CN103430095B - 用于3d视频摄影的透镜系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种系统，其具有两个透镜装置(10R，10L)，并且其中所述两个透镜装置(10R，10L)的基线长度能够改变，该系统装配有用于控制三维数的度数的旋钮(60)，以及基线长度计算单元(52)，基线长度计算单元(52)用于采用指示通过旋钮(60)指定的三维数的度数的信息和取决于将被相机装置(20R，20L)拍摄的对象的拍摄条件，计算最适合产生符合所述拍摄条件的、具有通过旋钮(60)指定的三维数的度数的3D视频数据的基线长度，并输出计算出的基线长度的信息，所述两个透镜装置(10R，10L)连接至所述相机装置(20R，20L)。

Description

用于3D视频摄影的透镜系统

技术领域

本发明涉及用于3D视频摄影的透镜系统。

背景技术

近年来，能够将3D视频显示给观看者的平板TV接收器(称为3D兼容)已经被狂热地开发。同样在TV工业中，产生成使得能够将3D视频显示给观看者的形式的3D视频数据的必要性增加。预期对能够产生3D视频数据的3D拍摄兼容TV相机系统的需求将增加。

可以通过同时产生具有视差的两个视频数据产生三维视频数据。通常，其中两个成像单元沿左右方向彼此隔开的3D拍摄系统用于该目的(参考专利文献1-3)。

在这种3D拍摄系统中，两个对应的成像单元中包括的光学系统的光轴之间的距离称为基线长度，通过改变基线长度，可以调整由这两个成像单元获得的两个视频数据之间的视差。

例如，专利文献1公开了一种技术，其中在具有两个成像单元的单个相机中，根据变焦透镜位置和聚焦透镜位置计算最佳基线长度，并且成像单元之间的距离被控制以变为等于该基线长度。

专利文献2公开了一种技术，其中在采用两个光学系统和单个成像装置进行3D拍摄的相机中，根据焦距和对象距离计算两个光学系统之间的最佳基线长度，并且两个光学系统之间的距离被控制以变为等于该基线长度。

专利文献3公开了具有两个相机的系统中的下述技术。当用户设置目标对象距离时，收敛角和基线长度是基于计算两个相机之间的对象距离计算的并被显示在显示单元上，并且两个相机之间的收敛角和基线长度被改变。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP-A-2010-217410

专利文献2：JP-A-2002-112288

专利文献3：JP-A-2007-288229

发明内容

要解决的技术问题

专利文献1-3中公开的系统可以产生具有适合将被拍摄的对象的三维数的3D视频数据，因为可以根据取决于对象的相机拍摄条件，如变焦透镜位置、聚焦透镜位置、焦距、对象距离等改变基线长度。然而，每个电视录像制作人对视频都有他或她自己的风格。因此，其中根据对象确定的相机拍摄条件自动地确定三维数的系统在对电视录像制作人的可用性方面不是必然高的。

专利文献1和2公开了其中可以手动地改变基线长度的配置。然而，需要熟练的技巧以在不管根据对象确定的相机拍摄条件的情况下通过手动地改变基线长度来产生优质的3D视频数据。希望可以通过简单的操纵产生优质的3D视频数据。

已经考虑到上述情况作出了本发明，并且本发明的目标因此是提供一种用于3D视频摄影的透镜系统，其使得能够以简单的操纵产生具有目标三维数的优质3D视频数据。

解决技术问题的技术方案

根据本发明的用于3D视频摄影的透镜系统是一种用于3D视频摄影的透镜系统，其具有两个透镜装置，并且其中所述两个透镜装置的基线长度能够改变，所述透镜系统包括：三维数操纵单元，用于控制3D视频的三维数的度数；和基线长度计算单元，用于采用指示通过三维数操纵单元指定的三维数的度数的信息和相机装置的拍摄条件，计算最适合产生符合所述拍摄条件的、具有通过三维数操纵单元指定的三维数的度数的3D视频数据的基线长度，并输出计算出的基线长度的信息，所述两个透镜装置连接至所述相机装置。

