三維視頻採集的控制方法與系統的製作方法

2023-05-28 02:35:41

專利名稱：三維視頻採集的控制方法與系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及場景採集技術領域，特別涉及三維視頻採集的控制方法與系統。
背景技術：
在屏幕上真實地再現我們周圍的三維世界一直是人們不懈追求的目標。近年來，隨著自 由立體顯示技術的快速發展，三維立體視頻能夠讓人們體驗到激動人心的立體感和真實感， 同時不要求觀者佩戴立體眼鏡或者其他特製設備。因此，它被認為是新一代視頻技術的發展 方向之一，獲得了研究界和工業界越來越多的關注。
針對真實場景的採集，國際上多所大學和科研機構己經設計並實現了許多三維視頻採集
系統
加州大學實現了一個用於在變化光照條件下針對靜態人臉的二維採集系統，但該系統只 能採集靜態二維對象。之後，加州大學又實現了一個用於在合成虛擬光照條件下針對動態人 體的多視角採集系統。但該系統因為是基於圖像的，所以只用了一個相機進行採集，這也導 致該系統並不能進行真正的三維採集。
南加州大學實現了一個用於在變化光照條件下針對動態人臉的二維採集系統，但該系統 採用的高速攝像機過於昂貴，考慮到成本該系統只能安裝一臺攝像機，於單一視角進行二維 動態場景的採集。因此該系統沒有實現多視角的圖像釆集，而且該系統成本很高，限制了它 的應用。
薩裡大學實現了一個用於在恆定光照條件下針對動態人體的三維採集系統，該系統由於 沒有考慮光照對採集場景的影響，不能實現任意光照條件下的場景採集。
在對現有技術進行分析後，發明人發現現有的系統都不能對任意光照下的動態場景進 行多視角視頻採集。

發明內容
為了實現在任意光照下的動態場景能夠進行多視角視頻採集，本發明實施例提供了一種 三維視頻採集的控制方法與系統。所述技術方案如下一種三維視頻採集的控制方法，包括以下步驟
控制中心計算機配置三維視頻採集的控制策略並將其發送給主控制器，所述控制策略包 括所有從控制器的控制策略；.
所述主控制器接收所述控制策略，並按照從控制器的標識號把所述從控制器的控制策略 發給相應的從控制器；
所述主控制器周期性發送同步信號給每個所述從控制器；
每個所述從控制器分別按照各自的控制策略和所述同步信號，發送驅動信號給視頻採集 設備和光照設備。
具體地，所述從控制器的控制策略包括
所述視頻採集設備和/或所述光照設備的一次觸發動作的持續時間和一次無動作的持續 時間，和
所述視頻採集設備和/或所述光照設備的觸發動作與無動作的順序列表。 進一步地，所述主控制器接收所述控制策略具體為所述主控制器通過串口接收所述控 制策略。
所述按照從控制器的標識號把所述從控制器的控制策略發給相應的從控制器具體為-按照從控制器的標識號，把所述從控制器的控制策略通過CAN總線發給所述從控制器。 一種三維視頻採集的控制系統，包括
一臺控制中心計算機，用於配置三維視頻採集的控制策略並將其發送給主控制器，所述 控制策略包括所有從控制器的控制策略；
一個所述主控制器，用於接收所述控制策略並按照從控制器的標識號把所述從控制器的 控制策略發給相應的從控制器；周期性發送同步信號給每個所述從控制器；
多個所述從控制器，用於按照所述從控制器的控制策略和所述同步信號，發送驅動信號 給視頻採集設備和光照設備。
具體地，所述主控制器包括
串行接口單元，用於接收來自所述控制中心計算機的控制策略並發送給主控制單元； 所述主控制單元，用於通過所述串行接口單元接收所述控制策略，按照從控制器的標識
號，通過主CAN總線接口單元把所述從控制器的控制策略發給相應的從控制器；通過所述主
CAN總線接口單元周期性發送同步信號給每個所述從控制器；
