融合双目多维感知特征的立体视频显著性检测

目的 立体视频能提供身临其境的逼真感而越来越受到人们的喜爱,而视觉显著性检测可以自动预测、定位和挖掘重要视觉信息,可以帮助机器对海量多媒体信息进行有效筛选。为了提高立体视频中的显著区域检测性能,提出了一种融合双目多维感知特性的立体视频显著性检测模型。方法 从立体视频的空域、深度以及时域3个不同维度出发进行显著性计算。首先,基于图像的空间特征利用贝叶斯模型计算2D图像显著图;接着,根据双目感知特征获取立体视频图像的深度显著图;然后,利用Lucas-Kanade光流法计算帧间局部区域的运动特征,获取时域显著图;最后,将3种不同维度的显著图采用一种基于全局-区域差异度大小的融合方法进行相互融合,获得最终的立体视频显著区域分布模型。结果 在不同类型的立体视频序列中的实验结果表明,本文模型获得了80%的准确率和72%的召回率,且保持了相对较低的计算复杂度,优于现有的显著性检测模型。结论 本文的显著性检测模型能有效地获取立体视频中的显著区域,可应用于立体视频/图像编码、立体视频/图像质量评价等领域。     

基于视差重映射的立体图像视觉舒适度提升

目的 针对人眼观看立体图像内容可能存在的视觉不舒适性,基于视差对立体图像视觉舒适度的影响,提出了一种结合全局线性和局部非线性视差重映射的立体图像视觉舒适度提升方法。方法 首先,考虑双目融合限制和视觉注意机制,分别结合空间频率和立体显著性因素提取立体图像的全局和局部视差统计特征,并利用支持向量回归构建客观的视觉舒适度预测模型作为控制视差重映射程度的约束;然后,通过构建的预测模型对输入的立体图像的视觉舒适性进行分析,就欠舒适的立体图像设计了一个两阶段的视差重映射策略,分别是视差范围的全局线性重映射和针对提取的潜在欠舒适区域内视差的局部非线性重映射;最后,根据重映射后的视差图绘制得到舒适度提升后的立体图像。结果 在IVY Lab立体图像舒适度测试库上的实验结果表明,相较于相关有代表性的视觉舒适度提升方法对于欠舒适立体图像的处理结果,所提出方法在保持整体场景立体感的同时,能更有效地提升立体图像的视觉舒适度。结论 所提出方法能够根据由不同的立体图像特征构建的视觉舒适度预测模型来自动实施全局线性和局部非线性视差重映射过程,达到既改善立体图像视觉舒适度、又尽量减少视差改变所导致的立体感削弱的目的,从而提升立体图像的整体3维体验。     

立体图像的视觉感知质量无参考评价方法

为了提高立体图像客观质量评价与人眼感知结果的一致性,改善立体内容的视觉体验效果,考虑到人眼对立体图中不同区域的关注度和不同深度值的立体感都具有差异性的问题,提出基于视觉感知特性的立体质量评价方法.首先引入视觉显著度模型选取人眼感兴趣区域,生成该区域的深度图;然后通过深度最小可觉察误差模型确定人眼对深度图像素值的可感知范围和敏感度因子;最后计算深度的相对层次,得出立体感客观质量值.实验结果表明,该方法的结果与主观质量值之间的相关系数高于0.9,均方误差低于5.4,两者存在较好的一致性,并且优于已有方法的结果.     

一种基于立体视觉的运动目标检测算法

在目标检测中采用立体视觉方法。首先对立体图像对进行匹配求取场景的视差图,再运用基于视差的背景差分法获得含有运动目标的前景区域,最后根据前景区域的视差和位置分布准确定位各运动目标。立体视觉方法有效解决了单目视觉检测方法中的一些难点问题,可以克服光线的变化和阴影干扰对目标检测带来的影响,在多个目标发生部分遮挡时仍能正确区分各运动目标。     

