CN202600337U - 一种多维调节的立体摄像双机位装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种多维调节的立体摄像双机位装置，包括一个轴调节两滑块间距、使两台摄像机能够作相向或相离运动的基线长度调节结构，另一个轴同步、等角度、逆向转动转盘、从而调节两台摄像机方位角的调节结构，以及一台摄像机水平倾斜角的调节结构和另一台摄像机俯仰角的调节结构。基线长度调节结构和方位角调节结构相互独立，均分别由一个轴控制两台摄像机同步、逆向调整，以保证两台摄像机对称中心不变；水平倾斜角和俯仰角调节结构采用两个角位移台，以角度旋转方向正交的方式安装于两转盘上，一个用于调整一台摄像机的水平倾斜角，另一个用于调整另一台摄像机的俯仰角，实现对不同距离处被拍摄体的立体效果调整和精确对准。

Description

一种多维调节的立体摄像双机位装置

技术领域

本实用新型涉及一种能够同时控制两台独立的摄像机，包括其对称中心不变而相向或相离改变两台摄像机之间的基线长度，同步、等角度、逆向调整两台摄像机的方位角，以及单独调整其中一台摄像机的水平倾斜角和另一台摄像机俯仰角的拍摄云台装置，应用于3D影视基于双目视觉的双机摄像，属于立体摄像技术领域。

背景技术

立体摄像技术通常是指两台摄像机以一定间距和夹角同时记录影像，其原理源于人眼的双目视觉。人的双眼间距通常约为63mm，它对一定距离上的目标形成一个夹角，其大小叫做视差。正是因为存在这个视差，才形成了人的立体视觉。视差越大，立体感越强；视差越小，则立体感越弱。因此，在较远的距离上人眼便失去了立体感，这是由于人眼不可能通过增加双目的间距来适应观察远处物体的需要所致。但立体摄像技术可以超越人的双目立体视觉效果。因为人眼的间距是固定不变的，人眼的成像焦距基本上也是不变的，而人眼的分辨率也不可能显著地小于1角分，这些约束对立体摄像来说都不存在。立体摄像技术可以还原人眼的立体视觉，更可以超越人眼的立体视觉效果。

目前在立体摄像装置上，已有一些通过光学元件和移动机构实现的双机摄像技术装置。

CN102012627A，名称：一种双目立体摄像机和3D成像系统，所述立体摄像机包括第一摄像单元和第二摄像单元以及用于调节所述第一摄像单元与第二摄像单元镜头间距离的立体基线长度调节结构。所述调节结构是两台摄像单元固定地平行放置，每个单元前均固定安装有一个全反射棱镜，通过改变导轨上的另两个可动全反射棱镜的间距来实现两摄像单元距离的改变。导轨采用直线加上远端的曲线设计，镜头实际取景的方位角在直线导轨部分不可变，在曲线部分随基线长度能有小角度变化。但整体而言，全反射棱镜的存在会降低摄像机的光学潜质，尽管基线长度可调，但方位角与基线长度有关，自由度受到限制。

CN101520591A，名称：立体摄像机拍摄云台及由立体摄像机拍摄云台构成的立体摄像机，涉及一种能够同时控制两台独立的摄像机同时摄像、同时同步停止的立体摄像机拍摄云台，以及由立体摄像机拍摄云台构成的立体摄像机及立体摄像机的摄像方法。所述立体摄像云台底座设有用于锁紧两台摄像机底座的两套锁紧机构，但两台摄像机之间的基线长度固定，也不能调节方位角和俯仰角等自由度。

CN201188667Y，名称：一种基线长度自动调节的双目立体摄像机，是一种基线长度自动调节的双目立体摄像机。该实用新型只具有一个基线长度调节的自由度，可以在使用过程中变换基线的长度，以满足匹配或者跟踪等不同任务的要求。

CN2644114Y，名称：仿人多自由度立体双目视觉装置，其主要用途是自动获取三维环境信息，具有摄像机的方位角、俯仰、两个摄像机的聚散度调整四个自由度，可通过计算机控制系统实现各运动部分的交互调整。两个摄像机虽然具有自动聚散度调整的功能，但并不能改变基线长度。

