[发明专利]一种针对真实三维场景的交互式自由立体显示方法

说明书

本发明提出一种针对真实三维场景的交互式自由立体显示方法，该方法包括真实场景超多视点视差信息的获取、超多视点微图像阵列序列的生成和手势交互立体显示三个过程。该方法利用摄像机阵列获取真实三维目标场景的超多视点视差信息，利用Kinect体感设备，对观看者发出的手势信号进行检测，实现三维目标场景视差信息的切换显示，使得在主视区内观看到真实三维场景的超多视点信息。

一、技术领域

本发明涉及自由立体显示技术，特别涉及针对真实三维场景的交互式自由立体显示技术。

二、背景技术

自由立体显示技术是一种无需佩戴任何辅助设备即可在一定范围内观看到立体图像的显示技术。基于光栅的自由立体显示通过在二维显示屏前放置一定参数的柱面透镜光栅/狭缝光栅，利用光栅对光线的遮挡或折射形成一系列的视点，当眼睛在不同的视点上时，即可观看到对应的视差图像，经大脑融合后形成立体感知。

传统的光栅自由立体显示受柱透镜/狭缝参数和二维显示屏分辨率的限制，存在视点数与立体分辨率相互制约的难题，即立体分辨率越高，在主视区内看到的视差图像越少，相应地，所能观看的三维场景视差范围越窄。Kinect是由微软开发的一种体感摄影机，具有即时动态捕捉和影像辨识等功能，利用Kinect对光栅自由立体显示器进行交互可解决观看三维场景视差范围窄的难题，但目前此类交互系统多针对虚拟三维场景，鲜有对真实三维场景进行交互的自由立体显示系统。

三、发明内容

本发明为克服观看真实三维场景视差范围窄的难题，提出了一种针对真实三维场景的交互式自由立体显示方法。该方法通过手势交互实现真实三维场景大视差范围的立体显示，具体包括真实场景超多视点视差信息的获取、超多视点合成图像序列的生成和手势交互立体显示三个过程，具体流程如附图1所示。本发明硬件系统由摄像机阵列、Kinect体感设备、自由立体显示器和计算机组成，如附图2所示。

所述真实场景超多视点视差信息的获取过程，首先对摄像机阵列位姿进行调整，将N个摄像机在水平方向上以等间隔排列，调整每个摄像机的位姿，使得所有摄像机的光轴会聚于一点。为增大拍摄场景的视差范围，本发明要求摄像机数N远大于显示视点数M。摄像机阵列与拍摄中心深度平面的距离为D，镜头焦距为f，相邻镜头光心间距为b，则真实三维场景的拍摄视差范围α满足：

根据立体显示原理，对摄像机阵列进行标定，在拍摄中心深度平面处放置棋盘格标定板，利用摄像机阵列对棋盘格标定板进行拍摄，得到N幅标定板视差图像序列，以n为索引来表示，n∈{1,2,3,…,N}。最后利用摄像机阵列对真实三维目标场景进行拍摄，得到N幅目标场景视差图像序列，同样以n为索引进行表示。

所述超多视点合成图像序列的生成过程，首先对获取的目标场景视差图像序列进行校正。对于每幅标定板视差图像，利用亚像素精度角点检测技术，确定棋盘格边缘四个角点的像素坐标，并根据相似性关系，对角点坐标进行拓展，获得边缘角点的最大拓展坐标。结合校正后视差图像分辨率S_p×R_p，计算得到第n幅视差图像的单应性变换矩阵Mat_n，利用该矩阵对拍摄的第n幅目标场景视差图像I_n(x,y)进行校正，获得对应的校正视差图像为I'_n(x',y')，两者满足：

I_n(x，y)＝I′_n(x′，y′) (2)