[发明专利]用于从二维视频源中合成出三维视频的系统和方法

说明书

此申请要求Amber C.Davidson和Loran L.Swensen 1996年12月27日提交并包括在本文中作为参考的题目为“TWO-DIMENSIONAL TOTHREE-DIMENSIONAL STEREOSCOPIC TELEVISIONCONVERTER”的美国临时专利申请No.60/034,149的权益。

本发明一般涉及用于处理及显示视频图象的系统和方法。具体涉及接收二维视频信号并合成出被显示在显示装置上的三维视频信号的系统和方法。

逼真的三维视频在娱乐业，商业，工业以及研究领域均有广泛的用途。而上述每种领域又均有各自不同的需求和不同的目标。由于要求不同，使得适用于某一领域的某些系统有可能完全不适用于其它的领域。然而，通常三维视频图象必须在持续很长时间的情况下也不会给人带来紧张和眼睛疲劳等不舒适的感觉。此外，系统还应有足够高的分辨率和图象显示品质以提供良好视觉效果。然而，现有技术的系统并不能总是很充分地实现这些目标。

任何被设计来产生三维视频图象的方法均依赖于其将不同视频流投影到观察者每只眼睛上的能力。这些视频流包含有被观察者理解为三维图象的视觉线索。目前已研制出多种不同的系统用来将这两个视频流展示给个人的不同眼睛。一些系统采用的是为了使其每只眼睛感知不同的视频流而让观察者所佩戴的使用无源偏振或具有不同颜色的观测透镜和眼镜的双屏显示器。其它方法则是利用其中只采用一个在两个视频流之间快速切换的单独显示屏进行显示的场或帧多路复用技术。这些系统典型地具有一付由个人佩戴的遮光镜，遮光板交替地遮住一只眼睛和另一只眼睛以使每只眼睛感知不同视频流。最后，如那些通常在虚拟现实系统中所使用的一些系统，使用的是内置在由观察者所戴的头盔中的双液晶或双CRT显示器。其它技术还包括不需要佩戴眼镜的投影系统和多种自动立体视觉系统。

产生并显示三维视频图象的现有技术系统通常采用两种方法之一。第一种方法采用的是用于产生两个视觉信息通道的双眼系统，例如两个透镜或两个摄像机。两个通道的空间偏移量产生了模仿个人的眼睛所产生效果的视差效果。

利用两个摄像机产生高品质立体视频中的关键因素是保持两个通道的图象数据的严格对准。必须保持摄像机透镜的对准，当本系统的电子器件或光学器件对由摄像机所产生的视频信号进行处理时，视频信号必须保持严格的时间对准。观察者将把未对准感知为失真。众所周知双屏显示系统特别易于发生对准失配，且其体积很大并十分笨重，而且由于具有多个显示器而十分昂贵。多路复用场或帧的单显示屏方案虽然可以减轻由双显示器而产生的问题，但这些系统的性能仍旧依赖于输入视频数据的对准精度。

为多种系统所采用的第二种方法试图将输入的二维视频信号转换为适用于立体显示器的形式。这些系统通常将该二维视频信号分解为两个单独通道的视觉信息，其中一个通道的视频信息相对于另一个通道的视频信息有所延迟。由于接收和处理两个单独通道信息的必要硬件要求有所降低，所以用于从二维输入数据中合成出模拟三维场景的系统势必会稍微便宜一些。此外，此类系统可以使用任何常规的视频源，而不再需要由立体摄像机系统所产生的特殊视频。然而对于在场景中并不移动的物体，为了生成模拟模拟三维场景而依赖于部分数据的时间偏移的方法并不很奏效。因此，目前还不存在能够从二维输入信号中产生高品质模拟三维视频的系统。

另一个限制着传统三维视频取得商业上的成功的因素是此类系统的大多数用户常会体验到的包括视觉疲劳，头疼和恶心等在内的有害生理反应。其中的一个例示便是50到60年代所十分流行的3D电影。然而今天，在主题公园和类似集会地点之外，因为一般观众对此种媒介的容忍度是有限的，所以通常要将这些电影的长度限制为30分钟左右。观众的容忍度问题似乎是传统立体观测技术的固有问题，其是由于这些系统不能逼真模仿人类视觉系统的工作原理而造成的。此类系统似乎也存在由于不能解释人脑的中心作用以及高效视觉处理中人脑与眼睛之间的神经协作而带来的问题。

总之，现有技术的系统存在图象品质不佳，用户容忍度较低以及成本较高的缺点。因此制造出能够克服上述缺点的三维视频系统对于本技术领域来说将是很大的进展。

本发明成功地克服了现有技术的问题，其目的在于发明用于从二维视频信号中合成出模拟三维视频图象的系统和方法。本发明相对成本较低，能产生高品质的视频，并具有较高的用户容忍度。本发明的系统并不依赖于为生成模拟三维场景而进行的时间偏移。然而，某些实施例可能会将时间偏移与其它处理结合起来使用以从二维视频源中产生出模拟三维视频。