CN201876664U，名称：一种双目立体摄像机，所述的两台摄像机分别固定在两个基座上，通过螺钉与安装在导轨上的转盘相连接。转动螺杆，通过螺母的移动，带动滑块的相向运动，从而改变两摄像机之间的基线长度；也可以转动转向臂螺杆，由转向臂带动转盘转动，使得连接在转盘上的摄像机转动来调节两台摄像机的会聚角度。其中，会聚角度的调节与基线长度的调节不完全独立，基线长度调节之前必须将两台摄像机的会聚角归零，待调节到合适的基线长度，再调节方位角。而且，基线长度可调节的范围受转盘大小的限制。

综上所述，目前双目立体摄像装置普遍存在着基线长度或者摄像机方位角不可调节、或者自由度受限的问题。在实际应用中，立体摄像需要根据被拍摄物体的远近来改变基线长度，调节摄像机的方位角，以达到理想的视差，从而得到逼真的立体效果。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种立体摄像双机位装置，包括有底座、基线长度调节结构、方位角调节结构、水平倾斜角和俯仰角调节结构以及用于固定摄像机的基座和锁紧结构。通过改变装置上两个摄像机基座的基线长度、方位角、俯仰角和水平倾斜角，实现立体效果的调整和满足不同距离被拍摄体的对准要求。其中，基线长度和方位角的调节各自独立，都分别由一个轴控制两台摄像机同步、逆向调整，而增加的水平倾斜角和俯仰角调节可实现对被拍摄体的精确对准。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种多维调节的立体摄像双机位装置，包括有底座(1)、两条平行的导轨(2)、一根螺杆(3)、一根传动杆(4)、两根蜗杆(5)、两个滑块(6)、两个转盘(7)、水平倾斜角调节结构(8)、俯仰角调节结构(9)、两个基座(10)、基座上的锁紧结构(11)、水平倾斜角调节手轮(12)、俯仰角调节手轮(13)、基线长度调节手轮(14)、方位角调节手轮(15)。所述底座(1)上安装了两条平行的导轨(2)，导轨(2)之间安装了一根与导轨平行的螺杆(3)，螺杆(3)的一头穿过底座侧壁与基线长度调节手轮(14)相连，螺杆(3)以中心为界、两端分别加工了旋向相反的螺纹，两个滑块(6)滑动安装于导轨(2)上，滑块(6)中部加工了螺纹孔，两滑块(6)通过螺纹孔分别螺合在螺杆(3)两端的螺纹段上，两导轨(2)外侧还安装了一根与导轨平行的传动杆(4)，传动杆(4)的一头亦穿过底座侧壁与方位角调节手轮(15)相连，传动杆(4)采用多棱柱体设计，两根蜗杆(5)多边形中空设计，大小与多棱传动杆(4)吻合，滑动装配在传动杆(4)上，两滑块(6)上面均各自安装了转盘(7)，转盘(7)底部固定安装了蜗轮，蜗轮齿轮分别与两蜗杆(5)的螺旋齿啮合，一个转盘(7)上安装有水平倾斜角调节结构(8)和水平倾斜角调节手轮(12)，另一个转盘上安装有俯仰角调节结构(9)和俯仰角调节手轮(13)，水平倾斜角调节结构(8)和俯仰角调节结构(9)均采用角位移台设计，角度旋转方向正交地安装于两转盘(7)上，一个用于调整一台摄像机的水平倾斜角，另一个用于调整另一台摄像机的俯仰角，两个调节结构之上均安装了用于固定摄像机的基座(10)和锁紧结构(11)。

本实用新型中，摄像机可以安装于基座上，并通过锁紧结构固定。对于不同距离、不同尺寸的被拍摄体，通过调节两摄像机的基线长度和方位角，获得理想的视差和立体效果。

基线长度的调节实际上使两台摄像机同时沿着导轨作相向或相离运动，这样的设计主要是为了保证两台摄像机的中心线固定，且在底座固定好之后，改变基线长度不会对中心线造成影响。摄像机或者基座的相向或相离运动主要是通过螺杆上以中心为界、旋向相反的两段螺纹传动来实现。底座上安装了两根平行的导轨，两个滑块滑动安装于导轨上，滑块中部加工了螺纹孔，两滑块通过螺纹孔分别螺合在螺杆的两段螺纹上。转动基线长度调节手轮，使螺杆转动，从而带动滑块、转盘和基座同时沿导轨作相向或相离运动，使两台摄像机的基线长度减小或增大。

