CN105393170B

CN105393170B - 多相机系统的校准、多相机系统以及校准辅助物

Info

Publication number: CN105393170B
Application number: CN201380077493.2A
Authority: CN
Inventors: 克里斯蒂安·魏西希; 阿尔内·芬恩
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2013-04-16
Filing date: 2013-04-16
Publication date: 2019-06-04
Anticipated expiration: 2033-04-16
Also published as: CN105393170A; WO2014169952A1; EP2987028B1; US20160037030A1; CA2909493A1; CA2909493C; US10708471B2; EP2987028A1

Abstract

本发明涉及通过使用包括多个连接件(28)的固定器(26)对被设计为具有减小复杂性的多相机系统(14)进行校准，多个连接件中的每一个被设计为连接、适配或夹持至相机壳体(34)或透镜(32)的配对物，具体地，固定器(26)被设计使得固定器的连接件(28)或固定器模块(120)被固定以沿着至少一个公共空间方向(46)上相对于彼此被固定，其中，所述连接件(28)被刚性固定或被绝对固定在旋转轴线(118)上。

Description

多相机系统的校准、多相机系统以及校准辅助物

技术领域

本发明涉及相机系统的校准、相机系统以及用于校准相机系统的校准辅助物(alignment aid)。

背景技术

首先，将基于图1说明相机系统中频繁出现的问题。图1示出了具有相机900的全景相机系统(panoramic camera system)，它的入射光瞳(entrance pupil)902(这里，为了简单起见，均被示出为处于相机900的物镜的前面)被布置在公共圆圈904上，使得相机900在不同的方向上放射性地朝外定向。图1以阴影方式示出了独立于星状或基于反射镜结构而选择的用于布置入射光瞳的临界区(critical zone)，该临界区是出现视差错误(parallaxerror)的地方，视差错误是由邻近相机900的入射光瞳902的距离过大而引起的。

通常，使用反射镜系统。从而可以在公共虚拟相机中心中的反射镜区段后方放置所有的相机的虚拟入射光瞳(即真实入射光瞳的虚拟图像)。如在图2A中所示，利用这样的定位可以得到无视差的图片，其中C表示虚拟入射光瞳的公共位置。然而，反射镜系统具有以下效应：相机所拍摄的子图像没有重叠，这会在实践中使子图像不可能完美地结合(即，拼接)。在早前的应用中，诸如在主题公园中，通过区段不可达到的屏幕(segmentedinaccessible screen)来对其进行包围，这避免了产生无缝拼接图像的必然性。然而，目前系统在技术上使用折衷的办法，其中放置所有相机使得虚拟入射光瞳位于期望的优化中心周围的小圆上。这在图2B中示出，通过906表示公共中心C周围的圆圈，虚拟入射光瞳设置有参考数字908，通过910表示反射镜区段与虚拟入射光瞳908所处的平面的交叉点。因此，图2B的布置没有遭受放射方向912上的问题，其中反射镜区段与另一个接壤，由于相机的子图像得到了必要的重叠，不会引起视差错误以引起明显限制。图3示出了具有根据图3的虚拟入射光瞳的布置的全景相机系统的立体图像，其中可以看到反射镜区段912和相关联的相机914。

定位相机和它们的入射光瞳的准确度决定了视差的范围，并且因此产生的无缝全景(即，拼接)必然精确。在待拍摄的场景中，只能接受视差错误受到特定的限制。例如，如果只有物体在拼接区域内位于远的范围中，则将可以接受比近范围物体更大的视差错误。相应的标准是所产生的视差错误小于一个像素。为了保持视差错误足够小以符合该标准，需要非常精确地定位虚拟入射光瞳908。这再次需要精确地定位相机，并且因此这伴随两个主要缺点，校准的精确性和时间消耗：

-为相机的精确的机械定位而做出的非常大的付出。

-为了所有的自由度，相机需要精确地移动并且长久地锁定。

-不能任意地选择旋转自由度的旋转中心的位置。旋转中心理想地与入射光瞳相一致。

-改变自由度不应引起其他自由度的角度的进一步变化，即，自由度的角度相互正交。

-随着时间推移自由度不变化，特别是还不能由震动或热效应引起变化。

-期望位置的确定和控制。

-无法容易地直接测量由期望的虚拟中心造成的各单个相机的精确位置。通常其位于光学范围内。

-当调整光学件时，入射光瞳的位置可能改变。

-另外，精确位置取决于剩余的光学系统，诸如反射镜公差。

-在昂贵的测量技术的帮助下，通过基于相机图像的视觉控制间接地执行相机中心的确定和控制。

-先前非常小的偏差和角度错误具有严重后果和非常快地导致不可接受的视差错误。

对于相机系统和校准辅助物，上述需求均导致非常高的设备消耗并且校准非常费时。即使在最佳设备的先决条件下，校准和控制也只在具有专家级的知识的情况下是可能的并且仍非常耗时，在实践中，与之相对的是商业生产的高成本压力，尤其用于现场广播。