有益效果

本发明可以提供一种用于3D视频摄影的透镜系统，其使得能够以简单的操纵产生具有目标三维数的优质3D视频数据。

附图说明

图1是用于描述本发明的实施例的图，其示出了3D视频摄影系统的大致结构。

图2是详细地示出图1中示出的3D视频摄影系统的聚焦控制器31的内部结构的图。

图3是示出图1中示出的3D视频摄影系统的聚焦控制器31和聚焦旋钮32的外观的图。

图4是示出图1中示出的3D视频摄影系统的透镜装置10R和相机装置20R的内部结构的图。

图5是示出图1中示出的3D视频摄影系统如何操作的流程图。

具体实施方式

以下将参照附图描述本发明的实施例。

图1是用于描述本发明的实施例的图，其示出了3D视频摄影系统的大致结构。

3D视频摄影系统装配有沿水平方向设置在电动装置上的两个相机装置20R和20L以及用于3D视频摄影的透镜系统。相机装置20R和20L中的至少一个可移动地设置，从而可以改变相机装置20R和20L之间的水平间距。

用于3D视频摄影的透镜系统装配有沿水平方向并排设置在电动装置上的透镜装置10R和10L、用于通过控制透镜装置10R和10L中的至少一个的位置改变透镜装置10R和10L的基线长度(即，透镜装置10R的光轴KR和透镜装置10L的光轴KL之间的距离)的透镜驱动单元60、以及用于操作透镜装置10R和10L的透镜操作单元30。透镜操作单元30结合有用于控制透镜装置10R和10L以及透镜驱动单元60的控制器。

透镜装置10R和10L连接至对应的相机装置20R和20L。该系统被配置成使得当透镜装置10R和10L中的至少一个的位置由透镜驱动单元60改变时，相机装置20R和20L的位置也与它联动地改变。

视差根据透镜装置10R和10L的基线长度出现在由透镜装置10R和相机装置20R获取的图像与由透镜装置10L和相机装置20L获取的图像之间。因此，通过以相关联方式记录这些图像，可以获得使得能够进行3D观看的3D视频数据。

透镜装置10R和10L装配有用于与透镜操作单元30串行通信的对应接口(IF)41和42。

透镜操作单元30装配有用于控制各个透镜装置10R和10L中包括的聚焦透镜组的聚焦控制器31、用于控制聚焦位置的聚焦旋钮32、用于控制各个透镜装置10R和10L中包括的变焦透镜组的变焦控制器33、以及用于控制变焦位置的变焦旋钮34。

聚焦控制器31装配有连接至透镜驱动单元60的接口(IF)35，连接至透镜装置10R的IF41和透镜装置10L的IF42的IF36、以及连接至变焦控制器33的IF38的IF37。聚焦控制器31通过IF36与透镜装置10R和10L通信，通过IF35与透镜驱动单元60通信，并通过IF37与变焦控制器33通信。

图2是详细地示出图1中示出的3D视频摄影系统的聚焦控制器31的内部结构的图。图3是示出图1中示出的3D视频摄影系统的聚焦控制器31和聚焦旋钮32的外观的图。

如图2所示，除了IF35-37之外，聚焦控制器31还装配有控制单元50、基线长度计算单元52、三维数输入单元51、和三维数调整旋钮60。

三维数调整旋钮60是用于控制三维数的度数的操纵单元。如图3所示，三维数调整旋钮60是设置在聚焦控制器31的本体的外周面上的拨号盘形旋钮。

用户可以通过在刻度70上从“标准”状态顺时针转动三维数调整旋钮60而作出指令以增加由3D视频摄影系统获取的3D视频数据的三维数。并且用户可以通过在刻度70上从“标准”状态逆时针转动三维数调整旋钮60而作出指令以减少由3D视频摄影系统获取的3D视频数据的三维数。通过将旋钮60转动至刻度70上的“高”而建立用于控制最高三维数的状态，并通过将旋钮60转动至刻度70上的“低”而建立用于控制最低三维数的状态。

