CN202661767U

CN202661767U - 一种三维环绕取景的可升降拍摄云台装置

Info

Publication number: CN202661767U
Application number: CN201220243394.XU
Authority: CN
Inventors: 叶蓓蓓; 陆国栋; 王进; 何雪军
Original assignee: Hangzhou Gewen Digital Technology Co Ltd; Zhejiang University ZJU
Current assignee: Hangzhou Gewen Digital Technology Co Ltd; Zhejiang University ZJU
Priority date: 2012-05-25
Filing date: 2012-05-25
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2022-05-25

Abstract

本实用新型涉及一种三维环绕取景的可升降拍摄云台装置。包括计算机、控制电路板、两相步进电机细分驱动器、开关电源、步进电机、数码相机、云台机构和升降装置；计算机依次经控制电路板、两相步进电机细分驱动器与步进电机连接，步进电机通过蜗轮蜗杆传动机构连接云台机构，数码相机经快门线与控制电路板连接，开关电源与两相步进电机细分驱动器连接，安装有云台机构的外壳箱底面安装在升降装置上。升降装置带动云台机构上下一定范围内调节。该装置能对固定在云台机构上的物体进行360°环绕取景，所摄取的相片无需特殊处理即可进行拼接。本实用新型所涉及的接口标准、电路简单、控制方便，具有广泛的应用前景。

Description

一种三维环绕取景的可升降拍摄云台装置

技术领域

本实用新型涉及一种三维取景拍摄装置，特别是涉及一种三维环绕取景的可升降拍摄云台装置。

背景技术

360°全景动画是模拟真实物体的方式使其成为一个有用的工具。这种动画可以对物体的环绕角度进行任意角度的产看，操作方便且逼真。由于其精确性、真实性和无限的可操作性，目前被广泛应用于医学、教育、军事、娱乐等诸多领域。

要制作这种三维动画，现有的技术主要有两种。获取物体三维信息，一种方法是进行三维建模。在当前的环境中，一些具有复杂外形曲面的产品，例如汽车零部件、流线型物体、人体假肢、艺术雕塑等，很难直接通过计算机三维建模。此种方法需要比较昂贵的3D建模相关设备，技术要求高，制作工艺较为复杂，速度很慢、制作周期相对比较长。由于完全获得产品的详细数据，三维建模具有精确度不高的缺点。另一种技术是三维取景技术，摄取多张环绕产品360度的连续相片，通过辅助软件合成360度旋转全景动画。三维取景具有非接触、速度快、系统柔性好、精度适中等优点，从根本上解决了三维建模所产生的各种缺陷。

三维环绕取景现在一般采取将被摄物体固定于中央位置，由环绕物体旋转的摄像设备摄取连续的相片，由于摄像设备在工作过程中需要运动位移，摄取连续相片的效果不佳。或者固定摄像设备，每次获得物体的一个面，多次改变物体的摄像角度以获得全景图片。这两种方法获得的图片利用专业的软件进行数据拼接才能够获得物体完整的三维景象，整个拼接过程非常复杂，而且累计误差较大，影响三维景象的效果。这两种方法都无法直接拍摄物体底面，对于一些被摄物体如圆柱形物体也无法固定在侧面取景。同时，现有的取景装置高度不可调节，有时需要在相机或者物体下垫高拍摄，取景有诸多不便。

实用新型内容

本实用新型的目的在于公开一种回转拍摄精度高、工作效率高、拍摄成本低的三维环绕取景的可升降拍摄云台。

本实用新型的技术方案是:

包括计算机、控制电路板、两相步进电机细分驱动器、开关电源、步进电机、数码相机、云台机构和升降装置；计算机依次经控制电路板、两相步进电机细分驱动器与步进电机连接，步进电机通过蜗轮蜗杆传动机构连接云台机构，数码相机经快门线与控制电路板连接，开关电源与两相步进电机细分驱动器连接，安装有云台机构的外壳箱底面安装在升降装置上。

所述的云台机构包括圆盘、轴芯、弹簧、第一台面转接座、云台座和第二台面转接座；第一台面转接座的底面安装在云台座台面上，第一台面转接座孔内从下到上依次装有弹簧和轴芯，第一台面转接座外圆与两个深沟球轴承内孔配合，两个深沟球轴承用圆螺母压紧，两个深沟球轴承外圆与第二台面转接座内孔配合，第二台面转接座的顶面与圆盘连接；

