CN101840146A - 自动矫正视差的立体图像拍摄方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自动矫正视差的立体图像拍摄方法及装置，方法包括下属步骤：获取景物距离信息，计算视差矫正数据，自动调整镜头的间距或角度，完成自动对焦并拍摄，合成立体图像。通过在拍摄时自动矫正视差，使拍摄设备在各种场合中均能拍摄出高质量的立体图像，避免了以往立体图像拍摄技术由于景物距离过近或镜头焦距过大导致所拍摄的立体图像存在不合理的视差，从而在观看时产生头晕和眼睛不适的感觉。本发明具体给出了三种矫正视差的方案：自动调节间距、单镜头自动调节角度、双镜头自动调节角度，实现所述方案的装置可以安装在立体拍照手机、立体照相机、立体摄像机中，使其实现自动矫正视差的立体图像拍摄。

Description

自动矫正视差的立体图像拍摄方法及装置

技术领域

本发明涉及立体图像拍摄技术，具体涉及自动矫正视差的立体图像拍摄方法以及实现该方法的立体图像拍摄装置。

背景技术

人的左右两眼之间存在一定的距离，导致景物在两眼中的成像存在一定的水平位移和角度位移，大脑处理这两种视差信息，从而产生立体感，因此只要能够拍摄一对存在一定视差的平面图像，分别让人的左眼和右眼观看，观看者就能还原出拍摄现场的立体感。目前的立体照相手机、立体照相机、立体摄像机运用的均是这个原理，一般采用固定间距和角度的双镜头结构拍摄立体图像。但由于人眼需要视差保持在一定范围之内才能正常观看，而固定间距和角度的双镜头结构无法适时地根据景物的距离和镜头的焦距矫正视差，因此现有的立体图像拍摄设备普遍存在一些由于不合理视差所引起的问题，主要体现在：1.景物的距离减小或镜头的焦距增大时，立体图像的视差就相应增大，当视差大于人眼能舒适观看的范围，就容易使观看者产生头晕和眼睛不适的感觉；2.景物的距离增大或镜头的焦距减小时，立体图像的视差就相应减小，导致图像的立体感减弱；3.由于在距离很近或焦距很大的情况下，图像的视差大于人眼能正常观看的范围，因此现有的的立体图像拍摄设备往往不能进行微距拍摄，减小了拍摄设备的适用范围。

在个人应用领域，现有的立体图像拍摄设备还无法适应多变的拍摄环境，由景物距离和镜头焦距引起的视差过大或过小的问题，导致立体图像的质量参差不齐，不利于立体图像技术在市场上推广和普及。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术上的不足，提供能够在拍摄时自动矫正视差，在各种景物距离和镜头焦距下均能拍摄出高质量立体图像的拍摄方法。

本发明要解决的另一技术问题是提供实现所述方法的立体图像拍摄装置。

对于现有的双镜头立体图像拍摄设备，视差是由图像传感器的尺寸、镜头的焦距、两个镜头的间距和角度、景物的距离共同决定的。图像传感器尺寸固定的情况下，视差与镜头的间距和镜头的焦距成正比，与景物的距离成反比，并且与两个镜头的夹角有关。本发明给出了自动调整间距、单镜头自动调整角度、双镜头自动调整角度三种矫正视差的方案，通过自动调整两个镜头的间距或夹角，来适应拍摄时景物距离和镜头焦距的变化，从而矫正所拍摄的立体图像的视差，使拍摄设备在各种景物距离和镜头焦距下均能拍摄出立体效果好，能舒适观看的立体图像。以下是对所述三种视差矫正方案的具体阐述：

自动调整间距的视差矫正方案，使用双镜头拍摄，两个镜头的间距可调节范围应以图像传感器宽度的0.5-5倍为佳，拍摄时通过调整两个镜头的间距实现视差矫正，包括下属步骤：(1)左边的镜头对被摄物体完成自动对焦，得到被摄物体的物距；(2)根据物距、镜头的焦距、图像传感器的尺寸，计算出两个镜头合适的间距；(3)微型电机驱动右边的镜头及图像传感器平行移动，使两个镜头的间距达到指定数值；(4)右边的镜头根据物距完成自动对焦；(5)左右两个镜头和图像传感器同时拍摄，得到一对存在合适视差的平面图像；(6)使用所述的一对平面图像合成色差立体图像和光栅立体图像。