所述主CAN總線接口單元，用於把所述主控制單元發送的所述控制策略和所述同步信號 通過CAN總線發送給相應的所述從控制器。進一步地，所述主控制器還包括電壓調節單元，所述電壓調節單元包括穩壓器及其輔助 電路，用於將開關電源輸入的電壓分別轉換成適合所述串行接口單元、CAN總線接口單元和 主控制單元要求的供電電壓。
具體地，所述從控制器包括從CAN總線接口單元，用於接收所述主控制器發來的所述 控制策略和所述同步信號並發送給從控制單元；所述從控制單元，用於根據所述控制策略和 所述同步信號，分別向視頻採集設備驅動單元和光照設備驅動單元發送控制信號；所述視頻 採集設備驅動單元，用於根據所述從控制單元的控制信號觸發所述視頻採集設備；所述光照 設備驅動單元，用於根據所述從控制單元的控制信號，控制所述光照設備的亮暗。
進一步地，所述從控制器還包括光電隔離單元，包括光電隔離器及其輔助電路，分別 與所述從控制單元和所述視頻採集設備驅動單元相連，用於隔離所述從控制單元的控制信號 和所述視頻採集設備驅動單元的觸發信號。電壓調節單元，所述電壓調節單元包括穩壓器及 其輔助電路，用於'將開關電源輸入的電壓分別轉換成適合所述串行接口單元、CAN總線接口 單元和從控制單元要求的供電電壓。
本發明實施例提供的技術方案的有益效果是本發明實施例通過採用控制中心計算機控 制主控制器，來控制視頻釆集設備和光照設備，將用戶與底層硬體相分離，提供了良好的易 用性。主控制器通過CAN總線控制從控制器，提高了系統的穩定性，簡化了設計，減少了系 統的開發和維護成本。


圖1是本發明實施例三維視頻採集的控制系統的示意圖2是本發明實施例主控制器結構框圖3是本發明實施例從控制器結構框圖4是本發明實施例三維視頻釆集的控制方法流程圖5是本發明實施例三維視頻採集的控制方法的詳細流程圖6是本發明實施例的一個從控制器典型的控制策略文件示意圖7是本發明實施例的視頻採集設備驅動單元的實現電路圖；.
圖8是本發明實施例的光照設備驅動單元的實現電路圖9是本發明實施例的光電隔離單元的實現電路圖10是本發明實施例的三維視頻採集的控制方法流程圖11是本發明實施例三維視頻採集的控制方法的詳細流程圖12是本發明實施例二提供的從控制器的控制策略文件示意圖。
具體實施例方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進 一步地詳細描述。
實施例一
本發明提供了一種三維視頻採集的控制系統，參見圖l，包括
一臺控制中心計算機101，用於配置三維視頻採集的控制策略並將其發送給主控制器， 該控制策略包括所有從控制器的控制策略；
一個主控制器102，用於接收該控制策略並按照從控制器的標識號把從控制器的控制策 略發給相應的從控制器；周期性發送同步信號給每個從控制器103;
多個從控制器103，用於按照從控制器的控制策略和同步信號，發送驅動信號給視頻採 集設備和光照設備。
控制中心計算機101具有良好的控制界面，負責用戶與系統的交互，包括用戶輸入控制 策略文件，用戶啟動和停止採集系統。主控制器102有兩個作用首先是通過數據接口，本
實施例中是RS232串口接收來自控制中心計算機101的配置文件及相關指令；另外一個作用 是通過CAN (Controller Area Network,控制器區域網)總線控制所有的從控制器103，包括 發送控制策略給從控制器103，發送來自控制中心計算機101的命令給從控制器，以及同步 從控制器上的控制信號。從控制器103負責直接控制視頻採集設備的圖像採集和光照設備的 光照控制，它嚴格按照主控制器102的指令執行相應的控制策略，並通過接收主控制器102 的周期性同步信號，調整自身的信號相位，達到與主控制器102的信號同步的目的。 具體地，如圖2所示，主控制器102包括
