CN102866573A - 三维成像系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种三维成像系统及方法，是由调整两摄影机的拍摄角度与摄影机焦距的三维成像装置，其中由调整两摄影机的拍摄角度使摄影镜头中心轴线的交点相交于拍摄物的前面或后面，使拍摄出的三维画面产生前景或后景的三维效果，并使三维画面效果能更多元化，表现方式更丰富。

Description

三维成像系统及方法

技术领域

本发明是有关于一种三维显示技术，特别是有关一种三维成像的系统及三维成像的拍摄方法。

背景技术

近年来由于3D(3维/Three Dimensional)电影盛行，人们对于3D影片的需求日趋增多。相对的3D产品亦从电影转至LCD产业。首先，人类为什么能通过视觉看出深度、并感觉到立体感，最主要的一点就是，人眼的视觉是可以感觉出深度的，也就是“深度知觉(depth perception)”；而有了深度的信息后，才能判断出立体空间中的相对位置。由于人的两个眼睛的位置不一样，一般人两眼间距约5到7公分，所以看到的东西会有两眼视差(binocular parallax)，而人脑会再将这两张影像做融合(convergence)，而产生出立体的感觉；而这就是所谓的“binocular cues”。另外，人类亦可从眼睛对远近焦距的调适(accommodation)、动态视差(motion parallax)、透视(perspective)或光影等来判断物体的远近，亦即使人类只有单眼亦可判断远近。

因此，为了使在2D(2维/Two Dimensional)平面的影片变成3D立体感的影片，必须使人类左、右的眼睛分别看到不同的影像(即是一般视物的两眼视差)，在经由大脑融合，2D影片即可变为栩栩如生的3D影片。

在现有技术中，运用许多如：分色眼镜、偏光眼镜…等相关技术来让使用者感受3D影像。如：运用快门镜(shutter glasses)，此种技术的基本原理就是，在屏幕上以两倍的频率交互地显示左眼和右眼的影像，而眼镜则会去动态地屏蔽使用者的左眼和右眼，在屏幕显示左眼影像时遮住右眼、在屏幕显示右眼影像时遮住左眼，以此达到让两眼看到各自不同的影像。虽然在这种状况下，没有两只眼睛是同时看到影像的，但是由于人眼的视觉暂留等机制的效果，还是能感觉到两眼都有看到各自不同的影像，进而产生立体感。

而为了拍摄3D影片或照片，一般皆需要两个摄影机来进行左、右画面的拍摄，即是将两摄影机架在一摄影架上，并固定住其拍摄角度来进行拍摄。由于拍摄角度的固定，因此一般3D电影的拍摄上均为固定为“前景”或“后景”拍摄，也因为如此，其前/后景物的3D效果是固定的，且当需要拍摄3D物品跳出的效果时，因为拍摄角度的固定，往往只能拍摄出往前跳出的画面，并不能拍摄出由左往右跳出的横移3D画面，因此，导致目前3D效果的电影其3D效果的表现差强人意。

因此，本发明提供一种可调整拍摄角度的3D成像系统及装置，使两摄影机在拍摄时，能任意调动拍摄角度与摄影镜头的中心轴线的交点，因此在拍摄影片时能任意调整为“前景”拍摄或“后景”拍摄，而在拍摄3D效果时，其3D表现方式能更加多元化，增加3D电影的效果。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的一主要目的在于提供一种三维成像系统，由此系统，能任意调整为“前景”拍摄或“后景”拍摄，可更容易拍摄出更多元化的3D效果的3D影片或画面。

本发明的另一主要目的在于提供一种三维成像的拍摄方法，由此拍摄方法，可拍摄出3D效果的影像或画面。

依据上述目的，本发明提供一种三维成像系统，包括：一对摄影机，系以一间距相邻配置(以水平或任一角度搭配反光镜)，并在每一摄影机配置一对焦模块；一测距仪，是安装于其中的一摄影机上；一控制装置，是与此对摄影机及测距仪电性连接；其中三维成像系统的特征在于：此对摄影机之间的间距可调整，且其摄影角度亦可经由手动或自动调整，此对摄影机由测距仪判断一拍摄物与此对摄影机的距离及拍摄角度，再由控制装置调整此对摄影机的拍摄角度使摄影镜头的中心轴线相交于一交点上，再以此对摄影机上的对焦模块对拍摄物对焦。

