CN102809893A - 一种单镜头裸眼3d图像拍摄装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单镜头裸眼3D图像拍摄装置及方法，涉及3D拍摄领域。所述装置包括：图像采集单元、转动单元、直线运动单元和控制单元；图像采集单元固定在转动单元的上部；转动单元固定在直线运动单元的上部，用于带动图像采集单元转动；直线运动单元用于带动转动单元沿直线运动；控制单元用于控制转动单元和直线运动单元作业。所述装置及方法，由控制单元根据用户输入的原始数据自动计数出相应的拍摄参数，进而控制转动单元和直线运动单元完成相应地运动，使相机进行平行式拍摄或汇聚式拍摄，并可以在两种拍摄方式间自由切换。

Description

一种单镜头裸眼3D图像拍摄装置及方法

技术领域

本发明涉及3D拍摄技术领域，特别涉及一种单镜头裸眼3D图像拍摄装置及方法。

背景技术

由于人的双眼之间存在一定的距离，人通过左右眼观看同一对象时，两眼所看的角度不同，左眼看到物体的左侧面较多，右眼看到物体的右侧面较多。从而在视网膜上形成不完全相同的影像，当大脑将这两幅具有视差的图像相融合时，便会产生立体感。立体摄影就是利用这一原理来保存和展现景物三维空间信息的一种摄影方法，即从不同角度拍摄同一个物体，当人的左右眼分别看到存在一定视差的不同角度的拍摄图像时，就会形成具有深度感的立体图像。在立体摄影中拍摄方式有很多种，常见方式包括平行式和汇聚式，在不同的拍摄场景下采用最合适的拍摄方式，可以最大限度的发挥出其各自独有的优势。

目前的立体摄影技术主要存在两大问题。第一大问题是目前的立体拍摄装置本身存在不足。当前的立体拍摄装置主要分为两大类，分别是多镜头拍摄装置和单镜头拍摄装置。

多镜头拍摄装置是指利用两台或者多台图像采集单元来模拟人的眼睛，从不同角度来拍摄同一景物，从而获得视差图像的拍摄装置。然而，采用这种拍摄装置时，很难保证多台图像采集单元的光心完全处于同一水平线，并且各图像采集单元的光轴完全平行或者同时交于一点，从而严重影响立体拍摄图像的质量。尤其是当拍摄近距离小视差景物时，固有的图像采集单元尺寸导致图像采集单元镜头间距不能调到较小的数值而无法拍摄得到合适视差的立体图像，从而限制了立体图像采集单元的拍摄范围和立体效果的发挥。而且多镜头拍摄装置的成本较高，不利于推广和普及。

单镜头拍摄装置是指只采用一台图像采集单元，通过移动一段距离从不同角度拍摄同一物体，从而获得视差图像的拍摄装置。它很好的克服了多镜头拍摄时安装复杂、调试难度大、图像采集单元间距限制以及成本高等诸多问题。然而目前的单镜头拍摄装置只能采用单一的拍摄方式，只能平行移动图像采集单元拍摄或者始终对准拍摄对象拍摄，即只能采用平行式拍摄或者汇聚式拍摄，没有一种装置能同时具备这两种拍摄方式，无法在相应的拍摄场景下即时切换成最合适的拍摄方式，从而无法达到最佳的立体拍摄效果。

第二大问题是目前的拍摄装置无法实时计算确定最合适的拍摄参数。对于目前的立体拍摄装置来说，只能得到视差图而无法保证其视差图具有最佳视差、最适合人眼观看。立体拍摄时的拍摄参数包括图像采集单元间距、夹角、焦距以及成像CCD的宽度。在成像CCD宽度确定的情况下，立体拍摄时图像采集单元间距、夹角以及图像采集单元焦距决定着拍摄图像的立体效果。立体照片拍得好与坏，跟上述三者计算、调整的准确与否有着直接的关系。随着拍摄景物远近距离的不同，三者的最佳值也随之而变。这就要求立体拍摄装置能实时计算出随拍摄场景的改变而改变的最佳拍摄参数。而当前的立体拍摄装置都无法实时计算并使拍摄装置自动作出相应调整，使得当前拍摄的立体图像质量参差不齐，严重加大了拍摄图像后期处理难度和工作量，成为了制约立体拍摄技术进一步发展的瓶颈。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何提供一种单镜头裸眼3D图像拍摄装置及方法，以同时具有平行式拍摄和汇聚式拍摄的功能，并且可以方便地在两种拍摄方式之间切换。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种单镜头裸眼3D图像拍摄装置，其包括：图像采集单元、转动单元、直线运动单元和控制单元；