所述的控制电路板包括USB转串口通信电路、单片机控制电路和相机控制电路；

1）USB转串口通信电路：采用USB转串口芯片PL2303HX为主控芯片，4脚通过电容C4后与7脚串联接地，18脚和21脚接地，20脚依次串联电阻R1、发光二级管D9后接地，25脚、26脚接地，27脚、28脚之间并联晶振Y1后分别通过电容C6、电容C5接地，15脚、16脚分别通过电阻R3、电阻R2与四针连接器JP1的3脚、2脚相连，17脚通过电容C7接地，17脚通过电阻R4与四针连接器JP1的3脚连接，四针连接器JP1的4脚接地，四针连接器JP1插入计算机的USB口内；

2）单片机控制电路：采用单片机STC89C54RC+作为主控芯片，9脚经电阻R5接地，9脚分别经电容C8相连、并联复位开关S1后串联与开关S2连接，18脚、19脚之间并联晶振Y2后分别通过电容C9、电容C10接地，26脚、27脚分别经电阻R7、电阻R8后再与40脚串联后与开关S2连接，开关S2与工作电压VDD连接；21脚～24脚分别通过电阻R13～R10与光耦TLP521-4的8脚、6脚、4脚、2脚连接，光耦TLP521-4的9脚、11脚、13脚、15脚分别与电阻R18～R15连接后接地，25脚经电阻R9与光耦TLP521-1的2脚连接，光耦TLP521-1的3脚经电阻R14接地，光耦TLP521-4的10脚、12脚、14脚、16脚和光耦TLP521-1的3脚串联后与两相步进电机细分驱动器的接入端相连，光耦TLP521-1的1脚经开关S2后与工作电压VDD连接；

3）相机控制电路：采用复合晶体管ULN2003为主控芯片，8脚接地，9脚经电阻R19、电阻R20与16脚、14脚相连，9脚依次经电阻R21、发光二级管D11与15脚相连，9脚依次经电阻R22、发光二极管D12与13脚相连，15脚与NPN三极管U7的2脚相连，13脚和NPN三极管U8的2脚相连，NPN三极管U7的4脚和NPN三极管U8的4脚相连，NPN三极管U7的5脚和NPN三极管U8的5脚串联后与快门线一端破拆后的快门导线连接，快门线另一端与数码相机相连；

所述的USB转串口芯片PL2303HX的1脚、5脚分别与单片机STC89C54RC+的10脚、11脚相连，单片机STC89C54RC+的26脚、27脚分别与复合晶体管ULN2003的1脚、3脚相连。

所述的两相步进电机细分驱动器的型号为SH-20402A，开关电源的型号为S-100-24。

所述的云台机构的圆盘上设有支撑架，支撑架材料为透明塑料，支撑架上置有被摄物体，将数码相机置于圆盘外面，但数码相机要对准被摄物体。

所述的云台机构的圆盘上不设有支撑架和被摄物体，数码相机置于圆盘上。

本实用新型与背景技术相比，具有的有益效果是：

将被摄物体固定在云台上，将数码相机固定在拍摄位置。利用本实用新型，在计算机上设定每次转动的角度即可按照预定的程序自动、准确、快速地拍摄环绕物体360°的连续相片。利用升降机构调节云台在一定高度范围内升降，解决现有云台不能升降带来操作不便的问题，满足相机取景的需要。可拆卸支撑架能够支撑起物体，拍摄物体底面，解决现有云台拍摄死角问题。控制电路板对步进电机进行精确控制，精度可达到0.02°。本实用新型所涉及的接口标准、电路简单、控制方便。拍摄的相片拼接度好，无需利用专业的软件进行数据拼接，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1是控制系统总体硬件结构图。

图2是USB转串口通信电路图。

图3是单片机控制电路图。

图4是相机控制电路图。

图5是云台机构的剖视图。

图6是本实用新型拍摄单个物体时的工作状态图。

图7是本实用新型拍摄全景环境时的工作状态图。

图中：1、圆盘，2、轴芯，3、弹簧，4、第一台面转接座，5、云台座，6、深沟球轴承，7、挡圈，8、深沟球轴承，9、圆螺母，10、第二台面转接座，

11、数码相机，12、快门线，13、步进电机，14、外壳箱，15、控制电路板，16、计算机，17、升降装置，18、开关电源，19、两相步进电机细分驱动器，20、角钢，21、云台机构，22、支撑架、23、被摄物体，24、USB转串口通信电路，25、单片机控制电路，26、相机控制电路。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

