CN101794069B - 一种全景成像仪 - Google Patents

Abstract

一种全景成像仪，包括连接运动控制器的转台驱动动力驱动载物转台旋转，连接相机控制器的数码相机，运动控制器、相机控制器连接装有运动控制、图像采集、全景动画生成软件的计算机，双转子共轴支承的空心芯轴固定在支承箱上，内轴同轴线安装在空心芯轴内，内轴的下端连接转台驱动动力，上端连接载物转台，转台驱动动力驱动载物转台绕内轴独立旋转；外轴套同轴线安装在空心芯轴外，外轴套上端连接安装相机的云台，下端连接相机驱动动力，相机驱动动力驱动相机绕载物转台独立旋转；运动控制器连接相机驱动动力。载物转台或相机绕载物转台分别独立旋转，对被摄物体进行多方位环绕拍照，生成物体全景动画。双转子共轴支承便于操作和控制，优化了成像仪的结构和减小了体积。

Description

一种全景成像仪

技术领域

本发明属于物体全景成像设备，具体的讲是使用数码相机对文物、标本、商品、甚至包括人物和生物等多方位拍照并生成物体全景动画的一种全景成像仪。

背景技术

现有的全景成像仪包括旋转载物盘、相机及其控制系统和全景成像软件等，旋转载物盘承载物体旋转，控制系统控制位置固定的相机进行物体的多方位拍摄，然后全景成像软件将物体的多方位拍摄生成物体的全景动画，这种成像仪的结构简单、操作方便，但拍摄方式不适于不宜转动的物体，例如一些珍贵文物、生物标本等，在对人物进行多方位拍摄时，旋转运动会导致人物的表情和动作变化，就不能显现人物静止形态时的全景动画了。现有的全景成像仪在使用上存在很大的局限性。

中国发明专利申请公开号CN101556423A《全自动数码全景转机座》公开了一种由单片机、相机遥控模块、步进电机、电池、无线遥控模块、相机连接件、操作按钮和电源构成的全自动数码全景转机座，步进电机仅带动相机绕相机连接件轴线自转进行拍照，拍摄的只是环境一个方位的全景照片，相机遥控模块一端与相机传感相连，另一端与单片机连接，单片机连接有无线遥控模块，无线遥控模块又与遥控器传感相连，它是一种双遥控的方式实现的对相机的拍照控制和电机的运动控制，控制方式比较复杂，其拍摄的照片不能实时传输到计算机上进行预览和调整。

发明内容

本发明要解决现有的全景成像仪不适于对不宜转动的物体、人物等进行多方位拍摄的技术问题，提出一种既有载物盘，又能利用相机绕物体、人物等进行多方位环绕拍照，并生成物体、人物等全景动画的全景成像仪。

为了解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是：一种全景成像仪，包括连接运动控制器的转台驱动动力驱动载物转台旋转，连接相机控制器的数码相机，运动控制器、相机控制器连接装有运动控制、图像采集、全景动画生成软件的计算机，双转子共轴支承的空心芯轴固定在支承箱上，双转子共轴支承的旋转内轴同轴线安装在空心芯轴内，内轴的下端连接转台驱动动力，上端连接载物转台，转台驱动动力驱动载物转台绕内轴轴线独立旋转；双转子共轴支承的外轴套同轴线安装在空心芯轴外，外轴套上端连接安装相机的云台，下端连接相机驱动动力，相机驱动动力驱动相机绕载物转台独立旋转；运动控制器连接相机驱动动力。