串行接口單元201，用於接收來自所述控制中心計算機101的控制策略並發送給主控制 單元202。本實施例使用的是Maxwell公司的RS232接口晶片MAX3232，以及外圍電路，詳 見圖3。串行接口單元負責將單片機控制單元輸出的電平信號轉換成符合RS232標準的電平 信號傳輸給控制中心計算機101;另外，還負責將控制中心計算機101傳輸給主控制器的信 號轉換成符合單片機控制單元要求的邏輯電平信號。
主控制單元202，用於通過串行接口單元201接收控制策略，按照從控制器103的標識 號，通過主CAN總線接口單元203把從控制器的控制策略發給相應的從控制器；通過主CAN 總線接口單元203周期性發送同步信號給每個從控制器103。本實施例使用的是Cygnal公司的C8051F040單片機以及其外圍電路。主控制單元202作為主控制器102的核心單元，還負 責協調其他單元的信號。比如，主控制器102在收到控制中心計算機101下發的控制策略後， 通過串行接口單元201向控制中心計算機101發送收到確認信號；通過主CAN總線接口單元 203向從控制器103發送同步信號以同步從控制器103。
主CAN總線接口單元203，用於把主控制單元202發送的控制策略和同步信號通過CAN 總線發送給相應的從控制器103。本實施例使用的是TI公司的CAN收發器SN65HVD230D 及其外圍電路，詳見圖4。主CAN總線接口單元203可以將主控制單元202輸出的電平信號 轉換成符合CAN總線標準的電平信號進行傳輸。
進一步地，主控制器102還包括電壓調節單元204，電壓調節單元204包括穩壓器及其 輔助電路，用於將開關電源輸入的電壓分別轉換成適合串行接口單元201、 CAN總線接口單 元203和主控制單元202要求的供電電壓。本實施例使用的是穩壓源LM2594，以及外圍電 路，詳見圖5。電壓調節單元204將開關電源提供的24V直流輸入電壓轉換成5V直流電壓， 給主控制器102的其他單元供電。
具體地，如圖6所示，從控制器103包括
從CAN總線接口單元601，用於接收主控制器102發來的控制策略和同步信號並發送給 從控制單元602。本實施例使用的是TI公司的CAN收發器SN65HVD230D及其外圍電路， 詳見圖5。
從控制單元602，用於根據控制策略和同步信號，分別向視頻採集設備驅動單元603和 光照設備驅動單元604發送控制信號。本實施例使用的是Cygnal公司的C8051F040單片機以 及其外圍電路。從控制單元602作為從控制器103的核心單元，還負責協調其他單元的信號。 比如，從控制器103在收到主控制器102下發的控制策略後，通過從CAN總線接口單元601 向主控制器102發送收到確認信號。
視頻採集設備驅動單元603，用於根據從控制單元602的控制信號觸發視頻採集設備。 本實施例使用的是驅動器74HC365及其外圍電路，詳見圖7。視頻釆集設備驅動單元603按 照視頻採集設備的GPIO (Gereral Programable Input Output,通用可編程輸入輸出口 )的配置， 獲取視頻採集設備提供的電源，並將從控制單元602輸入的控制信號輸送給視頻採集設備作 為觸發信號。
光照設備驅動單元604，用於根據從控制單元602的控制信號，控制光照設備的亮暗。 本實施例使用的是緩衝器SN7407D,可調恆壓源LM350AT，以及外圍電路，詳見圖8。光照 設備驅動單元604接收來自從控制單元602的控制信號，並為光照設備提供合適的驅動電流，
9從而控制光照設備的點亮與熄滅。