单镜头自动调整角度的视差矫正方案，使用双镜头拍摄，一个镜头的角度固定，另一个镜头的角度可调节，调节范围应以0-45度为佳，拍摄时通过调节其中一个镜头的角度实现视差矫正，包括下属步骤：(1)左边的镜头对被摄物体完成自动对焦，得到被摄物体的物距；(2)根据物距、两个镜头的间距，计算出右边的镜头及图像传感器需要向左转动的角度和其所对应的物距；(3)微型电机驱动右边的镜头及图像传感器向左转动，使左右两个镜头同时对准被摄物体；(4)右边的镜头根据对应的物距完成自动对焦；(5)左右两个镜头和图像传感器同时拍摄，得到一对存在合理视差的平面图像；(6)使用所述一对平面图像合成色差立体图像和光栅立体图像。

双镜头自动调整角度的视差矫正方案，使用双镜头拍摄，两个镜头的角度均可向内调节，调节范围应以0-45度为佳，拍摄时通过同时调节两个镜头的角度实现视差矫正，方法包括下属步骤：(1)红外线测距装置测量得到被摄物体的距离信息；(2)根据景物的距离、两个镜头的间距，计算出两个镜头及图像传感器需要向内转动的角度和两个镜头各自对应的物距；(3)微型电机驱动左右两个镜头及图像传感器同时向内转动，使左右两个镜头同时对准被摄物体；(4)左右两个镜头根据对应的物距完成自动对焦；(5)左右两个镜头和图像传感器同时拍摄，得到一对存在合理视差的平面图像；(6)使用所述一对平面图像合成色差和光栅立体图像。

上述三种自动矫正视差的方案均能实现左右两个镜头的协同自动对焦，且能准确地对焦在同一被摄物体上。

上述三种自动矫正视差的方案均适用于立体照相手机、立体照相机、立体摄像机。镜头焦距固定的设备，以选用两种自动调整角度方案中的其中一种为佳；镜头焦距可变的设备，以选用自动调整间距的方案为佳；设备的应用范围涉及到存在很大视差的拍摄场合，如微距拍摄，应结合使用自动调整间距、自动调整角度的方案矫正视差。

单镜头自动调整角度、双镜头自动调整角度两种方案均可以结合自动调整间距的方案使用，且不需要重复地测量景物距离。具体地，测量得到被摄物体的距离信息后，视差矫正电路计算出两个镜头合适的间距和角度，微型电机驱动两个镜头及图像传感器调整到合适的间距，在此同时，另一个微型电机驱动两个镜头及图像传感器调整到合适的角度，使两个镜头同时对准被摄物体，两个镜头完成自动对焦后拍摄一对存在合理视差的平面图像，最后合成色差立体图像和光栅立体图像。

实现上述三种自动矫正视差方案的装置均可以安装在立体照相手机、立体照相机、立体摄像机内，使立体照相手机、立体照相机、立体摄像机实现自动矫正视差的立体图像拍摄。

本发明与现有技术相比，具有下述优点：

(1)对于景物距离较远或镜头焦距较大的场合，拍摄时能适时的自动矫正视差，保证图像的视差在人眼能舒适观看的范围内，消除了观看时的不适感。

(2)对于景物距离较远或镜头焦距较小的场合，拍摄时能适当增大视差，增强图像的立体感。

(3)自动完成视差矫正的过程，在提高立体图像质量的同时不增加拍摄操作的复杂度。

(4)左右两个镜头协同自动对焦，能准确地对焦在同一被摄物体上，保证了立体图像的清晰度。

(5)对于图像传感器的尺寸没有限制，同时适用于立体照相手机、立体照相机、立体摄像机。

(6)可以使立体照相手机、立体照相机、立体摄像机拍摄微距图像。

附图说明

图1是自动调整间距的立体图像拍摄装置的结构示意图；

图2是单镜头自动调整角度的立体图像拍摄装置的结构示意图；

图3是双镜头自动调整角度的立体图像拍摄装置的结构示意图。

图1中：支撑架1、镜头及图像传感器2、镜头及图像传感器3、微型电机4、滑轨5、齿条6。

图2中：支撑架1、镜头及图像传感器2、镜头及图像传感器3、微型电机4。

图3中：支撑架1、镜头及图像传感器2、镜头及图像传感器3、微型电机4、传动杆5、微型红外线测距装置6。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步地说明。

