CN105007403A - 一种球型3d动态影像的图像采集装置及采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种球型3D动态影像的图像采集装置及采集方法，装置为在弧形支架上设置有若干个照相机，所有的照相机都沿着弧形支架径向分布，还设置有使弧形支架在竖直方向移动的第一动力机构，使照相机能沿着弧形支架径向移动的第二动力机构；第一动力机构的结构为：在弧形支架上端固定有升降丝杆座，升降丝杆座内穿过与其啮合的丝杆，丝杆上固定第二同步带轮，第二同步带轮通过第二同步带连接到第二电机同步带轮，第二电机同步带轮固定在使其转动的第二电机上；在弧形支架下端通过导向轴座固定板固定有导向轴座，导向轴座内穿过一条导向轴。本发明能对所要采集的目标同时进行360度加径向5个角度全方位图像采集，耗时短，结构简单，制造方便。

Description

一种球型3D动态影像的图像采集装置及采集方法

技术领域

本发明涉及图像采集领域，特别涉及一种物体的球型3D动态影像的图像采集装置及采集方法。

背景技术

现有的图像球型三维动态影像生成，需要对物体全方位多角度进行图像采集，且对角度的准确性以及相同光源环境、背景都有所要求。或者采集图像的辅助设备的专业化程度较高，价格昂贵，运用难于普及。如台湾万里科技有限责任公司的产品，ottery purview por商务拍摄机，该商务拍摄机是基于用户自备的pc机windos操作系统和第三方专业照相机canon eos系列的360度动画拍摄、3D半球、全球拍摄装置和图像处理、制作的运用软件，图像文件的采集由第三方照相机、专用托架、专用灯光箱以及机械运动的照相机导轨分角度依次单张拍摄，结构复杂，拍摄耗时长，产品成本高，售价高，操作复杂，设备笨重，作用和功能单一，属于专业拍摄的辅助装置，用户还需另行加配运用软件电脑和第三方专业相机。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种任意角度的球型3D动态影像的图像采集装置及采集方法，能对所要采集的目标同步进行水平360度配合径向90度等分5个角度全方位图像采集，耗时短，整体装置简单，制造方便。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种球型3D动态影像的图像采集装置，包括弧形支架，在所述弧形支架上设置有若干个照相机，所有的照相机都沿着弧形支架径向分布，还设置有使弧形支架在竖直平面上下移动的第一动力机构，所述竖直平面为弧形支架与弧形支架圆心所决定的平面，使照相机能沿着弧形支架径向移动的第二动力机构。

进一步的，所述第一动力机构的结构为：在所述弧形支架上端固定有升降丝杆座，所述升降丝杆座内穿过与其啮合的丝杆，丝杆上固定第二同步带轮，所述第二同步带轮通过第二同步带连接到第二电机同步带轮，所述第二电机同步带轮固定在使其转动的第二电机上；在所述弧形支架下端通过导向轴座固定板固定有导向轴座，所述导向轴座内穿过一条导向轴。

进一步的，所述第二动力机构的结构为：所述弧形支架上固定有第三电机，所述第三电机上固定有第一齿轮，第一齿轮与螺丝柱相啮合，螺丝柱与齿条相啮合，齿条通过照相机固定板固定照相机。

进一步的，所述第一齿轮与螺丝柱之间还设置有第二齿轮和第三齿轮，所述第二齿轮通过第二齿轮固定柱固定在弧形支架上，第三齿轮通过第三齿轮固定柱固定在弧形支架上，第一齿轮与第二齿轮相啮合，第二齿轮还与第三齿轮相啮合，所述第三齿轮与螺丝柱相啮合。

进一步的，在所述照相机的拍照区域设置有置物盘，所述置物盘下方同轴固定转动盘，所述转动盘连接到使转动盘转动的转动机构。

进一步的，所述转动机构的结构为：转动盘通过连接板连接到第一同步带轮，所述第一同步带轮通过第一同步带连接到第一电机同步带轮，所述第一电机同步带轮固定在带动其转动的第一电机上。