進一步地，從控制器103還包括
光電隔離單元605，包括光電隔離器及其輔助電路，分別與從控制單元602和視頻採集 設備驅動單元603相連，用於隔離從控制單元602的控制信號和視頻採集設備驅動單元603 的觸發信號。本實施例使用的是光電耦合邏輯門FOD060L，以及外圍電路，詳見圖9。光電 隔離單元605通過光電耦合來傳遞從控制單元602的控制信號，並使得圖6所示的電路系統 與視頻採集設備具有不同的地線，從而消除相互的信號影響，提高了視頻採集設備的圖像質 量，增加了系統的穩定性。
電壓調節單元606，電壓調節單元606包括穩壓器及其輔助電路，用於將開關電源輸入 的電壓分別轉換成適合CAN總線接口單元601、從控制單元602、視頻採集設備驅動單元603 和光電隔離單元605要求的供電電壓。本實施例使用的是穩壓源LM2594，以及外圍電路， 詳見圖5。電壓調節單元204可以將開關電源提供的24V直流輸入電壓轉換成5V直流電壓。
本實施例中，上述視頻採集設備可以是二維的照相機、攝像機、攝像頭等，光照設備可 以是發光二極體等；相應地，上述視頻採集設備驅動單元可以是照相機驅動單元、攝像機驅 動單元、攝像頭驅動單元等，上述光照設備驅動單元可以是發光二極體驅動單元等。
本發明採用控制中心計算機控制主控制器，來控制光照和相機的架構，將用戶與底層硬 件相分離，提供了良好的易用性。主控制器通過CAN總線控制從控制器的架構，提高了系統 的穩定性，簡化了設計，減少了系統的開發和維護成本。
實施例二
本發明提供了一種三維視頻採集的控制方法，參見圖10，包括以下步驟 1010:配置三維視頻採集的控制策略並將其發送給主控制器，該控制策略包括所有從控 制器的控制策略。
1020:主控制器接收該控制策略並按照從控制器的標識號把從控制器的控制策略發給相 應的從控制器。
1030:主控制器周期性發送同步信號給每個從控制器。
1040:從控制器按照所述從控制器的控制策略和所述同步信號，發送驅動信號給視頻採
集設備和光照設備。
下面結合圖11，具體闡述。
一種三維視頻採集的控制方法，包括1101:輸入控制策略文件給控制中心計算機的控制軟體。
系統上電初始化後，用戶通過控制中心計算機上的控制程序輸入控制策略文件給控制軟 件。在控制策略中，本發明針對每一個從控制器分別定義相應的控制控制策略。 1102:串口控制軟體將控制策略文件傳輸給主控制器。
串口控制軟體讀取控制策略文件，並將該控制策略文件通過串口通訊發送給主控制器。 1103:主控制器分解控制策略文件成每個從控制器的控制策略文件。
主控制器接收到控制策略文件後，會通過串口向控制中心計算機發送收到確認信息。該 控制策略文件包含每個從控制器的控制策略文件，其中，每個從控制器的控制策略文件以該 從控制器的標識符開始，並以下一個從控制器的標識符結束。主控制器對接收到的控制策略 文件，按照控制策略文件中從控制器序號的標識符，將控制策略文件分成與每個從控制器對 應的小的控制策略文件，這些小的控制策略文件分別代表每個從控制器的控制策略，它的數 目與從控制器數目相同。
1104:主控制器將各個從控制器的控制策略文件發送給相應的從控制器。 主控制器將接收到的控制策略文件，按照從控制器的ID號，通過CAN總線，發送給各 個從控制器相應的控制策略。從控制器接收到控制策略文件後，會通過CAN總線向主控制器
發送收到確認信息。主控制器會將該從控制器的收到確認信息進一步發送給控制中心計算機。 每個從控制器的控制策略可分為對於視頻採集設備的控制方法和對於光照設備的控制方