如图1所示，自动调整间距的立体图像拍摄装置包括：支撑架1、镜头及图像传感器2、镜头及图像传感器3、微型电机4、滑轨5、齿条6，以及安装在立体图像拍摄设备电路板上的视差矫正电路、图像处理器。支撑架1的作用是用来固定装置中的镜头及图像传感器2、滑轨5、齿条6，支撑架1靠左的位置安装镜头及图像传感器2，靠右的位置安装滑轨5和齿条6，滑轨上安装镜头及图像传感器3，镜头及图像传感器3上固定有微型电机4，微型电机4的转轴处安装齿轮，并扣合齿条6，微型电机4可以驱动镜头及图像传感器3在滑块5上左右平移，两个镜头的最小间距应为图像传感器宽度的0.5倍，最大间距应为图像传感器宽度的5倍。

拍摄时，镜头及图像传感器2对被摄物体完成自动对焦并得到物距，视差矫正电路根据物距和镜头焦距计算出两个镜头合适的间距，控制微型电机4转动，带动镜头及图像传感器3在滑轨5上平移到图中虚线框所示的位置，使两个镜头达到合适的间距，镜头及图像传感器3根据物距完成自动对焦后，两组镜头及图像传感器同时拍摄得到一对存在合理视差的平面图像，经由图像处理器的处理后获得色差立体图像和光栅立体图像。

如图2所示，单镜头自动调整角度的立体图像拍摄装置包括：支撑架1、镜头及图像传感器2、镜头及图像传感器3、微型电机4，以及安装在立体图像拍摄设备电路板上的视差矫正电路、图像处理器。支撑架1的作用是用来固定装置中的镜头及图像传感器2、镜头及图像传感器3、微型电机4。支撑架1靠左的位置安装一个位置固定且角度固定的镜头及图像传感器2，靠右的位置安装一个位置固定且角度可调节的镜头及图像传感器3，左右两个镜头的间距应为图像传感器宽度的2-3倍，镜头及图像传感器3外壳上的转轴连接微型电机4的转轴，微型电机4的机体固定在支撑架上。

拍摄时，镜头及图像传感器2对被摄物体完成自动对焦并得到物距，视差矫正电路根据物距和两个镜头的间距计算出镜头及图像传感器3应向左转动的角度和其所对应的物距，控制微型电机4转动，带动右边的镜头及图像传感器3向左转动到图中虚线框所示的位置，使左右两个镜头能同时对准被摄物体，右边的镜头及图像传感器3根据对应的物距完成自动对焦，同时拍摄后得到一对存在合理视差的平面图像，经由图像处理器的处理后获得色差立体图像和光栅立体图像。

如图3所示，双镜头自动调整角度的立体图像拍摄装置包括：支撑架1、镜头及图像传感器2、镜头及图像传感器3、微型电机4、传动杆5、微型红外线测距装置6，以及安装在立体图像拍摄设备电路板上的视差矫正电路、图像处理器。支撑架1中间的位置安装微型红外线测距装置6，靠左的位置安装一个位置固定且角度可调节的镜头及图像传感器2，靠右的位置安装另一个位置固定且角度可调节的镜头及图像传感器3，左右两个镜头的间距应为图像传感器宽度的2-3倍，左右两组镜头及图像传感器外壳上的转轴连接传动杆5，传动杆5与微型电机4的转轴相连接。

拍摄时，微型红外线测距装置6测量得到被摄物体的距离信息，视差矫正电路根据景物的距离和两个镜头的间距计算出镜头及图像传感器2和镜头及图像传感器3应向内转动的角度和其所对应的物距，视差矫正电路控制微型电机4，通过传动杆5驱动左边的镜头及图像传感器2向右转动，右边的镜头及图像传感器3向左转动，最后同时转动到图中虚线框所示的位置，使左右两个镜头能同时对准被摄物体，镜头及图像传感器2和镜头及图像传感器3根据对应的物距完成自动对焦，同时拍摄后得到一对存在合理视差的平面图像，经由图像处理器的处理后获得色差立体图像和光栅立体图像。

Claims (10)

