CN107007988A - 在赛艇运动中用于拍摄图像的系统以及训练方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在赛艇运动中用于拍摄图像的系统以及训练方法。其中，所述系统包括至少两个摄像装置，其中每个摄像装置包括：安装在单个防水机身上的镜头阵列；支架，所述支架具有能够连接到所述赛艇装置的第一端，并且所述支架被配置为在每次所述摄像装置被安装在所述赛艇装置上时将所述摄像装置定位且保持在同一角度；以及图像处理器和数字存储器，用于针对所述桨手的图像和所述桨手的桨梢的相反图像中的各者通过使用GPS卫星或来自单个时钟的时间数据的无线传输来确定、接收和存储精确的时间数据，其中，通过利用所述精确的时间数据来使所述摄像装置同步。

Description

在赛艇运动中用于拍摄图像的系统以及训练方法

本申请是申请日为2009年10月2日、发明名称为“摄像系统”的申请号为200980148147.2的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及用于拍摄图像的摄像系统和摄像装置。

背景技术

实际的赛艇划桨动作是运动、技巧及技术的结合。技术的发展需要时间和实践。桨手无法远程观看他们自己的划桨动作、发现并观察到任何的不足，这已经被认为是在发展更好的技术方面存在的一个难题。当赛艇教练在细微评论和所需要的改进方面与赛艇队员进行交流时也存在同样的问题。

本发明的目的在于至少部分地解决上述问题。本发明的系统和装置也可用于其他运动和其他领域，例如取证学(forensics)等。

发明内容

本发明的一个方面提供了一种摄像系统，其包括一个或多个摄像装置，各个所述摄像装置包括一个镜头或者一起形成镜头阵列的多个镜头，其中：所述阵列包括两个镜头；所述两个镜头面朝着相反的方向，使得所述阵列中的一个镜头的视场不与所述阵列中的另一个镜头的视场重叠；所述两个镜头的轴线基本上平行；并且所述摄像系统适于从所述两个镜头同时拍摄并记录图像。

本发明的另一个方面提供了一种摄像装置，所述摄像装置上安装有镜头阵列，其中：所述阵列包括两个镜头；所述两个镜头面朝着相反的方向；所述两个镜头的轴线基本上平行；并且所述摄像装置适于从所述两个镜头同时拍摄图像。

本发明的又一个方面提供了一种在赛艇装置中进行赛艇运动时用于拍摄桨手的划桨动作的图像的系统，所述系统包括摄像装置，其中：所述摄像装置相对于所述赛艇装置是固定的；并且所述摄像装置基本上固定在所述桨手的桨的支点处或所述桨手的桨的支点上方，或者基本上固定在模拟了所述桨手的桨的支点所处位置的位置处，以用于记录所述桨手的图像和/或所述桨手的桨的图像。

附图说明

为了使本发明更加易懂，将会参照附图以仅作为示例的方式来说明各实施例。在附图中：

图1是本发明第一实施例的照相机的侧视图；

图2是该照相机的内表面的立体图；

图3是该照相机的外表面的正视图；

图4是包含该照相机的赛艇训练用系统的总体布局；

图5是安装在支架上的该照相机的正视图；

图6是照相机用支架的立体图；

图7是本发明第二实施例的照相机的立体图；

图8是本发明第二实施例的照相机的总体布局；

图9是图示了安装有照相机的未载人赛艇用船的一部分的立体图；

图10是赛艇用船的一部分的立体图，其示出了桨手与安装在桨手任一侧的照相机之间关系；

图11a、图11b和图11c示出了桨手的划桨动作的侧视图；

图11d、图11e和图11f示出了桨手的划桨动作的平面图；

图12a、图12b和图12c示出了从安装在赛艇用船的中心线上的照相机观看到的桨手的划桨动作；以及

图13示出了安装在赛艇用船的船尾的中心线上的照相机。

具体实施方式

图1～图6示出了本发明的第一实施例。在本实施例中，摄像装置(照相机2)具体适用于运动训练特别是赛艇训练中。

该照相机具有安装在单个机身22上的两个镜头8和10。这两个镜头8和10面朝着相反的方向。每个镜头的轴线横穿过该镜头的中心。两个镜头的轴线是平行的。该摄像装置适于从两个镜头同时拍摄图像。