三维数调整旋钮60不限于拨号盘型旋钮，并且例如可以是采用滑杆或加减按钮改变三维数的度数。

三维数输入单元51读取三维数调整旋钮60在刻度70上的位置，并将表示用户指令的三维数的度数的信息输入至基线长度计算单元52。

控制单元50将聚焦旋钮32操纵信号转换成聚焦位置指示信号，并通过IF36将聚焦位置指示信号发送至相机装置10R和10L。控制单元50还采用聚焦位置指示信号计算至对象的距离的信息。

而且，控制单元50还从变焦控制器33接收变焦旋钮34操纵信号，将它转换成变焦位置指示信号，并通过IF36将变焦位置指示信号发送至相机装置10R和10L。控制单元50还采用变焦位置指示信号计算焦距。

控制单元50结合有存储器，如EEPROM，其提前存储于关于相机装置20R和20L的信息(安装在其中的成像装置的尺寸、3D视频数据的假设的显示尺寸等)。

采用指示从三维数输入单元51输入的三维数的度数的信息，与相机装置20R和20L相关的、存储在结合在控制单元50中的存储器中的信息，以及由控制单元计算的至对象的距离的信息和焦距信息(相机装置20R和20L的取决于对象的拍摄条件)，基线长度计算单元52计算透镜装置10R和10L的基线长度值，该基线长度值最适合用于产生符合相机装置20R和20L的拍摄条件的、具有由三维数调整旋钮60指定的三维数的3D视频数据。

例如，基线长度计算单元52通过根据下述方程式(1)的计算而计算基线长度X，用于获得具有用户希望的三维数的3D视频数据：

X＝(k×L)/f…(1)

其中

k＝{(Pmax×Wf)/Ws}×D；

L：至对象的距离；

f：透镜装置10R和10L的焦距

Pmax：具有假设的显示尺寸(约65mm(人眼之间的间距))的最大视差；

Wf：结合在相机装置20R和20L中的成像装置的水平宽度(在2/3英寸成像装置的情况中是9.58mm)；

Ws：假设的显示尺寸的水平宽度(在用于商用3DTV接收器的情况中是约2000mm)；和

D：根据三维数的度数确定的系数(例如，其中D在三维数调整旋钮60被设置在刻度70上的“标准”处时等于1，D值在三维数调整旋钮60向着刻度70上的“高”转动时增加，并在三维数调整旋钮60向着刻度70上的“低”转动时减小)

Pmax，Wf和Ws是存储在控制单元50的内部存储器中的数据。

方程式(1)假设在风景背景下拍摄人的情况。在假设包括远景人和近景人的场景中，可以根据下述方程式(2)计算基线长度：

X＝[{k×(Lmax×Lmin)}/(Lmax-Lmin)]/f…(2)

其中

Lmax：至最远对象的距离；以及

Lmin：至最近对象的距离。

在采用方程式(2)时，在其中聚焦控制器31将计算基线长度的模式中，首先，用户操纵聚焦旋钮32以便在最远对象上进行聚焦并按压输入按钮(未示出)。随后，用户操纵聚焦旋钮32以便在最近对象上进行聚焦并按压输入按钮(未示出)。聚焦控制器31的控制单元50可以在按压输入按钮的时间点处基于聚焦旋钮32的位置计算Lmax和Lmin。

在方程式(1)中，L可以改变成L×D，或者f可以改变成f/D，而不是从k的方程式中删除D。

图4是示出图1中示出的3D视频摄影系统的透镜装置10R和相机装置20R的内部结构的图。

相机装置20R装配有包括设置在透镜装置10R的光轴KR上的成像装置的成像单元201、用于通过处理通过由成像单元201成像获得的成像信号产生图像数据的视频信号处理单元202、用于以统一方式控制整个相机装置20R的CPU203、以及用于与透镜装置10R通信的SCI(串行通信接口)204。

