CN107995483A - 立体摄像机的立体镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种立体摄像机的立体镜头，包括镜筒，镜筒通过连接卡口设置在摄像机原镜头上，该镜筒内设置有一套带二级变场的光学系统，该光学系统包括第一变场和第二变场，第一变场和第二变场自下而上设置在镜筒内；第一变场自下而上依次左右对称的设置有半柱面棱镜组合、消杂光光阑和电子快门；第二变场自下而上依次左右对称的设置有斜方棱镜和凹凸镜组合；两个斜方棱镜分别设置在两个电子快门的前端。本发明既解决了双镜头及多镜头立体拍摄的光轴间距过大问题和图像焦点的误差，也解决了单镜头分光镜头立体拍摄的光轴间距过小的问题。同时还解决了双镜头光路合并镜头的光通量低及易产生鬼影的困扰，符合人们用双眼感受立体图像的习惯。
Description
技术领域
本发明涉及一种摄像头，特别涉及一种能将普通摄像机转为立体摄像机的立体镜头。
背景技术
目前，立体摄影技术发展迅猛。人们对立体摄像市场充满了期待。为了达到立体图像拍摄的目的，出现了多种立体拍摄技术。在专业级方面，有平行双镜头的，有垂直双镜头的，有单镜头分光镜头的，有多镜头组合的，有双镜头光路合并的等，但这些立体拍摄技术均有很大局限，如使用双镜头操作的容易出现图像焦点误差，光轴间距过大；使用单镜头分光镜头的光轴间距过小，立体感不强；使用双镜头光路合并的光通量偏低易出现鬼影等；发展到现在，似乎都遇到了瓶颈。在消费级方面，应用更多的是结合了软件技术的微镜头。而在专业级和专业消费级这一层，高质量，低成本，易操作的立体拍摄技术出现了空白。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种能使普通摄像机实现极方便拍摄立体图像的立体摄像机的立体镜头。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案在于，一种立体摄像机的立体镜头，包括镜筒，所述镜筒通过连接卡口设置在摄像机原镜头上，该镜筒内设置有一套带二级变场的光学系统，该光学系统包括第一变场和第二变场，所述第一变场和第二变场自下而上设置在镜筒内；
—所述第一变场自下而上依次左右对称的设置有半柱面棱镜组合、消杂光光阑和电子快门；
—所述第二变场自下而上依次左右对称的设置有斜方棱镜和凹凸镜组合；
两个所述斜方棱镜分别设置在两个电子快门的前端。
在本专利中该带二级变场的光学系统相对于摄像机原镜头的物镜组，且该立体镜头与加装在摄像机内的一套同步信号分时控制系统连接，一起形成立体拍摄条件。
作为优选，还包括同步信号分时控制系统，所述同步信号分时控制系统包括光电传感器；
—所述光电传感器包括摄像机焦平面、同步信号分时控制模块、图像处理与编码模块、左右图像分配器、左图像存储器和右图像存储器；
所述同步信号分时控制模块与电子快门连接，并用于控制左右电子快门；所述同步信号分时控制模块与左右图像分配器信号连接，左右图像分配器上行信号连接有图像处理与编码模块，下行分别信号连接有左图像存储器和右图像存储器，图像处理与编码模块与摄像机焦平面连接。
作为优选，两个所述凹凸镜组合的光轴分别为aa′和bb′，且光轴aa′和bb′之间的间距为60mm～80mm，相当于人眼通孔的距离。
作为优选，所述电子快门为液晶式或者电磁式快门，由所述同步信号分时控制模块控制的两个电子快门的刷新频率分别大于60Hz。
作为优选，所述同步信号分时控制模块通过电子快门控制线或者无线蓝牙与电子快门连接；且两个电子快门是交替开、关进行，即左侧电子快门打开时，右侧电子快门关，右侧电子快门打开时，左侧电子快门关。
同时，本发明还公开了一种立体镜头的成像方法，包括以下步骤：
(1)光路分别从两组凹凸镜组合的入射面射入镜筒内；
