CN104834102A - 一种可将单摄像机变为立体摄像机的光学系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可将单摄像机变为立体摄像机的光学系统及其方法，该系统包括第一、第二、和第三变场部分，且其依次安装在镜头内形成摄像机镜头；其方法为：将光学系统安装在镜头里面形成立体镜头；视场穿过第一变场部分后，通过半五角棱镜将光路变为不同方向射向思密特屋脊棱镜反射向前；第二凸透镜接收来自不同方向的光路定向射入思密特屋脊棱镜的前反射面，再经过第二凹透镜将视场横向变大，形成左右双镜头，并对同一物象形成拍摄条件；上述三部分变场镜位置的变动，经过摄像机的一个曝光窗口，在摄像机的焦平面上，就得到了有视差效果两幅同位影像。克服了其他立体摄像方不能在同一镜头上对不同视物随意变换焦距的缺点。

Description

一种可将单摄像机变为立体摄像机的光学系统及其方法
技术领域
本发明涉及一种可将单摄像机变为立体摄像机的光学系统及其方法，属于立体摄像机领域。
背景技术
目前，立体摄像技术发展很快，但普及艰难，立体片源多位电脑合成，拍摄的立体影像设备技术复杂，使得制作和普及立影像变得缓慢，而且用普通的单摄像机简单的拍摄立体影像，目前还没有相关报道。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提供一种可将单摄像机变为立体摄像机的光学系统及其方法，其能极方便拍摄。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种可将单摄像机变为立体摄像机的光学系统，该系统包括第一变场部分、第二变场部分和第三变场部分，上述三个变场部分依次安装在镜头内形成摄像机镜头；
该第一变场部分由至少一组可变焦距的凹凸镜片组合组成，且该凹凸镜片组合自下而上分别由第一凸透镜和第一凹透镜排列组合在一起；
该第二变场部分分别由两个半五角棱镜和两个思密特屋脊棱镜自下而上沿着物象的中轴线AA′对称分布组成，且两个半五角棱镜中的长倾斜面分别与两个思密特屋脊棱镜的一个倾斜面保持相对平行；
该第三变场部分分别由至少两个第二凸透镜和至少两个第二凹透镜自下而上沿着物象的中轴线AA′对称排列组合而成。
作为本发明的进一步改进，所述两个思密特屋脊棱镜与物象的中轴线AA′的夹角分别为α和α′，且α和α′分别为76°-90°之间，以达到双眼视差的立体效果，这部分变场与第一和第三变场的组合是可同步移动的，以便形成可变焦距，达到拍摄不同视场的效果。
作为本发明的进一步改进，在两个半五角棱镜的a和b面上分别设置有反射膜，其可以消除因多次折射造成的光损耗，避免对影像产生不必要的干涉。
一种将单摄像机变为立体摄像机的方法，其包括以下步骤：
(A)将上述的光学系统安装在镜头里面形成立体镜头，并将该镜头安装在周边带有丝扣的环形圈内，随着丝扣的转动，变场镜片同步位移，焦距随着变化；
(B)视场穿过立体镜头的第一变场部分后，到达第二变场部分中的左右两个半五角棱镜将光路变为不同方向的光路射向左右两个思密特屋脊棱镜，然后经过左右两个思密特屋脊棱镜反射向前；
(C)左右两个第二凸透镜接收来自不同方向的光路定向射入思密特屋脊棱镜的前反射面，然后再经过两个第二凹透镜将视场横向变大，其光轴分别与左右两个思密特屋脊棱镜的入射面保持垂直，形成左右双镜头，并对同一物像形成拍摄条件；
(D)上述三部分变场镜位置的变动，经过摄像机的一个曝光窗口，在摄像机的焦平面上，就得到了有视差效果两幅同位影像，即代表了人的左右眼睛。
作为本发明的进一步改进，所述第三变场部分分别与第一变场部分和第二变场部分同步，为的是将外部较宽的视场分别定向射入第二变场部分的思密特屋脊棱镜的前反射面。
