基於全方位視覺傳感器的智能3d攝像設備的製作方法
2023-06-15 00:46:11 1
專利名稱：基於全方位視覺傳感器的智能3d攝像設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種智能立體攝像設備，尤其是全方位視覺傳感器、計算機控制、機電一體化設計等技術在智能三維立體攝像設備方面的應用。
背景技術：
3D電視的普及越來越快，目前很多家庭購買了 3D電視，但實際可看的3D片源很少，在這種情況下，消費者要更好的利用自己的3D電視，3D攝像機肯定是一種很好的補充。用兩臺攝像機模擬左右兩眼，一般的話兩個攝像機之間的距離，即基線距跟人的兩眼之間的距離差不多。只要用兩臺攝像機仿真左右兩眼視線，分別拍攝兩條影片，然後將這兩條影片同時放映到銀幕上；放映時再採用必要的技術手段，使觀眾左眼只能看到左眼圖像，右眼也只能看到右眼圖像。當兩幅圖像經過電影觀眾的大腦迭合後，他們就對銀幕畫面產生了立體縱深感。立體拍攝看似很簡單的模擬，在實際操作中卻十分困難。在拍攝中， 兩臺機器的一致度要求非常高，否則很難拍出很好的效果。當今最新的3D攝像機搭載了一個手動操控撥盤，撥盤上除了 2D機型所具備的調節對焦、曝光、光圈、快門、自動曝光轉換和白平衡切換之外，此次還增加了 3D深度調整功能，可以根據不同的場景來調整3D的立體景深效果。兩個鏡頭的光軸從廣角到長焦端始終對齊是一件困難的事，如果不能保證，那麼 3D效果將會變差，一般在3D攝像機出廠前會經過精確到微米級的調校，以便確保雙鏡頭光軸始終對齊；但是在使用過程中，為避免發生偏差，用戶需要通過手工方式實現3D自動調整，使左右眼畫面始終在合理的位置上。在實時轉播三維立體體育賽事和音樂會等大型活動時，對3D攝像師的要求非常高，往往又要增加一個3D深度調整的推手(3D Puller)的新工作崗位，該崗位負責對3D處理層設備的參數進行設定，掌控攝像機的3D景深和3D效果的好壞。有點類似於2D的調光 I位。2D中的技術協調也有3D技術協調對應負責3D景深的設定和3D效果的指導。3D推手需要緊盯屏幕隨時快速調整。—般來說，即使多增加一個3D深度調整的助手也很難保證兩臺機器的一致度；現有的3D拍攝技術要保證焦距、拍攝方向、拍攝角度和3D深度等的一致性是一項極其困難的事情，尤其是在動態拍攝的情況下，即費時又費力同時難以保證3D拍攝質量。
發明內容
為了克服已有3D攝像機存在的焦距、拍攝方向、拍攝角度和3D深度的一致性調整困難、拍攝3D視頻圖像過程中費時、費力、難以保證拍攝質量等不足，本發明提供一種焦距、拍攝方向、拍攝角度和3D深度的一致性調整方便、操作方便、拍攝質量較高的基於全方位視覺傳感器的智能3D攝像設備。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是一種基於全方位視覺傳感器的智能3D攝像設備，包括一臺全方位視覺傳感器、一組由2臺高清攝像機構成的3D攝像裝置和攝像師根據在顯示器上顯示的全景圖像上用滑鼠點擊想要拍攝3D視頻特寫圖像並能自動控制3D攝像裝置的對焦、調整拍攝方向、角度和 3D深度的計算機；所述的全方位視覺傳感器與所述的3D攝像裝置通過支撐杆連接在一起， 支撐杆的上部固定著所述的全方位視覺傳感器，支撐杆的中部固定著所述的3D攝像裝置， 