(2)经过两个斜方棱镜的两次折射后，分别到达第一变场中的两个电子快门；
(3)通过两个消杂光光阑到达两个半柱面棱镜组合，再经过两个半柱面棱镜组合的放大成像；
(4)在步骤(3)中，成像的放大方向为：左边的光路向右边放大，右边的光路向左边放大；光路通过连接卡口射向摄像机的原镜头。
在本专利中，立体镜头的下端通过连接卡口与摄像机的原镜头前端相连，并以摄像机镜头的光轴为中心线，以连接卡口为参照，半柱面棱镜组合，消杂光光阑，电子快门，斜方棱镜，凹凸镜组合，依次自下到上对称放置，相当于人的左右眼睛。
作为优选，在第一变场中，由安装在摄像机原镜头中的同步信号分时控制系统控制的两个电子快门，在同步信号分时控制模块的控制下，分别以大于60Hz频率交替的开关。
作为优选，电子快门的开关方式为：
(1)当左侧电子快门开时，右侧的电子快门关闭，右侧的电子快门开时，左侧的电子快门关闭；
(2)左右两条光路在此交替进入，形成一条以2倍于电子快门频率交替刷新的、有视差的同位影像光路；
(3)当光路交替通过半柱面棱镜组合放大，再通过摄像机原镜头的变焦调焦，到达摄像机内的光电传感器的焦平面，便形成了一幅精准的、以2倍于电子快门频率、交替刷新的有视差同位影像；
(4)经过光电信号转换和图像处理与编码，同时在同步信号分时控制模块控制的左右图像分配器将交替进入的图像光路信号以2倍于电子快门的刷新频率，同步交替分配给相应的左图像存储器和右图像的存储器，从而形成两幅精确的、有视差的、并以60HZ以上的频率刷新的同位影像，相当于人的左右眼看到左右图像。
本发明的有益效果：使用本发明的立体镜头的摄像机，就相当于把原来的普通摄像机变成了一台分左右视场的立体摄像机，单机单人操作，与现有的普通摄像机操作基本相同，方便灵活，以与人眼瞳孔高度一致的间距，从左右不同视点拍摄物体，达到物体的立体图像录制，适应不同场景和要求，降低了后期制作成本和技术难度。这些影像经过电视、电影中的时分法或偏振法等方法还原实现了立体影像的再现。
本发明既解决了双镜头及多镜头立体拍摄的光轴间距过大问题和图像焦点的误差，也解决了单镜头分光镜头立体拍摄的光轴间距过小的问题。同时还解决了双镜头光路合并镜头的光通量低及易产生鬼影的困扰，符合人们用双眼感受立体图像的习惯。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明的结构示意图；
图中：1.连接卡口，2.半柱面棱镜组合，3.消杂光光阑，4.电子快门，5.斜方棱镜，6.凹凸镜组合，7.镜筒，8.摄像机焦平面，9.控制线或者无线蓝牙，10.摄像机原镜头,11.光电传感器,Ⅰ.第一变场，Ⅱ.第二变场，Ⅲ.同步信号分时控制系统，A.同步信号分时控制模块，B.图像处理与编码模块，C.左右图像分配器，D.左图像存储器，E.右图像存储器。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合实施例对本申请中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1所示，本发明公开了一种立体摄像机的立体镜头，包括镜筒7，所述镜筒7通过连接卡口1设置在摄像机原镜头10上，该镜筒7内设置有一套带二级变场的光学系统，该光学系统包括第一变场Ⅰ和第二变场Ⅱ，所述第一变场Ⅰ和第二变场Ⅱ自下而上设置在镜筒7内；
—所述第一变场Ⅰ自下而上依次左右对称的设置有半柱面棱镜组合2、消杂光光阑3和电子快门4；
—所述第二变场Ⅱ自下而上依次左右对称的设置有斜方棱镜5和凹凸镜组合6；
两个所述斜方棱镜5分别设置在两个电子快门4的前端。
在本专利中该带二级变场的光学系统相对于摄像机原镜头的物镜组，且该立体镜头与加装在摄像机内的一套同步信号分时控制系统连接，一起形成立体拍摄条件。