透镜装置10R的拍摄光学系统装配有从对象侧顺序地设置的聚焦透镜组101、变焦透镜组102和103、光阑105、以及主透镜组106。

透镜装置10R还装配有用于控制聚焦透镜组101的位置的聚焦马达115、用于控制变焦透镜组102和103的位置的变焦马达116、用于打开/关闭控制光阑105的光圈马达117、用于驱动聚焦马达115，变焦马达116和光圈马达117的CPU114、用于与相机装置20R通信的SCI113、以及IF41。

除了IF42代替IF41之外，透镜装置10L和相机装置20L的内部结构与图4中示出的内部结构相同，并且因此将不对其进行详细描述。

包括在透镜装置10R和10L中的每一个中的CPU114通过根据从聚焦控制器31接收的聚焦位置指示和变焦位置指示信号驱动聚焦马达115和变焦马达116而分别进行聚焦位置控制和变焦位置控制。

接下来，将进行上述构造的3D视频摄影系统如何操作的描述。

图5是示出图1中示出的3D视频摄影系统如何操作的流程图。

首先，在预备阶段，使用这种系统的用户将计算机连接至聚焦控制器31的通信终端(未示出)，并采用计算机输入与相机装置20R和20L(相机参数)相关的信息片段。以及输入至计算机的与相机装置20R和20L相关的信息片段由聚焦控制器31的控制单元50接收并存储在控制单元50的存储器中。相机参数包括诸如安装在相机装置20R和20L中的成像装置的尺寸、3D视频数据的假设的显示尺寸、在这种显示尺寸下的最大视差之类的信息片段。

随后，用户通电透镜装置10R和10L，通过操纵变焦旋钮34指定变焦位置，并通过操纵聚焦旋钮32指定聚焦位置。而且，用户通过操纵三维数调整旋钮60指定目标三维数。

当已经指定变焦位置时，聚焦控制器31的控制单元50从变焦控制器33接收变焦旋钮34的操纵信号，将接收到的操纵信号转换成变焦位置指示信号(步骤S1)，并将变焦位置指示信号发送至透镜装置10R和10L。在透镜装置10R和10L的每一个中，变焦透镜组102和103根据变焦位置指示信号移动。

随后，控制单元50采用在步骤S1处获得的变焦位置指示信号计算透镜装置10R和10L的焦距(步骤S2)，并将计算出的焦距的信息输入至基线长度计算单元52。可以根据变焦位置指示信号计算焦距，因为在透镜装置10R和10L的焦距与变焦透镜组102和103的位置之间存在对应，并且这种对应的表提前存储在控制单元50的存储器中。

透镜装置10R和10L的焦距与变焦透镜组102和103的位置之间的对应表由实际测量值确定，并在用于3D视频摄影的透镜系统10装送之前由它的制造者存储在控制单元50的内部存储器中。

当已经指定焦距时，控制单元50接收聚焦旋钮32的操纵信号，控制单元50接收聚焦旋钮32的操纵信号，并将接收到的操纵信号转换成聚焦位置指示信号(步骤S3)，并将聚焦位置指示信号发送至透镜装置10R和10L。在透镜装置10R和10L中的每一个中，聚焦透镜组101根据聚焦位置指示信号移动。

随后，控制单元50采用在步骤S3处获得的聚焦位置指示信号计算对象距离(步骤S4)，并将计算出的焦距的信息输入至基线长度计算单元52。可以根据变焦位置指示信号计算对象距离，因为在对象距离和聚焦透镜组101的位置之间存在对应，并且这种对应的表提前存储在控制单元50的存储器中。

对象距离和聚焦透镜组101的位置之间的对应表由实际测量值确定，并在用于3D视频摄影的透镜系统10装送之前由它的制造者存储在控制单元50的内部存储器中。

随后，基线长度计算单元52从控制单元50的内部存储器获取与相机装置20R和20L相关的信息(相机参数)(步骤S5)，从三维数输入单元51获取由三维数调整旋钮60指定的三维数的度数的信息(步骤S6)。

随后，基线长度计算单元52采用已经从控制单元50输入的焦距信息和对象距离信息，已经从控制单元50的内部存储器获取的关于相机装置20R和20L的信息片段、以及已经从三维数输入单元51输入的三维度数信息，通过例如根据上述方程式(1)的计算而计算基线长度，并将指示计算出的基线长度的信息输出至透镜驱动单元60(步骤S8)。