所述的全方位視覺傳感器的中心軸與所述的3D攝像裝置的中心軸重合，所述的全方位視覺傳感器通過視頻卡與所述的計算機進行連接，所述的3D攝像裝置中的2臺高清攝像機通過圖像採集單元與所述的計算機連接；所述的3D攝像裝置與所述的計算機連接；所述的計算機包括全景圖像讀取單元用於讀取全方位視覺傳感器的全景圖像，並將該全景圖像顯示在顯示器上，用於為3D攝像師提供一個人機互動接口 ；3D攝像裝置參數調整單元，用於響應3D攝像師用滑鼠點擊在全景圖上的某一個網格時所產生的事件，自動進行3D景深的設定和3D效果的調整以及攝像機的焦距、拍攝方向和拍攝角度調整，具體實現過程是當3D攝像師用滑鼠點擊在全景圖上的某一個網格時，軟體系統自動產生的一個帶有預置點編號的信息為參數的事件，軟體系統發生一個軟體中斷響應，讀取帶有預置點編號的信息的參數，然後以該預置點編號的信息去檢索預置點與設備的各種參數對應表獲得攝像機的焦距、拍攝方向、拍攝角度和3D景深參數值，接著根據這些參數值通過PELCO-D控制協議控制所述的3D攝像裝置中的調焦、水平轉動、垂直轉動和3D深度的調整電機的動作；3D圖像讀取單元，用於從所述的高清視頻採集單元分別讀取所述的3D攝像裝置所獲得的左右兩個通道的視頻圖像，其輸出與所述的3D圖像合成單元的輸入相連接；3D圖像合成單元，用於將所述的3D攝像裝置所獲得的左右兩個通道的視頻圖像進行合成處理，左通道的視頻流圖像傳輸給立體顯示設備的左側視頻圖像輸入端；右通道的視頻流圖像傳輸給立體顯示設備的右側視頻圖像輸入端。進一步，所述的3D攝像裝置由一組由2臺相同攝像參數的高清攝像機所構成，所述的高清攝像機的焦距、拍攝方向、拍攝角度和3D深度調整動作是由所述的3D攝像裝置中相應的驅動電機來實現的，其中，鏡頭的調焦是由所述的高清攝像機中的內部所帶電機來實現的，所述的3D攝像裝置的拍攝方向的調整是由水平方向轉動電機來實現的，所述的3D 攝像裝置的拍攝角度的調整是由垂直方向轉動電機來實現的，所述的3D攝像裝置的3D深度的調整是由轉動電機來實現的，具體實現方式是將所述的高清攝像機分別固定在由兩個嚙合的齒輪片，其中一個齒輪片的另一端加工成渦輪形狀，轉動電機直接驅動渦杆，渦杆帶動其中一個齒輪片上的渦輪轉動，從而帶動兩個齒輪片嚙合轉動，最終帶動兩個齒輪片上的高清攝像機的相對轉動來實現3D深度的調整；在所述的3D攝像裝置中還包括有一個解碼器，解碼器的作用是通過串口接收所述的計算機的控制碼，並對該控制碼進行解析，並將解析的結果轉換成驅動所述的3D攝像裝置中相應電機轉動的控制電壓，然後傳遞給所述的3D攝像裝置以控制其鏡頭的調焦、水平轉動、垂直轉動、3D深度的調整及停止操作。再進一步，所述的計算機對所述的3D攝像裝置的控制是通過一個RS232/RS485 轉換器來將兩個通訊接口進行連接，並對所述的3D攝像裝置寫入串口命令來實現的，利用 PELCO-D控制協議作為所述的3D攝像裝置的控制協議來進行開發；將全景圖像劃分為若干個小的區域，每個區域對應一個網絡，每個網格都對應著相應的攝像機的焦距、拍攝方向、拍攝角度和3D景深，設置了 128個預置點，將每個預置點進行編號，然後將3D處理層設備的各種參數，如攝像機的焦距、拍攝方向、拍攝角度和3D 景深參數預先調整好並設置到相應編號的預置點，形成一張預置點與設備的各種參數對應表，如表1所示；