载物转台载有被摄物体。成像仪既可以利用载物转台独立旋转，不动的相机对被摄物体进行多方位拍照，又能利用相机绕不动的载物转台独立旋转，对被摄物体进行多方位环绕拍照，并生成物体全景动画。转台驱动动力和相机驱动动力可以是同一驱动动力，采用现有技术的结构同一驱动动力驱动载物转台、相机分别独立旋转，例如采用驱动动力输出花键轴上的滑动花键轴齿轮分别与载物转台连接轴上的齿轮和云台连接轴上的齿轮啮合，实现驱动载物转台独立旋转或相机独立旋转，转台驱动动力和相机驱动动力也可以是不同的驱动动力，分别驱动载物转台、相机独立旋转。计算机安装的运动控制软件通过运动控制器控制转台驱动动力、相机驱动动力，实现对载物转台、相机的独立运动驱动，使载物转台按照设定独立转动，或使相机按照设定绕载物转台独立旋转；图像采集软件通过相机控制器对相机实现参数、拍照、图像下载等控制；全景动画生成软件将下载图像生成全景动画。内轴、空心芯轴和外轴套的轴线重合，转台驱动动力、相机驱动动力分别带动载物转台和相机进行独立旋转，既便于操作和控制，又优化了成像仪的结构和减小了体积。

载物转台的旋转中心处放置被摄物体。

转台驱动动力是电机，电机的输出轴连接减速机构，减速机构与内轴下端连接；相机驱动动力是电机，电机输出轴连接减速机构，减速机构与外轴套下端连接。减速机构采用现有技术的结构，例如齿轮传动减速机构，或带轮传动减速机构，或蜗轮和蜗杆减速机构。

相机驱动动力电机输出轴连接减速机构的小齿轮，外轴套下端同轴连接减速机构的大齿轮，大齿轮与小齿轮啮合。

转台驱动动力和相机驱动动力都是步进电机，步进电机的输出轴分别直接连接内轴下端和外轴套下端。

外轴套上端连接相机回转支承，相机回转支承连接相机调节架，相机调节架由水平调节架和连接云台的垂直调节架组成，水平调节架的一端连接相机回转支承，另一端与垂直调节架铰接，垂直调节架能够绕水平调节架旋转。水平调节架在水平方向上调节相机与被摄物体的位置关系，垂直调节架调节安装在云台上的相机与被摄物体在垂直方向上的位置关系。

相机回转支承连接背景幕，相机调节架和背景幕在被摄物体两侧。物体放在载物转台上，采用载物转台旋转的拍摄方式时，背景幕与相机都不移动，采用相机绕载物转台旋转的拍摄方式时，背景幕与相机同步转动。背景幕排除周围环境景物干扰，保证画面质量，根据拍摄要求，背景幕可以更换。

相机回转支承上还设有附件安装座。附件安装座用于安装摄影灯、反光伞等。

本发明是一步遥控方式实现对相机的拍照控制和转台驱动动力、相机驱动动力的运动控制，控制方式比较简单，其拍摄的照片能实时传输到计算机上进行预览和调整。

计算机内运行的运动控制-图像采集-全景生成软件的用户界面可以设定各种运动速度、采集步进角、相机的各种拍摄参数、选择相机运动或载物转台运动的拍摄模式，使成像仪根据设定值进行自动工作，相机拍照、图像下载，下载数据传送到计算机，计算机在软件中显示预览图像并保存到设定位置。不断重复上述步骤，直至自动拍摄结束。结束拍摄后，可以选择全景动画的格式，直接生成全景动画，并在软件中预览。

本发明的优点是：可以利用载物转台独立旋转或相机绕载物转台独立旋转，对被摄物体进行多方位环绕拍照，并生成物体全景动画。双转子共轴支承既便于操作和控制，又优化了成像仪的结构和减小了体积。背景幕排除周围环境景物干扰，保证画面质量。控制方式比较简单，其拍摄的照片能实时传输到计算机上进行预览和调整。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的立体示意图；