1.自动矫正视差的立体图像拍摄方法，包含自动调整间距、单镜头自动调整角度、双镜头自动调整角度三种矫正视差的方案，其特征在于：所述三种方案均能根据景物距离和镜头焦距适时地矫正立体图像的视差，使立体图像拍摄设备在各种景物距离、镜头焦距下均能拍摄出立体感强且人眼能舒适观看的立体图像。

2.根据权利要求1所述的自动调整间距的视差矫正方案，其特征在于：使用双镜头拍摄，两个镜头的最小间距应为图像传感器宽度的0.5倍，最大间距应为图像传感器宽度的5倍，拍摄时通过调整两个镜头的间距实现视差矫正。

3.根据权利要求1所述的自动调整间距的视差矫正方案，其特征在于包括下属步骤：(1)左边的镜头对被摄物体完成自动对焦，得到被摄物体的物距；(2)根据物距、镜头的焦距、图像传感器的尺寸，计算出两个镜头合适的间距；(3)微型电机驱动右边的镜头及图像传感器平行移动，使两个镜头的间距达到指定数值；(4)右边的镜头根据物距完成自动对焦；(5)左右两个镜头和图像传感器同时拍摄，得到一对存在合适视差的平面图像；(6)使用所述的一对平面图像合成色差立体图像和光栅立体图像。

4.根据权利要求1所述的单镜头自动调整角度的视差矫正方案，其特征在于：使用双镜头拍摄，一个镜头的角度固定，另一个镜头的角度可调节，调节范围应为0-45度，拍摄时通过调节其中一个镜头的角度实现视差矫正。

5.根据权利要求1所述的单镜头自动调整角度的视差矫正方案，其特征在于包括下属步骤：(1)左边的镜头对被摄物体完成自动对焦，得到被摄物体的物距；(2)根据物距、两个镜头的间距，计算出右边的镜头及图像传感器需要向左转动的角度和其所对应的物距；(3)微型电机驱动右边的镜头及图像传感器向左转动，使左右两个镜头同时对准被摄物体；(4)右边的镜头根据对应的物距完成自动对焦；(5)左右两个镜头和图像传感器同时拍摄，得到一对存在合理视差的平面图像；(6)使用所述一对平面图像合成色差立体图像和光栅立体图像。

6.根据权利要求1所述的双镜头自动调整角度的视差矫正方案，其特征在于：使用双镜头拍摄，两个镜头的角度均可向内调节，调节范围应为0-45度，拍摄时通过同时调节两个镜头的角度实现视差矫正。

7.根据权利要求1所述的双镜头自动调整角度的视差矫正方案，其特征在于包括下属步骤：(1)红外线测距装置测量得到被摄物体的距离信息；(2)根据景物的距离、两个镜头的间距，计算出两个镜头及图像传感器需要向内转动的角度和两个镜头各自对应的物距；(3)微型电机驱动左右两个镜头及图像传感器同时向内转动，使左右两个镜头同时对准被摄物体；(4)左右两个镜头根据对应的物距完成自动对焦；(5)左右两个镜头和图像传感器同时拍摄，得到一对存在合理视差的平面图像；(6)使用所述一对平面图像合成色差和光栅立体图像。

8.根据权利要求1所述的三种自动矫正视差的方案，其特征在于：均能实现左右两个镜头的协同自动对焦，且能准确地对焦在同一被摄物体上。

9.根据权利要求1所述的三种自动矫正视差的方案，其特征在于：均适用于立体照相手机、立体照相机、立体摄像机，镜头焦距固定的设备，应选用两种自动调整角度方案中的其中一种；镜头焦距可变的设备，应选用自动调整间距的方案；设备的应用范围涉及到存在很大视差的拍摄场合，如微距拍摄，应结合使用自动调整间距、自动调整角度的方案矫正视差。

10.根据权利要求1所述的单镜头自动调整角度、双镜头自动调整角度两种方案均可以结合自动调整间距的方案使用，且不需要重复地测量景物距离，其特征在于包括下属步骤：测量得到被摄物体的距离信息后，视差矫正电路计算出两个镜头合适的间距和角度，微型电机驱动两个镜头及图像传感器调整到合适的间距，在此同时，另一个微型电机驱动两个镜头及图像传感器调整到合适的角度，使两个镜头同时对准被摄物体，两个镜头完成自动对焦后拍摄一对存在合理视差的平面图像，最后合成色差立体图像和光栅立体图像。

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