數(shù)字電影產(chǎn)業(yè)中三維圖像重構(gòu)技術(shù)改進(jìn)

甘霖++李雪++王保存

摘 要： 數(shù)字電影中圖像具有動(dòng)態(tài)性和幀分布隨機(jī)性，導(dǎo)致圖像重構(gòu)的逼真度不好。傳統(tǒng)方法采用小波重構(gòu)方法，受到小波尺度選擇準(zhǔn)確性影響較大。為了改善數(shù)字電影畫(huà)面重構(gòu)的視覺(jué)效果，提出一種基于相鄰幀補(bǔ)償和電子穩(wěn)像技術(shù)的數(shù)字電影產(chǎn)業(yè)中三維圖像重構(gòu)技術(shù)。對(duì)數(shù)字電影的圖像畫(huà)面進(jìn)行像素特征點(diǎn)掃描，對(duì)掃描輸出的特征點(diǎn)采用相鄰幀差補(bǔ)償方法進(jìn)行模板匹配和邊緣輪廓特征提取，提取數(shù)字電影圖像中動(dòng)態(tài)跳頻特征點(diǎn)，對(duì)提取的特征點(diǎn)通過(guò)SIFT算法進(jìn)行電子穩(wěn)像處理，提高圖像重構(gòu)的畫(huà)質(zhì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用該方法進(jìn)行數(shù)字電影的三維圖像重構(gòu)，具有較好的圖像畫(huà)面輸出效果，在3D和4D影像設(shè)計(jì)中具有應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞： 數(shù)字電影； 三維圖像重構(gòu)； 穩(wěn)像； 幀補(bǔ)償

中圖分類號(hào)： TN911.73?34； TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2017）18?0104?03

Improvement of 3D image reconstruction technology in digital film industry

GAN Lin， LI Xue， WANG Baocun

（College of Arts， North China University of Science and Technology， Tangshan 063100， China）

Abstract： The image in digital film has the dynamic nature and random distribution of frames， which may result in poor fidelity of image reconstruction. The wavelet reconstruction method adopted in traditional methods is influenced by wavelet scale selection accuracy greatly. In order to improve the visual effect of digital film image reconstruction， a three?dimensional image reconstruction technology based on adjacent frame compensation and electronic image stabilization in digital film industry is proposed. The pixel feature points of the images in digital film are scanned， and the scanned and output feature points are performed with template matching and edge contour feature extraction by means of adjacent frame difference compensation method to extract the dynamic frequency hopping feature points in digital film images. The extracted feature points are processed with electronic image stabilization technology by means of SIFT algorithm to improve the quality of image reconstruction. The experimental results show that the method used to reconstruct the 3D image of digital film has good image output effect， and broad application prospect in the design of 3D and 4D images.

Keywords： digital film； 3D image reconstruction； image stabilization； frame compensation

隨著數(shù)字電影產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對(duì)電影的圖像畫(huà)質(zhì)的清晰度和3D呈現(xiàn)能力提出更高的要求。對(duì)數(shù)字電影畫(huà)面的三維重構(gòu)，結(jié)合三維虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和視景仿真技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高清圖像合成。研究數(shù)字電影產(chǎn)業(yè)中三維圖像重構(gòu)技術(shù)在促進(jìn)電影產(chǎn)業(yè)的優(yōu)化升級(jí)，提高電影畫(huà)質(zhì)和整體質(zhì)量方面具有重要意義。對(duì)數(shù)字電影產(chǎn)業(yè)中三維圖像重構(gòu)是建立在圖像感知、圖像信息融合和圖像降噪濾波等圖像處理算法基礎(chǔ)上的，通過(guò)對(duì)攝影機(jī)采集的圖像進(jìn)行降噪處理，結(jié)合電子穩(wěn)像和三維重建技術(shù)實(shí)現(xiàn)圖像畫(huà)面升級(jí)，改善成像質(zhì)量，再利用3D重構(gòu)技術(shù)實(shí)現(xiàn)三維情景再現(xiàn)。數(shù)字電影中圖像具有動(dòng)態(tài)性和幀分布隨機(jī)性，對(duì)電影圖像重構(gòu)的難度較大、畫(huà)質(zhì)不好，傳統(tǒng)方法采用小波重構(gòu)方法[1]，受到小波尺度選擇準(zhǔn)確性影響較大。為了克服傳統(tǒng)方法的弊端，本文提出一種基于相鄰幀補(bǔ)償和電子穩(wěn)像技術(shù)的數(shù)字電影產(chǎn)業(yè)中三維圖像重構(gòu)技術(shù)，結(jié)合電子穩(wěn)像和三維重構(gòu)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字電影畫(huà)質(zhì)優(yōu)化，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析得出有效性結(jié)論。