在本实施例中，两个镜头安装在一个装置中。然而，可以理解的是，也可将每个镜头安装在单独的装置中。例如，可以背靠背地装配两个装置，每个装置中设置有一个镜头。这种装置组合被称为“系统”，该系统适于从第一镜头和第二镜头同时拍摄图像，即使第一镜头和第二镜头设置在不同的装置中也是如此。

图1示出的照相机2具有固定在单个照相机机身22上的面朝着相反方向的两个镜头。相对于该船来说，一个镜头是面向外的镜头10而另一个镜头是面向内的镜头8。照相机2能够同时从两个镜头记录并同步摄取图像。照相机2能够从同一观察点同时记录两个不同方向上的静态或视频图像。

每个镜头聚焦到置于照相机机身22内部的图像传感器上。在机身22中，把面向内的镜头8安装得略高于面向外的镜头10。这两个镜头的轴线是偏移的，以使得照相机机身更加紧凑，并且使得与各图像的观察点相匹配。如果上述两个镜头是背靠背的，那么机身22可能需要变得更宽。两个图像传感器与一个图像处理器相连接，该图像处理器从上述两个图像传感器接收数据并能够对该数据进行编码以便存储。照相机中装配有用于存储图像和视频数据的数字存储器。安装在机身22内部的电池向照相机供电，可以使用位于照相机底部的电连接器给电池再充电。

上述图像处理器和图像传感器能够从两个观察点以超过100帧/秒的帧率记录视频。通过有线或无线的接口将存储在上述存储器中的数据传输至例如电脑等另一装置，以便重放、分析或永久存储。

图2示出了照相机2的内表面11。面向内的镜头8位于该表面上。内表面11还包括显示屏12，该显示屏12将该装置的图形用户界面(Graphical User Interface，GUI)提供给用户。GUI包括允许执行如下选项的菜单结构：这些选项包括从照相机的存储器中删除数据和传输数据以及开始记录和停止记录。

如图3所示，在外表面15上，该照相机设置有圆形的“触摸”界面14。可使用该界面来操作显示屏12上的GUI。处于界面14的表面后方的各传感器对出现在该界面的表面上的用户手指进行检测。用户能够以绕着界面14转动的方式移动自己的手指，从而浏览并选择GUI上的各种选项。

照相机2具有密封的防水机身22，以利于在无遮蔽的且潮湿的环境下工作。

本实施例的一项应用是作为图4所示的训练系统的一部分；该项应用会要求使用多个照相机2。图9示出了未载人的船6，该船6设置有安装在从该船两侧伸出的桨5上的照相机2。图10图示了载有桨手以及一对照相机2的船，这对照相机2以镜头面朝着桨手的方式安装在该船两侧的船体之外。两个照相机2都安装在桨架4上从而相对于该船是固定的。

上述训练系统用于拍摄桨手在赛艇用船6、赛艇模拟器、赛艇装置或者训练器械中的划桨动作的图像。照相机2相对于赛艇装置是固定的。在其中有上述摄像装置安装在赛艇用船6上的情况下，各照相机2被固定在各桨手的桨5的支点处，以同时记录桨手的划桨动作以及该桨手的桨的侧视图。

为了得到桨手的划桨动作以及该桨手的桨5的侧视图，把各照相机2安装在赛艇用船6的桨架4上。照相机安装在桨5的支点附近。在安装时，照相机的面向内的镜头8面对着船并能够用来记录从侧视图看时的桨手的划桨动作。面向外的镜头10面朝着桨的运动弧线7并能够用来记录桨的动作。照相机2相对于船6是固定的，并且当在划桨过程中桨沿其弧线进行运动以及桨手身体进行前后摇动时，照相机2不会随之转动。