作为本发明的进一步改进，所述第二变场部分将从第三变场部分来的不同方向的光路分别经过左右两个思密特屋脊棱镜的四次折射后，再分别经过左右两个相同的半五角棱镜的二次折射后将影像转变成一组平行的正像或者倒像光路；这组光路经过第一变场部分后聚焦于摄像机的焦平面上，形成有视差效果的两幅同位影像。
本发明的立体镜头，是直接安装在普通单摄像机上的一套可变焦距的多极变场的光学系统，是基于人的双眼的视觉原理，来获得对同一物象在同一时间，不同角度拍摄的影像。
本发明的有益效果是：本发明将一组可变焦距的从两个不同方向拍摄的镜片组合，有别于其他已有的立体摄像机的复杂结构，克服了其他立体摄像方不能在同一镜头上对不同视物随意变换焦距的缺点，简单易操作，成本低，与现有摄像器材相匹配，适应不同场景效果。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
其中：1、第一变场部分，2、第二变场部分，3、第三变场部分，4、第一凸透镜，5、第一凹透镜，6、半五角棱镜，7、思密特屋脊棱镜，8、第二凸透镜，9、第二凹透镜，10、物像，11、焦平面，12、同位影像。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的阐述。
如图1所示，一种可将单摄像机变为立体摄像机的光学系统，该系统包括第一变场部分1、第二变场部分2和第三变场部分3，上述三个变场部分依次安装在镜头内形成摄像机镜头；
该第一变场部分1由至少一组可变焦距的凹凸镜片组合组成，且该凹凸镜片组合自下而上分别由第一凸透镜4和第一凹透镜5排列组合在一起；
该第二变场部分2分别由两个半五角棱镜6和两个思密特屋脊棱镜7自下而上沿着物象10的中轴线AA′对称分布组成，且两个半五角棱镜6中的长倾斜面分别与两个思密特屋脊棱镜7的一个倾斜面保持相对平行；
该第三变场部分3分别由至少两个第二凸透镜8和至少两个第二凹透镜9自下而上沿着物象10的中轴线AA′对称排列组合而成。
所述两个思密特屋脊棱镜7与物象10的中轴线AA′的夹角分别为α和α′，且α和α′分别为76°-90°之间，在本发明中α和α′的角度优选自78°-83°之间，其最佳效果的角度选择79°，以达到最佳双眼视差的立体效果，第二部分变场与第一和第三变场的组合是可同步移动的，以便形成可变焦距，达到拍摄不同视场的效果。
在两个半五角棱镜6的a和b面上分别设置有反射膜，其可以消除因多次折射造成的光损耗，避免对影像产生不必要的干涉。
一种将单摄像机变为立体摄像机的方法，其包括以下步骤：
(A)将上述的光学系统安装在镜头里面形成立体镜头，并将该镜头安装在周边带有丝扣的环形圈内，随着丝扣的转动，变场镜片同步位移，焦距随着变化；
(B)视场穿过立体镜头的第一变场部分1后，到达第二变场部分中的左右两个半五角棱镜6将光路变为不同方向的光路射向左右两个思密特屋脊棱镜7，然后经过左右两个思密特屋脊棱镜7反射向前；
(C)左右两个第二凸透镜8接收来自不同方向的光路定向射入思密特屋脊棱镜7的前反射面，然后再经过两个第二凹透镜8将视场横向变大，其光轴分别与左右两个思密特屋脊棱镜7的入射面保持垂直，形成左右双镜头，并对同一物像10形成拍摄条件；
(D)上述三部分变场镜位置的变动，经过摄像机的一个曝光窗口，在摄像机的焦平面11上，就得到了有视差效果两幅同位影像12，即代表了人的左右眼睛。
所述第三变场部分3分别与第一变场部分1和第二变场部分2同步，为的是将外部较宽的视场分别定向射入第二变场部分2的思密特屋脊棱镜7的前反射面。