作为优选，还包括同步信号分时控制系统Ⅲ，所述同步信号分时控制系统Ⅲ包括光电传感器11；
—所述光电传感器11包括摄像机焦平面8、同步信号分时控制模块A、图像处理与编码模块B、左右图像分配器C、左图像存储器D和右图像存储器E；
所述同步信号分时控制模块A与电子快门4连接，并用于控制左右电子快门；所述同步信号分时控制模块A与左右图像分配器C信号连接，左右图像分配器C上行信号连接有图像处理与编码模块B，下行分别信号连接有左图像存储器D和右图像存储器E，图像处理与编码模块B与摄像机焦平面8连接。
作为优选，两个所述凹凸镜组合6的光轴分别为aa′和bb′，且光轴aa′和bb′之间的间距为60mm～80mm，相当于人眼通孔的距离。
作为优选，所述电子快门4为液晶式或者电磁式快门，由所述同步信号分时控制模块A控制的两个电子快门的刷新频率分别大于60Hz。
作为优选，所述同步信号分时控制模块A通过电子快门控制线或者无线蓝牙9与电子快门4连接；且两个电子快门4是交替开、关进行，即左侧电子快门打开时，右侧电子快门关，右侧电子快门打开时，左侧电子快门关。
同时，本发明还公开了一种立体镜头的成像方法，包括以下步骤：
(1)光路分别从两组凹凸镜组合的入射面射入镜筒内；
(2)经过两个斜方棱镜的两次折射后，分别到达第一变场中的两个电子快门；
(3)通过两个消杂光光阑到达两个半柱面棱镜组合，再经过两个半柱面棱镜组合的放大成像；
(4)在步骤(3)中，成像的放大方向为：左边的光路向右边放大，右边的光路向左边放大；光路通过连接卡口射向摄像机的原镜头。
在本专利中，立体镜头的下端通过连接卡口与摄像机的原镜头前端相连，并以摄像机镜头的光轴为中心线，以连接卡口为参照，半柱面棱镜组合，消杂光光阑，电子快门，斜方棱镜，凹凸镜组合，依次自下到上对称放置，相当于人的左右眼睛。
作为优选，在第一变场中，由安装在摄像机原镜头中的同步信号分时控制系统控制的两个电子快门，在同步信号分时控制模块的控制下，分别以大于60Hz频率交替的开关。
作为优选，电子快门的开关方式为：
(1)当左侧电子快门开时，右侧的电子快门关闭，右侧的电子快门开时，左侧的电子快门关闭；
(2)左右两条光路在此交替进入，形成一条以2倍于电子快门频率交替刷新的、有视差的同位影像光路；
(3)当光路交替通过半柱面棱镜组合放大，再通过摄像机原镜头的变焦调焦，到达摄像机内的光电传感器的焦平面，便形成了一幅精准的、以2倍于电子快门频率、交替刷新的有视差同位影像；
(4)经过光电信号转换和图像处理与编码，同时在同步信号分时控制模块控制的左右图像分配器将交替进入的图像光路信号以2倍于电子快门的刷新频率，同步交替分配给相应的左图像存储器和右图像的存储器，从而形成两幅精确的、有视差的、并以60HZ以上的频率刷新的同位影像，相当于人的左右眼看到左右图像。
本发明的有益效果：使用本发明的立体镜头的摄像机，就相当于把原来的普通摄像机变成了一台分左右视场的立体摄像机，单机单人操作，与现有的普通摄像机操作基本相同，方便灵活，以与人眼瞳孔高度一致的间距，从左右不同视点拍摄物体，达到物体的立体图像录制，适应不同场景和要求，降低了后期制作成本和技术难度。这些影像经过电视、电影中的时分法或偏振法等方法还原实现了立体影像的再现。
本发明既解决了双镜头及多镜头立体拍摄的光轴间距过大问题和图像焦点的误差，也解决了单镜头分光镜头立体拍摄的光轴间距过小的问题。同时还解决了双镜头光路合并镜头的光通量低及易产生鬼影的困扰，符合人们用双眼感受立体图像的习惯。
所描述的实施例只是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
Claims (8)
