CN103477645A - 移动设备用立体摄像机装置及其拍摄方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供移动设备用立体摄像机及其拍摄方法。本发明包括在移动拍摄场所的适当位置安放移动设备用立体摄像机的步骤；将所述移动设备用立体摄像机的远点调整为无限远时，在广角条件下确定对焦位置的步骤；在所述移动设备用立体摄像机的已确定的固定位置，以无限远作为远点位置，算出一源多用途用摄像机间隔的步骤；按算出的所述摄像机间隔，调整所述移动设备用立体摄像机的间隔的步骤；利用已调整间隔的所述移动设备用立体摄像机进行拍摄的步骤。进而，提供一种适合于移动设备拍摄环境的立体摄像机，使得能够便于制作一源多用途用立体移动设备内容。

Description

移动设备用立体摄像机装置及其拍摄方法
技术领域
本发明涉及移动设备用立体摄像机，尤其涉及将一次制作而成的立体影像移动设备内容，显示于多种尺寸的立体显示装置，诸如手机等移动终端的显示屏、台式电脑的显示器、数字电视、大型剧场的银幕等，也能够无眼疲劳地观看立体影像的移动设备用立体摄像机。
本申请人曾申请过第2007-0100904号的“一源多用途立体摄像机及立体影像内容制作方法”。
背景技术
随着近来电子及半导体技术的发展，多种尺寸的显示装置被广泛使用。就小而言，有2～2.5英寸的手机液晶显示屏、4～9英寸范围的便携式多媒体播放器（PMP）、数字多媒体广播接收器（DMB）、导航仪等移动用显示器、9～19英寸范围的笔记本电脑显示器、12～24英寸的个人台式电脑显示器、15～60英寸范围的家庭用液晶显示器（LCD）及PDP电视显示器、30～200英寸的投影式显示器、100～300英寸的大型剧场用银幕显示器等，能够通过多种尺寸的显示器观看影像。
但是至今为止的立体影像，均制作成为适合在100～300英寸的大型剧场用银幕上显示的影像。因此，其问题点是利用小型的2英寸的手机显示屏观看这种立体影像时，几乎显示不出立体效果，或利用数十英寸的电脑显示器或家庭用电视观看时易导致头疼及眼疲劳，无法长时间观看。
通常，由于人的两眼间隔约为65mm，因此一直被认为拍摄立体影像的两台摄像机的间隔，也应该固定成与该两眼间隔保持一致。
但是，人的银幕注视距离，是约为最近25cm（移动设备环境）至最远12m（影院环境）之间的多种注视距离，因此观看的视角将不同。
最近，流行一种在移动设备环境拍摄视频，将其上传于网络、并通过台式电脑或家庭用电视观看的网民文化；基于当前提供的3G可视通话服务，使得能够在移动设备环境下实时交流视频。
通常，在移动设备环境下的拍摄环境与移动设备或电影拍摄不同，在拍摄自己头像的自拍或互视对方面孔通话的视频通话动作中，以脸部拍摄环境为主。因此，在期待一种移动设备环境下适合于主要拍摄的条件的立体摄像机的问世，但目前还处于初期发展阶段。
如上所述，移动设备环境和显示环境相互不同，所以只单纯将立体摄像机的间隔分隔成两眼距离而拍摄，并不能满足所有的立体显示环境。
因此，以至今为止的移动设备用立体拍摄方式，无法制作出一源多用途内容。
发明内容
技术问题
本发明的目的在于解决如上所述的现有技术问题点，提供一种适合在移动设备拍摄环境下发挥最佳立体效果的同时，适合拍摄一源多用途型移动设备用立体影像的移动设备用立体摄像机装置。
本发明的另一目的在于，提供一种适合在移动设备拍摄环境下发挥最佳立体效果的同时，一源多用途型移动设备用立体摄像机的拍摄方法。
技术方案
旨在达成所述目的的本发明，其包括：在移动拍摄场所的适当位置安放移动设备用立体摄像机的步骤；将所述移动设备用立体摄像机的远点调整为无限远时，在广角条件下确定对焦位置的步骤；在所述移动设备用立体摄像机的已确定的固定位置，以无限远作为远点位置，算出一源多用途用摄像机间隔的步骤；按算出的所述摄像机间隔，调整所述移动设备用立体摄像机的间隔的步骤；利用已调整间隔的所述移动设备用立体摄像机进行拍摄的步骤。