两台摄像机的方位角调节主要是通过蜗杆蜗轮传动来实现，其巧妙之处在于：两根蜗杆加工了旋向相反的螺旋齿，并采用多边形中空设计，滑动装配于大小吻合的多棱传动杆上，转盘底部固定安装了蜗轮，两蜗杆的螺旋齿同时分别与蜗轮齿轮啮合。如此，蜗杆与传动杆在轴向是滑动配合的，在转动时则是一体转动的。调节基线长度时，两个转盘底部的蜗轮带动各自啮合的蜗杆在传动杆上随滑块一起作相向或相离的滑动，对已设定的方位角无影响。而转动方位角调节手轮时，多棱传动杆带动多边形中空的蜗杆转动，由于两蜗杆上的螺旋齿旋向相反，使得蜗轮的转动方向相反，从而实现两个转盘的方位角同步、等角度、逆向调整，使两台摄像机的会聚角度可以根据被拍摄体的距离远近进行调整，同时也保证了两台摄像机镜头的视线交点始终保持在中心线上。

本实用新型还考虑了实际应中对被拍摄体的精确对准要求。虽然调整两台摄像机的基线长度和方位角实现了以不同的视差对不同距离处的被拍摄体进行立体摄像，但要获得逼真的立体效果，必须使两台摄像机的拍摄画面精确匹配。实际应用中，由于相同型号的摄像机仍然会在尺寸、底部支撑高度上存在微小差异，即使能够保证本实用新型的底座水平地处于某平面上，两台摄像机固定于基座上时，其镜头视线方向可能仍会不能恰好处于同一平面且相交于中心线，尤其是在拍摄远距离处的被拍摄物体时，这种差别更容易显现。通过调节两台摄像机的水平倾斜角和俯仰角，可以实现对不同距离处被拍摄体的精确对准，从而使两台摄像机的拍摄画面获得精确匹配。本实用新型所述的两个基座，一个安装在水平倾斜角调节结构顶部，另一个安装在俯仰角调节结构顶部，水平倾斜角调节结构和俯仰角调节结构分开安装，减少了机械结构的冗余性。所述的水平倾斜角调节结构和俯仰角调节结构实际上是原理相同的角位移台，采用角度旋转方向正交的方式分别安装在两个转盘上，一个用于调整一台摄像机的水平倾斜角，另一个用于调整另一台摄像机的俯仰角。

本实用新型具备了两个摄像机基座的基线长度、方位角、水平倾斜角和俯仰角的机械调节结构，可以实现不同距离处被拍摄体的立体效果调整和对准要求。与现有技术相比，本实用新型具有明显的优点和有益效果：

1.独特的传动杆、蜗杆和蜗轮以及转盘设计，使两台摄像机的基线长度和方位角的调节相互独立，且自由度不受限制；

2.两个摄像机基座，一个具有水平倾斜角调节，另一个具有俯仰角调节，机械结构简单巧妙，实现了应用中两台摄像机对被拍摄体的精确对准；

3.由螺杆或蜗杆来实现各变量的调节，具有自锁定功能。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图。

图2是本实用新型基线长度调节结构示意图。

图3是本实用新型方位角调节结构示意图。

图4是本实用新型水平倾斜角和俯仰角调节结构示意图。

图中各标号表示：1、底座，2、导轨，3、螺杆，4、传动杆，5、蜗杆，6、滑块，7、转盘，8、水平倾斜角调节结构，9、俯仰角调节结构，10、基座，11、锁紧结构，12、水平倾斜角调节手轮，13、俯仰角调节手轮，14、基线长度调节手轮，15、方位角调节手轮。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型涉及的一种多维调节的立体摄像双机位装置，包括有底座1、底座1上安装的两条平行的导轨2、一根位于两导轨2之间与导轨平行的螺杆3、一根在两导轨2外侧与导轨平行的传动杆4、两根蜗杆5、导轨2上的两个滑块6、滑块6上的两个转盘7、一个转盘上安装有水平倾斜角调节结构8、另一个转盘上安装有俯仰角调节结构9、两个基座10、基座上的锁紧结构11、水平倾斜角调节手轮12、俯仰角调节手轮13、基线长度调节手轮14、水平方位角调节手轮15。在使用功能上，本实用新型具备两台摄像机的基线长度、方位角、水平倾斜角和俯仰角的机械调节结构，可以实现不同距离处被拍摄体的立体效果调整和精确对准要求。

