技术领域
[0001] 本
发明涉及一种3D节目的制作方法，更具体地说，涉及一种3D节目制作的深度设计方法。
背景技术
[0002] 立体电视与立体电影最大的差别在于立体节目的制作成本及播出时间要求的不同。立体电影更注重节目的内容、立体场面等方面，一部立体电影的制作投入成本大、加工周期长，均是大成本、大投入，而节目时长为120分钟左右。相对而言，电视这种媒体形式需要连续进行不同节目内容的播出，电视相对于电影不可能进行高成本、大投入节目制作，而且电视根据节目内容要求会有实况直播的形式。同样，对于立体电视节目来说，也不可能进行高成本、大投入节目制作，立体电视直播是一种有着更迫切需要的业务形态，在此条件下如何保证
立体视觉效果、如何保持立体电视终端与普通电视的兼容性、如何基于现有的网络电视实现网络立体电视业务，这些问题是在3D
互动电视系统体系架构研究中必需回答并解决的问题。
[0003] 在立体电视显示终端方面，能够与平面电视兼容的立体显示方式主要为时分式与偏振式两种，这两种方式均采用左右视
角立体视频模式。时分式立体显示终端通过增加显示器刷新
频率(显示
帧率)，结合同步的快
门式眼镜(Shutter Glasses)实现人眼立体视觉感受，这种显示模式可完全兼容现有的平面电视模式。偏振式立体显示模式通过显示屏幕奇行和偶行分别显示左图和右图，配合屏幕前面的奇行和偶行不同偏振方向的偏振膜，观众通过配戴对应的偏振眼镜(Polariser Glasses)实现立体观看，观众不戴眼镜则可以直接观看普通的平面电视。
[0004] 对于柱镜或狭缝式栅栏祼眼立体视显示终端，由于显示屏前有一
柱镜光栅(Lenticular Sheet)或狭缝栅栏(Parallax Barrier)，这种立体显示器通常无法直接观看到较好的平面电视效果，而且为了获得较大的自由裸眼观看范围，一般需要8～9个视点画面图像。这样，不仅每个视点的图像
分辨率明显降低，而且这类立体电视节目的相对制作成本高，目前尚不具备普及条件。
[0005] 对于上述几种立体显示终端，目前都基于全高清(1920*1080)模式平板显示屏技术。因此，针对网络立体电视直播应用来说，立体电视终端可选择时分式或偏振式两种。
[0006] 对于立体电视节目的制作，立体视频很大部分会通过拍摄的方法获取，对于多视角、双视角立体视频，都需要通过摄像机方式来拍摄。在此，相邻两个摄像机光
轴距离是一个重要参数。人眼的
水平观察角度一般为45度，36mm宽的画幅观察45度焦距应为50mm，根据透视
几何模型及显示观看立体视觉几何原理，对于光轴平行、相邻50mm的两个摄像机来说，基线距离应该在65mm左右，这种成像条件下可获得与人眼相近似的立体视觉感受。因此，对应于祼眼视要求的多视角立体视频，很难保证进行这种基线距离的摄像机安装。相比较而言，双视角立体视频拍摄相对较容易，目前电影、电视的3D节目均采用双摄像机进行立体拍摄、制作。
[0007] 立体显示器能够给用户呈现出最真实自然的画面，从而使用户在观赏中体验身临其境的感觉。为了达到这种效果，就要求立体视频必须有很高的图像
质量。仅仅有高质量的2D图像是远远不够的，立体视频拍摄的整个过程需要被严格地控制，从而防止在播放中出现图像的不重合和不必要的扭曲。摄像机的间距是立体视频拍摄过程中最重要的变量。它直接影响到用户在观看过程中的
感知深度。由于拍摄的内容千差万别，这些方法不可避免地会产生过大或过小的
视差，从而导致观看者在屏幕上获得过大或过小的感知深度。因此，在实际的拍摄过程中，一般是采用反复修正调整的方法来获得适当的摄像机间距。整个过程非常繁琐，而且往往产生的立体图像只适合拍摄者自己观看。
发明内容
[0008] 针对
现有技术中存在的3D拍摄过程中繁琐的摄像机间距调整问题，本发明的目的是提供一种3D节目制作的深度设计方法。
[0009] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0010] 一种3D节目制作的深度设计方法，包括：步骤一，设定摄像机/景物空间、人眼/屏幕空间；步骤二，计算人眼/屏幕空间中对应的正负视差的大小；步骤三，计算摄像机/景物空间中对应的正负视差的大小；步骤四，对景物与摄像机之间的距离进行估计，得出分别得出最近点和最远点到摄像机的距离，并进而得出虚拟屏幕距摄像机的距离；步骤五，根据摄像机的视角或者底片宽度与焦距的比值计算出虚拟零视差平面的宽度，并进而得出在两个不同的空间中，虚拟零视差平面宽度的比值；步骤六，计算摄像机间距。