在本发明中确定对焦位置的步骤，由图像传感器的横向宽度和焦点距离及面部横向宽度的比例式确定。
并且，所述拍摄的步骤中，焦点距离只变焦至所述拍摄广角条件的立体摄像机的焦点距离以上，按照各变焦的焦点距离，重新调整所述移动设备用立体摄像机的间隔。
根据本发明的装置，其包括：左侧及右侧摄像机，其以镜头光轴相互平行的方式配置；距离算出部，其算出从所述摄像机至对焦地点的距离（Zo）；摄像机间隔算出部，其利用算出的距离（Zo）、无限远（∞）值、临界视差值及对焦的焦点距离信息，算出一源多用途用摄像机的间隔；摄像机间隔调整模块，其应对于算出的所述摄像机间隔，调整两个所述摄像机的间隔；以及影像存储部，其存储由通过摄像机间隔算出部重新调整间隔的左右侧摄像机进行拍摄的左侧影像及右侧影像。
技术效果
如上所述，本发明提供适用于移动设备拍摄环境的立体摄像机，使得易于制作一源多用途用立体移动设备内容。
附图说明
图1为显示设置有本发明的移动设备用立体摄像机的移动设备拍摄环境的示意图；
图2为显示本发明的一源多用途移动设备用立体摄像机的一优选实施例的框图；
图3为显示19英寸显示器和2/3英寸电荷耦合元件（CCD）图像传感器尺寸的示意图；
图4显示本发明的摄像机部的左右摄像机和被摄体之间的光学几何关系。
具体实施方式
关于本文公开的本发明的实施例，特定的结构性及功能性说明，仅用于说明本发明的实施例，本发明的实施例能够以多种形态实施，不应解释为限定于本文说明的实施例。
本发明能够进行多种变更、具有多种形态，在附图中例示特定实施例，并在本文详细说明。但是这并非将本发明限定于特定的公开形态，而应解释为包括本发明的思想及技术范围内的所有变更、均等物及代替物。
除非另行定义，包括技术或科学用语在内，在此使用的所有用语的意思与本发明所属技术领域的普通技术人员普遍理解的意思相同。通常使用并在词典已定义的用语，应解释为与相关技术文章脉络具有的意思相一致的意思，除非在本申请明确定义，不可解释为特殊或过度形式性的意思。
下面将参照附图详细说明本发明的优选实施例。下面充分详细地说明本实施例，使得熟悉本技术的人员能够实施本发明。
图1为显示设置有本发明的移动设备用立体摄像机的移动手机拍摄环境的示意图。
在图1中，具备本发明的移动设备用立体摄像机的手机100，通常主要拍摄脸部照片。并且，手机100的立体摄像机的镜头至对焦地点（OZ）的距离（ZO）比如为25cm左右。即，在手机拍摄环境，并非需要高度稳定的影像，而是在动态环境拍摄，所以只需体现出立体影像深度即可。因此，将远点固定为无限远，只需获得整体稳定的立体感即可。
【表1】对应于手机摄像机的图像传感器尺寸的立体拍摄条件
Figure BDA0000396312460000051
【表2】对应于焦点距离的在无限远的临界视差值
fl(mm) 无限远
5 0.01677
6 0.01392
7 0.01188
8 0.01036
9 0.00917
10 0.00822
11 0.00744
12 0.00679
15 0.00537
20 0.00394
25 0.00309
30 0.00252
35 0.00211
40 0.00181
45 0.00157
50 0.00138
60 0.00109
70 0.00089
80 0.00074
90 0.00062
100 0.00052
如所述〈表1〉所示，显示对应于图像传感器的尺寸、被摄体的宽度、被摄体与摄像机之间距离的焦点距离。即使被摄体与摄像机之间的距离不变，对应于儿童脸部宽度和成人脸部宽度尺寸差异，焦点距离也随之产生差异。
并且如所述〈表2〉所示，随着焦点距离的变化，在无限远临界视差也随之变化。因此，在设计立体摄像手机时，应根据图像传感器尺寸、被摄体尺寸及与被摄体之间的距离求出焦点距离，并且，考虑对应于该焦点距离的临界视差，从而考虑立体摄像机的间隔。
图2为显示本发明的一源多用途移动设备用立体摄像机的优选第一实施例的框图。如图1所示，立体摄像机包括立体摄像机部110、距离算出部120、摄像机间隔算出部130、影像存储部140、影像结合部150、自动焦点调整部160。