照相机2记录了桨手的动作和桨的动作，从而提供了单镜头照相机所无法实现的对划桨动作可视记录的改进。

图11a、图11b、图11c、图11d、图11e和图11f图示了从侧面和从上面看到的桨手的划桨动作。应当注意的是，在桨手的划桨过程中，照相机2相对于船是不动的。

从教练和桨手的角度来讲，这样的划桨动作记录在训练中起了重要的作用。这样的记录为赛艇动作提供了重要的视角，并且能够用作进一步训练和进步的基础。

从教练的角度来讲，照相机2起了重要的作用。桨手在划桨时存在哪些问题是难以用语言来描述的。这种记录就为清楚地发现问题并提出解决方案提供了基础。能够同步记录桨手的动作和桨梢的动作，这对于教练来说是非常有利的。例如，如果桨梢明显出水太晚(根据面向外的镜头10的记录中的显示)，教练就能够具体指出是桨手动作的哪个部分(由面向内的镜头8所记录)导致了该问题。

图5示出了安装在支架16上的照相机2，该支架16能够被栓接在船6的桨架4上。图6示出了该支架的立体图。照相机锁定在该支架内的磁体18上。借助于该支架内的插栓20来完成与该支架的对准。出于下载所记录的数据、给照相机中的电池再充电以及存储和安全的目的，磁体18能够使照相机易于从支架上取下。

可使用螺栓组件24将支架栓接在桨架4上。因为支架是永久地固定在桨架4上，所以每次将照相机安装在支架16上时该照相机都会对准同一角度。于是，每次将照相机2安装在支架16上时，该照相机2的镜头都会从同一方向拍摄同一观察点。这将会确保每次将照相机2安装在船6上时照相机2总是不用任何调整就能够拍摄桨手和桨梢的全景图，并且将会确保所有的后续图像能够叠加在先前图像上以便于直接比较。

如图4所示，可以在同一条船6上安装一组照相机2来记录多个桨手。在记录时，由各个镜头所记录的图像是精确同步的并且是带有时间标记的。可以用如下的多种方式来确定对图像数据进行标记时所使用的时间数据：

·每个照相机可以包含它自己的时钟；

·每个照相机可以包含GPS模块和天线，并且从GPS卫星接收准确的时间数据；

·单个时钟可以以无线的方式或通过有线网络向船上的各个照相机发送准确的时间数据。

如图13所示，可在船的中心线上设置单镜头或双镜头照相机2。可以理解的是，照相机2可以放置在桨手之间的船舶用舱板上，从而生成如图12a、图12b和图12c所示的桨手的划桨动作的图像。

照相机2适于将所记录的数据以无线的方式发送给电脑32。该数据被记录在电脑中以便稍后在监视器36上重放。因此，一旦训练课程结束，就可以启动重放，而不用从船6上取下照相机2或者将这些照相机2物理接线到电脑32上。

不同的赛艇队员间的划桨动作的分段节奏及长度的协调性对于形成平衡的船以及对于成功的赛艇队员们而言是至关重要的。然而，对于每个赛艇队员成员来说，特别是当他/她同时关注于他/她自己的赛艇划桨动作时，就难以确定他/她是否“合拍”。

可以同时重放各种不同的带有时间标记的记录，从而使桨手们准确地看到他们自己相对于其他赛艇队员的节奏。例如，可以在监视器36的各个不同视窗中重放由面向外的镜头10拍摄到的各个桨手的桨梢的图像，以便呈现出任何的节奏问题。

或者，可以将各幅不同的图像相互叠加在监视器36上，以便更全面地呈现出节奏问题。还可以把来自于面向内的镜头8的记录(桨手的动作的记录)在监视器36上以分帧的方式进行叠加或比较。当叠加图像时，可以把桨或者桨手涂上不同的颜色从而对团队中的各个桨手进行区分。因此，能够容易地识别出任何一个与该团队中的其他桨手不同步的桨手。

高的帧拍摄率使得教练或桨手可以慢速重放记录并且使得能够精确地确定赛艇划桨动作的各部分的节奏。

照相机被安装成能够拍摄从图11a和图11d中所示的“桨入水(catch)”位置到图11c和图11f所示的“结束”位置的赛艇划桨动作的全部行程。图12a、图12b和图12c示出了来自一款软件中所显示的视频的三幅静止帧，该软件与照相机一起形成了训练系统的一部分。