如图1、图6、图7所示，本实用新型包括计算机16、控制电路板15、两相步进电机细分驱动器19、开关电源18、步进电机13、数码相机11、云台机构21和升降装置17；计算机依次经控制电路板15、两相步进电机细分驱动器19与步进电机13连接，步进电机13通过蜗轮蜗杆传动机构连接云台机构21，数码相机11经快门线12与控制电路板15连接，开关电源18与两相步进电机细分驱动器19连接，安装有云台机构21的外壳箱14底面安装在升降装置17上。

所述角钢20固定在外壳箱14内的四周，起支撑作用，云台机构21、步进电机13、两相步进电机细分驱动器19、控制电路板15、开关电源18装在外壳箱14中，外壳箱14通过螺栓固定连接在升降机构17的上面。

如图5所示，所述的云台机构21包括圆盘1、轴芯2、弹簧3、第一台面转接座4、云台座5和第二台面转接座10；第一台面转接座4的底面安装在云台座5台面上，第一台面转接座4的中间设有阶梯孔，阶梯孔的小孔朝向轴肩方向，阶梯孔的大孔内从下到上依次装有弹簧3和轴芯2，第一台面转接座4的外圆与两个深沟球轴承6、8内孔配合，两个深沟球轴承6、8之间设有挡圈7，两个深沟球轴承6、8用套在第一台面转接座4外圆上的圆螺母9压紧，两个深沟球轴承6、8外圆与第二台面转接座10的内孔配合，第二台面转接座10的底面与圆盘1连接；

所述的控制电路板15包括USB转串口通信电路24、单片机控制电路25和相机控制电路26；

如图2所示，USB转串口通信电路24：采用USB转串口芯片PL2303HX为主控芯片，4脚通过电容C4后与7脚串联接地，18脚和21脚接地，20脚依次串联电阻R1、发光二级管D9后接地，25脚、26脚接地，27脚、28脚之间并联晶振Y1后分别通过电容C6、电容C5接地，15脚、16脚分别通过电阻R3、电阻R2与四针连接器JP1的3脚、2脚相连，17脚通过电容C7接地，17脚通过电阻R4与四针连接器JP1的3脚连接，四针连接器JP1的4脚接地，四针连接器JP1插入计算机16的USB口内；

如图3所示，单片机控制电路25：采用单片机STC89C54RC+作为主控芯片，9脚经电阻R5接地，9脚分别经电容C8相连、并联复位开关S1后串联与开关S2连接，18脚、19脚之间并联晶振Y2后分别通过电容C9、电容C10接地，26脚、27脚分别经电阻R7、电阻R8后再与40脚串联后与开关S2连接，开关S2与工作电压VDD连接；21脚～24脚分别通过电阻R13～R10与光耦TLP521-4的8脚、6脚、4脚、2脚连接，光耦TLP521-4的9脚、11脚、13脚、15脚分别与电阻R18～R15连接后接地，25脚经电阻R9与光耦TLP521-1的2脚连接，光耦TLP521-1的3脚经电阻R14接地，光耦TLP521-4的10脚、12脚、14脚、16脚和光耦TLP521-1的3脚串联后与两相步进电机细分驱动器19的接入端相连，光耦TLP521-1的1脚经开关S2后与工作电压VDD连接；

如图4所示，相机控制电路26：采用复合晶体管ULN2003为主控芯片，8脚接地，9脚经电阻R19、电阻R20与16脚、14脚相连，9脚依次经电阻R21、发光二级管D11与15脚相连，9脚依次经电阻R22、发光二极管D12与13脚相连，15脚与NPN三极管U7的2脚相连，13脚和NPN三极管U8的2脚相连，NPN三极管U7的4脚和NPN三极管U8的4脚相连，NPN三极管U7的5脚和NPN三极管U8的5脚串联后与快门线12一端破拆后的快门导线连接，快门线中有三根导线，快门导线、对焦导线和地线，快门导线与地线接触产生快门动作，对焦导线与地线接触产生对焦动作，快门导线与对焦导线接触不产生动作，快门线12另一端与数码相机11相连；

所述的两相步进电机细分驱动器19的型号为SH-20402A，开关电源18的型号为S-100-24。

所述的云台机构21的圆盘1上设有支撑架22，支撑架22材料为透明塑料，支撑架22上置有被摄物体23，将数码相机11置于圆盘1外面，但数码相机11要对准被摄物体23。

