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基于三维电视深度图提取算法的研究

基于三维电视深度图提取算法的研究

作者：赵文杰山东大学

学位级别：硕士

近年来,随着众多优秀3D电影的放映,三维显示技术越来越受到人们的关注,作为受众群体最多的电视技术也开始迈入三维电视技术的新纪元。三维电视相较于传统的二维电视能够更加逼真地显示场景,可以实现多角度自由观看,使观众在观看电视节... 详细信息

近年来,随着众多优秀3D电影的放映,三维显示技术越来越受到人们的关注,作为受众群体最多的电视技术也开始迈入三维电视技术的新纪元。三维电视相较于传统的二维电视能够更加逼真地显示场景,可以实现多角度自由观看,使观众在观看电视节目时能够产生身临其境的感觉,在娱乐,广告,艺术等众多领域都有很好的应用。三维电视技术是目前研究的热点,国内外很多科研机构都在进行相关的研究工作。本论文介绍了三维电视的国内外发展以及现状,对三维显示技术的发展以及目前三维电视标准进行了介绍,并对三维电视系统中的节目源制作、编码技术以及三维显示等关键技术进行了论述。鉴于三维电视系统中要传输多个视点的视频信息,为了节省带宽,一般采用“视频信息+深度信息”的编码传输方式,在后端采用DIBR(基于深度图的绘制)技术恢复视频信息。深度图的获取是三维电视系统的关键技术,是国内外的研究热点。深度图可以通过深度摄像机直接获取,也可以通过立体匹配算法获得。由于深度摄像机造价昂贵且精度不高,我们重点研究立体匹配算法。视差和深度存在一定的几何关系,通过立体匹配算法我们可以得到视差图,在已知摄像机参数下就能计算出深度图。按照生成深度图的不同,立体匹配算法可以分为稀疏深度图提取算法和稠密深度图提取算法。因为三维电视系统后期要采用DIBR技术,只能采用稠密深度图生成算法,包括区域匹配算法以及全局匹配算法。因为三维电视系统对深度图的要求较高,本文提出了一种基于分割的快速而精确的立体匹配算法。通过利用均值漂移算法对图像进行分割,可以很好的对图像进行分割;然后通过区域匹配算法快速获得初始视差;然后进行视差分配,将初始视差分配到各个分割区域;最后进行优化。通过实验,我们可以看出这个算法精度以及实时性都不错。

关键词：三维电视深度图提取立体匹配图像分割

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多视点视频深度提取与编码技术研究

多视点视频深度提取与编码技术研究

作者：孙道辉河南工业大学

学位级别：硕士

随着数字技术和通信技术的发展,由于缺乏深度信息,原始2D视频逐渐无法满足人类视觉需求。3D视频因能提供空间自然的视觉体验,成为人类需求和享受的主要视频格式,多视点视频(Multi-View Video,MVV)是3D视频最重要的视频表示形式之一,然... 详细信息

随着数字技术和通信技术的发展,由于缺乏深度信息,原始2D视频逐渐无法满足人类视觉需求。3D视频因能提供空间自然的视觉体验,成为人类需求和享受的主要视频格式,多视点视频(Multi-View Video,MVV)是3D视频最重要的视频表示形式之一,然而多视点视频数据量庞大使得存储和传输都非常困难。同时,在实际中只能从几个固定视点进行拍摄,无法实现对所有视角的场景信息进行采集,不能为观众提供可供选择的任意视点视频。所以,多视点视频压缩编码问题和虚拟视点的合成成为多视点视频发展的主要研究内容。多视点视频深度编码和虚拟视点绘制都是基于深度图像实现的,编码效果以及虚拟视点绘制质量在很大程度上取决于获得的深度图像质量。因此,本文首先对深度图像的提取技术进行详细研究,重点分析实现改进了几种典型的深度提取算法;然后在传统2D纹理图像编码技术的基础上,针对深度图像的灰度分布特性,首先利用提出的基于信息融合的边缘检测方法提取深度图像边缘,再利用提出的一种基于粒子群算法的多阈值图像分割法将深度图像进行分割,将分割后的图像部分分别进行编码,提高了深度图的编码质量。主要工作和创新性研究包括:(1)针对区域立体匹配方法中固定窗口匹配对深度不连续和弱纹理区敏感的问题,提出一种基于像素梯度的自适应窗口立体匹配方法。该方法首先预先设一定不同大小的矩形窗口,然后根据窗口内像素的梯度信息选择最佳窗口,最后采用归一化互相关(Normalized Cross Correlation,NCC)为代价聚合函数计算最佳匹配点得到精度更高深度图。(2)由于特征匹配采用具有统计特规则性的特征基元进行左右视差图的对应搜索,避免了深度不连续、弱纹理区域的影响。本文结合基于特征匹配的匹配精度高、提取速度快的优点和SIFT(Scale Invariant Feature Transformation)具有尺度、旋转、仿射不变性的优点,提出基于SIFT特征的立体匹配方法,实现快速准确地匹配。(3)立体匹配提取深度图像的方法中基于Graph Cut的全局立体匹配算法获取的深度图准确率最高,针对多视点视频编码以及虚拟视点绘制对深度图像高精度的要求,在详细研究Graph Cut算法原理的基础上,实现基于Graph Cut算法立体匹配的深度图提取。(4)针对深度图像具有清晰轮廓和特殊纹理的特性,在传统边缘检测算法基础上,提出一种基于多算子信息融合的边缘检测方法,用于对深度图像进行边缘提取。(5)提出一种基于图像分割的深度图编码。首先提出一种基于粒子群算法的多阈值图像分割法,然后将此方法用于深度图像的分割,将分割块分别进行编码,实现对深度图的高效编码。