该软件可以让用户在屏幕上标示出划桨动作在不同时刻的不同“点”。例如，用户可以标示出当开始拉桨(drive)时桨进入水的那一点。用户还可以标示出当结束拉桨时桨离开水面的那一点。通过标示这两个点，至少能够进行如下两项计算：

·通过确定帧与帧之间经过的时间，来计算出“拉桨”时间；

·计算出“拉桨”角度，这是指在拉桨过程中桨掠过的角度。

可以理解的是，通过在各视频帧上标示出不同点，能够建立大量的数据，从而例如判断一个桨手是否进步或者桨手们是否彼此合拍。也可以计算下面的内容：

·在每次划桨动作结束时的掠过角度“损耗”；

·每次划桨过程中座椅的移动；

·在桨入水位置处在桨手的大腿与小腿之间形成的角度。

可以理解的是，上面这些测量以及许多其他的测量可以帮助教练挑选和训练桨手。这些测量对于桨手在监控并了解他/她自己的划桨动作方面也是有用的。照相机相对于船是固定的，这使得通过在视频的各帧上用点做出标示就能够容易地进行计算。

上述软件可具有这样的性能：不需要用户标示出各个不同点就可以自动识别并测量划桨动作的各部分。

桨手可以在他们的衣服上配戴显著的标签。这些标签可以是反光的或者可以是仅涂成不同于其他桨手衣服的颜色。这样的标签有助于用户标示出各帧上所需的点，以便对划桨动作进行评定。这些标签还有助于上述软件识别并自动标示出划桨动作上的这些相同点。

本实施例包括置于船内的记录装置(未图示)。该记录装置包括多轴线陀螺仪和3D加速计。上述陀螺仪测量该船的关于它的主要纵向轴线的横摇(roll)、纵摇(pitch)和偏摆(yaw)。上述加速计测量该船的加速度。

本实施例还包括可以由教练使用的遥控器34。遥控器34能够用来使各个照相机2开始和停止记录，并且能够用来重新设置照相机参数。遥控器使得教练能够拍摄他们在任务报告分析会议中认为需要进行练习的特定划桨动作或者课程的某些部分。照相机装置包括循环存储器(circular memory)，该循环存储器为用户提供了在发生特定事件之后对该特定事件的拍摄点进行后触发(post-trigger)的能力。

照相机2还能够与也安装在桨架4上的负荷或应变测量仪38联合起来使用。上述测量仪对由桨5施加给桨架4的力的大小进行测量。因此，测量仪38对每次划桨动作的力量分布进行监控。测量仪38以有线或无线的方式与照相机2进行通信。来自测量仪38的数据被传送给照相机并与赛艇划桨动作的各图像帧一起存储在存储器中。因此，在重放或者任务报告分析的过程中，教练和桨手既可以获得该数据也可以获得图像。该数据能够与划桨动作记录一起直观地显示在监视器36上，从而有助于对桨手的技术进行评定并向桨手提供关于他们技术的反馈。例如，在应变测量仪38上测量到的力可与桨手或桨的视频一起显示在图表上。

如上所述，本系统可包括背靠背安装着的两个单独的摄像装置，一个摄像装置对桨进行监控，而另一个摄像装置对桨手进行监控。然而，优选的是单个装置能够在两个方向上记录图像。

也可以将相同的照相机2固定到赛艇训练器械或者其他赛艇装置上，从而在训练期间记录桨手的划桨动作。在上述器械是飞轮型器械的情况下，没有桨，可以使用单个镜头仅对桨手进行记录。

图7和图8示出了本发明的第二实施例。在本实施例中，六边形照相机50具体适用于取证学应用领域中的使用。可使用上述照相机来拍摄犯罪现场的静态记录或视频记录。

六边形照相机50总共设置有七个镜头，每个镜头能够从基本相同的观察点记录不同角度的图像。六个侧面镜头52位于该照相机的侧壁54上。顶部镜头56面朝上方。

侧面镜头52由三对彼此相对的镜头构成，由于每对镜头正好彼此相对，所以每对镜头的轴线不仅平行，而且是共用同一轴线。

在拍摄犯罪现场时会出现这样的问题：摄影师会主观地拍摄那些他们当时认为很重要的图像。然而，随着调查的进行，现场的许多其他观察点或角度的记录对于确定在现场发生了什么事情可能变得至关重要。