在图3的系统中，例如，所有的相机914被单独地安装在固定器(holder)916上，以单独地定向并且可锁定在它们的位置处。通过这种方式，例如，各个相机914可以在三个空间方向上移动并且在可以围绕光轴旋转，并且可以围绕两个横向轴倾斜。针对所有的相机914单独执行所产生的六轴调节。以这种方式所获得的例如图2B的结构是非常昂贵的。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种允许较少地付出以校准相机系统的构思。

通过所附独立权利要求的主题来实现该目的。

本发明的核心思想是发现：可以在使用具有均被实施用于连接、适配或夹持相机壳体或物镜的配对物的多个连接件的固定器时，相机系统的校准是较廉价的，即，实施固定器使得固定器的连接件或固定器模块沿着至少一个公共空间方向相对于彼此被刚性固定，其中，该连接件被刚性固定或被绝对(merely)固定在旋转轴线上。

固定器可以被用于校准辅助物，并且因此可以仅在校准相机系统时使用固定器，或者即使在相机操作期间的校准之后将固定器保留在相机系统内。

根据实施例，连接件物镜/相机壳体接触面是用于与相机壳体或物镜的中的每一个的一个配对物连接，即它们与相应的配对物一起形成，例如但非排他地是C座、CS座、PL座、Arri标准件、Arri插销、Aeton通用件、B4、BNCR、S、CA、PV或FZ连接系统，该固定器仅作为校准辅助物被设置用于进行校准或者设置连接件，用于与该物镜或连接件中的相应的一个进行适配，用于与相应相机的该物镜与该相机壳体之间的物镜/相机接触面适配或夹持。通过这种方式更容易得到该相机的该入射光瞳的位置精度，因为通常生产的物镜比相机壳体明显地更精确。

可以在连接件之间刚性地实施固定器，使得该连接件在位置和方位这两者上彼此被刚性地定向。然而，根据另外的实施例，该固定器以模块方式由几个模块组成。

附图说明

本申请的另外的优选实施例是从属权利要求的主题。下面将参考附图更详细地论述本申请的优选实施例。它们示出：

图1示意性地示出了全景相机系统的临界区，该临界区处由于邻近相机的入射光瞳的距离过大而发生视差错误，其中，相机系统与图2B的类型相对应；

图2A和图2B用于示出根据两种不同类型的反射镜相机系统的虚拟入射光瞳的最佳位置的示意图；

图3为图2B的类型的反射镜相机系统的空间视图；

图4为根据本发明可以校准的反射镜全景相机系统的偏转镜布置(deflectionmirror arrangement)和相机的位置的示意性空间图；

图5为根据实施例的固定器的局部空间视图；

图6为穿过图5的固定器的接受件的剖视图；

图7为根据实施例的校准方法的流程图；

图8为示出了根据实施例的具有所示出的固定器与反射镜布置之间的相互位置的全景相机系统的空间视图；

图9为具有安装在固定器上的相机的图8的多相机系统的空间视图；

图10为示意性示出了移除校准辅助物之后用于锁定已校准状态的锁定装置的空间视图；

图11A为用于实施根据实施例的校准辅助物的固定器的空间视图；

图11B为穿过图11A的连接件的剖视图；

图11C为穿过根据另一实施例的用插销代替螺纹(screw thread)的图11A的固定器的连接件的剖视图；

图12为根据又一实施例的固定器的连接件的剖视图；

图13为根据又一实施例的固定器的连接件的剖视图；

图14为根据本发明可以校准的3D全景反射镜全景相机系统的偏转镜布置与相机的位置的示意性空间视图；

图15为根据适用于图14的系统的实施例的模块固定器的示意性顶视图；

图16A和图16B为在图14的固定器模块的不同的旋转状态下的图14的固定器的一对区段部分的侧视图；以及

图17为根据实施例的用于立体相机系统的模块化实现中的固定器模块的空间视图。

具体实施方式

为了更好地理解下面描述的实施例的本质和它们的优点，首先，参考图4到图7描述用于示例性反射镜相机系统的校准辅助物和使用其的校准方法的选择。

在图4中示出了反射镜相机系统的示意性三维空间视图。更准确地，图4示出了相机系统14的相机10与反射镜布置12的理想位置关系。然而，图示未按比例绘示，为了简化图示，反射镜布置与相机的距离被绘制的比实际情况更远。

这里，反射镜相机系统14是用于全景2D拍摄的示例性相机系统。通过反射镜布置12的五个反射镜区段16，相机10从沿着径向观察方向的公共轴线18放射状地指向外面，其中图4中的数字5仅仅是示例性的，可以是两个或多个。此外，相机系统并不是必须允许360°全方位视角。

区段16相对于公共轴线18是倾斜的，使得它们的面法线向后方延伸时沿着公共轴线18相交于公共点。一个相机10被分配至各个区段16。优选地，各个相机10的光轴22位于由所分配反射镜区段16和公共轴线18所限定的平面内，以通过所分配反射镜区段16偏离至相应的观察方向20。图4的示例性结构是示例性地参照围绕公共轴线18的旋转而相对于360°/相机的数量是不变的，但还可以是其他配置。另外，相机10的光轴22被示例性地布置为与图4中的公共轴线18平行，但这种配置也不是强制性的。

