戴琼海研讨团队：引领中国破体视频技巧逾越式发展海外-T:12669

2015-03-11 12:52 来源：http://www.ceo315.org/ 阅读：次

清华自动化系戴琼海传授等完成的“立体视频获取与重建技术及装置”项目获2012年度国家技术创造奖一等奖

引领中国立体视频技术逾越式发展

记者程曦实习记者白雪蕾

　　项目名称：立体视频重建与显示技术及安装

　　完成人：戴琼海季朝阳刘烨斌曹汛戈张杨艺

　　名目先容：立体视频是新一代信息获取、传布与显示的前沿中心技术，存在高沉迷感、宽视场等特色。正在寰球范畴内推进数字媒体跟文明工业的进级，引发世界各国在信息与显示科技范畴发展新一轮角逐。

　　该项目缭绕立体视频重建与显示的关键技术获得突破，授权发明专利51项。创立光照-视角协同采集装置平台，发明光度立体多视角配准方法，突破运动周期性限制，率先实现自由运动对象的立体视频光照重建；发明全自动无标记点运动捕获与纹理驱动立体视频合成方法，率先攻克了复杂对象运动映射的任意视角立体视频合成难题；发明了二维到三维视频转换的多元信息融合的深度计算方法，研制了“清立方”立体视频转换芯片和装置；发明了无莫尔纹裸眼立体显示方法及装置，解决了宽视场逼真裸眼立体显示难题。关键技术授权应用于Sonic、东芝和索尼等企业，取得了显著的经济与社会效益。

　　我们会一如既往、尽心竭力地推进立体视频技术的技术创新，为加速推进立体视频技术成果的应用和产业化作出新的更大的贡献；我们也将一直秉承清华“自强不息，厚德载物”的校训，在新的科学探索征途上义无反顾。获奖只是一个新的起点，创新路上还会有更多的挑战与收成期待着我们。

——戴琼海

图为“清立方”立体处置芯片与装置。　　

图为视角-光照协同采集装置及协同掌握器。

　　走进位于清华大学主楼7层一间一般的实验室，拉开帷幔，一个直径6米的大“笼子”映入眼帘。按下节制板上的开关，瞬时光，位于64个平面上的600多盏LED灯交替闪耀，光影错综，令人眼花。

　　这个“笼子”的大名叫“变光照的多视点动态场景采集平台”。暗藏在600多束点光源中的，还有间插耦合曝光的40台相机，每8台装备一个把持器。通过这样的协同相机阵列和LED光源阵列，能够实现三维对象的高精度建模，为立体影视制作供给要害的技术支持。自2010年以来，它始终是全球精度排名第一的三维建模装备。

图为戴琼海与同窗们一起研究研究中碰到的问题。

　　它的创造者，是清华大学主动化系副主任戴琼海教学所率领的团队。10余年来，他们在国度天然迷信基金、“863”打算、以及省部级项目等支撑下，在立体视频获取、天生与显示等应用基础理论和核心关键技术方面完成了具备自主知识产权的多项发现创新，打破了多个症结技术，转变了长期以来视频核心技术重要依附引进的传统格式，实现了核心技术对外输出。研发结果明显加强了我国立体视频核心技术的国际竞争力，构建了实践立异、关键技术冲破、工程化应用和产业化的技术支撑平台。

　　2013年1月，“立体视频获取与重建技术及装置”项目获2012年度国家技术发明奖一等奖。

占据立体视频技术制高点

　　上世纪90年代末，数字媒体在信息产业中初露峥嵘头角，国际上呈现大量流媒体编码技术，但中国在这一领域却缺少属于自己的知识产权。中国企业每生成一台DVD需支付的专利费高达利润的10.2倍，跨国公司仅专利费每年就从中国获利高达数十亿美元。当时正带领团队从事流媒体研究的戴琼海看在眼里，痛在心上。

　　进入21世纪，欧盟、美国、日本的立体视频研讨项目陆续启动，引发了世界各国在信息显示技术领域新一轮的角逐。戴琼海团队灵敏地感到到，立体视频的时期行将到来，中国市场再次面临“狼来了”的要挟，但这也是中国信息技术实现源头创新、赶超发达国家的一次绝佳契机。

　　“我们觉得很难做，然而如果能‘扑上去’占到制高点，就可以挣本国人的钱，让外国人用中国的知识产权。&rdquo,海外华商;恰是抱着这样的信心，固然面临内容匮乏的窘境和技术路线的徘徊，戴琼海和他的团队还是义无反顾地开端了立体视频技术研究的漫漫征程。

　　立体视频与平面视频最大的差别，在于它不仅是一个简单的解码过程，而是须要采集多视角的信息，并且重形成拥有纵深感的视频影像，栩栩如生地显示在人们眼前。这其中波及从理论到应用、从内容到显示的一系列难题。