关键词：多视点视频深度图提取深度编码立体匹配图割算法

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基于视觉SLAM的单目腹腔镜图像三维重建

基于视觉SLAM的单目腹腔镜图像三维重建

作者：陈伟山武汉理工大学

学位级别：硕士

基于同时定位与地图构建(Simultaneous Localization and Mapping,SLAM)的腹腔镜图像三维重建能够定位腹腔镜的具体位置,并通过重建结果反馈深度信息,以此减轻手术医生的操作难度,提高手术操作的准确性,是实现手术导航和虚拟手术的技术... 详细信息

基于同时定位与地图构建(Simultaneous Localization and Mapping,SLAM)的腹腔镜图像三维重建能够定位腹腔镜的具体位置,并通过重建结果反馈深度信息,以此减轻手术医生的操作难度,提高手术操作的准确性,是实现手术导航和虚拟手术的技术基础,在医疗辅助技术领域具有重要研究意义。然而腹腔镜图像普遍存在成像畸变、光源不恒定以及器官组织纹理稀缺等缺点,增加了图像特征提取与匹配的困度,使得SLAM位姿估计具有较大的难度,同时腹腔镜图像的三维重建也具有很大挑战。本文在研究视觉SLAM技术与三维重建方法的基础上,深入研究并改进了基于ORB-SLAM的腹腔镜位姿估计方法,并结合位姿估计,实现了基于多基线匹配的单目腹腔镜图像深度图提取与三维重建方法,最后搭建了腹腔镜图像三维重建可视化系统。本文的主要研究工作有:(1)设计并搭建了腹腔镜图像数据采集平台,根据腹腔镜成像特性与鱼眼相机模型设计并实现了腹腔镜内部参数与畸变参数的标定方法,并通过鱼眼相机畸变校正算法校正腹腔镜成像畸变。(2)研究实现了基于ORB-SLAM的单目腹腔镜图像的位姿估计算法改进。针对腹腔镜图像畸变、光照不恒定等问题,引入了腹腔镜图像纹理细节增强与高亮复原方法并改进了ORB特征提取与匹配的流程,完成了基于ORB-SLAM的腹腔镜图像序列的位姿估计,以提高腹腔镜图像ORB特征匹配的正确率,提高了深度图提取的准确度。(3)提出了一种基于多基线匹配代价计算的腹腔镜图像深度图提取算法。通过计算多基线观测帧的NCC匹配代价以及深度插值法来提取腹腔镜图像的全像素的深度图,再经过深度图平滑后使用三维映射方法重建腹腔镜图像的稠密彩色点云,完成了单目腹腔镜图像的深度图提取与三维重建,并且提高了重建结果的准确度与稠密度。(4)设计并实现了单目腹腔镜图像三维重建可视化系统。根据三维重建的实验研究与重建结果反馈的要求,完成了包括单目腹腔镜标定模块、腹腔镜位姿跟踪反馈模块、三维点云可视化模块这三个功能模块的程序设计与可视化界面实现,最后对可视化系统进行了功能测试。

