数字视频处理课件4.ppt
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1、第四章 立体视频(3D Video),4.1 立体视觉基本原理,古埃及壁画,立体视觉,早在五千多年前的古埃及,人们就己经有了对立体成像技术的追求 考古发现当时对人物形象的画法造型,全身侧面造型,唯有双肩体位保持正面 大部分都把脸表达成侧面的姿态,显示出额头、鼻子和嘴唇的轮廓,而眼睛和上身的位置都是正面的,整个人物从头到脚有两次90度的转向,立体视觉,真人或站或坐都无法保持这种姿势,但这种奇特的造型却可使人物具有立体感和厚重感。古代尚且能以此实现立体视觉的梦想,当代的人们就更不满足于平面场景,古埃及壁画,4.1.1 立体视觉定义,立体视觉是人眼在观察事物时所具有的立体感 人眼对获取的景象有相当的
2、深度感知能力(Depth Perception),而这些感知能力又源自人眼可以提取出景象中的深度要素(Depth Cue) 立体视觉的形成因素有两类,一类为生理因素,一类为心理因素,4.1.2 立体视觉的生理因素,双眼观察景物能分辨物体远近形态的感觉 双眼同时注视某物体,双眼视线交叉于一点,叫注视点 从注视点反射回到视网膜上,这两点将信号转入大脑视中枢合成一个物体完整的像。不但看清了这一点,而且这一点与周围物体间的距离、深度、凸凹等等都能辨别出来,这样成的像就是立体的像,单眼视觉,单只眼睛视觉的例子:,单眼视觉,从不同方向(A, B)来的光,落在视网膜的不同区域(a, b)上,因此可以加以辨别
3、,但是由于在同一方向上的所有各点(A1,A2, A3)投射于视网膜的同一区域,则无法确定哪一点更远或哪一点近,因此视网膜点只能表明客体的方向不能表明它的距离,辐辏,眼球的旋转汇聚运动可称之为辐辏(形容视线聚集像车辐集中于车毂一样) 两眼对一观察点的两视线所夹的角称为辐辏角,辐辏,其中a1, a2分别为点Fl和F2的辐辏角。Fl和F2两点远近不同,因此,辐辏角a1, a2也不同,眼球旋转运动的程度也不一样,这样就产生了深度感觉,辐辏,看近处,双眼视轴较集中,看远处物体时,双眼视轴趋于分散;当距离达到一定程度时,双眼视轴接近平行,双眼视差,在观看空间某个对象时,人的双眼就从左右两边稍有差别的角度进
4、行观察,因此被观察的物体在人的左右眼视网膜上所形成的像存在略微的差异,这种差异就是双眼视差。视差的产生是由于人的左右眼之间有一定的距离,双眼视差,双眼视差,把一本书放在眼睛正前方大约25厘米的地方,使书脊朝向人脸并向下倾斜45度角,这时左眼就能看到书的封底,而右眼能看到书的封面。当左右眼视网膜产生的影像同时传向视觉中枢时,人就能感到眼前的这本书有立体感,书脊成像过程,双眼视差,当把书逐渐离开观察者时,书上的每一点相对左右眼所形成的视角就逐渐减小,所形成的视差也就逐渐变小,到达一定距离时,视差消失。物体距离眼睛太远时,就不会产生有深度感的视觉了。所以,物体越近,视差越明显,人眼就是由此获得深度信
5、息的,双眼视差,眼的调节,通过睫状肌的收缩与舒张,晶状体发生凸度和曲率的改变,使视网膜上的像得以清晰,这是保证视差存在的基本条件。假如视网膜上的像是模糊的,这种视差就会小很多,有时甚至会消失,因而形成立体感能力就差得多,双眼立体视觉,双眼视差、眼的调节和双眼的辐辏是人眼立体视觉的生理因素,是以人眼的生理活动为基础的,而不像单眼立体视觉中含有很多的心理(经验)因素,立体显示原理,L和R分别代表左眼和右眼所在位置,S和T在LR的中垂线上,PQLR。双目注视S点,即通过自适应调节聚焦到S点,由于辐辏效应,左右眼中的S合成一点,立体显示原理,点T1和T2分别代表T点在左右眼中形成的2个像,让这2个像互
6、不干扰地进入左右眼,由于大脑已经习惯了看辐辏以后的效果,所以大脑会自动将T1和T2合成T点,和参考点S相比,T点有了纵深的效果,从而产生立体的感觉,双眼单视,物体在两眼视网膜上单独成像,这两个物像是同时产生的,大脑皮层能将这两个物像融合成一个物像,这就是双眼单视 将双眼视觉像融合为一个视觉像的机能称为融合机能,4.1.3 立体视觉的心理因素,立体视觉除了生理因素之外,还受心理因素影响,心理因素线性透视,视线方向上平行线上对应两点随着视距的增大,在视网膜上所成像点的距离线性减小。这种方法常常用在绘画上,用以表现景物的远近深度 当眺望远方时,远处景物看起来尺寸很小,心理因素线性透视,心理因素相对大
7、小,当同时或短时间相继观察两个不同大小的相似或相同形状的物体时,通常感觉比较大的刺激离我们较近,这种线索称为相对大小,心理因素熟悉的尺寸,通常情况下,我们知道周围环境中许多物体的实际大小,所以我们能够根据记忆和观察到的远处此物体现在的大小推测其离我们的距离,心理因素运动视差,当物体相对于观察者而运动时,由于背景连续的光变化,视网膜上的图像也随之不断变化,并通过时间序列的比较,使立体视觉成为可能,心理因素结构级差,大多数物体的表面都以其纹理或结构等微观形式而相互区别。当我们观察具有结构的表面时,随着距离的增加,组成结构的成分的密度越大,心理因素朦胧透视,随着距离增大,景物的对比度降低从而产生深度