所述的云台机构21的圆盘1上不设有支撑架22和被摄物体23，数码相机11置于圆盘1上。

系统以控制电路板15为核心，包括计算机16、数码相机11、步进电机13、两相步进电机细分驱动器19、开关电源18、云台机构21和升降装置17。通过设定的程序，计算机16发送控制命令给控制电路板15，控制电路板15将USB信号转为RS232信息流格式，发送控制信号给两相步进电机细分驱动器19，两相步进电机细分驱动器19转换输出脉冲信号和方向信号驱动步进电机13转动，带动云台机构21转动。与此同时，控制电路板11控制数码相机13拍摄，开关电源18为整个系统提供稳定的工作电压。

如图1所示，本实用新型为一种三维环绕取景的可升降拍摄云台装置，拍摄环绕物体360°连续相片。

上述各装置配合按以下程序进行：

1）打开计算机操作界面，向控制电路板发送控制命令。

如图2和图3所示，计算机16和控制电路板15之间通过USB转串口通信电路24发送和接收信号。USB转串口通信电路24采用USB转串口芯片PL2303HX，USB转串口芯片PL2303HX的1脚、5脚与单片机STC89C54RC+的10脚、11脚相连，将USB数据与RS232信息流格式互换，D9信号灯亮，提示已经相连。USB转串口通信电路一方面从计算机16接收USB数据并将其转为RS232信息流格式发送给单片机STC89C54RC+；另一方面从单片机STC89C54RC+接收数据转为USB数据格式传送回计算机16。

2）控制电路板接收信号，通过复合晶体管将信号传给相机，完成一次拍照动作。

如图2和图4所示，控制电路板15接收计算机16传来的信号，通过26脚、27脚将信号传给相机控制电路26。相机控制电路26采用复合晶体管ULN2003连接单片机STC89C54RC+与NPN三极管。复合晶体管ULN2003采用集电极开路输出，输出电流较大。利用NPN三极管进行开关作用，当基级加上正偏压时，NPN型三极管处于饱和状态，电路导通并且灯会亮；反之，NPN三极管就不导通，灯不亮。当接收到单片机STC89C54RC+信号，相机控制电路26导通数码相机11即可进行一次拍摄。

3）两相步进电机细分驱动器转换输出脉冲信号和方向信号发送给步进电机。

控制电路板15通过单片机控制电路26将控制信号传给两相步进电机细分驱动器19，通过两相步进电机细分驱动器19将控制信号转换为脉冲信号和方向信号。两相步进电机细分驱动器19中的功率放大器将输出信号放大，实现转换、合成，从而将电源功率转换为电机输出功率驱动负载运动。开关电源18为系统提供工作电压，+24V为驱动电动机工作电压，+5V为逻辑电平电压。

4）步进电机接收信号，按照设定角度转动，同时带动云台转动。

步进电机13通过给相应磁极加以脉冲，对旋转角度进行高精度的控制。同时，通过方向信号决定电机正转或反转。步进电机13与云台机构21之间由蜗轮蜗杆进行传动。步进电机13带动蜗杆转动，蜗杆带动蜗轮进行多齿啮合传动，蜗轮与云台座5连接在一起，故步进电机13转动带动云台座5转动。蜗轮蜗杆传动比为90：1，云台转动精度高。

5）云台座转动带动云台机构转动，升降装置实现升降。

如图5云台座5通过台面转接机构带动圆盘1转动。云台座5带动第一台面转接座4转动，第一台面转接座4与深沟球轴承6、8内圈过渡配合，深沟球轴承6、8外圈与台第二面转接座10过渡配合，圆螺母9对深沟球轴承6、8进行轴向固定，圆盘1与第二台面转接座10轴肩通过螺栓连接在一起，轴芯2的方头插入圆盘1的方孔内，故云台座5转动可以带动圆盘1同步转动。转动升降装置17的手柄可以带动正反螺纹轴运动，从而实现升降功能。

6）返回步骤2）

程序自动执行步骤2），完成一个程序循环。程序的循环次数由每次拍摄的角度决定，完成全部循环次数后环绕物体360°的相片拍摄完毕。

如图6和图7所示，一种三维环绕取景的可升降拍摄云台装置一共有两种工作方式。工作方式1将被摄物体23放在支撑架22上，通过调整升降装置17和数码相机的三脚架达到合适的高度，即可开始工作拍摄多张环绕被摄物体360度的连续相片。工作方式2将数码相机11放在圆盘1上，调整升降装置17的高度，拍摄多张环绕全景环境360度的连续相片。

