CN213182278U - 基于龙门结构的光场采集装置 - Google Patents

Abstract

基于龙门结构的光场采集装置，包括，支撑结构、水平角旋转结构、仰角旋转结构、数控单元、用户操作屏幕，以及照相机单元，其中，所述支撑结构与所述水平角旋转结构连接，所述用户操作屏幕外部与所述数控单元相连接，所述照相机单元安装在所述仰角旋转结构上；所述支撑结构，用于将被拍摄物体的中心抬升至拍摄球面的球心高度；所述水平角旋转结构，用于为所述光场采集装置提供水平面的旋转自由度；所述仰角旋转结构，用于为所述光场采集装置提供竖直平面的旋转自由度。本实用新型的基于龙门结构的光场采集装置，采用龙门结构的光场采集装置，使相机按照预设轨迹运动，采集物体不同角度的图像。

Description

基于龙门结构的光场采集装置

技术领域

本实用新型涉及环境光场采集技术领域，特别涉及一种多方位图像采集装置。

背景技术

光场采集与建模技术是对真实物体进行三维数字建模和重现的一种重要技术。进行光场采集时记录下物体各个位置和方向的光信息，再在绘制时根据视点、成像模型信息通过数字处理生成新的图像。相比传统的三维几何建模与实时绘制方法，光场采集与建模方法能表现出物体上不同种类材质与光的真实交互，逼真地还原、重现真实物体的光照情况。因此采集物体光场在影视娱乐、文化传播、文物保护等领域有着广泛的应用。现有技术中，光场采集主要有如下几种方式：

相机阵列，如平面相机阵列、球形相机阵列等，一般使用按照一定方式排布的十几个到上百个不等数量的相机，从不同位置同时采集场景的照片或视频，需要特殊采集硬件，成本高、体积大；

微镜头阵列，如微透镜掩膜等，通过在传感器前加入特殊微透镜阵列，构造特殊相机，采集场景一定范围的光场图像或视频，只能采集比较小范围的光场，设备制造成本很高；

移动单个相机，从多个位置拍摄物体图像，对采集人员操作技能要求高，采集时间长，费时费力。

实用新型内容

为了解决现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供基于龙门结构的光场采集装置，采用龙门结构，使相机按照预设轨迹运动，采集物体同一距离下不同角度的图像，结构简单，可以支撑更大重量的拍摄装置，同时一定程度上降低成本。

为了实现上述目的，本实用新型的基于龙门结构的光场采集装置，支撑结构、水平角旋转结构、仰角旋转结构、数控单元、用户操作屏幕，以及照相机单元，其中，

所述支撑结构与所述水平角旋转结构连接，所述用户操作屏幕外部与所述数控单元相连接，所述照相机单元安装在所述仰角旋转结构上；

所述支撑结构，用于将被拍摄物体的中心抬升至拍摄球面的球心高度；

所述水平角旋转结构，用于为所述光场采集装置提供水平面的旋转自由度；

所述数控单元，用于控制所述光场采集装置的水平旋转、仰角旋转和相机的拍摄；

所述仰角旋转结构，用于为所述光场采集装置提供竖直平面的旋转自由度。

进一步地，所述仰角旋转结构为龙门结构，包括，地脚，主动摆臂支撑架，仰角运动步进电机安装板，仰角运动步进电机，仰角运动步进电机减速机，仰角运动龙门结构主动摆臂，仰角运动龙门结构从动摆臂，仰角运动龙门结构横杆，仰角运动龙门结构联动轴套，仰角运动龙门结构联动轴承，仰角运动龙门结构联动轴，仰角运动限位挡块和从动摆臂支撑架，其中，

所述主动摆臂支撑架和所述从动摆臂支撑架安装在所述地脚上，所述仰角运动步进电机安装板安装在所述主动摆臂支撑架上，所述仰角运动步进电机与所述仰角运动步进电机减速机连接，所述仰角运动步进电机减速机安装在所述仰角运动步进电机安装板上，所述仰角运动龙门结构主动摆臂安装在所述仰角运动步进电机安装板上，所述仰角运动龙门结构横杆两端分别与所述仰角运动龙门结构主动摆臂和所述仰角运动龙门结构从动摆臂连接，所述仰角运动龙门结构联动轴套安装在所述仰角运动龙门结构从动摆臂上，与所述仰角运动龙门结构联动轴承连接，所述仰角运动龙门结构联动轴承与所述仰角运动龙门结构联动轴连接，所述仰角运动限位挡块安装在所述仰角运动步进电机安装板和所述从动摆臂支撑架上。