本实施例提供了这样的装置：其能够同时对大批的不同观察点和角度进行快速记录而不受摄影师的主观偏见的影响。在证据开始消失之前，能够通过架起六边形照相机50(摄像装置)来收集大量的可视数据。

与第一实施例中一样，该照相机包括位于各个镜头后方的图像传感器、以及处理器和数字存储器。可通过全部的图像传感器同时记录图像。每幅图像与两组数据一起记录下来：拍摄的时间和拍摄的地点。

图8示出了六边形照相机50的一种应用。在本应用中，六边形照相机50与六个双镜头照相机60(这些双镜头照相机也用于在犯罪现场记录图像)结合使用。双镜头照相机60设置有面向内的镜头62和面向外的镜头64。将每个照相机安装在可伸缩的支座66上，从而在需要时使这些照相机的像平面能够匹配。

六边形照相机50布置在现场的中心位置处并且使用多个镜头同时在多个不同方向上(包括上方)进行记录。将多个双镜头照相机60呈环形包围着照相机50而布置着。每个双镜头照相机60的面向内的镜头62正对着六边形照相机50。面向外的镜头64以从环形向外呈放射状的方式对图像进行记录。

本实施例提供了犯罪现场的大量可视记录。重要的是，图像是在没有主观偏见的前提下拍摄的。没有特定的观察点或者角度被赋予比其他观察点或者角度更占优势。如果需要，在后续的调查中可以利用上述各幅不同的图像重建出现场的多维模型。

重要的是，记录是带有时间标记的。因此，调查员能够容易地查明在犯罪现场的两个以上的局部地点中同时发生了什么事情。

还能够以静态方式以外的动态方式使用六边形照相机50。例如，用户可以手持六边形照相机50环绕现场按照环形行进。因此，多个镜头52和镜头56向着该环形的中心以及从该环形向外都能够拍摄图像。这样大量的可视信息为现场提供了有用的记录。

利用该照相机拍摄到的图像提供了来自镜头阵列的丰富数据。由于彼此相对的成对镜头之间具有固定的关系，所以增加了这些数据的价值。人们能够观看来自一对镜头中第一镜头的图像并且将该图像与同一时刻从该同一观察点沿相反方向拍摄的图像进行比较或对比。

在整个本说明书中，除非由于语言表述或者必需的含意而使得上下文要求的是相反意思，否则词语“包括”或诸如“包含”、“设有”等变型词语的使用是开放式的，也就是说，这些词语用于具体说明存在某些所述的特征，但不排除在本发明不同实施例中存在和添加更多特征。

本发明的领域中的技术人员应当理解，在不背离本发明的精神和范围的前提下，可以进行多种修改。

Claims (17)

1.一种在赛艇装置中进行赛艇运动时用于拍摄桨手的划桨动作和桨手的桨梢的图像的系统，所述系统包括：

至少两个摄像装置，其中每个摄像装置包括：

安装在单个防水机身上的镜头阵列；

支架，所述支架具有能够连接到所述赛艇装置的第一端，并且所述支架被配置为在每次所述摄像装置被安装在所述赛艇装置上时将所述摄像装置定位且保持在同一角度；

其中，所述阵列包括具有基本上平行的轴线的第一镜头和第二镜头；

所述第一镜头和所述第二镜头面朝着相反的方向，由此所述阵列中的所述第一镜头的视场不与所述第二镜头的视场重叠；

其中，所述第一镜头和所述第二镜头中的各者与图像传感器相关联，且与所述第一镜头和所述第二镜头相关联的所述图像传感器连接至图像处理器，使得所述桨手在所述赛艇装置中进行赛艇运动时，所述摄像装置经由所述第一镜头拍摄所述桨手的图像并且同时经由所述第二镜头拍摄所述桨手的桨梢的相反图像；以及