经由本发明所提供的系统与方法，可更容易拍摄出想要的3D效果，让3D影像或画面更多元化，表现方式更丰富。

附图说明

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下，其中：

图1是为本发明的三维成像系统示意图；

图2A是为本发明的前景拍摄示意图；

图2B是为本发明的后景拍摄示意图；

图3是为本发明的三维影像拍摄示意图；

图4A是为本发明三维影像拍摄的另一实施例的前景拍摄示意图；

图4B是为本发明三维影像拍摄的另一实施例的后景拍摄示意图；

图5是为本发明的三维成像方法步骤流程示意图。

具体实施方式

由于本发明是揭露一种三维成像系统；其中所利用到的一些关于摄影机、测距仪及对焦模块，是利用现有技术来达成，故在下述说明中，并不作完整描述。此外，于下述内文中的附图，亦并未依据实际的相关尺寸完整绘制，其作用仅在表达与本发明特征有关的示意图。

首先，请参阅图1，是为本发明的三维成像系统示意图。如图1所示，三维成像系统，包括：一第一摄影机10及一第二摄影机12，是以一间距相邻配置；在第一摄影机10及第二摄影机12上各自配置一第一对焦模块20及一第二对焦模块22；一测距仪30，安装在第一摄影机10上；一控制装置40，是与第一摄影机10、第二摄影机12及测距仪30电性连接；一成像输出显示器50，由控制装置40将第一摄影机10及第二摄影机12摄影的第一影像及第二影像合成3D影像后，显示于成像输出显示器50上。此外，第一摄影机10及第二摄影机12之间的水平间距可自由移动，例如：将第一摄影机10及第二摄影机12配置于一滑轨装置上；而第一摄影机10及第二摄影机12的摄影角度X、Y亦可自由转动，其摄影机的转动角度为360°，本发明并不对此加以限定。

接着，再请参考图1，在拍摄时，在第一摄影机10上的测距仪30会测量第一摄影机10与拍摄物3的拍摄距离a及夹角α，并将数据传输至控制装置40，控制装置40会根据拍摄距离a、两摄影机之间的间距b及夹角α来做分析，由三角函数关系的演算，可计算出拍摄物3与第一摄影机10及第二摄影机12之间的相对位置，以调整第一摄影机10及第二摄影机12的夹角α、β，使第一摄影机10及第二摄影机12的拍摄角度X、Y使摄影镜头的中心轴线相交于一交点1(例如：图1中的交点1是位于拍摄物3的后方，而交点1的相交位置所产生的3D影像拍摄效果于后说明)；接着，再将第一摄影机10及第二摄影机12上的第一对焦模块20及第二对焦模块22对焦于拍摄物3之上，当拍摄物3在第一摄影机10及第二摄影机12上清楚成像后，此时即可进行拍摄，并由控制装置40将第一摄影机10及第二摄影机12摄影的第一影像及第二影像合成3D影像后，显示于成像输出显示器50上。为了使成像输出显示器50上的3D影像可让观看者直接看到3D效果，因此，成像输出显示器50上还配置有偏光膜(未显示于图中)，使得观看者裸视就能看到成像输出显示器50上的3D画面；此外，为了使成像输出显示器50可以裸视3D技术，本发明的裸视3D技术还包括：视差屏障式(Parallax Barriers)、柱状透镜式(LenticularLenses)或指向光源式(Directional Backlight)等技术。由三维裸视技术，使成像输出显示器50在裸视状态下，即能看见3D影像。

另外要强调的是，控制装置40可藉由测距仪30的位置及测距仪30传输的相对数据来做第一摄影机10及第二摄影机12与拍摄物3之间的相对位置的调整，所以本发明并不限定其测距仪30的位置，例如，将测距仪30安装在第一摄影机10上；同时，亦本发明并不限定其测距仪30的数量或测距方法，例如，将测距仪30分别安装在第一摄影机10及第二摄影机12上；只要可经由前述的三角函数关系的演算，即可算出第一摄影机10及第二摄影机12与拍摄物3之间的相对位置的装置；或经由第一摄影机10及第二摄影机12上的影像比对进行计算，算出第一摄影机10及第二摄影机12与拍摄物3之间的相对位置，均可适用于本发明。