立体摄像机部110包括左侧摄像机112、右侧摄像机114、间隔调整部116。左右侧摄像机112、114相互平行地设置于间隔调整部116上，能够沿相对于光轴垂直的方向，即左右方向移动，从而能够调节其间隔。左侧摄像机112包括排列于同一光轴上的镜头LL和图像传感器SL。右侧摄像机112包括排列于同一光轴上的镜头LR和图像传感器SR。左右侧镜头LL、LR，具有与通常的移动设备用镜头相同的口径，可由立体变焦镜头组构成。在此，图像传感器SL、SR可以为电荷耦合器件（CCD）传感器或互补金属氧化物半导体（CMOS）传感器。在本实施例，采用16:9HD型的尺寸为2/3英寸（对角线长度为11mm、高度为5.39mm、宽度为9.59mm）、分辨率为1920*1080的16:9HD的图像传感器。
间隔调整部116构成为由伺服电机或线型电机驱动的水平移动机械结构，以对称地水平移动左右摄像机。间隔调整部116具有5mm至20mm的间隔调整范围。在此，最小间隔由两个摄像机可接近的物理尺寸所确定。在本发明中，两个摄像机的间隔并非固定为两眼间隔，即65mm，而是根据移动设备拍摄环境，能够小于两眼间隔，相隔至1/5倍以上。如此大的间隔距离，目的在于能够在多种显示环境下，保持相同类似的立体效果，无眼疲劳地观看立体影像。
所述实施例说明调整摄像机间隔，但是也能够按相同方式调整CCD图像传感器的间隔或镜头间的间隔。
距离算出部120利用从光学距离测定传感器122获得的距离信息，算出立体摄像机的对焦距离（注视距离ZO）。在此，利用光学距离测定传感器的距离算出算法，采用通常的距离算出算法，因此省略其具体说明。在此，距离算出部120还能够替代距离测定传感器122的传感器方式，变更成使用者直接输入距离值ZO、ZF的输入方式，或利用立体影像视差的距离算出方式。
摄像机间隔算出部130利用算出的距离值ZO、焦点距离f及临界视差值D，根据如下数学式1算出一源多用途摄像机的间隔。
【数学式1】
CO=D×ZO×{(1/f)-(1/ZO)}
在此，D表示图像传感器中的临界视差，f表示立体摄像机的焦点距离。在此，临界视差（D：Disparity）表示两个图像传感器分别获得的两个立体影像之间的可允许的最大视差值。
图3为显示19英寸显示器和2/3英寸CCD图像传感器尺寸的示意图。如图3所示，临界视差可通过基准显示器（19英寸显示器）可允许的最大屏幕视差（SP；Ssreen Parallax）、基准显示器的水平宽度（MHW）与图像传感器（2/3英寸）的水平宽度（CHW）的比例式，根据如下数学式2算出。
【数学式2】
D=SP×(CHW/MHW)
一般来讲，在左右眼的各网膜中，立体影像的角度差异达到1.6度以上时，将会超出融合范围，从而立体影像效果下降。因此，为了显示立体影像效果，在屏幕上两个立体影像的视差必须在满足该条件的范围之内。因此，融合范围内的屏幕最大视差SP可根据如下数学式3算出。
【数学式3】
SP=凝视距离×tan(1.6)
影像存储部140，利用通过数学式1重新调整摄像机间隔的立体摄像机100，分别获取左侧影像与右侧影像，分别存储于左侧影像存储区域142与右侧影像存储区域144。影像存储部140包括临界视差值存储区域146。存储于存储区域146的临界视差值D提供给摄像机间隔算出部130。
影像结合部150沿左右侧方向分别移动存储于影像存储部140的左侧影像存储区域142与右侧影像存储区域144的左侧影像及右侧影像，并重叠得使其零视差位置一致，结合成存在视差的立体影像。结合成的立体影像通过立体显示器显示。
在本发明中影像结合部，在摄像机并非水平移动方式，而是摄像机固定方式时，能够采用转换影像数据并读出的方式，使得每次过来拍摄到的左右侧图像时，产生如水平移动的效果。具体内容参照在先申请的第2007-0100904号记载的技术构成。
自动焦点调整部160，控制多个摄像机112、114的各镜头LL、LR，以自动调整焦点，控制对焦。将对焦的焦点距离f信息提供给摄像机间隔算出部130。