所述图像处理器和数字存储器，用于针对所述桨手的图像和所述桨手的桨梢的相反图像中的各者通过使用GPS卫星或来自单个时钟的时间数据的无线传输来确定、接收和存储精确的时间数据，使得所述桨手的图像和所述桨手的桨梢的相反图像中的各者使用所述精确的时间数据来进行时间标记，且所述精确的时间数据能够用作所述桨手的图像和所述桨手的桨梢的相反图像的同步的基础；并且

其中，通过利用所述精确的时间数据来使所述摄像装置同步。

2.如权利要求1所述的系统，其中，每个所述摄像装置的所述第一镜头和所述第二镜头共有同一条轴线。

3.如权利要求1所述的系统，其中，所述单个防水机身中的至少一个单个防水机身上支撑有第三镜头和第四镜头，所述第三镜头和所述第四镜头面朝着相反的方向；

所述第三镜头的轴线与所述第四镜头的轴线基本上平行；并且

与所述至少一个单个防水机身相关联的所述摄像装置适于从全部四个所述镜头同时拍摄并记录图像。

4.如权利要求3所述的系统，其中，所述阵列中的所述第三镜头的视场不与所述阵列中的所述第四镜头的视场重叠。

5.如权利要求1所述的系统，其中，设有有线或无线接口以利于所述数据的传输。

6.如权利要求1所述的系统，其中，至少一个所述摄像装置包括显示屏和图形用户界面中的至少一者。

7.如权利要求6所述的系统，其中，至少一个所述摄像装置包括触摸式界面和滚动界面中的至少一者。

8.如权利要求1所述的系统，其中，所述摄像装置能够同时记录两个不同方向上的图像。

9.如权利要求1所述的系统，其中，所述图像处理器和所述图像传感器能够以高帧捕获率记录图像。

10.如权利要求9所述的系统，其中，所述高帧捕获率超过100帧/秒。

11.如权利要求1所述的系统，其中，所述摄像装置中的至少一个摄像装置基本上固定在所述桨手的桨的支点处或所述桨手的桨的支点上方，或者基本上固定在模拟了所述桨手的桨的支点所处位置的位置处或上方，以用于记录所述桨手的侧视图图像和所述桨手的桨的侧视图图像。

12.如权利要求11所述的系统，其中，至少一个其它摄像装置位于所述赛艇装置上，并且与安装在所述桨手的桨的支点处或所述桨手的桨的支点上方或者安装在模拟了所述桨手的桨的支点所处位置的位置处或上方的所述至少一个摄像装置同步。

13.如权利要求11所述的系统，其中，至少一个单镜头照相机位于所述赛艇装置的中心线上，并且与安装在所述桨手的桨的支点处或所述桨手的桨的支点上方或者安装在模拟了所述桨手的桨的支点所处位置的位置处或上方的所述至少一个摄像装置同步。

14.如权利要求1所述的系统，其包括用于所述桨手的衣服的显著标签，以在所述桨手的图像上设置标示点。

15.如权利要求1所述的系统，其中，至少一个所述支架包括用以将所述支架固定到所述赛艇装置的桨架的组件，并且包括用以将所述机身锁定到在所述支架上的磁体。

16.如权利要求1所述的系统，其中，每个所述支架具有第二端，所述第二端以能够移动的方式连接到相应的所述防水机身。

17.一种在桨手坐在赛艇装置中时用于训练所述桨手的划桨动作的方法，所述赛艇装置包括在梢部终止的桨，所述桨以枢轴方式安装在从所述赛艇装置突出的外桨架上，所述方法包括以下步骤：

借助支架将防水摄像装置固定在所述桨手的桨的支点处或附近，以相对于所述桨静止；

从所述摄像装置的第一镜头捕获所述桨手的图像，并且同时从所述摄像装置的第二镜头捕获所述桨手的桨梢的相反图像，所述第二镜头和所述第一镜头面朝着相反的方向；

针对所述桨手的图像和所述桨手的桨梢的相反图像中的各者通过使用GPS卫星或来自单个时钟的时间数据的无线传输来确定、接收和存储精确的时间数据；以及

使用所述精确的时间数据对每个图像进行标记，以同步所述桨手的图像和所述桨手的桨梢的相反图像。