Claims

1.一种三维环绕取景的可升降拍摄云台装置，其特征在于：包括计算机（16）、控制电路板（15）、两相步进电机细分驱动器（19）、开关电源（18）、步进电机（13）、数码相机（11）、云台机构（21）和升降装置（17）；计算机（16）依次经控制电路板（15）、两相步进电机细分驱动器（19）与步进电机（13）连接，步进电机（13）通过蜗轮蜗杆传动机构连接云台机构（21），数码相机（11）经快门线（12）与控制电路板（15）连接，开关电源（18）与两相步进电机细分驱动器（19）连接，安装有云台机构（21）的外壳箱（14）底面安装在升降装置（17）上。

2.根据权利要求1所述的一种三维环绕取景的可升降拍摄云台装置，其特征在于：所述的云台机构（21）包括圆盘（1）、轴芯（2）、弹簧（3）、第一台面转接座（4）、云台座（5）和第二台面转接座（10）；第一台面转接座（4）的底面安装在云台座（5）台面上，第一台面转接座（4）孔内从下到上依次装有弹簧（3）和轴芯（2），第一台面转接座（4）外圆与两个深沟球轴承（6、8）内孔配合，两个深沟球轴承（6、8）用圆螺母（9）压紧，两个深沟球轴承（6、8）外圆与第二台面转接座（10）内孔配合，第二台面转接座（10）的顶面与圆盘（1）连接。

3.根据权利要求1所述的一种三维环绕取景的可升降拍摄云台装置，其特征在于：所述的控制电路板（15）包括USB转串口通信电路（24）、单片机控制电路（25）和相机控制电路（26）；

1）USB转串口通信电路（24）：采用USB转串口芯片PL2303HX为主控芯片，4脚通过电容C4后与7脚串联接地，18脚和21脚接地，20脚依次串联电阻R1、发光二级管D9后接地，25脚、26脚接地，27脚、28脚之间并联晶振Y1后分别通过电容C6、电容C5接地，15脚、16脚分别通过电阻R3、电阻R2与四针连接器JP1的3脚、2脚相连，17脚通过电容C7接地，17脚通过电阻R4与四针连接器JP1的3脚连接，四针连接器JP1的4脚接地，四针连接器JP1插入计算机（16）的USB口内；

2）单片机控制电路（25）：采用单片机STC89C54RC+作为主控芯片，9脚经电阻R5接地，9脚分别经电容C8相连、并联复位开关S1后串联与开关S2连接，18脚、19脚之间并联晶振Y2后分别通过电容C9、电容C10接地，26脚、27脚分别经电阻R7、电阻R8后再与40脚串联后与开关S2连接，开关S2与工作电压VDD连接；21脚～24脚分别通过电阻R13～R10与光耦TLP521-4的8脚、6脚、4脚、2脚连接，光耦TLP521-4的9脚、11脚、13脚、15脚分别与电阻R18～R15连接后接地，25脚经电阻R9与光耦TLP521-1的2脚连接，光耦TLP521-1的3脚经电阻R14接地，光耦TLP521-4的10脚、12脚、14脚、16脚和光耦TLP521-1的3脚串联后与两相步进电机细分驱动器（19）的接入端相连，光耦TLP521-1的1脚经开关S2后与工作电压VDD连接；

3）相机控制电路（26）：采用复合晶体管ULN2003为主控芯片，8脚接地，9脚经电阻R19、电阻R20与16脚、14脚相连，9脚依次经电阻R21、发光二级管D11与15脚相连，9脚依次经电阻R22、发光二极管D12与13脚相连，15脚与NPN三极管U7的2脚相连，13脚和NPN三极管U8的2脚相连，NPN三极管U7的4脚和NPN三极管U8的4脚相连，NPN三极管U7的5脚和NPN三极管U8的5脚串联后与快门线（12）一端破拆后的快门导线连接，快门线（12）另一端与数码相机（11）相连；

4.根据权利要求1所述的一种三维环绕取景的可升降拍摄云台装置，其特征在于：所述的两相步进电机细分驱动器（19）的型号为SH-20402A，开关电源（18）的型号为S-100-24。

5.根据权利要求1所述的一种三维环绕取景的可升降拍摄云台装置，其特征在于：所述的云台机构（21）的圆盘（1）上设有支撑架（22），支撑架（22）材料为透明塑料，支撑架（22）上置有被摄物体（23），将数码相机（11）置于圆盘（1）外面，但数码相机（11）要对准被摄物体（23）。

6.根据权利要求1所述的一种三维环绕取景的可升降拍摄云台装置，其特征在于：所述的云台机构（21）的圆盘（1）上不设有支撑架（22）和被摄物体（23），数码相机（11）置于圆盘（1）上。