在根据图4的理想的校准中，相机10的虚拟入射光瞳24处于围绕公共轴线18对称运转的圆圈25上，使得被配置为对应于图2B中的一个。

如本申请的说明书的介绍性部分所陈述的，难以将相机10定位使得它们对应于图4的最佳配置。

根据所描述的顺序，具有根据图5的校准辅助物的固定器被用于早期的校准中。这里，固定器示例性地以平板形状实施，然而，这种平板形状的实施方式并非强制性的，而仅代表节省实施的一种材料。另外，根据图5的实施方式，以刚性的方式实施固定器26。固定器26可能的材料例如可以由金属、塑料、碳纤维、木头、陶瓷或玻璃制成。如在图5中所示，固定器26可以整体地实施或由以可拆除或不可逆转的方式安装在彼此上的几部分组成来加以实施。固定器26包括多个连接件28，多个连接件均被实施为用于适配或固定物镜32与相应的壳体10的相机壳体34之间的物镜/相机接触面30，正如在图6中所示的。特别地，图6示出了连接件28，后者包括具有开口38的平坦部36，通过该平坦部相机壳体34可以连接至物镜32。通过开口38物镜/相机接触面30适配的空白可以保持很小，在这方面开口38的尺寸被设计成物镜/相机接触面30的宽度，但这不是限制性的。

通过经由它们的接触面30连接物镜32和相机壳体34，连接件28的平坦部36紧邻物镜32和/或相机壳体34。在此，平坦部36可以被夹持在物镜32与相机壳体34之间，以在沿着物镜32/相机接触面30的旋转轴线42的方向(通常与相机10的光轴一致)上具有针对物镜32与/或相机壳体34所限定的位置关系。

如在图6中所阐明的，连接件28均可以包括用于当经由物镜与相机壳体的接触面30连接它们时收纳物镜32和/或壳体34的凹槽或凹部44。这里，凹部44可以被实施为使得该凹部仅允许在相对于旋转轴线42的特定旋转位置中引入物镜32或相机壳体34。图6示例性地示出了将凹部44实施为用于收纳物镜32，但如已表明的，可替换地或另外地，还可以设置用于相机壳体的相应凹部。

此外，尽管连接件28都被示出为是相同的，并且这种相同的实施方式是优选的，这种完全相同的实施方式不是限制性的。例如，在不考虑装配精度的情况下，这些凹部可以被实施为不同。

由于图5和图6的校准辅助物实施为用于校准图4的系统，在图5和图6的固定器中，连接件28被布置为相对于围绕轴线46的旋转而旋转不变，连接件的中心在垂直于轴线46的平面48内是共面的。如果图4的系统是非全方位全景系统并且没有所有的区段的相机对，则至少以成对的连接件实现旋转不变。

在这种形式中，图5和图6的校准辅助物与图4的最佳配置中的相机10的配置或布置相匹配，因为由于如在图5和图6中所示出的连接件28的实施方式，当通过相应的连接件28的相应开口38连接各个相机10的物镜32与相机壳体34时，物镜32的入射光瞳50具有到平面48的未知距离，然而，对于所有物镜来说都是相同的。因此，所有真实入射光瞳50也在平行于连接件28的平面48的平面内。如果连接件28额外地被设置为相对于横向(即平面48内处于的方向)的物镜32和/或相机壳体34具有装配精度，还可以在经由接触面30由连接件28连接相机10具有的校准辅助物或固定器26的状态下，通过准确生产相机10具有的校准辅助物或固定器2)6来得到连接件28，它们的入射光瞳50还在处于准确的横向位置关系(也就是沿着等角布置的圆圈56)的其入射光瞳的平面54内，正如图4中所示出的。

根据本发明的校准方法按照如下图7的步骤使用用于校准图4中的系统的图5和图6中的校准辅助物。

首先，在步骤56中，定位校准辅助物26使得通过连接件28的开口38连接各个相机10。

该方法也还包括校准58：将校准辅助物或固定器26与偏转镜布置12彼此校准，但该步骤是可选的，由于定位步骤还固有地导致相机相互校准，并且根据本申请这已经是充分的。校准该校准辅助物58(例如)包括仅沿着公共轴线18将固定器26与偏转镜布置12相对于彼此校准，由于适当的导向(例如)有益地确保固定器26的平面垂直于轴18，即，轴18与轴线46一致，并确保反射镜布置与固定器26被定向为围绕轴18相对于彼此旋转，使得相应所分配的相机10的反射镜区段16和光轴22的表面法线均位于导向通过该公共轴线18的平面内。在这种情况下，改变圆圈26和偏转镜布置12之间的距离导致围绕公共轴线18的圆圈26(相机10的虚拟入射光瞳24位于其上)半径发生变化，于是可以容易地调节图4的反射镜相机系统的邻近相机10的视差。将不需要另外的校准，因为在步骤56中同样会暗中进行校准。