8、觉,这就是空气的透视作用 当观看远处弥漫着烟雾的风景照片时,会有一种强烈的深度感觉,心理因素朦胧透视,心理因素朦胧透视,A scene along the coast of California that illustrates atmospheric perspective,心理因素遮挡,遮挡是指一个物体遮蔽了另一个物体的一部分 如果一个物体部分遮挡另一个物体,那么我们就会知觉到完全暴露的物体离我们近 遮挡是判断物体深度秩序的重要条件,但是不能判断事物间的距离,心理因素遮挡,两个物体的前后位置关系会提供相应的深度线索。图中的a, d提供了深度线索。而 b, c没有深度线索,心理因素遮挡,心理
9、因素阴影,阴影是由不透明或半透明物体的阻碍所引起的表面亮度的变化。通常情况下认为暗的部分是由于光线被遮挡,亮的部分是光线的直接照射,心理因素颜色,同一视标由于颜色的不同,有时看起来近,有时看起来远。因此当观察同一个物体时,根据该物体颜色的变化也可以获得该物体深度变化的心理暗示 亮度相同的颜色,波长较长的光线给人近的感觉,波长较短的光线则相反,心理因素视场,大视场更有利于提高立体感和现场感,比如说人们看电影和电视的感觉就不一样,心理因素,电视、电影的立体感会比照片和图片强很多,可能的原因是什么?,立体作品,美国震撼3D壁画展现了一个灾难场景,由于太过逼真,在马上完成时,这幅灾难画引起了消防队的注
10、意,他们甚至停下车,想去采取营救行动,立体作品,立体作品,立体作品,立体作品,立体作品,立体作品,立体作品,立体作品,第四章 立体视频(3D Video),4.1 立体视觉基本原理 4.2 立体电影,立体电影,耗资5亿美元的电影阿凡达,让观看者享受到一种身临其境的震撼视觉体验,成为2010年初最热门的话题,狂卷全球20亿票房,也引爆3D这个名词,4.2.1 立体电影概述,1839年,英国科学家查理惠斯顿爵士根据“人类两只眼睛的成像是不同的”发明了一种立体眼镜,让人们的左眼和右眼在看同样图像时产生不同效果,这就是今天3D眼镜的原理 1922年,世界上第一部3D电影是爱情的力量,遗憾的是,影片很早
11、之前就已经遗失了。早期3D电影都是以展示立体效果为主,常以指向观众的枪、扔向观众的物体为噱头,立体电影概述,1952年,讲述非洲探险的非洲历险记被认定为是史上第一部真正的3D长片。该片的口号是“狮子在你腿上,爱人在你怀里”。尽管生活杂志在当时称该片“廉价、荒谬”,但观众们仍然热情地挤进电影院去体验片中的“自然视角”,立体电影概述,立体电影概述,1953年,恐怖蜡像馆等一批3D恐怖片应运而生,3D片在上世纪五十年代进入了黄金时期 1954年,当时世界上最伟大的导演们,绝大多数都对3D电影低眼相看,认为那只不过是在玩魔术而已,根本不是艺术。然而,希区柯克不这么想,他在1954年拍摄了3D版的电话谋
12、杀案,成为了当时3D片中为数不多的精品,立体电影概述,1962年,我国的天马电影制片厂拍摄了国内第一部3D立体电影魔术师的奇遇,桑弧导演,陈强主演。后来又陆续出现了欢欢笑笑快乐的动物园靓女阿萍侠女十三妹等,立体电影概述,1982年,迪士尼拍摄了短片魔法之旅,虽然这部短片只有16分钟,但通过CGI(Computer Generation Image)与真人表演的混合,打造出了在当时令人惊讶的3D效果 1982年,13号星期五第三部上映,令80年代的3D电影慢慢复苏,立体电影概述,1983年,3D版的大白鲨第三集轰动一时,放映首周就赚得1300万美元的票房。但因为电影本身水准低下,3D效果也无过人
13、之处,很快就让观众失去了兴趣 1985年,魔晶战士成为世界首部3D动画长片,立体电影概述,2004年,第一部IMAX 3D长片极地特快诞生。该片在2000块普通2D银幕上放映,3D IMAX银幕只有75块。然而就是这75块3D IMAX银幕,获得的票房占全片总票房的百分之三十。3D+IMAX的“超强组合”,让发行方看到了巨大的商业潜力,极地特快,立体电影概述,2005年,迪士尼的动画片四眼天鸡 (鸡仔总动员)采用了新型投影技术放映,减轻了以往看3D电影时容易产生的眼睛疲劳,立体电影概述,2008年,U2 3D演唱会是第一部完全用3D摄影机拍摄的真人影片,这个音乐纪录片堪称先锋,立体电影概述,2
14、009年,环球影业的动画片鬼妈妈是第一部采用停格动画形式的3D电影,立体电影概述,2009年,阿凡达成为有史以来制作规模最大、技术最先进的3D电影。阿凡达(Avatar)是一部科幻电影,由著名导演詹姆斯卡梅隆执导,二十世纪福克斯出品。该影片预算超过5亿美元,成为电影史上预算最高的电影,立体电影概述,大卫斯莱德执导的暮光之城3:月食于2010年6月30日上映,影片采用3D IMAX技术 暮光之城4:破晓上集于2010年秋季开拍,并于2011年11月在北美上映,暮光之城4:破晓下集则将在2012年11月上映,立体电影在中国,3D电影在国内大范围上映实际始于2008年的地心历险记。近在咫尺的细微生物
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