基于单目和双目视觉信息的全参考立体图像质量评价模型

在立体图像质量评价领域,有效地模拟人类视觉系统对图像质量进行评价具有重要意义,考虑到人眼的视觉感知特性,基于单目和双目视觉信息构建一种立体图像质量评价模型MB-FR-SIQA。采用基于结构相似性的立体视差算法得到参考和失真立体图像的视差矩阵,结合Gabor能量响应图、显著性图和视差矩阵生成中间视图,并优化左右眼加权系数计算方法,以提高生成中间视图的准确性。分别利用单目图像和中间视图提取单目和双目视觉信息,计算单目质量分数和双目质量分数,并融合得到立体图像的质量分数,达到评价立体图像质量的目的。实验结果表明,MB-FR-SIQA模型在LIVE-I数据库上具有较高的预测精度,其斯皮尔曼等级相关系数、皮尔森线性相关系数、均方根误差分别为0.945、0.951、5.318,且预测的质量分数符合人类主观评估。     

新的单目立体视觉的视差图的获得方法

在立体视觉中,视差间接反映物体的深度信息,视差计算是深度计算的基础。常见的视差计算方法研究都是面向双目立体视觉,而双焦单目立体视觉的视差分布不同于双目视差,具有沿极线辐射的特点。针对双焦单目立体视觉的特点,提出了一种单目立体视差的计算方法。对于计算到的初步视差图,把视差点分类为匹配计算点和误匹配点。通过均值偏移向量（Mean Shift）算法,实现了对误匹配点依赖于匹配点和图像分割的视差估计,最终得到致密准确的视差图。实验证明,这种方法可以通过双焦立体图像对高效地获得场景的视差图。     

基于自适应聚合的立体视觉合作算法

提出了一种恢复高质量稠密视差图的立体视觉合作算法.该算法采用基于形态学相似性的自适应加权方法,迭代地进行局部邻域的自适应聚合和抑制放大,实现高效率和高质量稠密视差图计算.将该算法推广到三目摄像机立体匹配系统中,通过重建摄像机坐标系实现图像校正,并根据连续性假设和唯一性假设,建立视差空间中的支持关系和三目摄像机之间的抑制关系.实验结果表明,三目立体合作算法能够得到精确的场景视差映射,并可以实现多基线方向的遮挡检测.该算法特别适用于由多个廉价摄像机组成的立体视觉系统,在几乎不增加软件和硬件资源的情况下,就可以得到高质量的稠密视差图.     

时空联合视差优化的立体视频重定向

目的智能适配显示的图像/视频重定向技术近年受到广泛关注。与图像重定向以及2D视频重定向相比,3D视频重定向需要同时考虑视差保持和时域保持。现有的3D视频重定向方法虽然考虑了视差保持却忽略了对视差舒适度的调整,针对因视差过大和视差突变造成视觉不舒适度这一问题,提出了一种基于时空联合视差优化的立体视频重定向方法,将视频视差范围控制在舒适区间。方法在原始视频上建立均匀网格,并提取显著信息和视差,进而得到每个网格的平均显著值;根据相似性变化原理构建形状保持能量项,利用目标轨迹以及原始视频的视差变化构建时域保持能量项,并结合人眼辐辏调节原理构建视差舒适度调整能量项;结合各个网格的显著性,联合求解所有能量项得到优化后的网格顶点坐标,将其用于确定网格形变,从而生成指定宽高比的视频。结果实验结果表明,与基于细缝裁剪的立体视频重定向方法对比,本文方法在形状保持、时域保持及视差舒适度方面均具有更好的性能。另外,使用现有的客观质量评价方法对重定向结果进行评价,本文方法客观质量评价指标性能优于均匀缩放和细缝裁剪的视频重定向方法,时间复杂度较低,每帧的时间复杂度至少比细缝裁剪方法降低了98%。结论提出的时空联合...     

双目立体视觉的三维人脸重建方法

创建逼真的三维人脸模型始终是一个极具挑战性的课题.随着三维人脸模型在虚拟现实、视频监控、三维动画、人脸识别等领域的广泛应用,三维人脸重建成为计算机图像学和计算机视觉领域的一个研究热点.针对这一问题,提出一种基于双目立体视觉的三维人脸重建方法,重建过程中无需三维激光扫描仪和通用人脸模型.首先利用标定的2台摄像机获取人脸正面图像对,通过图像校正使图像对的极线对齐并且补偿摄像机镜头的畸变;在立体匹配方面,选择具有准确可靠视差的人脸边缘特征点作为种子像素,以种子像素的视差作为区域生长的视差,在外极线约束、单调性约束以及对应匹配的边缘特征点的约束下,进行水平扫描线上的区域生长,从而得到整个人脸区域的视差图,提高了对应点匹配的速度和准确度;最后,根据摄像机标定结果和立体匹配生成的视差图计算人脸空间散乱点的三维坐标,对人脸的三维点云进行三角剖分、网格细分和光顺处理.实验结果表明,该方法能够生成光滑、逼真的三维人脸模型,证明了该算法的有效性.     