在相机系统操作期间，图5和图6的校准辅助物可以被保留在相机系统内。然而，下面将描述的实施例，由于其他原因是不可以的或不期望的。例如，由于某些原因，期望的是在相机系统运行之前再次移除校准辅助物。因此，图7示出了在步骤60中，各个相机可以在经由相应的连接件28彼此连接的状态下固定相机壳体38或物镜32，随即在步骤62中在以上述方式固定的状态下移除校准辅助物。然后，在步骤64中，可以通过再次将相机10的物镜32与相机壳体34连接来再次装配相机。

因此，上述实施例利用了以下事实：通常在物镜座的它们的连接位置30处精确地制造相机壳体和物镜。这样的物镜座的实例例如是C座、CS座或PL座。这样的连接系统通常包括(如在图6中通过箭头66所表示的)插销或螺纹。精确制造的原因通常是根据应用，不同制造者的不同物镜必须与相机匹配。这意味着光学件32的入射光瞳50的位置具有与物镜座68的精确关系(与图6相比)，对于一种类型的所有光学件32这种关系是相同的。如果例如对于像图4的那个的多个相机系统使用相同物镜32，通过使用校准辅助物或固定器26来确保公共平板54中入射光瞳50的位置。

步骤56实现的是以与它们的物镜座固定的关系安装所有的相机壳体34，它们的物镜座也就是它们自己的物镜/相机接触面连接件，图6中示例性地由内螺纹70构成，也就是在这方面根据图5和图6的实施例，在各个相机10的相机壳体34与物镜32之间用螺丝拧紧固定器26，并由此装配连接部。为了达到该目的，在图5和图6的实施例中，各个连接部28包括在用于各个相机10的基板中的钻孔38，该钻孔例如具有相同的半径，其被分布在公共中心的周围，也就是对于各个反射镜区段16的轴线46和平面48的交点。这种定位56产生一种精确的连接关系，该连接关系直接满足了对于多个相机结构来说最重要的需求，也就是在物镜的制造公差范围内所有真实入射光瞳50相互之间的准确的XYZ位置。如在相机的视图区域，图4示例性地示出的反射镜区段16的传统金字塔形布置也具有以下效果：步骤58中的校准相对容易。可以沿着公共轴线18相对于彼此移动固定器26和偏转镜布置12。因此，如在步骤58中所描述的，所有相机10的离心率可以同时被设定为在一个操作步骤中的期望值，而不改变真实入射光瞳50彼此的相对完美的Z定位，即沿着光轴42的定位。

在这点上，应注意以下内容。在光学件和反射镜的给定公差内，根据图7所描述的步骤和根据图5和图6所描述的校准辅助物，XY位置(即，对于相应相机的光轴的横向位置)、真实的还有虚拟的入射光瞳50、26以绝对精度被预先确定并且不必进行修改。XY位置仅取决于钻孔38位于基板26上的位置，因为入射光瞳50位于光学件32的对称轴42上。真实的入射光瞳50的Z位置(即，沿着光轴不被反射镜反射的位置)取决于光学件32相应结构。对于特定光学件32，该Z位置还根据焦点设定而移动。虚拟的入射光瞳24的Z位置(即通过区段16处镜面反射反射的沿着光轴的Z位置)由反射镜布置12与真实的入射光瞳50之间的距离进行确定。为了能够使用不同光学件和使偏心率与不同场景相匹配，期望的是沿着Z轴移动入射光瞳。如所描述的，在固定器26的帮助下，可调性明显简化。

由相机10的内非精确定位图像传感器72所导致的公差依然会发生。图6示出了处于相对于光轴42示例性地倾斜的位置的相机的图像传感器72。可以在从相机壳体到它们的Z距离(即沿着光轴42它们至物镜座68的距离)中的相机壳体以补偿方式将图像传感器72布置到物镜座68。在横向方向74上图像传感器72的位移是最频繁的。由于光轴42仍然导向通过入射光瞳50，这在该入射光瞳50的精确方向上没有改变任何东西，从而没有视差错误发生。图像传感器的位置错误74显示(而不是在转移的图像区段(透镜平移))可以通过简单图像区段选择或电子传感器移动来进行纠正。

如果不同相机10的物镜32的真实入射光瞳50的距离52在Z方向(即沿着光轴42的方向)上改变仍然会发生，则这些变化可以以如图6中所示的通过76的点线方式(例如，区段36与相机座68之间)通过插入间距线圈对各个相机10单独纠正，同样它对于设置相机的法兰焦距(flange focal length)也是常见的。在步骤56内对于相机10单独地执行插入这样的间距垫圈76。

在相机壳体34与物镜32之间安装固定器26具有以下效果：通过相机壳体34与物镜32形成的相机10的法兰焦距发生改变，也就是相机壳体与物镜之间的距离变大。如在具有平坦部36的图5和图6的实施例中所示，通过在相机座的区域减小固定器26的材料长度可以抵消该变化。一些相机10具有对法兰焦距足够的调节选择。图6示出了这样的情况，其中在该物镜/相机壳体接触面30中设置有外部和内部的螺纹的中间件78被设置在相机壳体34的连接件70与物镜32的连接件80之间，相机壳体34的连接件设置有内螺纹，物镜32的连接件80设置有外螺纹。利用这样的调节选择，可以补偿设置有开口38的区域36中的固定器26的材料长度。