法。從控制器的控制策略包括(1)視頻採集設備和/或光照設備的一次觸發動作的持續時間 和一次無動作的持續時間；(2)視頻採集設備和/或光照設備的觸發動作與無動作的順序列 表。本實施例中，上述視頻採集設備可以是二維的照相機、攝像機、攝像頭等，光照設備可 以是發光二極體等。本實施例以視頻採集設備是相機，光照設備是發光二極體(LED)為例 進行敘述。對於相機和LED的控制方法，我們採用周期循環控制的方法，即給定每個相機和 每組LED的周期控制序列和時間間隔，然後相機和LED就按照這個控制序列周期性地動作 (觸發或點亮)。本實施例設相機的觸發採集，LED的點亮或熄滅為控制序列中的一步動作。 而控制序列由一系列的這樣的動作組成。本實施例在每個從控制器的控制策略中分別定義如 下參數(1) 一步動作的時間間隔；(2)控制序列的動作序列。這樣，我們就針對從控制器 上的每一個相機和每一組LED分別定義了上面兩組參數。 一個從控制器典型的控制策略文件 如圖12所示。而每個從控制器上的這些參數就組成了整個控制策略文件。用戶可以設置該控 制策略文件來控制整個三維視頻採集系統中的相機和LED光源的動作情況。
1105:控制中心計算機判斷是否啟動三維視頻採集。如果啟動，執行步驟1106;否則，執行步驟1105。
在控制中心計算機收到所有從控制器回復的收到確認信息後，用戶可以通過控制中心計 算機上的控制程序，選擇啟動還是暫緩啟動整個三維視頻採集系統。 1106:主控制器發送啟動信號給從控制器。
主控制器在收到控制中心計算機發送的啟動信號後，發送啟動信號給所有從控制器，使 得每個從控制器開始按照各自存儲的控制策略發送相應的驅動信號給給視頻採集設備和光照 設備。
1107:主控制器發送同步信號給從控制器。
在三維視頻釆集系統啟動後，主控制器會周期性地發送同步信號給每個從控制器，以使 從控制器之間的驅動信號同步運行。
1108:控制中心計算機判斷是否停止三維視頻採集，如果停止，執行步驟1105;否則執
行步驟1107。
在完成三維視頻採集後，用戶可通過控制中心計算機上的控制程序停止整個三維視頻採
集系統的運行。否則的話，繼續從步驟1107開始執行。
本發明採用控制中心計算機控制主控制器來控制光照和相機，能夠將用戶與底層硬體相
分離，提供了良好的易用性。採用主控制器通過CAN總線控制從控制器，提高了三維視頻採 集系統的穩定性，簡化了設計，減少了三維視頻採集系統的開發和維護成本。
本發明實施例可以利用軟體實現，相應的軟體程序可以存儲在可讀取的存儲介質中，例 如，計算機的硬碟、緩存或光碟中。
以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之 內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種三維視頻採集的控制方法，其特徵在於，包括以下步驟控制中心計算機配置三維視頻採集的控制策略並將其發送給主控制器，所述控制策略包括所有從控制器的控制策略；所述主控制器接收所述控制策略，並按照從控制器的標識號把所述從控制器的控制策略發給相應的從控制器；所述主控制器周期性發送同步信號給每個所述從控制器；每個所述從控制器分別按照各自的控制策略和所述同步信號，發送驅動信號給視頻採集設備和光照設備。
2. 根據權利要求1所述的三維視頻採集的控制方法，其特徵在於，所述從控制器的控制 策略包括所述視頻採集設備和/或所述光照設備的一次觸發動作的持續時間和一次無動作的持續 時間，和所述視頻採集設備和/或所述光照設備的觸發動作與無動作的順序列表。
3. 根據權利要求1所述的三維視頻釆集的控制方法，其特徵在於，所述主控制器接收所 述控制策略具體為所述主控制器通過串口接收所述控制策略。