[0011] 进一步地，还包括步骤七，对摄像机间距进行修正。
[0012] 进一步地，对于摄像机/景物空间：E代表人眼的瞳孔间距；Z为观看距离；N和F分别代表观看过程中，观看者可以感受到的屏幕最大负视差dN和最大正视差dF所对应的切平面和屏幕的距离，且N和F随屏幕大小的不同按正比例变化；W为播放屏幕的宽度。
[0013] 进一步地，对于人眼/屏幕空间：A代表摄像机间距；Z'为虚拟屏幕和摄像机之间的距离，虚拟屏幕为拍摄过程中的零视差平面；N'和F'分别对应拍摄过程中最近点和最远点到摄像机的距离；d'N和d'F分别对应虚拟平面上的最小负视差和最大正视差；W'为虚拟屏幕的宽度。
[0014] 进一步地，步骤二中：负视差 正视差
[0015] 进一步地，步骤三中：负视差 正视差
[0016] 进一步地，人眼/屏幕空间中对应的正负视差和摄像机/景物空间中对应的正负视差的比例关系为 虚拟屏幕距摄像机的距离
[0017] 进一步地，虚拟零视差平面的宽度 虚拟零视差平面宽度的比值
[0018] 进一步地，摄像机间距
[0019] 进一步地，修正后的焦距 修正后的摄像机视角修正后的摄像机间距为
[0020] 在上述技术方案中，本发明的3D节目制作的深度设计方法能够精确计算摄像机的间距，减少反复调整摄像机间距的同时获得更好的图像。
附图说明
[0021] 图1是立体显示中人眼的观察模型示意图；
[0022] 图2是人眼/屏幕空间示意图；
[0023] 图3是摄像机/景物空间示意图；
[0025] 图5是摄像机以平行式放置的示意图；
[0026] 图6是摄像机以汇聚式放置的示意图。
具体实施方式
[0027] 下面结合附图和
实施例进一步说明本发明的技术方案。
[0028] 参照图1，为了在立体视频的拍摄过程中确定合适的摄像机间距，本发明以平行式的放置方式为例。平行式，顾名思义，即两台摄像机的光轴是平行的。平行式相对于汇聚式可以有效地避免垂直视差的产生，从而减轻观众在观看立体视频时的头晕与不适。其次，考虑到人眼的视觉特性，通过保持固定的角视差来拍摄高质量的图像。在图1中，E为人眼的瞳孔间距，Z为显示器距观看者的距离，P为屏幕中某一点的感知深度，b-a就是前面提到的角视差。
[0029] 如图2和图3所示，在立体视频拍摄的过程中，首要问题就是如何确定摄像机的间距。在解决这个问题之前，首先介绍两个空间。一个是摄像机/景物空间，一个是人眼/屏幕空间。
[0030] 在图2中，E代表人眼的瞳孔间距，约为63mm。Z为观看距离，最佳的观看距离约为屏幕高度的四倍。N和F分别代表观看过程中，观看者可以感受到的屏幕最大负视差dN和最大正视差dF所对应的切平面和屏幕的距离。并且，N和F随屏幕大小的不同按正比例变化。W为播放屏幕的宽度。
[0031] 在图3中，A代表摄像机间距。Z'为虚拟屏幕和摄像机之间的距离，虚拟屏幕即为拍摄过程中的零视差平面(ZDP)。而N'和F'分别对应拍摄过程中最近点和最远点到摄像机的距离。d'N和d'F分别对应虚拟平面上的最小负视差和最大正视差。W'为虚拟屏幕的宽度。
[0032] 在确定摄像机间距A的过程中，有两组比例关系起了决定性的因素。一是人眼/屏幕空间中的N，Z和F与摄像机/景物空间的Z'-N'，Z'和F'-Z'对应成比例，比例系数设为R；二是人眼/屏幕空间中的屏幕宽度与摄像机/景物空间的虚拟屏幕宽度成比例，比例系数设为S。在确定了这两组比例关系之后，本发明就可以根据拍摄景物的不同来计算摄像机间距A。
[0033] 根据上述设定，本发明公开一种3D节目制作的深度设计方法，其主要包括以下各个步骤，如图4所示：
[0034] S1：设定摄像机/景物空间、人眼/屏幕空间。
[0035] S2：计算人眼/屏幕空间中对应的正负视差的大小。
[0036] S3：计算摄像机/景物空间中对应的正负视差的大小。
[0037] S4：对景物与摄像机之间的距离进行估计，得出分别得出最近点和最远点到摄像机的距离，并进而得出虚拟屏幕距摄像机的距离。
[0038] S5：根据摄像机的视角或者底片宽度与焦距的比值计算出虚拟零视差平面的宽度，并进而得出在两个不同的空间中，虚拟零视差平面宽度的比值。
[0039] S6：计算摄像机间距。
[0040] S7：对摄像机间距进行修正。
[0041] 下面来详细说明上述各个步骤：