然而，如果如在图7中所示，通过可行的步骤62和步骤64固定器没有被用于操作期间的安装，而只用于装配或校准，即作为校准辅助物，则可以忽略法兰焦距的上述可调性，在这方面，具有物镜的相机以所描述的方式在步骤56中安装在固定器26上，随后永久地确保相机为适当安装，诸如借助可锁定铰链的帮助，也就是在步骤60中，但最终固定器26被再次移除。相机10取决于安装的质量而维持相应的定位。相机的法兰焦距保持不变。当使用更大因此更重的相机时，后一步骤是有利的，由于具有这些相机物镜总量30不能承载相机10的所有重量，或者，反之亦然，固定器26应以大体积方式进行构造。

为完整起见，图8再次示出了图5的类型的全景相机系统的实例，其中可以设置固定器26用于即使全景相机系统运行期间保留在相应相机的物镜与相机壳体之间。图8仅示例性地再次包括五对相机区段16和用于等角布置的相应的相机所分配的相应的连接件28。明显地，数量可以是不同的，中间角度也可以是不同的。为了清楚起见，在图8中没有示出相机。如在图7中所描述的在步骤56内通过相应开口38在连接件28处装配相机。如所描述的，图8的相机系统14可以包括导向件，通过该导向件偏转镜布置12与固定器26相对于彼此可以移动。导向件确保了固定器26的对称轴线46与系统14的公共轴线18共线地运转，并且区段不在轴18周围相对于连接件28彼此扭转。在图8中用双箭头82示出了具有可移动性的导向件。同样地，导向件还可以防止平面48相对于公共轴线18倾斜。

仅为了完整起见，图9示出了再次在如步骤56之后导致的情况下的图8的系统，也就是其中通过固定器26的连接件28的开口38将相机10的物镜32与相机壳体34彼此连接的状态。因此，图9可以示出完全校准的相机系统或当根据图7方法执行方法时的中间状态，其中发生的是相机壳体的另一固定物或校准辅助物随后被移除。

图10是例如用于示出在校准和随后移除校准辅助物之后以及根据图7的装配之后，多相机系统的相机10可以保持在由校准状态的适当保持装置84在步骤60中所固定的状态下。图10还示例性示出了明显不限于以下事实的如上述图4、图8和图9中所示出的全景相机系统：相机10的光轴22趋向于彼此平行和平行于公共轴线18。当然，相机10的光轴22可以在全景轴18上相交，例如在公共点86相交。取决于相对于公共轴线18的偏转镜布置的反射镜区段的倾斜，通过相应反射镜区段引起的反射之后，相机10的光轴可以仍在垂直于径向穿过轴18的全景轴的平面内趋向共面。

下面，呈现一些上述描述的扩展选项和替代。

图11A和图11B示出了例如校准辅助物的变型，其中未整体地实现固定器26，并不打算将校准辅助物保留在校准相机系统内。特别地，不同地实现图11A的固定器26的连接件28。相同的是相应的物镜/相机壳体接触面连接件88，在图11B的情况下，例如，用于对物镜32的配对物80的连接的连接件88，然而，反之亦然。在这种情况下，连接件88转动地置于旋转轴线90周围。因此，连接件88在步骤56中是可旋转的，用于连接至物镜32并且连接件用于在步骤62中移除校准辅助物。

根据图11B，物镜/相机壳体接触面连接件88与配对物80(螺纹闭合件)一起形成，但在图11C示出了作为替代配对物80的还可以是插销(bayonet catch)92，例如通过包括凹槽94的部分96在该处形成连接件28，通过在凹槽94中导向的凸出部96形成配对物80，或反之亦然。通过沿着旋转轴线90将连接件88与配对物80彼此扭转，旋转轴线90通常趋于与相机的光轴共线。

然而，图12示出的固定器26的连接件28可以仅包括开口100，例如通过该开口安装物镜32的配对物80，例如可以在步骤56中被保持，以便在步骤58的定位和可能的校准期间改善操作性，上述操作从与物镜32相对的一端执行，如通过凸出部102，如在图12中示例性示出的，这时配对物80是相机壳体/物镜接触面连接件并且设置有由物镜32所提供的外螺纹，该配对物用于与设置有内螺纹的相机壳体的配对物耦接。

特别是小的相机/物镜，在物镜处可以直接执行安装。因此，例如将物镜按压至公共固定器(例如，板)是充分的。理想的是，这发生在接近入射光瞳处，正如先前实施例中的情况。作为替代，当安装针对光学件具有精确的参照时，还可以在相机处直接执行安装或装配。通常，由于入射光瞳至光学件的距离增加，由所产生的公差而导致的错误增加。