所述图像采集单元固定在所述转动单元的上部；

所述转动单元固定在所述直线运动单元的上部，用于带动所述图像采集单元转动；

所述直线运动单元用于带动所述转动单元沿直线运动；

所述控制单元用于控制所述图像采集单元、所述转动单元和所述直线运动单元作业。

优选地，所述转动单元包括：旋转平台和自转电机；

所述旋转平台的上部与所述图像采集单元固定连接，下部与所述自转电机的输出轴相连接；

所述自转电机固定在所述直线运动单元的上部，电连接所述控制单元，用于驱动所述旋转平台转动。

优选地，所述转动单元还包括：圆周刻度尺和圆周刻度读取头；

所述旋转平台为圆柱状平台，所述圆周刻度尺沿周向设置在所述圆柱状平台的侧面上；

所述圆周刻度读取头，设置在所述圆周刻度尺的下方，与所述直线运动单元固定连接，并且与所述控制单元电连接，用于读取所述旋转平台旋转的角度。

优选地，所述直线运动单元包括：负载平台、滑块和导轨；

所述负载平台设置在所述导轨的上部，所述滑块设置在所述负载平台和所述导轨之间，用于引导所述负载平台沿所述导轨滑动。

优选地，所述直线运动单元还包括：直线电机定子和直线电机动子；

所述直线电机定子设置在所述负载平台下部，并且与所述导轨平行设置，用于产生励磁磁场；所述直线电机动子固定在所述负载平台的下部，用于与所述直线电机定子配合，在电磁力作用下带动所述负载平台沿所述导轨运动。

优选地，所述直线运动单元还包括：底座、直线刻度尺和直线刻度读取头；

所述底座设置在所述导轨的下部，用于支撑所述导轨；

所述直线刻度尺沿所述底座的长度方向设置在所述底座的前壁上；

所述直线刻度读取头固定设置在所述负载平台的前部，并且与所述控制单元电连接，用于读取所述负载平台沿所述导轨运动的位移。

优选地，所述装置还包括：支撑单元；所述支撑单元采用可伸缩三脚架，与所述底座的下部固定连接。

优选地，所述装置还包括交互单元；

所述交互单元包括：键盘和显示屏；

所述键盘与所述控制单元电连接，用于输入拍摄的原始数据，以及对拍摄参数进行修正；

所述显示屏也与所述控制单元电连接，用于实时显示当前的拍摄参数。

优选地，所述装置还包括：无线通信单元；

所述无线通信单元与所述控制单元电连接，用于与远程控制设备进行交互。

本发明还提供一种单镜头裸眼3D图像拍摄方法，其包括步骤：

A：将拍摄场景的前景、后景、景深信息以及相机焦距信息作为原始数据输入控制单元；

B：根据拍摄场景判断是否采用平行式拍摄，如果是，执行步骤C，否则，执行步骤D；

C：所述控制单元根据所述原始数据，控制负载平台带动图像采集单元沿直线运动，对拍摄场景进行平行式拍摄；

D：所述控制单元根据所述原始数据，控制负载平台带动所述图像采集单元沿直线运动，同时控制旋转平台带动所述图像采集单元旋转相应角度，对拍摄场景进行汇聚式拍摄。

(三)有益效果

本发明的单镜头裸眼3D图像拍摄装置及方法，由控制单元根据用户输入的原始数据自动计数出相应的拍摄参数，进而控制所述转动单元和直线运动单元完成相应地运动，使相机进行平行式拍摄或汇聚式拍摄，并可以在两种拍摄方式间自由切换；同时，所述拍摄装置在拍摄过程中实时读取相机的旋转角度和直线运动位移，并反馈给控制单元，以供控制单元对相应电机的运动状态进行微调，以保证相机始终处于最佳的拍摄状态。

附图说明

图1是本发明实施例所述单镜头裸眼3D图像拍摄装置的结构示意图；

图2是所述直线运动单元部分的结构示意图；

图3是所述装置中负载平台及其上部分的结构示意图；

图4是本发明实施例所述单镜头裸眼3D图像拍摄方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明实施例所述单镜头裸眼3D图像拍摄装置主要包括：图像采集单元、转动单元、交互单元、直线运动单元、支撑单元、控制单元和无线通信单元。

图1是本发明实施例所述单镜头裸眼3D图像拍摄装置的结构示意图，图2是所述直线运动单元部分的结构示意图；图3是所述装置中负载平台及其上部分的结构示意图。

参见图1和图3，所述图像采集单元采用一个相机100。所述转动单元包括：旋转平台201、自转电机202、圆周刻度尺203和圆周刻度读取头213。所述旋转平台201的上部与所述相机100固定连接，下部通过联轴器连接所述自转电机202的输出轴。所述自转电机202的主体部分设置在壳体300的内部，并且与同样设置在所述壳体300内部的所述控制单元电连接，用于在所述控制单元的控制下，驱动所述旋转平台201转动，进而带动所述相机100改变拍摄角度。所述旋转平台201为圆柱状平台，所述圆周刻度尺203沿周向设置在所述圆柱状平台的侧面上。所述圆周刻度读取头213设置在所述圆周刻度尺203的下方，通过所述壳体300与所述直线运动单元固定连接，并且与所述控制单元电连接，用于读取所述旋转平台201旋转的角度。