图2是图1的分解图；

图3是图1中双转子共轴支承和驱动动力电机的放大图；

图4是图1中双转子共轴支承的分解图。

具体实施方式

结合附图说明。

图1至图4所示全景成像仪的支承箱2固定在底座1上。双转子共轴支承4包括旋转内轴14、内轴承组15、空心芯轴22、外轴承组17、外轴套16、内轴端盖18、外轴套端盖19，内轴14通过内轴承组15安装在芯轴22内部，外轴套16通过外轴承组17安装在芯轴22外部。内轴端盖18对芯轴22、内轴14上端间隙密封，外轴套端盖19对外轴套16、芯轴22上端间隙密封，下端的端盖对芯轴22、内轴14下端和外轴套16、芯轴22下端密封，防止内轴承组15、外轴承组17内润滑油脂泄漏。芯轴22下端的底盘通过螺栓固定在支承箱2上平面上，内轴14和外轴套16产生的运动承载力通过芯轴22的底座传递到支承箱2上。外轴套16与同轴的大齿轮20固定连接，大齿轮20与小齿轮21啮合，大齿轮20和小齿轮21构成齿轮减速机构，小齿轮21的安装座固定在支承箱2上平面上。驱动载物转台5独立旋转的驱动动力是转台驱动动力电机3，驱动相机9独立旋转的驱动动力是相机驱动动力电机23，转台驱动动力电机3是步进电机，转台驱动动力电机3输出轴固定的插接在内轴14下端端头的中心孔中，相机驱动动力电机23输出轴固定的插接在小齿轮21安装轴下端端头的中心孔中。图中相机回转支承7由四个框架结构组成，通过螺栓连接到外轴套16上端的连接法兰盘上，背景幕6固定连接在相机回转支承7左侧，相机调节架10的底座固定连接在相机回转支承7右侧，相机回转支承7上还设有附件安装座，附件安装座可以连接为拍摄提供合适灯光的摄影灯、反光伞等设备，以形成一个便携并跟随相机转动的摄影棚系统，图中没有画出附件安装座。背景幕6由及桁架结构的支架和幕布组成，幕布固定在支架上，布幕可以快速更换，根据不同的需要选用不同的颜色、材质的幕布，背景幕6安置在相机9的对面和被摄物体的背面，布幕排除拍摄环境干扰，保证了被摄物体的成像质量。相机调节架10由水平调节架和连接云台的垂直调节架组成，水平调节架的左端连接相机回转支承7，右端与垂直调节架铰接，垂直调节架能够绕水平调节架旋转，可以伸缩的水平调节架在水平方向上调节相机9与被摄物体的位置关系；可以伸缩的垂直调节架调节相机9与被摄物体在垂直方向上的位置关系，能够使相机9的光轴水平穿过被摄物体的中央位置，垂直调节架连接的云台可以根据需要更换。相机9安装在云台上，载物转台5固定安装在突出的内轴14轴头上。安装在支承箱2内的运动控制器11连接计算机12和转台驱动动力电机3、相机驱动动力电机23。相机9的USB接口或者其他的控制接口连接相机控制器13，本实施例中是相机9的USB接口通过数据线连接安装在相机调节架10上的相机控制器13，相机控制器13也可以安装在相机回转支承7上。相机控制器13通过无线或有线方式连接装有运动控制、图像采集、全景动画生成软件的计算机12，通过各种可能的协议与计算机建立通讯模式或者是无线局域网模式，实现与计算机进行通讯，如果无线连接，则可以是电磁波、红外线等任何的无线连接形式，例如Bluetooth协议、802.11系列协议以及一些未来的无线通信协议等，如果有线连接，则可以是任何协议的通讯线，本实施例的相机控制器13采用Bluetooth的无线形式连接计算机12。复杂状态下的相机控制器13可以是一个独立的相机控制器设备，例如一台控制单片机控制通信系统，简单的相机控制器13也可以是一条相机9与计算机12相连的控制线，例如USB接口线或者1394接口线，本实施例的相机控制器13是一台控制单片机控制通信系统。计算机12安装的运动控制软件设置运动参数，通过运动控制器11控制驱动动力，实现对载物转台5、相机9的独立运动控制，使载物转台5按照设定独立转动，或使相机9按照设定绕载物转台5独立旋转，图像采集软件设置相机参数，通过相机控制器13对相机9实现参数、拍照、图像下载控制，全景动画生成软件将下载的被摄物体各个角度的图像生成全景动画，本实施例全景动画生成软件将下载的被摄物体各个角度的图像生成MOV格式全景动画。