图13示出了例如可以通过包括用于收纳或安装相应物镜32的前部104的凸出部102的连接件的事实形成固定器26的连接件28。当在步骤56中定位校准辅助物时，物镜被引入至通过凸出部102所形成的相应的连接件28的凹槽，以在横向上固定(即通过凸出部102对于物镜32的光轴横向)并且在光轴22的方向上坐落于固定器26上。换句话说，凸出部102内的固定器26的面积形成拱座区域106，优选地实现该拱座区域使得当将物镜32的前部或光进入侧面104插入由凸出部102所形成的凹槽而达到接触并邻接该拱座区域106时，光轴22垂直于连接件28的公共中心的平面48。可能地，然而，期望的是在物镜32的插入状态下拱座区域106或光轴22相对于平面48的法线预而被定义为是倾斜的。可能地，物镜32以一些其他方式额外地保持，以在定位56期间相对于拱座区域106不失去拱座。如在图13中所示出的版本中，相应的校准相机系统运行之前固定器可以作为校准辅助物而被移除，或者作为固定器而被保留在相机系统内。在这种情况下，然而，在拱座区域106的内部区域应设置开口108，如在图13中的虚线所示，通过该开口可以看见物镜32或包括该物镜的相机。

在上述的实施例中，本质上是以刚性的方式构造固定器，即连接件具有彼此刚性的位置。然而，根据所有的实施例，这不是必须的。下面将基于用于可适用于校准3D全景反射镜相机系统的固定器的实施例进行描述。例如，从WO 2012/136388和作为对3D全景图片的图4的系统的扩展的图14示例性示出，这样的3D全景反射镜相机系统是已知的。在该系统109中，在校准状态下，两个相机中的一个被分配至左通道(阴影)并且其他相机10被分配至右通道(非阴影)，两个相机通过偏转镜布置10的相应区段16而朝外定向。最佳地，校准相机使得来自左通道(阴影)的相机10的虚拟入射光瞳以及右通道(非阴影)的相机的入射光瞳再次位于围绕公共轴线18的公共线圈25上(图14中只示例性示出了用于用实线示出的两个相机对111)，使得各相机对的基础距离113(即，分配至相同区段16的相机的虚拟入射光瞳的距离)近似等于区段的相机对的左通道的相机的虚拟入射光瞳24至(相对于上述区段，向右看径向向外的)定位区段的相机右通道的相机的入射光瞳的距离115。在那种方式下，基础距离113、各个区段内和邻近区段之间的115相等，诸如可以通过拍摄左通道的所有相机的所有图像全景图像以及通过拍摄右通道相机的所有图像的全景图像获得3D全景图像，贯穿整个全景区域基础长度仍然保持不变。

对于根据图14就所概述的结构，还可以期望的能够调节各相机对的基础长度。图15的固定器26具有两个部分，这两个部分围绕法线46彼此可旋转至连接件中心的平面，其中，在图15的连接件中心的平面的顶视图中，以阴影方式示出了一个构件26a，而另一个构件26b没有阴影。以刚性或完整的方式实现各个构件26a和26b并且具有许多区段部110，这里，这里示例性地为三个，与其他元件的数量相等，其中形成每一个连接件28。区段部110使构件26a和26b的公共旋转轴线109在圆周上交替，使得构件26b的一个区段110相应地位于构件26a的两个区段部110之间，反之亦然。两个构件26a和26b在切线方向留有空隙，使得通过围绕旋转轴线109使两个构件26a和26b彼此旋转，可以改变连接件28彼此的横向位置。特别地，如在图2中的情况，连接件28被布置在围绕旋转轴线109中心的公共圆圈11上，即使当构件26a和26b围绕旋转轴线109彼此旋转时，仍保持线圈114上的该位置。然而，邻接连接件中心的距离16发生变化。例如，如果构件26a的连接件28被实施用于一个通道的相机，并且该连接件28用于相应的其他通道的相机，则可以使两个构件26a和26b彼此扭转来改变相机对的基础长度116(即，邻近区段部110的成对的连接件中心的距离)。不考虑围绕轴线109的可扭转性，根据步骤56的校准辅助物的绝对定位(mere positioning)具有以下效果：相机的入射光瞳位于平行于连接件中心平面的公共平面。连接件中心距离还在成对邻近的连接件28中维持相等，没必要进一步进行校准构件26a和26b之间的各个角度。

图15的实施例是这样的实例：无需实现连接件28使得当连接、适配或夹持相机壳体和/或物镜时，光轴趋向于垂直于连接件的中心平面。在上述类型的3D全景反射镜相机系统中，当各相机对以斜视方式看向所分配反射镜区段时，在该情况下，形成立体像对的相机的连接件28应校准邻近区段部110的光轴，使得连接件28在观察方向上彼此倾斜。