接着，请参阅图2A及图2B，是为本发明的前景拍摄及后景拍摄示意图。如图2A所示，当图1所述的第一摄影机10及第二摄影机12的摄影角度X、Y使摄影镜头的中心轴线相交于一交点1相交于拍摄物3之后时，并于拍摄物3在第一摄影机10及第二摄影机12上清楚对焦并成像后，即可拍摄出一个呈现为“前景”画面的3D效果；而“前景”画面是指画面的3D物体会由显示屏幕50画面中产生跳出(POP UP)的3D视觉效果。接着，如图2B所示，当图1所述的第一摄影机10及第二摄影机12的摄影角度X、Y使摄影镜头的中心轴线相交于一交点1相交于拍摄物3之前时，并于拍摄物3在第一摄影机10及第二摄影机12上清楚对焦并成像后，即可拍摄出一个呈现为“后景”画面的3D效果；而“后景”画面是指画面虽然呈现3D效果，但其3D效果是在成像输出显示器50中呈现拍摄物3在纵深处的立体形式，并非画面中的拍摄物3体跳出屏幕的视觉效果。在此要强调，本发明由此调整第一摄影机10及第二摄影机12的摄影角度X、Y，使得本发明可在相同定点选择拍摄出“前景”及“后景”的3D影像，而不必再以拍摄者移动的方式来拍摄3D影像；特别是对于“前景”画面的拍摄，可由调整两摄影机之间的间距b，其可以近距离地拍摄，故可以依据拍摄者选择跳出的3D视觉效果而拍摄出清晰及更多元化的3D影像。

再接着，请参阅图3，是为本发明三维影像拍摄的一实施例的示意图。如图3所示，在影像摄影期间，当拍摄物3为移动状态时，其移动状态由位置A移动至位置B。在拍摄时，第一摄影机10及第二摄影机12的摄影角度X、Y使摄影镜头的中心轴线相交于一交点1，并固定不动；而两摄影机的第一对焦模块20及第二对焦模块22则对焦于拍摄物3。当拍摄物3在位置A时，其拍摄出来的3D影像为“后景”画面的3D效果；而当拍摄物3由位置A移动至位置B，其3D影像会由“后景”转至“前景”画面的3D效果，即其3D视觉效果会是由纵深处的立体形式转变成跳出(POP UP)的3D视觉效果。例如：当拍摄一颗球由位置A移动至位置B，其3D视觉效果会看到球由屏幕深处中跃出屏幕。而反之，当拍摄物3由位置B移动至位置A，其3D影像会由“前景”转至“后景”画面的3D效果，即其3D视觉效果会由跳出(POP UP)的3D视觉效果转变成纵深处的立体形式。例如：当拍摄一颗球由位置B移动至位置A，其3D视觉效果会看到球由屏幕外跃入屏幕至深处。

由于，在本实施例中，拍摄物3可以是直线的移动，故当在第一摄影机10及第二摄影机12的拍摄角度X、Y使摄影镜头的中心轴线相交于一交点1，并再将第一摄影机10及第二摄影机12上的第一对焦模块20及第二对焦模块22对焦于拍摄物3之上，使拍摄物3在第一摄影机10及第二摄影机12上清楚成像后，此时即可进行拍摄；很明显地，此时的第一摄影机10及第二摄影机12上的第一对焦模块20及第二对焦模块22必须同步地随着拍摄物3移动，以使拍摄物3在整个移动过程中都能清楚成像。因此，在本实施例的三维影像拍摄系统中，控制装置40配置有同步控制器，由同步控制器的连接端与配置在第一摄影机10及第二摄影机12上的服务器连接，使得第一摄影机10及第二摄影机12可以由控制装置40配置有同步控制器来达到同步对焦的目的。在此要强调，本实施例的同步控制器的控制方式是使用已知的伺服控制，故不详述其操作原理及构造。