[0042] 计算人眼/屏幕空间中对应的正负视差的大小，负视差 正视差
[0043] 计算摄像机/景物空间中对应的正负视差的大小，负视差 正视差[0044] 在不同空间中的正负视差的大小虽然不是对应相等，但是它们之间有着明确的比例关系， 由于在人眼/屏幕空间中，N，Z和F三者的大小已经确定，从而可以得到比值R。在拍摄过程中，拍摄者要对景物与摄像机之间的距离进行估计，得出分别得出最近点和最远点到摄像机的距离N'和F'，进而得出虚拟屏幕距摄像机的距离[0045] 在得出Z'之后，可以根据摄像机的视角或者底片宽度与焦距的比值计算出虚拟零视差平面的宽度 进而得出在两个不同的空间中，虚拟零视差平面
宽度的比值
[0046] S决定了两个空间之间的比例关系，对应在视差上可以得到d'N＝SdN。因此[0047] 考虑到边缘的Crop情况，摄像机在A固定不变的情况下，需要对焦距和视角的修正，修正后的焦距 摄像机视角 但是由于修正量相对较小，对于大多数摄像机的焦距而言无法做到如此微小的调整，因此考虑对摄像机间距A进行修正，修正后的摄像机间距为
[0048] 基于上述3D参数关系，在3D内容的深度调整方面，可以通过设置摄像间的基线距离、焦距等参数进行，该参数设置应考虑到3D节目播放的环境参数，如屏幕尺寸、人眼观看距离等。
[0049] 输入播放屏幕的大小，以英寸为单位(1inch＝25.4mm)，通常来讲屏幕大小是以屏幕的对角线长度来衡量的。以46吋的播放屏幕为例，其对角线长度为46×25.4＝1168.4mm；
[0050] 选择播放屏幕的宽高比，常用的播放屏幕通常对应于两种宽高比，即4:3和16:9，用户可以根据自己的实际情况做出选择。对于宽高比为4:3的屏幕，其宽度和高度分别是对角线长度的0.8倍和0.6倍，对应于46吋播放屏幕为934.72mm和701.04mm。对于宽高比为16:9的屏幕，其宽度和高度分别约为对角线长度的0.87倍和0.49倍，对应于46吋播放屏幕为
1016.51mm和572.52mm。
[0051] 零视差平面确定的依据是人眼的最佳观看距离约为播放屏幕高度的四倍。根据Sharp欧洲实验室提出的经验公式，即对于700mm的最佳观看距离，前景和背景的感知深度距播放平面的距离分别为50mm和60mm。随着屏幕尺寸的变化，前景和背景的感知深度距播放平面的距离也会成比例的放大。以16:9的46吋播放屏幕为例，最佳观看距离为4×572.52＝2291.68mm。依据比例关系计算出前景感知深度和背景感知深度分别为163.7mm和196.4mm，从最大景深与最小景深所能感知到景深范围约为350mm。
[0052] 选择拍摄方式并设置拍摄景深
[0053] 选择摄像机的放置方式。在进行立体视频拍摄的过程中，最常见的两种放置方式为平行式和汇聚式。顾名思义，他们之间的区别就在于两部摄像机的光轴是平行的还是汇聚相交的。两种放置方式各有优劣，若以平行式放置，零视差将出现在无穷远点，但可以避免产生垂直视差；若以汇聚式放置，零视差将出现在两摄像机光轴的交点上，但产生的垂直视差会使观众产生头晕与不适。在实际拍摄过程中，本发明将移轴摄像机平行放置，从而达到最好的拍摄效果。平行式和汇聚式的放置方式如图5和6所示。
[0054] 在确定了摄像机的放置方式之后，拍摄者要根据拍摄景物的不同层次，确定实景前景深度N'，实景背景深度F'或者实景虚拟零视差平面Z'。三者之中只要确定其中的两个，就可以通过摄像机/景物空间和人眼/屏幕空间的比例关系求出第三个：已知N'、F'，已知N'、Z'， 已知Z'、F'， N'、F'和Z'三者的计算与摄像机的放置方式无关。
[0055] 对于平行式的放置方式，考虑到边缘Crop的情况，需要对摄像机焦距或者原有摄像机间距A进行修正。前者要求摄像机焦距能够实现微小调整，在前面步骤所得数据的
基础上，计算得到摄像机间距为194.04mm。因考虑边缘Crop情况而进行修正摄像机焦距为7.84mm，略小于原有的7.95mm焦距，与此同时，摄像机的视角也略有变大。
[0056] 而对于汇聚式的放置方式，除了要计算摄像机间距A，还要根据零视差平面与场景物体
位置关系，在所设定的两个摄像机基线距离基础上，计算得到两摄像机相对于平行式放置模式下的旋转角度。
[0057] 技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的
权利要求书范围内。