因此，图15还是针对以下事实的实例：可以以模块化方式由固定器模块形成固定器26。在图15的情况中，通过构件26a和26b形成固定器模块。

图16A和图16B示出了针对以下事实的实例：仍可以增加固定器的模块的实现的程度。图16A和图16B表示图15的构件26a和26b彼此不同的旋转，即，不同的调节基础长度116。然而，模块26a、26b是以模块方式实现它们自身。图16a和图16b的上半部示出了当从外面看进基础长度116中心的旋转轴线109时所产生的视图，这些图的下半部示出了平行于进入相应区段部110的轴线109的相应视图。由于，当改变基础长度116时，分配至相机10的相应立体像对的相机10的反射镜区段位于不同方向，期望的是当改变基础长度116时，相对于连接件中心平面或法线46改变相机10的光轴22的倾斜度(即，围绕光轴线109使模块26a或26b彼此扭转)。为了达到这种目的，各个区段部再次以模块方式构建，该模块方式为：各个区段部支持固定器模块，通过铰链围绕枢轴轴线118回转，这再次包括或形成相应区段部的连接件28。根据图16A和图16B的实施例，枢轴轴线118导向通过连接件中心平面中的旋转轴线109。以这种方式，可以改变相机对的相机10的斜视。可以在各个相机对内彼此耦接倾斜的左通道L和右通道R的相机10，使得用于斜视的相对于彼此的倾斜(例如)相对导通旋转轴线109和基础长度116中心的平面是对称的。然而，枢轴轴线116还可以彼此扭转，目的是使各个相机对相对于连接件中心平面的上述平面对称(如箭头122和124所示出的)，以允许(至少对于构件26a与26b之间的预定旋转位置来说)各个立体像对的相机10的光轴彼此共面。

在图16A和图16B中未详细示出的又一实施方式中，即使在一个轴线内的铰链122和124可以在垂直于连接件中心平面的轴上扭转，以允许针对构件26a和26b相对于彼此的各个旋转位置，光轴22位于一个平面内。耦合围绕后一轴线的旋转可以被用于耦合构件26a和26b的旋转至模块120的滚动旋转，使得取决于基础长度斜视总改变的度数，从而分配至相应相机对的反射镜区段在该相机对的所有相机的观察领域内，并且光轴22是共面的。

即使在图16A和图16B的实施例中，固定器26已经固有地提供了真实入射光瞳的共面布置，因此，已经基于其他实施例上面描述了优点。

因此，上述实施例获得了在关于已知的相机系统和它们的校准的说明书的介绍性部分中已经描述的几个问题的解决办法。通过连接件28安装根据上述实施例有关的物镜座例如具有以下效果。在它们的目的座位处安装相机具有以下效果：当如此这样设计固定器时，所有相机的入射光瞳在其精确位置。这具有以下优点：

1)不必设置用于机械校准相机的昂贵装置。

2)这再次导致整个系统甚至极端小型化的可能，允许由于更小重力和更低水平影响结果而造成的明显更加简化的结构。

3)另外，不需要相机的非常昂贵并不易错的定位。

4)另外，可以省略在说明书的介绍性部分中所提及的昂贵校准工具。

5)在上述实施例中，安装之后不可以再改变精确调节。到目前为止，存在调节选择性和调节空隙具有以下效果：不维持调节，并且尤其是在传送相机之后重新调节变得必要。

6)借助上述实施例，即使是在近距离范围内的无视差图片也变得可能，这避免了昂贵的后续处理并且允许直播应用。

在垂直于连接件中心的平面方向上的固定器的可移动性的意义上说，中心Z可调性得到偏转镜布置到相机的中心位移，得到虚拟入射光瞳的Z位置的公共位移。所伴随的优点是：

1)在一个操作步骤中对所有相机一起执行离心率的场景相关调节。

2)一起对所有相机执行沿着Z轴的移动。

3)维持Z轴上入射光瞳的精确定位，相机的所有坐标轴是相同的。

4)专用光学件具有以下特性：当聚焦平面改变时入射光瞳在Z轴上移动。这些光学件目前为止不适于在精确多相机系统中使用。中心Z位移可以用于补偿该位移。

物镜座上安装或定位的类型通常可以用于安装多相机系统，诸如用于轴向平行的立体系统。为了达到这个目的，分割的基板的仅仅简单位移用于允许基础调节。这再次在图17中示出，其中固定器26包括两个固定器模块26a和26b，其中的每一个形成连接件28或包括连接件28，其中模块26a、26b在连接件中心平面上是可移动的，使得模块26a、26b可以转移，如双箭头128所示。导向件由130表示。

因此，上述实施例允许校准相机系统，使得相机系统产生高分辨率、高质量的图片。特别地，利用多相机系统可以得到高分辨率视频全景。上述实施例的应用领域不限于所描述的那些。应用领域例如有用于主题公园和事件传播的全景产品，诸如数码格式的音乐会和体育赛事。应用的另一领域是生产场景的高分辨率整体视图，以允许在虚拟产品内进行虚拟跟踪拍摄。上述应用可以在线下或现场进行。根据所述应用，可以为几个或所有观察者集中地或分别地执行该导航，使得每个使用者可以操作他自己的虚拟相机。在最简单的情况下，这也允许轴向平行多相机系统的简单结构，如参考图17所示的。

Claims

1.一种用于具有能够交换的物镜的相机的相机系统的校准辅助物，包括：

具有多个连接件(28)的固定器(26)，其中，所述固定器(26)被实施使得所述固定器的所述连接件(28)或固定器模块(120)沿着至少一个公共空间方向(46)相对于彼此被刚性固定，其中，所述连接件(28)被刚性固定在或被绝对固定在旋转轴线(118)上；

