تصویربرداری سه بعدی و معیارهای کیفیت تصاویر سه بعدی

تصویربرداری سه بعدی

2-1 تصاویر سه بعدی  ………….

2-2 روش‌های مختلف ثبت و نمایش تصاویر سه بعدی..

2-2-1 روش استریو سکوپی.

2-2-2 روش‌های مبتنی بر هولوگرافی.

2-2-3 روش تصویربرداری انتگرالی.

2-2-4 مبنای کار روش تصویربرداری انتگرالی.

2-3 نتیجه گیری  ………………….

معیارهای کیفیت تصاویر سه بعدی..

3-1 بررسی معیارهای کیفیت تصاویر سه بعدی بر اساس روش استریوسکوپی.

3-1-1 اندازه گیری ویژگی های کیفی تصاویر استریو.

3-1-2 نتیجه گیری

3-2 ارزیابی کیفیت تصاویر استریو بر اساس معیارهای عینی.

3-2-1 کیفیت تصویر و اندازه گیری اختلاف اعوجاج سراسری..

3-2-2 کیفیت تصویر واندازه گیری اختلاف اعوجاج اختلاف محلی.

3-3 پیش بینی کیفیت ویدیو سه بعدی با استفاده از مدل های کیفیت عینی ویدیو دوبعدی..

3-4 معیارهای ذهنی کیفیت بکار رفته در فشرده‌سازی تصاویر سه‌بعدی..

3-4-1 تاریخچه فشرده‌سازی..

3-4-2 ویژگی های مهم سیستم بصری انسان.

3-4-3 تحقیقات انجام شده بر روی میزان مناسب فشردهسازی بر اساس سیستم بینایی انسان.

3-4-4 الگوریتم ارائه شده جهت اندازهگیری کنتراست سه بعدی با پهنای باند محدود

3-5 معیار عینی ارزیابی کیفیت بر اساس  عمق تصویر.

3-5-1 بررسی کیفیت مبتنی بر عمق تصویر.

3-5-2 روش ارائه شده جهت ارزیابی عینی کامل DIBR..

3-6 ارزیابی عینی کیفیت تصاویر استریو بر اساس تفاوت تصویر دو چشم

3-6-1 تاثیر تفاوت دید دو چشمی بر ادراک سه بعدی..

3-6-2 ارزیابی کیفیت عینی تصویر استریو.

3-7 ارزیابی کیفیت تصاویر سه بعدی بر اساس فرکانس های فضایی.

3-7-1 اثر فرکانس فضایی بر دید غالب..

3-7-2 ارزیابی کیفیت تصویر تخریب شده

3-8 کیفیت درک شده از تصاویر سه بعدی فشرده‌سازی شده بر اساس تأثیرات کدینگ JPEG متقارن و نامتقارن

3-8-1 کدینگ نامتقارن و کیفیت درک شده تصویر.

3-8-2 عمق درک شده

3-8-3 وضوح درک شده

3-8-4 فشار چشم درک شده

منابع تصویربرداری سه بعدی

تصویربرداری سه بعدی

تصویربرداری سه بعدی

جهت تشریح مفهوم تصویربرداری سه بعدی، ابتدا می­بایست مختصراً به تشریح سیستم بینایی انسان به عنوان گیرنده اصلی تصاویر سه ­بعدی بپردازیم. یکی از مهم‌ترین اعمال سیستم بینایی انسان تشکیل تصویر سه‌بعدی از دنیای پیرامون ماست. در واقع پروسه بینایی شامل ادراک وجود موجودات اطراف و تشخیص موقعیت مکانی آن‌ها می‌باشد. تصاویر تشکیل شده بر روی پرده چشم ما، الگوهای نور انعکاس یافته از فضای پیرامون ماست و سیستم بینایی ما برای کشف آنچه دریافت شده از تحلیل‌های مختلفی استفاده می‌کند. از آنجا که جهان ما فضای سه‌بعدی است، ما باید اطلاعات هر سه بعد را برای داشتن تصویری کامل از اطراف خود دریافت کنیم؛ اما مشکل اینجاست که این فضای خارجی بر روی پرده هر دو چشم به صورت دوبعدی ثبت می‌شود (شکل 2-1 بیانگر این مطلب می‌باشد).

بنابراین سؤالی که مطرح می‌شود این است که تبدیل دو تصویر دوبعدی تشکیل شده در دو چشم که از زاویه‌های مختلف دریافت شده، به تصویر سه‌بعدی از فضای پیرامون ما چگونه انجام می‌شود؟ مکانیزمی که ما با استفاده از آن فضای سه‌بعدی اطراف خود را بازسازی می‌کنیم، استریوپسی[1] نام دارد (شکل 2-2 را ببنید). از آنجا که فاصله میان دو چشم انسان به طور متوسط 6.3 سانتی متر است هر یک از چشم‌های ما نمای متفاوتی از یک منظره یکسان را ملاحظه می‌نماید. مغز انسان این دو تصویر را با یکدیگر ترکیب کرده و از آنجا که هر تصویر مقداری نسبت به دیگری جابجا شده است، فاصله نسبی بین دو تصویر و اطلاعات عمق آن‌ها، دریافت خواهد شد. توانایی مغز انسان برای انجام چنین محاسباتی استریوپسی نامیده می‌شود.