通过设置所述圆周刻度尺203，可以使用户直观地观察到所述旋转平台201的旋转角度。

所述圆周刻度读取头213采用传感器，其将读取到的所述旋转平台201旋转的角度反馈给所述控制单元，以便所述控制单元对所述自转电机202进行微调，最终保证所述相机100能够严格按照所述控制单元的控制要求旋转相应的角度。

所述交互单元包括：显示屏401和键盘402。

所述显示屏401与所述控制单元电连接，用于实时显示当前的拍摄参数，这些拍摄参数包括：相机间距、夹角、相机焦距以及成像CCD的宽度。本实施例中所述显示屏401设置在所述壳体300的前面板上，以方便用户观察。

所述键盘402与所述控制单元电连接，用于输入拍摄的原始数据，以及对拍摄参数进行修正。所述原始数据包括：拍摄场景的前景、后景、景深信息以及相机焦距信息。本实施例中所述键盘402设置在所述壳体300的前面板上，以方便用户输入。

参见图2，所述直线运动单元包括：负载平台501、导轨502、滑块512、直线电机定子503、直线电机动子513、底座504、挡板505、直线刻度尺506和直线刻度读取头516。

所述负载平台501设置在所述导轨502的上部，所述滑块512设置在所述负载平台501和所述导轨502之间，用于引导所述负载平台501沿所述导轨502滑动。

所述直线电机定子503设置在所述负载平台501的下部，并且与所述导轨502平行设置，用于产生励磁磁场；所述直线电机动子513固定在所述负载平台501的下部，用于与所述直线电机定子503配合，在电磁力作用下带动所述负载平台501沿所述导轨502运动。通过采用驱动方式，克服了传统“旋转电机+传送带”传动方式响应慢、精度差、噪声高、效率低等缺点。

本实施例中，采用两个所述导轨502，分别设置在所述直线电机定子503的前部和后部，可以更好地保证所述负载平台501沿直线运动。

所述底座504设置在所述导轨502以及所述直线电机定子503的下部，用于支撑所述导轨502和所述直线电机定子503。在所述底座的左右两侧分别设置有所述挡板505，用于防止所述负载平台501从所述导轨502上滑落。

所述直线刻度尺506沿所述底座504的长度方向设置在所述底座504的前壁上。通过设置所述直线刻度尺506，可以使用户直观地观察到所述负载平台501的运动位移。

所述直线刻度读取头516固定设置在所述负载平台501的前部，并且与所述控制单元电连接，用于读取所述负载平台501沿所述导轨502运动的位移。所述直线刻度读取头516采用传感器，其将读取到的所述负载平台501运动位移反馈给所述控制单元，以便所述控制单元对所述直线电机动子513进行微调，最终保证所述相机100能够严格按照所述控制单元的控制要求沿直线运动相应的位移值。

所述支撑单元采用可伸缩三脚架600，所述可伸缩三脚架600与所述底座504的下部固定连接，用于调节所述相机100的水平高度。

所述控制单元采用单片机(图中未示出)，所述单片机设置在所述壳体300内部。

所述无线通信单元设置在所述壳体300的侧壁上，与所述控制单元电连接，用于与远程控制设备进行交互。通过设置所述无线通信单元，用户使用遥控即可完成设置和拍摄等所有功能，将用户从所述拍摄装置前解放出来，使得一人同时操作多台拍摄装置成为可能，降低了人力成本提高了效率。

图4是本发明实施例所述单镜头裸眼3D图像拍摄方法流程图，如图4所示，所述方法包括步骤：

A：通过手持测距仪器或通过直接观察确定拍摄场景的前景、后景、景深信息以及相机焦距，将拍摄场景的前景、后景、景深信息以及相机焦距信息作为原始数据输入控制单元。

B：根据拍摄场景判断是否采用平行式拍摄，如果是，执行步骤C，否则，执行步骤D。实际拍摄中，对于远景大场面，一般采用平行式拍摄；对于近景小场面，一般采用汇聚式拍摄。通过对拍摄场景的观察，可以判定拍摄场景的类型，进而确定采用何种拍摄方式。

