄设备抖动的装置，其特征在于，该装置包括：加速度计、夹角计算模块和图像变换模块；其中，
所述加速度计，用于测量手持立体拍摄设备所受的重力加速度的值；
所述夹角计算模块，用于读取加速度计测量所得的重力加速度的值，并根据测量所得的重力加速度的值计算手持立体拍摄设备上双摄像头的中心连线与地平面的夹角，并将夹角计算结果发送给图像变换模块；
所述图像变换模块，用于依据夹角计算模块计算所得的夹角对拍摄所得的左眼图像和右眼图像执行变换处理。
10.根据权利要求9所述的自动调节手持立体拍摄设备抖动的装置，其特征在于，所述加速度计为单轴加速度计、双轴加速度计或三轴加速度计。
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