權利要求
1.一種基於全方位視覺傳感器的智能3D攝像設備，其特徵在於所述基於全方位視覺傳感器的智能3D攝像設備包括一臺全方位視覺傳感器、一組由2臺高清攝像機構成的3D 攝像裝置和攝像師根據在顯示器上顯示的全景圖像上用滑鼠點擊想要拍攝3D視頻特寫圖像並能自動控制3D攝像裝置的對焦、調整拍攝方向、角度和3D深度的計算機；所述的全方位視覺傳感器與所述的3D攝像裝置通過支撐杆連接在一起，支撐杆的上部固定著所述的全方位視覺傳感器，支撐杆的中部固定著所述的3D攝像裝置，所述的全方位視覺傳感器的中心軸與所述的3D攝像裝置的中心軸重合，所述的全方位視覺傳感器通過視頻卡與所述的計算機進行連接，所述的3D攝像裝置中的2臺高清攝像機通過圖像採集單元與所述的計算機連接；所述的3D攝像裝置與所述的計算機連接；所述的計算機包括全景圖像讀取單元用於讀取全方位視覺傳感器的全景圖像，並將該全景圖像顯示在顯示器上，用於為3D攝像師提供一個人機互動接口 ；3D攝像裝置參數調整單元，用於響應3D攝像師用滑鼠點擊在全景圖上的某一個網格時所產生的事件，自動進行3D景深的設定和3D效果的調整以及攝像機的焦距、拍攝方向和拍攝角度調整，具體實現過程是當3D攝像師用滑鼠點擊在全景圖上的某一個網格時，軟體系統自動產生的一個帶有預置點編號的信息為參數的事件，軟體系統發生一個軟體中斷響應，讀取帶有預置點編號的信息的參數，然後以該預置點編號的信息去檢索預置點與設備的各種參數對應表獲得攝像機的焦距、拍攝方向、拍攝角度和3D景深參數值，接著根據這些參數值通過PELCO-D控制協議控制所述的3D攝像裝置中的調焦、水平轉動、垂直轉動和3D深度的調整電機的動作；3D圖像讀取單元，用於從所述的高清視頻採集單元分別讀取所述的3D攝像裝置所獲得的左右兩個通道的視頻圖像，其輸出與所述的3D圖像合成單元的輸入相連接；3D圖像合成單元，用於將所述的3D攝像裝置所獲得的左右兩個通道的視頻圖像進行合成處理，左通道的視頻流圖像傳輸給立體顯示設備的左側視頻圖像輸入端；右通道的視頻流圖像傳輸給立體顯示設備的右側視頻圖像輸入端。
2.如權利要求1所述的基於全方位視覺傳感器的智能3D攝像設備，其特徵在於所述的3D攝像裝置由一組由2臺相同攝像參數的高清攝像機所構成，所述的高清攝像機的焦距、拍攝方向、拍攝角度和3D深度調整動作是由所述的3D攝像裝置中相應的驅動電機來實現的，其中，鏡頭的調焦是由所述的高清攝像機中的內部所帶電機來實現的，所述的3D攝像裝置的拍攝方向的調整是由水平方向轉動電機來實現的，所述的3D攝像裝置的拍攝角度的調整是由垂直方向轉動電機來實現的，所述的3D攝像裝置的3D深度的調整是由轉動電機來實現的，具體實現方式是將所述的高清攝像機分別固定在由兩個嚙合的齒輪片，其中一個齒輪片的另一端加工成渦輪形狀，轉動電機直接驅動渦杆，渦杆帶動其中一個齒輪片上的渦輪轉動，從而帶動兩個齒輪片嚙合轉動，最終帶動兩個齒輪片上的高清攝像機的相對轉動來實現3D深度的調整；在所述的3D攝像裝置中還包括有一個解碼器，解碼器的作用是通過串口接收所述的計算機的控制碼，並對該控制碼進行解析，並將解析的結果轉換成驅動所述的3D攝像裝置中相應電機轉動的控制電壓，然後傳遞給所述的3D攝像裝置以控制其鏡頭的調焦、水平轉動、垂直轉動、3D深度的調整及停止操作。