图4显示摄像机部110的左右摄像机112、114和移动设备拍摄舞台间的光学几何关系。
图4中各附图标记如下：
AXL:左侧镜头的光轴
AXR:右侧镜头的光轴
ZO:从镜头中心至对焦位置OZ的直线距离
ZF:从镜头中心至无限远远点OF的直线距离
ZS:从镜头中心至图像传感器SL、SR的直线距离
f:镜头焦点距离
CO:左右镜头LL、LR的中心之间的间隔（左右摄像机间隔）
CZ:左右图像传感器SL、SR中对焦的左右图像之间的距离
CF:图像传感器SL、SR拍摄的远点左右图像之间的距离
CHW:图像传感器SL、SR的横向宽度
DL:左侧视差
DR:右侧视差
SHW:拍摄广角条件下的脸部水平最大宽度
因此，在图4的相似区域A1、A2，ZO:CO/2=ZS:(CZ-CO)/2，故整理为如下数学式。
【数学式4】
CZ=(ZS/ZO)×CO+CO
同样，在图4的相似区域A3、A4，ZF:CO/2=ZS:(CF-CO)/2，整理为如下数学式。
【数学式5】
CF=(ZS/ZF)×CO+CO
对应于远点的图像传感器SL、SR上的左右图像的视差(Disparity)整理为如下数学式。
【数学式6】
D=DL+DR
=CZ-CF
=(ZS/ZO)×CO+CO-CO
=ZS×CO/ZO
在此，近似处理成ZS/ZF≒0。
因此，将数学式6的1/ZS值，用数学式7的值置换并整理，可得到数学式1。
【数学式7】
1/ZS=1/f-1/ZO
因此，在本发明中移动设备拍摄时，固定立体摄像机的位置，则通过测定对焦距离，根据数学式1重新调整摄像机间隔。并且，利用摄像机间隔已重新调整的立体摄像机拍摄，能够使对应于最远点拍摄的左右立体影像的视差不超出临界视差D的范围，因此能够在融合范围之内，拍摄可发挥最大立体效果的一源多用途立体影像。
在此，根据舞台水平宽度SHW、对应于CCD图像传感器的水平宽度CHW的最广角条件的焦点距离fw，对焦距离ZO由如下数学式8确定
【数学式8】
ZO=(FHW/CHW)×fw
尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换。

Claims (4)

1.一种移动设备用立体摄像机拍摄方法，其特征在于，包括：
在移动拍摄场所的适当位置安放移动设备用立体摄像机的步骤；
将所述移动设备用立体摄像机的远点调整为无限远时，在广角条件下确定对焦位置的步骤；
在所述移动设备用立体摄像机的已确定的固定位置，以无限远作为远点位置，算出一源多用途用摄像机间隔的步骤；
按算出的所述摄像机间隔，调整所述移动设备用立体摄像机的间隔的步骤；
利用已调整间隔的所述移动设备用立体摄像机进行拍摄的步骤。
2.根据权利要求1所述的移动设备用立体摄像机拍摄方法，其特征在于：
所述确定对焦位置的步骤，由如下数学式确定，
ZO=(FHW/CHW)×fw
其中，FHW:可拍摄的最大脸部宽度，CHW:图像传感器水平宽度，fw:FHW全部拍摄于CHW的广角条件下的立体摄像机焦点距离。
3.根据权利要求2所述的移动设备用立体摄像机拍摄方法，其特征在于：
所述拍摄的步骤中，焦点距离只变焦至所述拍摄广角条件的立体摄像机的焦点距离以上，按照各变焦的焦点距离，重新调整所述移动设备用立体摄像机的间隔。
4.一种移动设备用立体摄像机拍摄装置，其特征在于，包括：
左侧及右侧摄像机，其以镜头光轴相互平行的方式配置；
距离算出部，其算出从所述摄像机至对焦地点的距离（Zo）；
摄像机间隔算出部，其利用算出的距离（Zo）、无限远（∞）值、临界视差值及对焦的焦点距离信息，算出一源多用途用摄像机的间隔；
摄像机间隔调整模块，其应对于算出的所述摄像机间隔，调整两个所述摄像机的间隔；以及
影像存储部，其存储由通过摄像机间隔算出部重新调整间隔的左右侧摄像机进行拍摄的左侧影像及右侧影像。
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