关键词：单目腹腔镜视觉SLAM 位姿估计深度图提取三维重建

基于混合深度线索和深度图像绘制的2D转3D技术

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基于混合深度线索和深度图像绘制的2D转3D技术

作者：朱孝华西安电子科技大学

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随着生活水平的提高人们对视觉体验的要求也与日俱增，因此对影像科技的研究具有重要意义。三维视频技术被认为是传统平面电视发展的下一代技术。与传统二维电视相比，立体技术能提供更加自然和更具有层次感的场景。由于三维电视的优势... 详细信息

随着生活水平的提高人们对视觉体验的要求也与日俱增，因此对影像科技的研究具有重要意义。三维视频技术被认为是传统平面电视发展的下一代技术。与传统二维电视相比，立体技术能提供更加自然和更具有层次感的场景。由于三维电视的优势特点，它在很多领域都有着广泛的应用前景，可以用于虚拟现实，三维电影，远程教育，立体游戏，医学分析等。而立体视频内容存量目前太少了，远远无法达到人们的要求。本论文将研究立体电视中的一个关键技术：2D转3D视频技术。该视频转换技术可以从现有的2D视频中提取深度信息，并产生3D立体视频。该论文详细地提供了一个新颖的2D转3D视频技术框架，尤其在深度图生成这个模块。我们主要研究了以下几个方面：（1）提出了一个基于运动信息的深度图生成方法。首先通过运动估计的方法生成运动矢量图。由于运动矢量图存在残缺信息，我们通过图像分割的结果对其进行修正。该方法对前景目标运动且后景区域静止的场景具有很好的适应性。（2）提出了一个基于相对高度线索的深度图生成方法。该方法利用一条称之为相对高度的绘画深度线索提取深度信息。在相对高度生成深度图中，远的目标投影在图像的相对高的位置，近的目标投影在图像的相对低的位置。该深度图结果是运动信息所获得深度图的一个良好补充。（3）提出了一个深度融合方法。运动信息生成的深度图和相对高度信息生成的深度图融合成一幅最终的深度图。接着深度图滤波器对最终结果进行处理。最后，利用深度图像绘制技术生成立体视频资源。该技术在很实验图像序列中得到了验证，实验结果表明我们提供的方法能很好的生成深度图信息，并产生适合立体电视播放的3D视频。本论文得到国家自然科学基金(No.61271298)的资助。

关键词： 2D转3D技术深度图提取深度图像绘制技术立体电视

基于双边滤波算法的非遗文创产品包装设计三维虚拟视点合成

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武汉纺织大学学报 2024年第6期37卷 38-43页

作者：司丽丽滁州城市职业学院艺术与传媒学院安徽滁州239000 中国艺术研究院研究生院北京100029

三维虚拟视点合成能够让设计师在计算机上创建出非遗文创产品包装设计的立体效果,提供更真实、更全面的视觉体验,为此提出基于双边滤波算法的非遗文创产品包装设计三维虚拟视点合成。首先,采用基于相对高度深度的深度图提取方法,从非遗... 详细信息

三维虚拟视点合成能够让设计师在计算机上创建出非遗文创产品包装设计的立体效果,提供更真实、更全面的视觉体验,为此提出基于双边滤波算法的非遗文创产品包装设计三维虚拟视点合成。首先,采用基于相对高度深度的深度图提取方法,从非遗文创产品包装设计图像中获取其深度信息;针对深度图像提取过程中产生的缺陷如噪声、孔洞等,引入改进的自适应联合双边滤波方法,实施图像修复,从而获取更加完整、清晰的非遗文创产品包装设计深度图像;最后,引入基于深度图像的渲染(DIBR)技术,推出缺失深度的修复值,并通过DIBR的针孔相机模型和三维图像转换方程,将修复后的深度图像转换为三维虚拟视点图像,并实现其三维虚拟视点合成。实验结果表明,所提方法应用后,能够精确地修复填补非遗文创产品包装RGB图像空缺,整体完整度较高;完整且精确地展现出非遗文创产品包装设计的三维虚拟视点效果,色彩饱满,瑕疵较少;PSNR值和SSIM值均得到提高。三维虚拟视点合成方法能够有效修复缺陷图像,提升了三维虚拟点合成后的质量,满足实际非遗文创产品包装设计需求。

关键词：深度图提取双边滤波 DIBR 三维图像转换虚拟视点合成