再接着，请参阅图4A及图4B，是为本发明三维影像拍摄的另一实施例的示意图。由于，在本实施例中，拍摄物3可以是非直线的移动，故当在第一摄影机10及第二摄影机12的拍摄角度X、Y使摄影镜头的中心轴线相交于一交点1，并再将第一摄影机10及第二摄影机12上的第一对焦模块20及第二对焦模块22对焦于拍摄物3之上，使拍摄物3在第一摄影机10及第二摄影机12上清楚成像后，此时即可进行拍摄；很明显地，此时的第一摄影机10及第二摄影机12必须同步地随着拍摄物3移动。如图4A所示，而交点在拍摄物的后方，因此，可以拍摄出一种“前景”3D效果。例如：在拍摄“前景”3D效果时，当拍摄物3在P1位置时，其第一摄影机10及第二摄影机12的拍摄角度X1、Y1使摄影镜头的中心轴线相交于一交点F1；而当拍摄物3在P2位置时，其第一摄影机10及第二摄影机12的拍摄角度X2、Y2使摄影镜头的中心轴线相交于一交点F2；以此类推，当拍摄物3在Pn位置时，其第一摄影机10及第二摄影机12的拍摄角度Xn、Yn使摄影镜头的中心轴线相交于一交点Fn；很明显地，其第一摄影机10及第二摄影机12的拍摄角度X、Y会随着拍摄物3的移动，而跟其移动。

请再参阅图4B，在拍摄“后景”3D效果时，交点在拍摄物的前方，因此，可以拍摄出一种“后景”3D效果。例如：当拍摄物3在P1位置时，其第一摄影机10及第二摄影机12的拍摄角度X1、Y1使摄影镜头的中心轴线相交于一交点F1；以此类推，当拍摄物3在Pn位置时，其第一摄影机10及第二摄影机12的拍摄角度Xn、Yn使摄影镜头的中心轴线相交于一交点Fn。而图4A与图4B的主要差别在于，图4A为“前景”3D拍摄，因此其摄影镜头的中心轴线相交于1会交于拍摄物3之后，而图4B为“后景”3D拍摄，因此其摄影镜头的中心轴线相交于1会交于拍摄物3之前。

由于，在本实施例中，拍摄物3可以是非直线的移动，故当在第一摄影机10及第二摄影机12的拍摄角度X、Y使摄影镜头的中心轴线相交于一交点1，并再将第一摄影机10及第二摄影机12上的第一对焦模块20及第二对焦模块22对焦于拍摄物3之上，使拍摄物3在第一摄影机10及第二摄影机12上清楚成像后，此时即可进行拍摄；很明显地，此时的第一摄影机10及第二摄影机12必须同步地随着拍摄物3移动。因此，在本实施例的三维影像拍摄系统中，控制装置40配置有同步控制器，由同步控制器的连接端与配置在第一摄影机10及第二摄影机12上的服务器连接，使得第一摄影机10及第二摄影机12可以由控制装置40配置有同步控制器来达到同步拍摄的目的。在此要强调，本实施例的同步控制器的控制方式是使用已知的伺服控制，故不详述其操作原理及构造。

很明显地，当图4A与图4B使用在多目标的场景拍摄时，其可以同时使用本发明的多组的三维影像拍摄系统，例如：一组三维影像拍摄系统以图4A方式拍摄出“前景”3D效果，以另一组三维影像拍摄系统以图4B方式拍摄出“后景”3D效果，或是以另一组三维影像拍摄系统以图3方式拍摄出“后景”转至“前景”的3D效果或是由“前景”转至“后景”的3D效果，最后再依据制作影片者的需要进行剪辑，以形成一个三维影片。

再接着，请参阅图5，是为本发明的三维成像的拍摄方法的流程示意图。如图5所示，本发明的三维成像的拍摄方法包括如下步骤：

步骤501：提供一对摄影机，是以一间距相邻配置；此对摄影机之间的间距可自由调整，接着进入步骤502。

步骤502：调整两摄影机的间距；先调整好第一摄影机10及第二摄影机12之间的间距b；例如：将第一摄影机10及第二摄影机12配置于一滑轨装置上来做调整，接着进入步骤503。