به این ترتیب توانایی سیستم بینایی انسان در ادراک فضای سه‌بعدی می‌تواند مبنای ثبت و نمایش تصاویر سه‌بعدی قرار گیرد؛ با این مقدمه می­توان به بیان مفهوم تصویربرداری سه بعدی پرداخت.

تصاویر سه بعدی

جهت بیان مفهوم تصویربرداری سه بعدی، در ابتدا لازم است به توضیح مختصری راجع به عمق[2] بپردازیم: هنگامی که توسط دو یا چند دوربین، از صحنه مورد نظر تصویربرداری سه بعدی صورت می‌گیرد، اگر که این تصاویر در کنار یکدیگر قرار گیرند صحنه سه بعدی تهیه می‌شود. تفاوت این تصاویر مفهوم عمق را به چشم منتقل می‌کند. شکل 2-3 بیانگر این موضوع است.

تصاویر سه بعدی تصاویری هستند که دارای ویژگی عمق هستند که این ویژگی باعث افزایش حجم اطلاعات می‌شود. تصویر سه بعدی این امکان را در اختیار قرار می‌دهند که بتوان حجم بیشتری از اطلاعات را داخل کاور قرار داد و سپس به سمت گیرنده ارسال کرد. برای مثال با تغییر تفاوت دو تصویر میزان عمق دریافتی را عوض کرده و به این ترتیب پیامی را به صورت مخفیانه به گیرنده منتقل می‌کنیم. در تصویر سه بعدی به دنبال نواحی در تصویر می‌گردیم که با تغییر آن‌ها بیننده متوجه تغییر نشود.

معیارهای تشخیص تغییر:

•    با استفاده از ویژگی‌ها[3]
•   با چشم قابل دیدن می‌باشند[4]

برای مثال به دلیل حساس بودن چشم انسان به فرکانس‌های میانی درج نهان نگاری در فرکانس‌های میانی انجام نمی‌شود. معمولاً عمل درج در حوزه فرکانس انجام می‌شود. به این دلیل که دنیای تصویربرداری به سمت تصاویر سه بعدی می رود و تصاویر سه بعدی ویژگی‌ها و پارامترهای بیشتری نسبت به تصاویر دوبعدی دارد. همچنین امکان درج پیام با ظرفیت و امنیت بالاتری را فراهم می‌کند در نتیجه جهت کاربردهای نهان نگاری بسیار مناسب هستند.

هدف از انجام نهان نگاری در تصاویر سه بعدی، درج اطلاعات با ظرفیت بالا و قابلیت آشکار سازی پایین در تصاویر سه بعدی با استفاده از مفهوم عمق در تصاویر و پارامترهای نشان دهنده عمق، طراحی و پیاده­سازی الگوریتم برای نهان­نگاری در تصویر است، به عبارت دیگر هدف برقراری نوعی مخابره مخفی داده به میزبانی یک سیگنال تصویر است که باید از کانال مخابراتی عبور داده شود.

روش‌های مختلف ثبت و نمایش تصاویر سه بعدی

تا کنون سه روش عمده به منظور ثبت و نمایش تصاویر سه بعدی ارائه و بکار گرفته شده است. ساده‌ترین و معمول‌ترین روش تصویربرداری سه بعدی که تا بحال استفاده شده است روش استریوسکوپی[5] می‌باشد. روش هولوگرافی دومین روش معمول تصویربرداری سه بعدی است که از منبع نور همدوس استفاده کرده و در آن می‌توان تصویری از تمام نماهای منظره سه بعدی و با نقاط دید پیوسته داشت؛ و بالأخره روش سوم، روش تصویربرداری انتگرالی[6] می‌باشد که بر اساس قوانین نور هندسی بوجود آمده است.

در روش تصویربرداری سه بعدی بر اساس تصویربرداری انتگرالی، تصویر سه بعدی از تقاطع پرتوهای نور صادرشده از تصاویر المانی[7] دوبعدی با استفاده از یک آرایه لنز ایجاد می‌شود. همانند روش هولوگرافی، روش تصویربرداری انتگرالی، تصاویر سه بعدی که از تمام نماها و با زوایای دید پیوسته قابل رویت هستند فراهم می‌نماید. در این بخش به بررسی و تحلیل ویژگی‌ها و محدودیت‌های این سه روش خواهیم پرداخت.

بررسی معیارهای کیفیت تصاویر سه­ بعدی بر اساس روش استریوسکوپی

چشم انداز سه بعدی یک انسان شامل مجموعه ای از زیر سیستم ها است که به طور همزمان بطور مجزا مشغول به کار هستند. مغز انسان با بهره گیری از انواع مختلف اطلاعات بصری (نشانه های عمق) موجود در صحنه اقدام به درک کردن عمق تصویر می کند. برخی از نشانه های عمق با یک چشم قابل درک می باشند؛ مانند سایه، چشم انداز غیره. نشانه های دیگر مانند عمق و همگرایی نیاز به همکاری دو چشم با هم دارد. بیشتر نشانه ها، برای درک بهتر تصاویر سه بعدی هستند. به هر حال آزمایشات انجام شده با روش موسوم به برجسته نگاری در نقاط تصادفی که در مرجع [12] به آن اشاره شده است نشان می دهد که نشانه های دوچشمی و یک چشمی به طور مستقل دریافت می شوند. به طریق مشابه، مغز انسان درک مستقلی از تخریب ویژگی های دو چشمی و یک چشمی در یک صحنه سه بعدی خواهد داشت.