　　对现实场景进行重建与真实感绘制是立体视频内容生成的核心技术之一。通过调研，戴琼海团队以为，突破传统立体模型对3DMax等人工干涉量大的专业软件的限度，转而通过现实场景对象采集的多视图像来重建高真实感的三维模型几何和纹理，是成为准确立体重建技术的必定发展趋势。这其中，重要的核心问题就是如何进步建模精度。

　　最初，团队尝试搭建了包容64个相机的系统，虽然具备了一定的立体效果，但并不可能重现真正的立体感。接着他们又搭起一座钢架，但精度的提高还是不显著。国际同行的实际教训告知他们，相机越密，立体感就越好。但是相秘密度增添必然导致数据量异常宏大，很难处理。这一矛盾又如何解决呢？

　　经由重复尝试和研究，团队发现光的变更对立体重建的精度有必定影响。传统方法是拍摄一系列视频然落后行匹配，相似激光扫描，细节匹配不佳导致三维模型重建精度不高；而假如参加光照的因素，不断变换光照并进行拍摄，就可以通过入射与反射时拍摄的视频信息找到法线的方向，从而得悉其绝对的地位关系。把这一“光度立体”的方法和多视图匹配的方式结合起来，就可以得到精度十分高的三维重建办法。

　　由此，戴琼海团队在国际上首次提出了视觉场理论，树立了视角、光照和事件的关系，本文开头所描写的“笼子”也由此出生，不仅减少了相机数量，而且使建模精度得到了质的提升。到2010年，基于该体系实现的三维建模误差仅小于0.3毫米，在由美国国家科学基金会（NSF）等多家威望机构组织的国际评测中重建精度排名第一，至今未被超出。

“一定要做最具原创性的研究”

　　立体视频的风潮席卷全球，但是站在这一领域技术研究最前沿的戴琼海却始终告诫团队师生：“不要盲目随着别人做，一定要做最具原创性的研究。”

　　当今影视作品中往往包括大批非现实场景或对象，既要看起来“真”，又要看起来“活”，立体视频制作中实在感纹理合成与运动自在控制的抵触，长期以来一直是妨碍技术发展的共性困难。戴琼海团队提出了一系列采样、跟踪及合成方法，实现了从“拍摄（反演）”到“创造”的突破，为立体影视制作提供了关键的技术支撑。形象地说，应用他们的技术来拍大片，技术职员再也不必费时费劲在演员身材的各个关键节点上作出标志，后期再逐一去除标记；“武林高手”们再也不用穿上呼吸困顿的紧身衣，衣袂飘飘就可以把绝技演员的动作“乾坤挪移”到本人身上，即便是悬崖峭壁这样无比庞杂的环境也可以轻松实现动作映射——多视角高速采集活动对象，实现任意场景、任意衣饰下的三维运动跟踪，将任意重建运动或创作运动映射至采集对象……与之比拟，当年勇夺全球票房冠军的3D巨制《阿凡达》所采用的技术都要逊色不少。

　　人们爱看立体视频，但全新采集、制造的立体片源究竟数目极其有限。如何弥补这一宏大缺口？传统平面影片的立体化转换是一种有效的解决手腕。二维转三维说来轻易，真正做起来可不是用拉伸等技能使对象看起来立体那么简略，而是一个“源于现实，高于事实”的转换进程，通过对场景对象的逻辑关系、深度关联进行从新映射，到达晋升片子立体艺术品质的后果，构成技术与艺术的有效融会。

　　戴琼海团队针对信息欠定前提下平面视频立体转换的问题，发现了透视几何、遮挡关系、聚焦散焦等多元深度信息耦合机理，建立了纹理、光照与物理空间的关系模型与视角-纹理-运动相关的深度反演机制，提出了高维空间深度风行表现理论与稀少光流跟踪的视频深度信息流传方法。理论成果发表于2011年4月的《IEEE多媒体》（IEEE Multimedia）杂志，并作为2011年12月的领域“亮点”文章，登载于“本日计算”（Computing Now，IEEE计算机学会的新媒体出版物，包含13个IEEE期刊）的最新热门研究首页。

　　在立体视频显示方面，戴琼海团队结合硬件高效性与软件机动性，揭示了莫尔纹与光栅参数之间的影响法则，提出了三维影像深度调节和自适应滤波方法，突破面板尺寸和观看间隔制约，实现了宽视场真切立体显示，突破了制约裸眼立体显示技术的固执瓶颈。

　　2012年，戴琼海在国际立体视频大会上作了题为“视觉场捉拿和立体视频应用”（Vision Field Capturing and 3DTV Application）的呈文，成为第一个在该大会上展现原创性成果的中国专家。两个半小时的终场讲演，数百名欧美学者由衷敬仰地竖起大拇指，那一刻，每位团队成员都深深感到作为中国人、作为清华人的骄傲。