进一步的，还设置有箱体，所述箱体包括上盖、机箱、侧门、底箱和前门，所述机箱内设置有用于固定弧形支架的弧形支架固定板，所述置物盘设置在底箱中，在机箱内靠近弧形支架一侧固定有灯箱，在所述灯箱内固定有灯条，所述机箱内设置有均匀发光体，具体为机箱内固定有圆弧型的纳米导光板，在所述纳米导光板边缘镶嵌有LED二极管，机箱内表面固定有柔光板，在所述上盖上面还设置有显示本装置参数和控制本装置工作的触摸显示屏。

进一步的，在所述底箱下端还设置有底箱盖板，在所述底箱盖板上设置有4个万向轮。

一种球型3D动态影像的图像采集方法，包括以下步骤：

上位机PC端的应用软件控制转动盘、照相机组合弧形支架，由转动盘控制器控制第一电机定位、照相机弧形支架上第三电机控制照相机定位，调整背景光源，设置好拍照参数，包括图像分辩率、拍照区域、每台照相机焦点；

判断拍照参数是否设置正确，若设置错误，重新设置，若设置没有问题，则进行后续步骤；

PC机下发照相机DSP（数字信号处理，digital signal processing）拍照指令，第一电机带动转动盘按指定角度旋转或者暂停，并进行拍照，照相机DSP收到上位机下发的指令后开始有序控制FPGA（现场可编程门阵列，Field－Programmable Gate Array）进行多组CMOS光学成像模组采集图像，将采集的图像存储于FPGA挂接的SDRAM（同步动态随机存储器，Synchronous Dynamic Random Access Memory）中；

判断预设的拍照次数是否达到，若达到了预设的拍照次数，则进行后续图像处理；

拍照得到的数据由照相机DSP的EDMA（增强型直接内存存取，Enhanced Direct Memory Access）通道经DSP的VP口导入DDR2内存进行背景去除处理，处理完成后经网口主动上传至PC机内存，生成本地动态影像，包括FLASH动画、GIF动画和支持鼠标和触摸屏手势动作的球型3D动态影像；

通过PC机端软件系统，完成图像存储和3D动态影像生成。

根据上述采集方法，还包括当图像模糊时，光学数字成像照相机自动对焦、变焦，并根据被拍照物体积形态调整焦点位置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：采用可移动支架和固定角度的多组光学感光芯片及成像镜头的机械结构，配合同轴旋转置物盘，使得本装置能同步进行水平360度配合径向90度等分5个角度的正面、反面二次完成被拍照物体的全方位图像，在拍摄过程中不用人工干预，用时短，整体结构简单，制造方便。同时，在箱体中设计有均光背景光源，后期图像背景处理更简便或者无需对图像背景后处理。

附图说明

图1是本发明中一种球型3D动态影像的图像采集装置之主视图。

图2是本发明中一种球型3D动态影像的图像采集装置之立体图。

图3是本发明中一种球型3D动态影像的图像采集装置之照相机弧形支架移动动力部分结构示意图。

图4是本发明中一种球型3D动态影像的图像采集装置之照相机移动原理图。

图5是本发明中一种球型3D动态影像的图像采集装置之照相机弧形支架沿导向轴移动关系示意图。

图6是本发明中一种球型3D动态影像的图像采集装置之加装箱体后结构示意图。

图7是本发明中箱体之主视图。

图8是本发明中箱体之左视图。

图9是本发明中箱体之俯视图。

图10是本发明中LED光源示意图。

图中：1-上盖；2-装饰板；3-提手；4-侧门；5-机箱；6-底箱；7-底箱盖板；8-调节脚杯；9-万向轮；10-前门；11-灯箱；12-灯条；13-图像采集装置；14-柔光板；15-弧形支架固定板；16-触摸板；17-触摸显示屏；18-上盖盖板；19-屏固定条；20-置物盘；21-转动盘；22-连接板；23-第一同步带轮；24-第一同步带；25-第一电机同步带轮；26-第一电机固定板；27-第一电机；28-第二电机固定板；51-弧形支架；52-第二电机；53-第二电机同步带轮；54-第二同步带；55-第二同步带轮；56-轴承固定板；57-升降丝杆座；58-丝杆；59-上端导向轴套；60-上轴套固定板；61-导向轴座；62-导向轴；63-下端导向轴套；64-下轴套固定板；65-照相机固定板；66-齿条；67-螺丝柱；68-第三电机；69-第一齿轮；70-第三齿轮；71-第三齿轮固定柱；72-第二齿轮；73-第二齿轮固定柱；74-照相机；75-导向轴座固定板；101-LED二极管；102-纳米导光板。