透镜驱动单元60接收该信息，并在电动装置上沿水平方向移动透镜装置10R和10L中的至少一个，使得透镜装置10R和10L的基线长度变为等于由接收到的信息指示的基线长度(步骤S9)。

在执行步骤S9之后，对拍摄顺序进行转换。如果在拍摄顺序中操纵聚焦旋钮32、变焦旋钮34和三维数调整旋钮60中的一个，则再次执行步骤S1-S9，并且由此重新调整基线长度。

如上所述，在图1中示出的3D视频摄影系统中，不仅基于相机装置20R和20L的取决于对象的拍摄条件，如焦距和对象距离，而且考虑由三维数调整旋钮60指定的三维数的度数，计算基线长度。因此，可以获得符合拍摄条件的3D视频数据，如具有用户希望的三维数。

例如，在其中可以手动改变基线长度的相机系统中，为了确定适合拍摄条件的基线长度，需要通过多次改变基线长度而在经验上知晓基线长度与3D视频数据之间的关系，这需要熟练的技巧。

相反，在图1中示出的3D视频摄影系统中，由基线长度计算单元52计算的基线长度具有这样的值，该值是通过根据由三维数调整旋钮60指定的三维数的度数修正适合拍摄条件的基线长度(参考基线长度)获得的(在方程式(1)中，当D被设置为等于1时，基线长度X变为等于最适合拍摄条件的基线长度)。结果，可以获得具有用户希望的三维数的适合将被拍摄的对象的立体观看的3D视频数据。此外，通过简单的操纵而不需要任何技巧，可以获得这种优点。

而且，在图1中示出的3D视频摄影系统中，即使在相机装置20R和20L的拍摄条件已经改变时，也可以根据新的拍摄条件和由三维数调整旋钮60指定的三维数的度数重新计算基线长度。也即是说，如果一旦用户通过操纵三维数调整旋钮60指定目标三维数，则可以继续自动获得具有指定的三维数的3D视频数据，即使拍摄条件随后改变。因此，3D视频摄影系统的可用性可以增加。

虽然记录的是由相机装置20R和20L获取的图像，但优选的是，基线长度计算单元52采用指示在即将开始记录所获取的图像之前由三维数调整旋钮60指定的三维数的度数的信息和相机装置20R和20L的拍摄条件计算基线长度。

如果在由相机装置20R和20L获取的图像的记录期间接收通过操纵三维数调整旋钮60指定的三维数的度数的改变，则在拍摄期间基线长度可能改变到大的程度，从而产生大的3D视频数据。考虑到这种情况，在由相机装置20R和20L获取的图像的记录期间，通过采用在即将开始记录所获取的图像之前由三维数调整旋钮60指定的值和相机装置20R和20L的拍摄条件计算基线长度，可以防止基线长度的大的变化。

虽然在上述描述中，透镜装置10R和10L的基线长度根据由基线长度计算单元52计算的基线长度自动改变，但本发明不限于这种情况。例如，该系统可以配置成使得由基线长度计算单元52计算的基线长度的信息显示在连接至IF35的显示装置上，并且正在观看显示装置的用户手动地移动透镜装置10R和10L的位置以获得所显示的基线长度。

即使在其中透镜装置10R和10L的基线长度根据由基线长度计算单元52计算的基线长度自动改变的配置中，通过将由基线长度计算单元52计算的基线长度的信息显示在连接至IF35的显示装置上，也可以将该传递至用户。这使得能够根据在显示装置上显示的基线长度手动地移动透镜装置10R和10L，并且从而即使在由于透镜驱动单元60出现故障而不能控制透镜装置10R和10L的情况中也可以继续拍摄。

基线长度计算单元52可以设置在透镜装置10R或10L中。在该情况中，设置在透镜装置10R或10L中的基线长度计算单元52可以获取焦距、对象距离、相机参数、以及指示三维数的度数的信息，采用这些信息片段计算基线长度，并经由聚焦控制器31将计算出的基线长度输出至透镜驱动单元60或显示装置。