实时立体视觉系统中的深度映射

目的 为减少立体图像中由于水平视差过大引起的视觉疲劳。针对实时渲染的立体视觉系统,给出了一种非均匀深度压缩方法。方法 该方法在单一相机空间内,通过不同的投影变换矩阵生成双眼图像,水平视差由投影变换来控制。为减少深度压缩造成的模型变形而带来的瑕疵,将不同深度区域内物体施以不同的压缩比例;将相机轴距表示为深度的连续函数,通过相机轴距推导出在单一相机空间内获取双眼图像的坐标变换,将深度压缩转换为模型的坐标变换,从而保证压缩比例的连续变化。结果 实验结果表明,该方法能有效提高立体图像的质量。结论 该方法简单、高效,可应用于游戏、虚拟现实等实时立体视觉系统。     

Visual comfort enhancement study based on visual attention detection for stereoscopic displays

Although numerous potential causes may lead to visual discomfort when viewing content on three‐dimensional (3D) displays, vergence–accommodation conflict is a particular cause of binocular parallax‐based stereoscopic displays, and it is unavoidable. Based on the study of 3D content visual attention, we proposed a novel stereoscopic depth adjustment method to improve the visual comfort and enhance perceived naturalness. The proposed method combined the 3D image saliency and specific viewing condition to establish a novel model for computing the optimum zero‐disparity plane of stereoscopic image. The results of perception experiments, focused on visual comfort and stereoscopic sensation, supported that the proposed method can significantly enhance stereoscopic viewing comfort and even can improve the stereoscopic sensation by insuring the 3D image fusion.     

A learning-based visual saliency prediction model for stereoscopic 3D video (LBVS-3D)

Saliency prediction models provide a probabilistic map of relative likelihood of an image or video region to attract the attention of the human visual system. Over the past decade, many computational saliency prediction models have been proposed for 2D images and videos. Considering that the human visual system has evolved in a natural 3D environment, it is only natural to want to design visual attention models for 3D content. Existing monocular saliency models are not able to accurately predict the attentive regions when applied to 3D image/video content, as they do not incorporate depth information. This paper explores stereoscopic video saliency prediction by exploiting both low-level attributes such as brightness, color, texture, orientation, motion, and depth, as well as high-level cues such as face, person, vehicle, animal, text, and horizon. Our model starts with a rough segmentation and quantifies several intuitive observations such as the effects of visual discomfort level, depth abruptness, motion acceleration, elements of surprise, size and compactness of the salient regions, and emphasizing only a few salient objects in a scene. A new fovea-based model of spatial distance between the image regions is adopted for considering local and global feature calculations. To efficiently fuse the conspicuity maps generated by our method to one single saliency map that is highly correlated with the eye-fixation data, a random forest based algorithm is utilized. The performance of the proposed saliency model is evaluated against the results of an eye-tracking experiment, which involved 24 subjects and an in-house database of 61 captured stereoscopic videos. Our stereo video database as well as the eye-tracking data are publicly available along with this paper. Experiment results show that the proposed saliency prediction method achieves competitive performance compared to the state-of-the-art approaches.

     

Visual comfort prediction for stereoscopic image using stereoscopic visual saliency

Perceptually salient regions of stereoscopic images significantly affect visual comfort (VC). In this paper, we propose a new objective approach for predicting VC of stereoscopic images according to visual saliency. The proposed approach includes two stages. The first stage involves the extraction of foreground saliency and depth contrast from a disparity map to generate a depth saliency map, which in turn is combined with 2D saliency to obtain a stereoscopic visual saliency map. The second stage involves the extraction of saliency-weighted VC features, and feeding them into a prediction metric to produce VC scores of the stereoscopic images. We demonstrate the effectiveness of the proposed approach compared with the conventional prediction methods on the IVY Lab database, with performance gain ranging from 0.016 to 0.198 in terms of correlation coefficients.     