具体实施方式

本发明的目的在于提供一种球型3D动态影像的图像采集装置及采集方法，装置整体结构如图1和图2所示，包括弧形支架51，在所述弧形支架51上设置有若干个照相机74，所有的照相机74都沿着弧形支架51径向分布，还设置有使弧形支架51在竖直平面上下移动的第一动力机构，所述竖直平面为弧形支架51与弧形支架51圆心所决定的平面，使照相机74能沿着弧形支架51径向移动的第二动力机构。在实际装配中，弧形支架51处于其与其所对应的圆心共同决定的竖直平面内，被照相目标物在水平面的位置可调整，可是在高度方向，即竖直平面方向不能调整，因此，需要通过调整弧形支架51在竖直方向的位置，使得本装置的照相中心始终对准被照相目标物，所设置的第一动力机构带动弧形支架51在竖直方向上下移动，即整个球形3D动态影像的图像采集装置上下移动，从而到达本装置的照相中心始终对准被照相目标物的目的。

具体的，所述第一动力机构的结构如图3所示，在所述弧形支架51上端固定有升降丝杆座57，所述升降丝杆座57内穿过与其啮合的丝杆58，丝杆58上固定第二同步带轮55，所述第二同步带轮55通过第二同步带54连接到第二电机同步带轮53，所述第二电机同步带轮53固定在使其转动的第二电机52上。如图5所示，在所述弧形支架51下端通过导向轴座固定板75固定有导向轴座61，所述导向轴座61内穿过一条导向轴62。当第二电机52通电工作时，依次带动第二电机同步带轮53、第二同步带54、第二同步带轮55，进而带动丝杆58转动，在丝杆58转动推力下，弧形支架51就会沿着导向轴62上下移动。

如图4所示，所述第二动力机构的结构为：所述弧形支架51上固定有第三电机68，所述第三电机68上固定有第一齿轮69，第一齿轮69与螺丝柱67相啮合，螺丝柱67与齿条66相啮合，齿条66通过照相机固定板65固定照相机74。此外，还可设置进一步的齿轮传动，例如，所述第一齿轮69与螺丝柱67之间还设置有第二齿轮72和第三齿轮70，所述第二齿轮72通过第二齿轮固定柱73固定在弧形支架51上，第三齿轮70通过第三齿轮固定柱71固定在弧形支架51上，第一齿轮69与第二齿轮72相啮合，第二齿轮72还与第三齿轮70相啮合，所述第三齿轮70与螺丝柱67相啮合。

在弧形支架51、第一动力机构、第二动力机构的共同作用下，采用了多组照相机74对被拍摄目标物进行拍摄，完成在一个平面内多角度的对目标物进行照相，节约了图像采集时间。但若要采集全球面图像，则需要手动对目标物进行旋转。

如图6所示，在所述照相机74的拍照区域设置有置物盘20，所述置物盘20下方同轴固定转动盘21，所述转动盘21连接到使转动盘21转动的转动机构。置物盘20转动时，带动放置在置物盘20上的目标物转动，实现目标物的全方位图像采集。设置了置物盘20后，本装置不但可以在一个平面内对目标物进行图像采集，还能完成全球面的目标物图像采集拍摄，极大地减少了3D动态影像的图像采集时间。在具体实例中，高速度合成一个被拍摄物体的360度、3D全球面、3D半球面的动态影像文件的创建及其应用，以现行技术对比拍摄360度环形水平旋转的动画影像文件最快需要>100秒钟/20张，本发明中，在原始图像获取和采集方面的相同速度为1秒/20张。