所述第二变场部分2将从第三变场部分3来的不同方向的光路分别经过左右两个思密特屋脊棱镜7的四次折射后，再分别经过左右两个相同的半五角棱镜6的二次折射后将影像转变成一组平行的正像或者倒像光路；这组光路经过第一变场部分1后聚焦于摄像机的焦平面11上，形成有视差效果的两幅同位影像12。
本发明的立体镜头，是直接安装在普通单摄像机上的一套可变焦距的多极变场的光学系统，是基于人的双眼的视觉原理，来获得对同一物像在同一时间，不同角度拍摄的影像。
使用这样的一台单镜头摄像机，就相当于把原来的单镜头普通摄像机变成了一台分左右的可变焦距的双镜头立体摄像机，从左右不同的视点拍摄物象，并同时成像在同一个窗口，形成两幅有视差的同位影像达到物象的立体图像录制，这些影像通过偏振等方法还原，实现立体图像的展现。

Claims (6)

1.一种可将单摄像机变为立体摄像机的光学系统，其特征在于：该系统包括第一变场部分(1)、第二变场部分(2)和第三变场部分(3)，上述三个变场部分依次安装在镜头内形成摄像机镜头；
该第一变场部分(1)由至少一组可变焦距的凹凸镜片组合组成，且该凹凸镜片组合自下而上分别由第一凸透镜(4)和第一凹透镜(5)排列组合在一起；
该第二变场部分(2)分别由两个半五角棱镜(6)和两个思密特屋脊棱镜(7)自下而上沿着物象(10)的中轴线AA′对称分布组成，且两个半五角棱镜(6)中的长倾斜面分别与两个思密特屋脊棱镜(7)的一个倾斜面保持相对平行；
该第三变场部分(3)分别由至少两个第二凸透镜(8)和至少两个第二凹透镜(9)自下而上沿着物象(10)的中轴线AA′对称排列组合而成。
2.根据权利要求1所述的可将单摄像机变为立体摄像机的光学系统，其特征在于：所述两个思密特屋脊棱镜(7)与物象(10)的中轴线AA′的夹角分别为α和α′，且α和α′分别为76°-90°之间。
3.根据权利要求1或2所述的可将单摄像机变为立体摄像机的光学系统，其特征在于：在两个半五角棱镜(6)的a和b面上分别设置有反射膜。
4.利用权利要求1所述的光学系统将单摄像机变为立体摄像机的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(A)将上述的光学系统安装在镜头里面形成立体镜头，并将该镜头安装在周边带有丝扣的环形圈内，随着丝扣的转动，变场镜片同步位移，焦距随着变化；
(B)视场穿过立体镜头的第一变场部分(1)后，到达第二变场部分(2)中的左右两个半五角棱镜(6)将光路变为不同方向的光路射向左右两个思密特屋脊棱镜(7)，然后经过左右两个思密特屋脊棱镜(7)反射向前；
(C)左右两个第二凸透镜(8)接收来自不同方向的光路定向射入思密特屋脊棱镜(7)的前反射面，然后再经过两个第二凹透镜(9)将视场横向变大，其光轴分别与左右两个思密特屋脊棱镜(7)的入射面保持垂直，形成左右双镜头，并对同一物像(10)形成拍摄条件；
(D)上述三部分变场镜位置的变动，经过摄像机的一个曝光窗口，在摄像机的焦平面(11)上，就得到了有视差效果两幅同位影像(12)。
5.根据权利要求4所述的将单摄像机变为立体摄像机的方法，其特征在于：所述第三变场部分(3)分别与第一变场部分(1)和第二变场部分(2)同步。
6.根据权利要求5所述的将单摄像机变为立体摄像机的方法，其特征在于：所述第二变场部分(2)将从第三变场部分(3)来的不同方向的光路分别经过左右两个思密特屋脊棱镜(7)的四次折射后，再分别经过左右两个相同的半五角棱镜(6)的二次折射后将影像转变成一组平行的正像或者倒像光路；这组光路经过第一变场部分(1)后聚焦于摄像机的焦平面(11)上，形成有视差效果的两幅同位影像(12)。
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