C：所述控制单元根据所述原始数据，控制负载平台带动图像采集单元沿直线运动，对拍摄场景进行平行式拍摄。用户在将所述原始数据输入所述控制单元，并且选定拍摄方式为平行式拍摄后，所述控制单元会自动计算出相机在拍摄时的最佳移动距离，并通过控制旋转平台使相机在整个拍摄过程中始终保持某一固定方向(即不旋转)，同时控制所述负载平台沿所述导轨进行直线运动，实现对场景的平行式拍摄。

D：所述控制单元根据所述原始数据，控制负载平台带动所述图像采集单元沿直线运动，同时控制旋转平台带动所述图像采集单元旋转相应角度，对拍摄场景进行汇聚式拍摄。用户在将所述原始数据输入所述控制单元，并且选定拍摄方式为汇聚式拍摄后，所述控制单元会自动计算出相机在拍摄时的最佳移动距离、最佳旋转角度以及相机汇聚点在景深中的最佳位置，并通过控制旋转平台使相机在拍摄过程中始终对准最佳汇聚点，同时控制所述负载平台沿所述导轨进行直线运动，实现对拍摄场景的汇聚式拍摄。

本发明实施例所述单镜头裸眼3D图像拍摄装置及方法，由控制单元根据用户输入的原始数据自动计数出相应的拍摄参数，进而控制所述转动单元和直线运动单元完成相应地运动，使相机进行平行式拍摄或汇聚式拍摄，并可以在两种拍摄方式间自由切换；同时，所述拍摄装置在拍摄过程中实时读取相机的旋转角度和直线运动位移，并反馈给控制单元，以供控制单元对相应电机的运动状态进行微调，以保证相机始终处于最佳的拍摄状态。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种单镜头裸眼3D图像拍摄装置，其特征在于，包括：图像采集单元、转动单元、直线运动单元和控制单元；

所述图像采集单元固定在所述转动单元的上部；

所述转动单元固定在所述直线运动单元的上部，用于带动所述图像采集单元转动；

所述直线运动单元用于带动所述转动单元沿直线运动；

所述控制单元用于控制所述图像采集单元、所述转动单元和所述直线运动单元作业。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述转动单元包括：旋转平台和自转电机；

所述旋转平台的上部与所述图像采集单元固定连接，下部与所述自转电机的输出轴相连接；

所述自转电机固定在所述直线运动单元的上部，电连接所述控制单元，用于驱动所述旋转平台转动。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述转动单元还包括：圆周刻度尺和圆周刻度读取头；

所述旋转平台为圆柱状平台，所述圆周刻度尺沿周向设置在所述圆柱状平台的侧面上；

所述圆周刻度读取头，设置在所述圆周刻度尺的下方，与所述直线运动单元固定连接，并且与所述控制单元电连接，用于读取所述旋转平台旋转的角度。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述直线运动单元包括：负载平台、滑块和导轨；

所述负载平台设置在所述导轨的上部，所述滑块设置在所述负载平台和所述导轨之间，用于引导所述负载平台沿所述导轨滑动。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述直线运动单元还包括：直线电机定子和直线电机动子；

所述直线电机定子设置在所述负载平台下部，并且与所述导轨平行设置，用于产生励磁磁场；所述直线电机动子固定在所述负载平台的下部，用于与所述直线电机定子配合，在电磁力作用下带动所述负载平台沿所述导轨运动。

6.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述直线运动单元还包括：底座、直线刻度尺和直线刻度读取头；

所述底座设置在所述导轨的下部，用于支撑所述导轨；

所述直线刻度尺沿所述底座的长度方向设置在所述底座的前壁上；

所述直线刻度读取头固定设置在所述负载平台的前部，并且与所述控制单元电连接，用于读取所述负载平台沿所述导轨运动的位移。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：支撑单元；所述支撑单元采用可伸缩三脚架，与所述底座的下部固定连接。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括交互单元；

所述交互单元包括：键盘和显示屏；

所述键盘与所述控制单元电连接，用于输入拍摄的原始数据，以及对拍摄参数进行修正；

所述显示屏也与所述控制单元电连接，用于实时显示当前的拍摄参数。

9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：无线通信单元；

所述无线通信单元与所述控制单元电连接，用于与远程控制设备进行交互。

10.一种单镜头裸眼3D图像拍摄方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

A：将拍摄场景的前景、后景、景深信息以及相机焦距信息作为原始数据输入控制单元；

B：根据拍摄场景判断是否采用平行式拍摄，如果是，执行步骤C，否则，执行步骤D；

C：所述控制单元根据所述原始数据，控制负载平台带动图像采集单元沿直线运动，对拍摄场景进行平行式拍摄；

D：所述控制单元根据所述原始数据，控制负载平台带动所述图像采集单元沿直线运动，同时控制旋转平台带动所述图像采集单元旋转相应角度，对拍摄场景进行汇聚式拍摄。

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