所述转动机构的结构为：转动盘21通过连接板22连接到第一同步带轮23，所述第一同步带轮23通过第一同步带24连接到第一电机同步带轮25，所述第一电机同步带轮25固定在带动其转动的第一电机27上。

如图6、图7、图8和图9所示，还设置有箱体，所述箱体包括上盖1、机箱5、侧门4、底箱6和前门10，所述机箱5内设置有用于固定弧形支架51的弧形支架固定板15，所述置物盘20设置在底箱6中，在机箱5内靠近弧形支架51一侧固定有灯箱11，在所述灯箱11内固定有灯条12，所述机箱5内设置有均匀发光体，具体为机箱5内固定有圆弧型的纳米导光板102，在所述纳米导光板102边缘镶嵌有LED二极管101，机箱5内表面固定有柔光板14，在所述上盖1上面还设置有显示本装置参数和控制本装置工作的触摸显示屏17。触摸显示屏17界面设计简单、快捷、部分功能采用向导式引导用户操作，让用户能得心应手地操作本装置，各种不当操作都有出错处理及提示功能。设置箱体以及在箱体内产生灯光是为了在后期的图像处理过程中能更好地对图像背景进行去除。在三维动态影像的生成过程中，需要对其动态影像所需的全部被拍摄物体图像背景进行单色或透明处理。本装置还可利用指向闪光对被拍摄物体轮廓进行曝光，关掉背景光源，以此制造被拍摄物体与背景的光学数字灰度级差，利用光学灰度差异，对被拍摄物体的背景进行去除和添加处理，达到同步拍摄及同步背景数据处理的目的。

为便于本装置的移动，在所述底箱6下端还设置有底箱盖板7，在所述底箱盖板7上设置有4个万向轮9。

本发明提供的一种球型3D动态影像的图像采集方法，包括以下步骤：

上位机PC端的应用软件控制转动盘、照相机组合弧形支架，由转动盘控制器控制第一电机定位、照相机弧形支架上第三电机控制照相机定位，调整背景光源，设置好拍照参数，包括图像分辩率、拍照区域、每台照相机焦点；

判断拍照参数是否设置正确，若设置错误，重新设置，若设置没有问题，则进行后续步骤；

PC机下发照相机DSP拍照指令，第一电机带动转动盘按指定角度旋转或者暂停，并进行拍照，照相机DSP收到上位机下发的指令后开始有序控制FPGA进行多组CMOS光学成像模组采集图像，将采集的图像存储于FPGA挂接的SDRAM中；

判断预设的拍照次数是否达到，若达到了预设的拍照次数，则进行后续图像处理；

拍照得到的数据由照相机DSP的EDMA通道经DSP的VP口导入DDR2内存进行背景去除处理，处理完成后经网口主动上传至PC机内存，生成本地动态影像，包括FLASH动画、GIF动画和支持鼠标和触摸屏手势动作的球型3D动态影像；

通过PC机端软件系统，完成图像存储和3D动态影像生成。

还包括当图像模糊时，光学数字成像照相机自动对焦、变焦，并根据被拍照物体积形态调整焦点位置。

Claims (10)

1.一种球型3D动态影像的图像采集装置，其特征在于：包括弧形支架（51），在所述弧形支架（51）上设置有若干个照相机（74），所有的照相机（74）都沿着弧形支架（51）径向分布，还设置有使弧形支架（51）在竖直平面上下移动的第一动力机构，所述竖直平面为弧形支架（51）与弧形支架（51）圆心所决定的平面，使照相机（74）能沿着弧形支架（51）径向移动的第二动力机构。

2.如权利要求1所述的一种球型3D动态影像的图像采集装置，其特征在于：所述第一动力机构的结构为：在所述弧形支架（51）上端固定有升降丝杆座（57），所述升降丝杆座（57）内穿过与其啮合的丝杆（58），丝杆（58）上固定第二同步带轮（55），所述第二同步带轮（55）通过第二同步带（54）连接到第二电机同步带轮（53），所述第二电机同步带轮（53）固定在使其转动的第二电机（52）上；在所述弧形支架（51）下端通过导向轴座固定板（75）固定有导向轴座（61），所述导向轴座（61）内穿过一条导向轴（62）。