1.一种立体摄像机的立体镜头，其特征在于，包括镜筒(7)，所述镜筒(7)通过连接卡口(1)设置在摄像机原镜头(10)上，该镜筒(7)内设置有一套带二级变场的光学系统，该光学系统包括第一变场(Ⅰ)和第二变场(Ⅱ)，所述第一变场(Ⅰ)和第二变场(Ⅱ)自下而上设置在镜筒(7)内；
—所述第一变场(Ⅰ)自下而上依次左右对称的设置有半柱面棱镜组合(2)、消杂光光阑(3)和电子快门(4)；
—所述第二变场(Ⅱ)自下而上依次左右对称的设置有斜方棱镜(5)和凹凸镜组合(6)；
两个所述斜方棱镜(5)分别设置在两个电子快门(4)的前端。
2.根据权利要求1所述的立体摄像机的立体镜头，其特征在于，还包括同步信号分时控制系统(Ⅲ)，所述同步信号分时控制系统(Ⅲ)包括光电传感器(11)；
—所述光电传感器(11)包括摄像机焦平面(8)、同步信号分时控制模块(A)、图像处理与编码模块(B)、左右图像分配器(C)、左图像存储器(D)和右图像存储器(E)；
所述同步信号分时控制模块(A)与电子快门(4)连接，并用于控制左右电子快门(4)；所述同步信号分时控制模块(A)与左右图像分配器(C)信号连接，左右图像分配器(C)上行信号连接有图像处理与编码模块(B)，下行分别信号连接有左图像存储器(D)和右图像存储器(E)，图像处理与编码模块(B)与摄像机焦平面(8)连接。
3.根据权利要求2所述的立体摄像机的立体镜头，其特征在于，两个所述凹凸镜组合(6)的光轴分别为aa′和bb′，且光轴aa′和bb′之间的间距为60mm～80mm。
4.根据权利要求3所述的立体摄像机的立体镜头，其特征在于，所述电子快门(4)为液晶式或者电磁式快门，由所述同步信号分时控制模块(A)控制的两个电子快门(4)的刷新频率分别大于60Hz。
5.根据权利要求4所述的立体摄像机的立体镜头，其特征在于，所述同步信号分时控制模块(A)通过电子快门控制线或者无线蓝牙(9)与电子快门(4)连接。
6.一种立体镜头的成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)光路分别从两组凹凸镜组合的入射面射入镜筒内；
(2)经过两个斜方棱镜的两次折射后，分别到达第一变场中的两个电子快门；
(3)通过两个消杂光光阑到达两个半柱面棱镜组合，再经过两个半柱面棱镜组合的放大成像；
(4)在步骤(3)中，成像的放大方向为：左边的光路向右边放大，右边的光路向左边放大；光路通过连接卡口射向摄像机的原镜头。
7.根据权利要求6所述的立体镜头的成像方法，其特征在于，在第一变场中，由安装在摄像机原镜头中的同步信号分时控制系统控制的两个电子快门，在同步信号分时控制模块的控制下，分别以大于60Hz频率交替的开关。
8.根据权利要求7所述的立体镜头的成像方法，其特征在于，电子快门的开关方式为：
(1)当左侧电子快门开时，右侧的电子快门关闭，右侧的电子快门开时，左侧的电子快门关闭；
(2)左右两条光路在此交替进入，形成一条以2倍于电子快门频率交替刷新的、有视差的同位影像光路；
(3)当光路交替通过半柱面棱镜组合放大，再通过摄像机原镜头的变焦调焦，到达摄像机内的光电传感器的焦平面，便形成了一幅精准的、以2倍于电子快门频率、交替刷新的有视差同位影像；
(4)经过光电信号转换和图像处理与编码，同时在同步信号分时控制模块控制的左右图像分配器将交替进入的图像光路信号以2倍于电子快门的刷新频率，同步交替分配给相应的左图像存储器和右图像的存储器，从而形成两幅精确的、有视差的、并以60HZ以上的频率刷新的同位影像，相当于人的左右眼看到左右图像。
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2018
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