3.如權利要求1或2所述的基於全方位視覺傳感器的智能3D攝像設備，其特徵在於所述的計算機對所述的3D攝像裝置的控制是通過一個RS232/RS485轉換器來將兩個通訊接口進行連接，並對所述的3D攝像裝置寫入串口命令來實現的，利用PELCO-D控制協議作為所述的3D攝像裝置的控制協議來進行開發；將全景圖像劃分為若干個小的區域，每個網格都對應著相應的攝像機的焦距、拍攝方向、拍攝角度和3D景深，設置了 128個預置點，將每個預置點進行編號，然後將3D處理層設備的各種參數，如攝像機的焦距、拍攝方向、拍攝角度和3D景深參數預先調整好並設置到相應編號的預置點，形成一張預置點與設備的各種參數對應表，如表1所示；
4.如權利要求1或2所述的基於全方位視覺傳感器的智能3D攝像設備，其特徵在於 在所述全方位視覺傳感器包括雙曲面鏡面、上蓋、透明外罩、攝像單元、底座、固定螺釘、支撐架、保護罩和連接板；所述的雙曲面鏡面固定在所述的上蓋上構成全方位視覺傳感器的上裝配體，所述的攝像單元通過所述的固定螺釘固定在所述的底座上，固定著所述的攝像單元的所述的底座又通過螺釘固定在所述的支撐架內構成全方位視覺傳感器的下裝配體， 然後將所述的透明外罩與所述的支撐架用螺紋連接件進行連接，接著用螺釘將所述的保護罩、全方位視覺傳感器的上裝配體和全方位視覺傳感器的下裝配體連接成一個全方位視覺傳感器，最後用螺釘將所述的連接板固定在全方位視覺傳感器的底部進行密封；裝配時要保證所述的雙曲面鏡面的軸心線與所述的攝像單元的軸心線相重疊，這樣就形成了一個具有固定單視點全方位視覺傳感器。
5.如權利要求4所述的基於全方位視覺傳感器的智能3D攝像設備，其特徵在於在所述的全方位視覺傳感器中採用固定單視點全方位視覺傳感器的設計，進入雙曲面鏡的中心的光，根據雙曲面的鏡面特性向著其虛焦點折射；實物圖像經雙曲面鏡反射到聚光透鏡中成像，在該成像平面上的一個點P(x，y)對應著實物在空間上的一個點的坐標A(X，Y，Ζ)；雙曲面鏡構成的光學系統由下面5個式表示；((X2+Y2) /a2) - ((Z-c) 2/b2) = -1 當 Z > 0 時(1)c = ^Ja2+b2(2)Φ = tarT1 (Υ/Χ)(3)α = tarT1 [ (b2+c2) sin y _2bc] / (b2+c2) cos y(4)
全文摘要
一種基於全方位視覺傳感器的智能3D攝像設備，包括一臺全方位視覺傳感器、一組由2臺高清攝像機構成的3D攝像裝置和攝像師根據在顯示器上顯示的全景圖像上用滑鼠點擊想要拍攝3D視頻特寫圖像並能自動控制3D攝像裝置的對焦、調整拍攝方向、角度和3D深度的計算機；全方位視覺傳感器與3D攝像裝置通過支撐杆連接在一起，支撐杆的上部固定著全方位視覺傳感器，支撐杆的中部固定著3D攝像裝置，全方位視覺傳感器的中心軸與3D攝像裝置的中心軸重合，全方位視覺傳感器與計算機進行連接，3D攝像裝置中的2臺高清攝像機通過圖像採集單元與計算機連接；本發明焦距、拍攝方向、拍攝角度和3D深度的一致性調整方便、操作方便、拍攝質量較高。
文檔編號H04N5/232GK102289144SQ20111018276
公開日2011年12月21日 申請日期2011年6月30日 優先權日2011年6月30日
發明者俞立, 吳立娟, 孟炎, 林蓓, 湯一平, 湯曉燕, 田旭園 申請人:浙江工業大學