步骤503：量测一拍摄物与两摄影机的距离及拍摄角度；由配置于摄影机上的测距仪30测量拍摄物3的距离a及夹角α，以此来调整第一摄影机10及第二摄影机12的摄影角度X、Y，接着进入步骤504。

步骤504：调整第一摄影机10及第二摄影机12的摄影角度X、Y使摄影镜头的中心轴线相交于一交点上，而此交点可以选择在拍摄物的前景或后景；例如：先经由测距仪30测量拍摄物3的距离a及夹角α，然后经由控制装置40的演算，算出拍摄物3与第一摄影机10及第二摄影机12之间的相对位置，之后，再决定是要拍摄“前景”或“后景”。如是拍摄“前景”，便将交点1置于拍摄物3的后方；如是拍摄“后景”，便将交点1置于拍摄物3的前方，接着进入步骤505。

步骤505：对焦该拍摄物，以使拍摄物在两摄影机上清楚成像；将第一摄影机10及第二摄影机12上的第一对焦模块20及第二对焦模块22对焦该拍摄物3使主要物体清晰呈现，最后进入步骤506。

步骤506：拍摄该拍摄物；拍摄该拍摄物后，再经由控制装置40将第一摄影机10及第二摄影机12摄影的第一影像及第二影像合成3D影像。

虽然本发明以前述的较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习相像技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的专利保护范围须视本发明的权利要求范围所界定的为准。

Claims (10)

1.一种三维成像系统，包括：

一对摄影机，以一间距相邻配置，并在每一该摄影机配置一对焦模块；

一测距仪，安装于其中的一该摄影机上；及

一控制装置，与该对摄影机及该测距仪电性连接；

其中该三维成像系统的特征在于：

该对摄影机之间的间距可调整，且其摄影角度亦可调整，该对摄影机由该测距仪判断一拍摄物与该对摄影机的距离及拍摄角度，再由该控制装置调整该对摄影机的拍摄角度使摄影镜头的中心轴线相交于一交点上，再以该对摄影机上的对焦模块对拍摄物对焦。

2.根据权利要求1所述的三维成像系统，其进一步包含一影像输出显示器，由该控制装置将该对摄影机摄影的画面合成后，显示于该影像输出显示器上。

3.根据权利要求1所述的三维成像系统，其中每一该摄影机的调整角度为360°。

4.一种三维成像方法，其步骤如下：

提供一对摄影机，以一间距相邻配置；

调整该对摄影机的间距；

量测一拍摄物与该对摄影机的距离及拍摄角度；

调整该对摄影机的拍摄角度相使摄影镜头的中心轴线相交于一交点上，而该交点可以选择在该拍摄物的前景或后景；

对焦该拍摄物，以使该拍摄物在该对摄影机上清楚成像；

拍摄该拍摄物。

5.根据权利要求4所述的三维成像方法，其中该对摄影机的拍摄角度使摄影镜头的中心轴线相交于一固定交点，而对焦则随该拍摄物的移动来对焦。

6.一种三维成像系统，包括：

一对摄影机，以一间距相邻配置，并在每一该摄影机配置一对焦模块；

一测距仪，安装于其中的一该摄影机上或摄影架上；及

一控制装置，与该对摄影机及该测距仪电性连接；

其中该三维成像系统的特征在于：

该对摄影机之间的间距可调整，且其摄影角度亦可调整，该对摄影机由该测距仪判断一拍摄物与该对摄影机的距离及拍摄角度，再由该控制装置调整该对摄影机的摄影角度使摄影镜头的中心轴线相交于一交点上，该交点交会于该拍摄物的前景或后景，再以该对摄影机上的该对焦模块对该拍摄物对焦。

7.根据权利要求6所述的三维成像系统，其进一步包含一影像输出显示器，由该控制装置将该对摄影机摄影的画面合成后，显示于该影像输出显示器上。

8.根据权利要求6所述的三维成像系统，其中每一该摄影机的调整角度为360°。

9.根据权利要求1或6所述的三维成像系统，其控制装置进一步包含一同步控制器。

10.根据权利要求9所述的三维成像系统，其同步控制器控制方式为伺服控制。

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