در ادامه این بخش، یک طبقه بندی ارائه شده از مولفه های تخریبی دوبعدی مرتبط به یک فریم تصاویر استریو تشریح می گردد. مولفه های تصویر دوبعدی تمام مولفه های معمولی برای یک تصویر دوبعدی را تشکیل می دهند؛ مانند محو کردن، نویز، همپوشانی و دیگر تغییرات ساختاری. یک ناظر انسانی می تواند یک “مولفه دوبعدی” (به عنوان مثال مقدار کمی از تاری) را تشخیص دهد در حالی که هنوز درک استریو کاملی از یک جفت تصویر دارد. به هر حال اعوجاج های بزرگتر (به عنوان مثال مقدار زیادی از تاری) می تواند تمام نشانه های دید دو چشمی را تخریب کند.

مولفه های تخریبی سه بعدی باعث تغییر رابطه بین زوج تصاویر استریو شده و در نتیجه باعث می شود مغز از استخراج نشانه عمق توسط دید دو چشمی مناسب باز ماند. چنین مولفه هایی بصورت تغییرات ویژگی های سه بعدی صحنه مورد نظر، نظیر تغییر در انحنای سطوح، تغییر در خمیدگی میدان استریو و تغییرات ساختاری مختلف، بروز می نمایند.

سایر تغییرات، مانند اختلاف عمودی، اعوجاج در نواحی مهم و اعوجاج های رنگی، موجب انتقال اطلاعات غیر طبیعی به مغز شده و باعث فشار به سیستم بینایی و ایجاد ناراحتی عصبی می شوند. تداخل بین دو تصویر زوج استریو می تواند بصورت اعوجاج سه بعدی و یا دوبعدی بسته به مقدار تداخل، درک شود.

در ادامه در بخش­های زیر به بررسی معیارهای مختلف ارائه شده جهت اندازه­ گیری کیفیت تصاویر سه­ بعدی پردازش شده می پردازیم. این پردازش شامل هر نوع پروسه­ ای است که منجر به تغییر و لذا تخریب ویژگی­های سه بعدی می­شود. این پردازش در این رساله شامل عملیات درج و نهان­نگاری می­باشد.

تصویربرداری سه بعدی

جهت مشاهده نمونه های دیگر از پایان نامه مهندسی برق کلیک کنید.

نمونه ای از منابع تصویربرداری سه بعدی

• [24] G. P. Lorenzetto and P. Kovesi, “A phase based image comparison technique.”
• [25]  L. B. Stelmach and W. J. Tam, “Stereoscopic image coding: effect of disparate image-quality in left- and right-eye views.,” Signal Processing: Image Communications 14, pp. 111–117, 1998.
• [26]  W. Osberger, A. J. Maeder, and D. McLean, “A computational model of the human visual system for image quality assessment,” in Proceedings DICTA-97, pp. 337–342, (Auckland, New Zealand), 1997.
• [27]  E. Peli, “Contrast in complex images,” Opt. Soc. Am. 7(10), pp. 2032–2040, 1990
• [28] “Final report from the video quality experts group on the validation of objective models of video quality assessment.,” tech. rep., Visual Quality Experts Group, 2000.
• [29] M. Fischler and R. Bolles, “Random sample consensus: A paradigm for model fitting with applications to image analysis and automated cartography,” Communications ACM 24, pp. 381–395, June 1981.
• [30]  L. Zhang and W. J. Tam, “Stereoscopic image generation based on depth images for 3D TV,” IEEE Trans.Broadcast. 51, pp. 191-199, June 2005.
• [31]  Z. Wang, L. Lu and A. C. Bovik, “Video quality assessment based on structural distortion measurement,” Signal Processing: Image Communication, vol.19, pp.121-132, Jan 2004.
• [32] Perkins, M. G. 1992. Data compression of stereopairs. IEEE Transactions on Communications 40, 684–696.
• [33] Tam, W., Stelmach, L., and Corriveau, P. 1998. Psychovisual aspects of viewing stereoscopic video sequences. Proceedings of the SPIE 3295, 226–235.
• [34] Meegan, D. V., Stelmach, L. B., and Tam, W. J. 2001. Unequal weighting of monocular inputs in binocular combination: implications for the compression of stereoscopic imagery. Journal of Experimental Psychology: Applied 7, 143–153.
• [35] IJsselsteijn, W., de Ridder, H., Hamberg, R., Bouwhuis, D., and Freeman, J. 1998. Perceived depth and the feeling of presence in 3DTV. Displays 18, 207–214.
• ….
• ….