由于聚焦控制器31具有相对大的本体，在它上设置基线长度计算单元52和三维数调整旋钮60使得能够有效地利用由整个系统占用的空间。

如上所述，本说明书公开了下述多项：

所公开的用于3D视频摄影的透镜系统是用于3D视频摄影的透镜系统，其具有两个透镜装置，并且其中所述两个透镜装置的基线长度可以改变，所述透镜系统包括：用于控制3D视频的三维数的度数的三维数操纵单元；以及基线长度计算单元，其用于采用指示通过三维数操纵单元指定的三维数的度数的信息和相机装置的拍摄条件计算最适合产生符合所述拍摄条件的、具有通过三维数操纵单元指定的三维数的度数的3D视频数据的基线长度，并输出计算出的基线长度的信息，所述两个透镜装置连接至所述相机装置。

所公开的用于3D视频摄影的透镜系统包括透镜位置控制单元，其基于从基线长度计算单元输出的基线长度的信息控制所述两个透镜装置中的至少一个的位置以获得所述基线长度。

所公开的用于3D视频摄影的透镜系统使得当正记录由其上连接所述两个透镜装置的相机装置获取的图像时，基线长度计算单元采用指示在即将开始记录所获取的图像之前指定的三维数的度数的信息和拍摄条件计算最合适的基线长度，而不管是否操纵三维数操纵单元。

所公开的用于3D视频摄影的透镜系统使得基线长度计算单元设置在用于操作所述两个透镜装置的透镜操作单元中。

所公开的用于3D视频摄影的透镜系统使得三维数操纵单元设置在透镜操作单元中。

所公开的用于3D视频摄影的透镜系统包括用于显示从基线长度计算单元输出的基线长度的信息的显示装置。

工业应用性

本发明使得能够提供一种用于3D视频摄影的透镜系统，其能够以简单的操纵产生具有目标三维数的优质3D视频数据。

虽然已经参照特定实施例详细描述了本发明，但对本领域技术人员来说明显的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以进行多种改变和修改。本申请基于2011年3月18日递交的日本专利申请No.2011-061455，通过引用将其公开内容结合于此。

附图标记的描述

10R，10L：透镜装置

20R，20L：相机装置

52：基线长度计算单元

60：三维数调整旋钮

Claims (5)

1.一种用于3D视频摄影的透镜系统，具有两个透镜装置，并且其中所述两个透镜装置的基线长度能够改变，所述透镜系统包括：

三维数操纵单元，用于控制3D视频的三维数的度数；和

基线长度计算单元，用于采用指示通过三维数操纵单元指定的三维数的度数的信息和其上连接所述两个透镜装置的相机装置的拍摄条件，计算最适合产生符合所述拍摄条件的、具有通过三维数操纵单元指定的三维数的度数的3D视频数据的基线长度，并输出计算出的基线长度的信息，

其中当正记录由其上连接所述两个透镜装置的相机装置获取的图像时，基线长度计算单元采用指示在即将开始记录所获取的图像之前指定的三维数的度数的信息和在记录所获取的图像期间出现的拍摄条件计算最合适的基线长度，而不管三维数操纵单元是否被操纵。

2.根据权利要求1所述的用于3D视频摄影的透镜系统，包括透镜位置控制单元，该透镜位置控制单元用于基于从基线长度计算单元输出的基线长度的信息控制所述两个透镜装置中的至少一个的位置以获得所述基线长度。

3.根据权利要求1或2所述的用于3D视频摄影的透镜系统，其中基线长度计算单元设置在用于操作所述两个透镜装置的透镜操作单元中。

4.根据权利要求3所述的用于3D视频摄影的透镜系统，其中三维数操纵单元设置在透镜操作单元中。

5.根据权利要求1或2所述的用于3D视频摄影的透镜系统，包括用于显示从基线长度计算单元输出的基线长度的信息的显示装置。