如图2所示，本实用新型的基线长度调节结构包括两条平行的导轨2、一根与导轨平行的螺杆3、导轨2上的两个滑块6和基线长度调节手轮14。两根平行的导轨2固定安装于底座1上，导轨2之间安装有一根与导轨平行的螺杆3，螺杆3的一头穿过底座1侧壁与基线长度调节手轮14相连，螺杆3以中心为界、两端分别加工了旋向相反的螺纹，两个滑块6滑动安装于导轨2上，滑块6中部加工了分别与螺杆两端螺纹匹配的螺纹孔，滑块6通过螺纹孔螺合在螺杆3两端的螺纹段上。实际使用时，旋转基线长度调节手轮14使螺杆3转动，从而带动滑块相向或相离运动，实现基座上的两台摄像机基线长度的调整。

本实用新型的方位角调节结构如图3所示，具体包括一根传动杆4、两根蜗杆5、两个转盘7和方位角调节手轮15。传动杆4采用六边形柱体设计，安装于底座1上，一头穿过底座1侧壁与方位角调节手轮15相连，两根蜗杆5上分别加工了旋向相反的螺旋齿，两个转盘7底部固定安装了蜗轮，可绕中心旋转地安装于滑块6上，蜗杆5中心六边形穿孔，大小与传动杆4吻合，滑动装配于传动杆4上，并与转盘7的蜗轮齿轮啮合。实际使用时，旋转方位角调节手轮15，使传动杆4和蜗杆5转动，并带动蜗轮和转盘7转动，由于两个蜗杆上的螺旋齿旋向相反，使得两个转盘7同步、等角度、逆向转动，从而实现两台摄像机水平方位角的调整。

图4所示为本实用新型的水平倾斜角和俯仰角调节结构，包括水平倾斜角调节结构8、俯仰角调节结构9、水平倾斜角调节手轮12和俯仰角调节手轮13。所述的水平倾斜角调节结构8和俯仰角调节结构9实际上是原理相同的角位移台，以角度旋转方向正交的方式分别安装于两个转盘7上，一个用于调整基座左右旋转的水平倾斜角，另一个用于调整基座前后旋转的俯仰角，实现对不同距离处被拍摄体的精确对准。

Claims (4)

1.一种多维调节的立体摄像双机位装置，包括有底座，底座上装配有两个基座，其特征在于：所述底座上安装了两条平行的导轨，导轨之间安装有一根与导轨平行的螺杆，所述螺杆以中心为界、两端分别加工了旋向相反的螺纹，两个滑块滑动安装于导轨上，所述滑块中部加工有螺纹孔，两滑块通过螺纹孔分别螺合在螺杆两端的螺纹段上，所述两导轨外侧还安装了一根与导轨平行的传动杆，两根中空的蜗杆滑动装配于传动杆上，所述两滑块顶部均各自安装有蜗轮，蜗轮顶部安装有转盘，一个转盘上安装有水平倾斜角调节结构，另一个转盘上安装有俯仰角调节结构，所述两基座分别一一对应安装于水平倾斜角调节结构和俯仰角调节结构的顶部，并配有固定摄像机的锁紧结构。

2.根据权利要求1所述的一种多维调节的立体摄像双机位装置，其特征在于：所述传动杆采用多棱柱体设计。

3.根据权利要求1所述的一种多维调节的立体摄像双机位装置，其特征在于：所述的两个蜗杆加工了旋向相反的螺旋齿，蜗杆多边形中空设计，大小与多棱传动杆吻合，滑动装配于传动杆上，同时螺旋齿与蜗轮齿轮啮合。

4.根据权利要求1所述的一种多维调节的立体摄像双机位装置，其特征在于：所述的水平倾斜角调节结构和俯仰角调节结构均采用角位移台设计，角度旋转方向正交地安装于两旋转台上。

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