3.如权利要求1所述的一种球型3D动态影像的图像采集装置，其特征在于：所述第二动力机构的结构为：所述弧形支架（51）上固定有第三电机（68），所述第三电机（68）上固定有第一齿轮（69），第一齿轮（69）与螺丝柱（67）相啮合，螺丝柱（67）与齿条（66）相啮合，齿条（66）通过照相机固定板（65）固定照相机（74）。

4.如权利要求3所述的一种球型3D动态影像的图像采集装置，其特征在于：所述第一齿轮（69）与螺丝柱（67）之间还设置有第二齿轮（72）和第三齿轮（70），所述第二齿轮（72）通过第二齿轮固定柱（73）固定在弧形支架（51）上，第三齿轮（70）通过第三齿轮固定柱（71）固定在弧形支架（51）上，第一齿轮（69）与第二齿轮（72）相啮合，第二齿轮（72）还与第三齿轮（70）相啮合，所述第三齿轮（70）与螺丝柱（67）相啮合。

5.如权利要求1-4任一项所述的一种球型3D动态影像的图像采集装置，其特征在于：在所述照相机（74）的拍照区域设置有置物盘（20），所述置物盘（20）下方同轴固定转动盘（21），所述转动盘（21）连接到使转动盘（21）转动的转动机构。

6.如权利要求5所述的一种球型3D动态影像的图像采集装置，其特征在于：所述转动机构的结构为：转动盘（21）通过连接板（22）连接到第一同步带轮（23），所述第一同步带轮（23）通过第一同步带（24）连接到第一电机同步带轮（25），所述第一电机同步带轮（25）固定在带动其转动的第一电机（27）上。

7.如权利要求5所述的一种球型3D动态影像的图像采集装置，其特征在于：还设置有箱体，所述箱体包括上盖（1）、机箱（5）、侧门（4）、底箱（6）和前门（10），所述机箱（5）内设置有用于固定弧形支架（51）的弧形支架固定板（15），所述置物盘（20）设置在底箱（6）中，所述机箱（5）内设置有均匀发光体，具体为机箱（5）内固定有圆弧型的纳米导光板（102），在所述纳米导光板（102）边缘镶嵌有LED二极管（101），机箱（5）内表面固定有柔光板（14），在所述上盖（1）上面还设置有显示本装置参数和控制本装置工作的触摸显示屏（17）。

8.如权利要求7所述的一种球型3D动态影像的图像采集装置，其特征在于：在所述底箱（6）下端还设置有底箱盖板（7），在所述底箱盖板（7）上设置有4个万向轮（9）。

9.一种球型3D动态影像的图像采集方法，其特征在于：包括以下步骤：

上位机PC端的应用软件控制转动盘、照相机组合弧形支架，由转动盘控制器控制第一电机定位、照相机弧形支架上第三电机控制照相机定位，调整背景光源，设置好拍照参数，包括图像分辩率、拍照区域、每台照相机焦点；

判断拍照参数是否设置正确，若设置错误，重新设置，若设置没有问题，则进行后续步骤；

PC机下发照相机DSP拍照指令，第一电机带动转动盘按指定角度旋转或者暂停，并进行拍照，照相机DSP收到上位机下发的指令后开始有序控制FPGA进行多组CMOS光学成像模组采集图像，将采集的图像存储于FPGA挂接的SDRAM中；

判断预设的拍照次数是否达到，若达到了预设的拍照次数，则进行后续图像处理；

拍照得到的数据由照相机DSP的EDMA通道经DSP的VP口导入DDR2内存进行背景去除处理，处理完成后经网口主动上传至PC机内存，生成本地动态影像，包括FLASH动画、GIF动画和支持鼠标和触摸屏手势动作的球型3D动态影像；

通过PC机端软件系统，完成图像存储和3D动态影像生成。

10.如权利要求9所述的一种球型3D动态影像的图像采集方法，其特征在于：还包括当图像模糊时，光学数字成像照相机自动对焦、变焦，并根据被拍照物体积形态调整焦点位置。