计算机12内运行的运动控制-图像采集-全景生成软件的用户界面可以设定各种运动速度、全周步进角、相机9位置归零等各种拍摄参数，选择相机9运动或载物转台5运动的拍摄模式，根据设定值系统进行自动工作，工作流程如下：1)相机9或者载物转台5运动一个步长角度，2)相机9拍照，3)数据传送到计算机12，4)计算机12在软件中显示预览图像并保存到设定位置，不断重复上述步骤，直至自动拍摄结束。结束拍摄后，可以选择全景动画的格式，直接生成全景动画，并在软件中预览。

本实施例中运动控制器11采用和利时公司的6030运动控制卡，电机驱动采用森创SH-20806N驱动，转台驱动动力电机3和相机驱动动力电机23是森创86N系列步进电机，使用6030的驱动动态库实现步进电机的运动控制。转台驱动动力电机3和相机驱动动力电机23也可以采用伺服电机。相机9是佳能单反数码相机350D，相机控制器13采用佳能相机驱动库已有软件进行控制。图像采集软件是佳能公司的EDSDK库来实现。全景动画生成软件是pano2qtvr软件。

本实施例可以有两种工作模式，第一种是被摄物件放置在载物转台5中心位置上，计算机12控制载物转台5步进转动，相机9拍摄，第二种是被摄物件放置在载物转台5中心位置上，计算机12控制相机9绕被摄物件步进式转动拍摄。

Claims (8)

1.一种全景成像仪，包括连接运动控制器(11)的转台驱动动力，连接相机控制器(13)的数码相机(9)，运动控制器(11)、相机控制器(13)连接装有运动控制、图像采集、全景动画生成软件的计算机(12)，其特征在于双转子共轴支承(4)的空心芯轴(22)固定在支承箱(2)上，双转子共轴支承(4)的旋转内轴(14)同轴线安装在空心芯轴(22)内，内轴(14)的下端连接转台驱动动力，上端连接载物转台(5)，转台驱动动力驱动载物转台(5)绕内轴(14)轴线独立旋转；双转子共轴支承(4)的外轴套(16)同轴线安装在空心芯轴(22)外，外轴套(16)上端连接安装相机(9)的云台，下端连接相机驱动动力，相机驱动动力驱动相机(9)绕载物转台(5)独立旋转；运动控制器(11)连接相机驱动动力。

2.根据权利要求1所述的一种全景成像仪，其特征在于载物转台(5)的旋转中心处放置被摄物体。

3.根据权利要求1所述的一种全景成像仪，其特征在于转台驱动动力是电机，电机的输出轴连接减速机构，减速机构与内轴(14)下端连接；相机驱动动力是电机，电机输出轴连接减速机构，减速机构与外轴套(16)下端连接。

4.根据权利要求3所述的一种全景成像仪，其特征在于相机驱动动力电机输出轴连接减速机构的小齿轮(21)，外轴套(16)下端同轴连接减速机构的大齿轮(20)，大齿轮(20)与小齿轮(21)啮合。

5.根据权利要求1所述的一种全景成像仪，其特征在于转台驱动动力和相机驱动动力都是步进电机，转台驱动动力步进电机的输出轴直接连接内轴(14)下端，相机驱动动力步进电机的输出轴直接连接外轴套(16)下端。

6.根据权利要求1所述的一种全景成像仪，其特征在于外轴套(16)上端连接相机回转支承(7)，相机回转支承(7)连接相机调节架(10)，相机调节架(10)由水平调节架和连接云台的垂直调节架组成，水平调节架的一端连接相机回转支承(7)，另一端与垂直调节架铰接，垂直调节架能够绕水平调节架旋转。

7.根据权利要求6所述的一种全景成像仪，其特征在于相机回转支承(7)连接背景幕(6)，相机调节架(10)和背景幕(6)在被摄物体两侧。

8.根据权利要求6或7所述的一种全景成像仪，其特征在于相机回转支承(7)上还设有附件安装座。

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