让立体视频走进各行各业、千家万户

　　除了数字媒体和文化创意产业，立体视频技术在军事、航天、医疗、教导等领域也有相称普遍的运用远景。多年来，戴琼海团队始终保持产学研亲密联合，密切接洽现实需要，让立体视频走进各行各业、千家万户。

　　早在 2006年，在广东省科技厅的支持下，团队就在清华大学深圳研究生院建立了广东省-教育部立体视频产学研基地。他们还与深圳超多维、北京凌云光电子等公司开展密切的产学研合作，让前沿技术在信息产业中“落地生根”。

　　2010年，上海世博会中国馆的两大展区——“盼望大地”、“森林碳汇”让前来参观的各国游客记忆深入、流连忘返：步入展区，宛如置身于大做作的怀抱，“湿地”内的水潭明澈见底，流水潺潺，可恶的小鱼一会儿潜入水底，一会儿跃出水面……当游客忍不住伸手触摸时，才发明它实在是用3D多媒体虚构技术所演绎的天然气象。这块采取高精度三维建模技巧实现的裸眼破体电视屏幕，由戴琼海团队与上海大学等配合实现，成为科技办博的一大亮点。

　　2010年8月，项目发明的平面视频立体转换技术通过美国有名数字多媒体软件公司SONIC全球竞标后，应用于其旗舰产品Raxio Creator立体视频转换编纂于播放平台，支持全球首款立体视频播放器，在北美市场同类产品中占领率高达62%。

　　2011年3月20日上午，我国完整领有自主常识产权的立体视频芯片“清立方”在清华大学主楼招待厅发布研发成功并举办协作签约典礼。目前，“清立方”已经胜利实当初电视机、机顶盒等产品中范围化利用，在终端实现了高清平面视频到立体视频的实时重建。花费者应用多少块钱一副的红绿眼镜，即可观赏3D效果的电视画面。

　　此外，项目发明的宽视场裸眼立体显示系统应用于东芝、索尼、华硕公司的产品且已成功推向市场。受权全球视觉盘算技术行业首领NVIDIA公司在其GeForce系列产品中支持裸眼立体显示软件驱动，该芯片在个人电脑市场据有率达到了60%以上，授权著名多媒体软件公司Cyberlink开发立体视频播放器，占市场份额的70%以上。

　　项目发明的技术形成的相干产品自投放市场以来，成功应用于消费电子、国防军事、城市三维丈量、影视动漫、产业制作等领域，项目成果造成的产品应用领域和市场份额正在不断扩展。

在新的科学征途上一往无前

　　立体视频技术项目团队的发展强大，蕴含了“老中青少”四代清华自动化人的理想与激情。老先辈张乃尧、徐文立，与自己同样人到中年的尔桂花，年少有为的季向阳、刘烨斌……说起多年来并肩作战的团队骨干，戴琼海满怀快慰与感谢。

　　清华大学主楼724、725试验室是他们的主要“依据地”，团队中也由这两个“番号”衍生出一个喜闻乐见的典故：“724”，就是放松每周7天、天天24小时的时间，尽力拼搏不放松；“725”则要在此基本上更进一步，“把24小时当成25小时来过”。高效再高效、斗争再奋斗、集约再粗放、发明再创造，724和725见证了团队成员多年来一直奔驰的姿势、不懈翻新的脚步。

　　从这个优秀的群体中，先后走出了17名博士后（其中3名清华大学优秀博士后）、8名博士（其中两名清华优良博士毕业生）和41名硕士。团队还为国家播送电视系统举行了四届工程硕士班，培育出百余名工程硕士。

　　“每当我深夜走出主楼，回望还有良多亮着灯的实验室，我清楚我只是清华浩瀚星空中的一颗。在从前几年的学术生涯中，我对清华人爱岗敬业，敢于创新的品德有了更加深切的感悟。”这是团队成员、自动化系2009级博士曹汛在清华大学2012年研究生毕业仪式上的一段肺腑之言。年青的曹汛目前已是南京大学的一名副教授，秉承清华人“爱国贡献，寻求出色”的传统，在新的工作岗位上持续追挥洒着幻想与豪情。

　　面对国家技术发明一等奖的声誉，团队成员们想得更多的，仍是中国在这一领域的将来发展，他们更乐意把这次获奖看作是推动政产学研用严密合作，加速立体视频技术成果产业化的重要契机。“一方面，我们会判若两人、尽力而为地推进立体视频技术的技术创新，为加速推进立体视频技术成果的应用和产业化作出新的更大的奉献；另一方面，我们也将一直秉承清华‘发奋图强，厚德载物’的校训，在新的科学摸索征途上一往无前。获奖只是一个新的出发点，创新路上还会有更多的挑衅与播种等候着咱们。”戴琼海动摇地说。

（清华消息网1月19日电）

编辑：襄桦