4. 根據權利要求1所述的三維視頻採集的控制方法，其特徵在於，所述按照從控制器的 標識號把所述從控制器的控制策略發給相應的從控制器具體為按照從控制器的標識號，把所述從控制器的控制策略通過CAN總線發給所述從控制器。
5. —種三維視頻採集的控制系統，其特徵在於，包括一臺控制中心計算機，用於配置三維視頻採集的控制策略並將其發送給主控制器，所述 控制策略包括所有從控制器的控制策略；一個所述主控制器，用於接收所述控制策略並按照從控制器的標識號把所述從控制器的 控制策略發給相應的從控制器；周期性發送同步信號給每個所述從控制器；多個所述從控制器，用於按照所述從控制器的控制策略和所述同步信號，發送驅動信號給視頻採集設備和光照設備。
6. 根據權利要求5所述的三維視頻採集的控制系統，其特徵在於，所述主控制器包括 串行接口單元，用於接收來自所述控制中心計算機的控制策略並發送給主控制單元； 所述主控制單元，用於通過所述串行接口單元接收所述控制策略，按照從控制器的標識號，通過主CAN總線接口單元把所述從控制器的控制策略發給相應的從控制器；通過所述主 CAN總線接口單元周期性發送同步信號給每個所述從控制器；所述主CAN總線接口單元，用於把所述主控制單元發送的所述控制策略和所述同步信號 通過CAN總線發送給相應的所述從控制器。
7. 根據權利要求6所述的三維視頻採集的控制系統，其特徵在於，所述主控制器還包括 電壓調節單元，所述電壓調節單元包括穩壓器及其輔助電路，用於將開關電源輸入的電壓分 別轉換成適合所述串行接口單元、CAN總線接口單元和主控制單元要求的供電電壓。
8. 根據權利要求5所述的三維視頻採集的控制系統，其特徵在於，所述從控制器包括-從CAN總線接口單元，用於接收所述主控制器發來的所述控制策略和所述同步信號並發送給從控制單元；所述從控制單元，用於根據所述控制策略和所述同步信號，分別向視頻採集設備驅動單 元和光照設備驅動單元發送控制信號；所述視頻採集設備驅動單元，用於根據所述從控制單元的控制信號觸發所述視頻採集設備；所述光照設備驅動單元，用於根據所述從控制單元的控制信號，控制所述光照設備的亮
9. 根據權利要求8所述的三維視頻採集的控制系統，其特徵在於，所述從控制器還包括: 光電隔離單元，包括光電隔離器及其輔助電路，分別與所述從控制單元和所述視頻採集設備驅動單元相連，用於隔離所述從控制單元的控制信號和所述視頻採集設備驅動單元的觸發信號。
10. 根據權利要求8所述的三維視頻採集的控制系統，其特徵在於，所述從控制器還包括-電壓調節單元，所述電壓調節單元包括穩壓器及其輔助電路，用於將開關電源輸入的電 壓分別轉換成適合所述串行接口單元、CAN總線接口單元和從控制單元要求的供電電壓。
全文摘要
本發明公開了三維視頻採集的控制方法與系統，屬於場景採集技術領域。該方法包括控制中心計算機配置三維視頻採集的控制策略並將其發送給主控制器；主控制器接收控制策略，並按照從控制器的標識號把從控制器的控制策略發給相應的從控制器；主控制器周期性發送同步信號給每個從控制器；每個從控制器分別按照各自的控制策略和同步信號，發送驅動信號給視頻採集設備和光照設備。該系統包括一臺控制中心計算機、一個主控制器，用於接收所述控制策略並按照從控制器的標識號把從控制器的控制策略發給相應的從控制器；周期性發送同步信號給每個從控制器；多個從控制器，用於按照從控制器的控制策略和同步信號，發送驅動信號給視頻採集設備和光照設備。
文檔編號H04N13/02GK101516041SQ20081024739
公開日2009年8月26日 申請日期2008年12月30日 優先權日2008年12月30日
發明者吳城磊, 季向陽, 戴瓊海, 汛 曹, 謝旭東 申請人:清華大學