1 電影畫(huà)面的圖像采集預(yù)處理

1.1 數(shù)字電影畫(huà)面的像素特征點(diǎn)掃描

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字電影產(chǎn)業(yè)中三維圖像重構(gòu)，需要首先對(duì)數(shù)字電影的圖像畫(huà)面進(jìn)行像素特征點(diǎn)掃描。圖像掃描采用幀檢測(cè)方法進(jìn)行，結(jié)合A/D特征采樣和激光掃描技術(shù)實(shí)現(xiàn)圖像成像處理[2]。在灰度區(qū)域中圖像像素大小記為[M×M]，對(duì)每幀圖像進(jìn)行像點(diǎn)融合處理，融合處理的更新迭代公式為[s（k）=θ（k），Δx（k），Δy（k）]，得到三維掃描圖像的像素值趨于0，通過(guò)變分原理獲得圖像畫(huà)面的全息信息，在亞像素級(jí)空間中得到圖像特征分布的歸一化像素值為：

3 仿真實(shí)驗(yàn)分析

在Matlab仿真環(huán)境中進(jìn)行數(shù)字電影三維圖像重構(gòu)的仿真實(shí)驗(yàn)分析，采用定點(diǎn)幀掃描方法進(jìn)行原始圖像采集，掃描的頻次為f=12 kHz，掃描圖像大小為2 000×2 000 像素，圖像采集的持續(xù)時(shí)間[Tm=14]s，圖像畫(huà)質(zhì)的干擾項(xiàng)為均值為0，方差為0.24的高斯噪聲。根據(jù)上述仿真參量設(shè)定，進(jìn)行數(shù)字電影畫(huà)質(zhì)的三維重構(gòu)，為了對(duì)比性能，采用不同方法進(jìn)行三維重構(gòu)，得到原始采集圖像如圖1所示，重構(gòu)效果對(duì)比如圖2所示。

分析仿真結(jié)果得知，采用本文方法進(jìn)行數(shù)字電影三維圖像重構(gòu)的視覺(jué)效果更好，畫(huà)面品質(zhì)更佳。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文研究了數(shù)字電影產(chǎn)業(yè)中畫(huà)面優(yōu)化重構(gòu)方法，提出一種基于相鄰幀補(bǔ)償和電子穩(wěn)像技術(shù)的數(shù)字電影產(chǎn)業(yè)中三維圖像重構(gòu)技術(shù)，提取數(shù)字電影圖像中動(dòng)態(tài)跳頻特征點(diǎn)，對(duì)提取的特征點(diǎn)通過(guò)SIFT算法進(jìn)行電子穩(wěn)像處理，提高圖像重構(gòu)的畫(huà)質(zhì)。分析得知，采用該方法進(jìn)行數(shù)字電影的三維圖像重構(gòu)，具有更高的圖像畫(huà)面輸出質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄭偉，張晶，李凱玄，等.基于相位一致性改進(jìn)的活動(dòng)輪廓分割模型[J].激光技術(shù)，2016，40（2）：296?302.

[2] 盂勃，韓廣良.基于改進(jìn)的尺度不變特征變換特征點(diǎn)匹配的電子穩(wěn)像算法[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2012，32（10）：2817?2820.

[3] 牛英宇，聶瑞杰，李麗娟.基于FPGA的紅外圖像非均勻校正實(shí)現(xiàn)方法[J].激光與紅外，2016，46（8）：1028?1032.

[4] 郭復(fù)勝，高偉.基于輔助信息的無(wú)人機(jī)圖像批處理三維重建方法[J].自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2013，39（6）：834?845.

[5] HU A， ZHANG R， YIN D， et al. Image quality assessment using a SVD?based structural projection [J]. Signal processing： image communication， 2014， 29（3）： 293?302.

[6] 陳倩，潘中良.一種基于GPU加速的三維分形實(shí)時(shí)渲染方法[J].激光雜志，2016，37（11）：136?140.endprint