其中，连接件是物镜/相机壳体接口连接件，包括第一镜头接口和第二镜头接口，所述第一镜头接口用于与一侧的相应相机的相机壳体的第一对应部分连接，所述第二镜头接口用于与相对侧的相应相机的物镜的第二对应部分连接；

或者

所述连接件(28)是被配置为适配或夹持在在镜头接口处的相应相机的相机壳体和物镜之间的连接件(38，100)，所述镜头接口在相应相机的所述物镜与所述相机壳体之间。

2.根据权利要求1所述的校准辅助物，其中，在所述连接件(28)之间以刚性方式实施所述固定器(26)。

3.根据权利要求1所述的校准辅助物，其中，所述连接件(28)是以旋转不变的方式围绕旋转轴线彼此对称地或成对地定向和/或以共面的(48)方式布置所述连接件的中心。

4.根据权利要求1所述的校准辅助物，其中，所述连接件(28)彼此相同。

5.根据权利要求1所述的校准辅助物，其中，所述固定器包括多个固定器模块(26)，每个固定器模块包括与其他固定器模块不同的一个或多个连接件(28)，其中，所述固定器模块能够移动地彼此导向，使得在凸出至处于所述公共空间方向(46)上的轴线期间各个固定器模块保持它们的位置。

6.根据权利要求1所述的校准辅助物，其中，所述固定器包括多个固定器模块(26)，每个固定器模块包括与其他固定器模块不同的一个或多个连接件(28)，其中，所述固定器模块能够移动地彼此导向，使得在移动期间所述固定器模块平行地、共线地或共面地移动。

7.根据权利要求1所述的校准辅助物，其中，所述固定器包括基座，其中，通过铰链(116)以倾斜方式安装所述固定器模块(120)，其中，所述固定器模块(120)的每一个包括所述连接件(28)中的一个，其中，实施所述基座使得所述铰链(116)的旋转轴线(118)在所述公共空间方向(46)上彼此刚性地布置。

8.根据权利要求7所述的校准辅助物，其中，实施所述基座使得所述铰链(116)的所述旋转轴线(118)围绕旋转轴线是对称的或成对地旋转不变。

9.根据权利要求7所述的校准辅助物，其中，以模块方式实施所述基座，使得所述固定器模块(120)在垂直于所述公共空间方向的方向上能够移动地导向。

10.根据权利要求7所述的校准辅助物，其中，所述固定器模块(120)通过所述铰链(116)以能够倾斜的方式安装在所述基座上，使得：

使倾斜的所有的固定器模块(120)经由所述铰链(116)彼此耦接，使得各个连接件(28)同等地倾斜并且所述连接件(28)的中心保持彼此共面；或者

倾斜的第一组(26a)的所有的固定器模块(120)经由它们的铰链(116)彼此耦接，倾斜的第二组的所有的固定器模块(120)经由它们的铰链(116)彼此耦接，使得在各个组内的各个连接件同等地倾斜并且所述连接件的中心保持彼此共面。

11.根据权利要求1所述的校准辅助物，其中，所述相机包括C座、CS座、PL座、Arri标准件、Arri插销、Aeton通用件、B4、BNCR、S、CA、PV或FZ连接系统。

12.一种用于校准具有能够交换的物镜的多个相机的相机系统的方法，包括：

定位(56)根据前述权利要求中任一项所述的校准辅助物，使得彼此相同的多个连接件均包括连接、适配或夹持所述多个相机的相机壳体或物镜。

13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括：

固定(60)所述相机壳体或所述物镜；以及

在所述相机壳体或所述物镜被固定的状态下移除(62)所述校准辅助物。

14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述方法进一步包括相对于彼此校准(58)所述校准辅助物与偏转镜布置(12)。

15.根据权利要求12所述的方法，其中，所述相机系统是反射镜全景图像系统。

16.根据权利要求12所述的方法，其中，将根据权利要求1至9中任一项所述的校准辅助物用于定位。

17.一种相机系统，包括：

具有能够交换的物镜的多个相机；

根据权利要求1至11中任一项所述的校准辅助物，所述校准辅助物包括具有彼此相同的多个连接件的固定器。

18.根据权利要求17所述的相机系统，进一步包括偏转镜布置(12)。

19.根据权利要求18所述的相机系统，其中，

所述偏转镜布置(12)包括相对于公共轴线(18)倾斜的多个反射镜区段(16)，使得对于各个反射镜区段(16)存在直线，该直线垂直于相应的反射镜区段，其中，所述直线沿着所述公共轴线(18)相交于公共点，

至少一个连接件被分配给各个反射镜区段(16)，并且

所述固定器和所述偏转镜布置沿着所述公共轴线(18)以能够移动的方式相对于彼此导向，使得在相互移动期间，所述相机(10)的虚拟入射光瞳保留在围绕所述公共轴线(18)周围的具有取决于所述移动的半径的公共圆圈(25)上。

20.根据权利要求17所述的相机系统是全景图像系统。