基于视觉显著性的区域立体匹配算法

针对区域立体匹配算法对光照变化敏感,视差图存在目标和弱纹理区域的错配、边界不平滑等问题,提出一种利用视觉显著性特征改进的快速区域立体匹配算法。该算法先利用显著性检测定位图像主要目标区域;再结合索贝尔(Sobel)边缘特征和相角特征完成特征匹配、得到粗视差图;最后通过检测粗视差图中的视觉显著性,消除图像弱纹理区域的突兀噪声。相比绝对误差累计(SAD)、平方误差累计(SSD)和归一化灰度互相关(NCC)算法,所提算法对光照变化不敏感,得到的视差图完整,匹配率高,有利于实时系统应用。     

3维立体动画制作的视觉效果评价

目的 视觉效果评价是3维立体动画制作过程中不可忽略的一环。评价过程主要依靠专业人员的行业经验,受人员知识水平、测试环境等因素的影响。针对该问题,提出了一个主客观结合的评价模型。方法 首先建立了一个面向前期制作的三维动画场景数据集用以训练和测试,针对视觉效果评价的两个重要指标:立体感和视觉舒适度,进行主观实验得到相应的分数;提取全局视觉舒适度特征和感兴趣区域立体感特征,使用支持向量回归(SVR)方法,经过训练和测试得到舒适度评价模型和立体感评价模型。结果 通过将性能验证实验得到验证场景的主观分数与评价模型给出的结果进行比对,结果表明,运用评价模型得到的预测分数与观众主观分数基本一致,该模型可以对影响视觉效果的视觉舒适度和立体感予以5级量化评分。结论 本文所提出的视觉舒适度和立体感评价方法,能建立影响视觉效果的特征与主观评分间的关系,用得到的模型预测分数给制作人员一个及时直观的调节依据标准。     

用户多维感知的3D图像体验质量评价

目的 符合用户视觉特性的3维图像体验质量评价方法有助于准确、客观地体现用户观看3D图像或视频时的视觉感知体验,从而给优化3维内容提供一定的思路。现有的评价方法仅从图像失真、深度感知和视觉舒适度中的一个维度或两个维度出发对立体图像进行评价,评价结果的准确性有待进一步提升。为了更加全面和准确地评价3D图像的视觉感知体验,提出了一种用户多维感知的3D图像体验质量评价算法。方法 首先对左右图像的差异图像和融合图像提取自然场景统计参数表示失真特征;然后对深度图像提取敏感区域,对敏感区域绘制失真前后深度变换直方图,统计深度变化情况以及利用尺度不变特征变换（SIFT）关键点匹配算法计算匹配点数目,两者共同表示深度感知特征;接下来对视觉显著区域提取视差均值、幅值表示舒适度特征;最后综合考虑图像失真、深度感知和视觉舒适度3个维度特征,将3个维度特征归一化后联合成体验质量特征向量,采用支持向量回归（SVR）训练评价模型,并得到最终的体验质量得分。结果 在LIVE和Waterloo IVC数据库上的实验结果表明,所提出的方法与人们的主观感知的相关性达到了0.942和0.858。结论 该方法充分利用了立体图像的特性,评价结果优于比较的几种经典算法,所构建模型的评价结果与用户的主观体验有更好的一致性。     

基于背景原型对比度的显著性物体检测

针对传统显著性模型在自然图像的显著性物体检测中存在的缺陷,提出了一种利用背景原型(background prototypes)进行对比的视觉关注模型,以实现显著性物体的检测与提取;传统显著性模型主要通过计算区域中心与四周区域差异性实现显著性检测,而自然场景中显著性区域和背景区域往往都存在较大差异,导致在复杂图像中难以获得理想检测效果;基于背景原型对比度的显著性物体检测方法在图像分割生成的超像素图基础上,选择距离图像中心较远的图像区域作为背景原型区域,通过计算图像中任意区域与这些背景原型区域的颜色对比度准确检测和提取图像中的显著性物体;实验结果表明,基于背景原型对比度的显著性模型可以更好地滤除杂乱背景,产生更稳定、准确的显著图,在准确率、召回率和F-measure等关键性能和直观视觉效果上均优于目前最先进的显著性模型,计算复杂度低,利于应用推广。