进一步地，所述支撑结构，包括，支撑地脚，支撑框架，丝杠升降机，电机联轴节，升降电机，电机固定件，水平角旋转结构支撑件，紧固螺钉，扎带座和扎带座螺钉，其中，

所述地脚与所述支撑框架连接，所述丝杠升降机与所述电机联轴节连接，所述丝杠升降机外表面与所述水平角旋转结构支撑件接触，所述电机联轴节与所述升降电机连接，所述升降电机与所述电机固定件连接，所述电机固定件和所述水平角旋转结构支撑件安装在所述支撑框架上，所述水平角旋转结构支撑件与所述水平角旋转结构连接，所述紧固螺钉与所述电机固定件连接，所述扎带座螺钉紧固所述扎带座。

进一步地，所述支撑框架，用于为所述水平角旋转结构提供支承和升降空间。

进一步地，所述水平角旋转结构，包括，水平角旋转结构支撑架，扎带座，水平运动步进电机，水平角运动减速机，水平角减速机联轴节，置物台托板和置物台，其中，

所述水平角旋转结构支撑架与所述支撑结构连接，所述水平角旋转结构支撑架上端面与所述水平角运动减速机连接，所述水平角运动减速机输入端与所述水平运动步进电机连接，输出端与所述水平角减速机联轴节连接，所述水平角减速机联轴节与所述置物台托板连接，所述置物台安装在所述置物台托板上。

进一步地，所述数控单元，包括，电源开关，电气盒，电源分配器，电机控制模块，电器盒盖板，电源单元，电源单元固定支架，相机控制模块和微型处理器单元，其中，

所述电源开关安装在所述电气盒槽口处，所述分线器安装在所述电气盒内部，所述电机控制模块置于所述电气盒内壁，所述电器盒盖板安装在所述电气盒上端，所述电源单元安装在所述电气盒里，所述电源单元固定支架与所述电气盒连接，所述微处理器单元与所述铜螺柱连接，所述铜螺柱与所述电气盒的底端连接；

所述电机控制模块，用于控制光场采集装置的水平旋转和仰角运动；

所述微处理器单元，用于执行控制软件，控制光场采集装置。

进一步地，所述照相机单元，包括，照相机，快装板，云台和相机螺丝，其中，

所述照相机与所述快装板连接，所述快装板与所述云台连接，所述云台通过所述相机螺丝紧固；

所述照相机，用于采集被拍摄物体的图像数据；

所述快装板，用于连接和快速拆卸所述照相机与所述云台；

所述云台，用于提供所述照相机俯仰的自由度，使所述照相机光心对准被拍摄物体中心。

进一步地，所述用户操作屏幕为包括控制电路的触摸液晶面板。

本实用新型的基于龙门结构的光场采集装置，具有如下的有益效果：使用减速机机构的龙门框架配合旋转台使用，可将相机方位有-9°至垂直的90°范围的任一位置，配合拍摄人员手动翻转被拍摄物体，最终可自动化地获得在固定半径下多角度，多方位的被摄物体图像数据。同时，本设备配备了易于使用的操作软件，可以便捷地设置任意拍摄相关参数。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1为根据本实用新型的光场采集装置立体结构示意图；

图2为根据本实用新型的支撑结构示意图；

图3为根据本实用新型的水平角旋转结构爆炸示意图；

图4为根据本实用新型的数控单元结构示意图；

图5为根据本实用新型的照相机单元结构示意图；

图6为根据本实用新型的仰角旋转结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型的光场采集装置，接收远端控制，为相机提供一个球面的拍摄条件，水平角旋转运动调整水平旋转角度，以及仰角旋转运动调整仰角旋转角度，实现半径可变的球面的物体光场的采集。其接收用户的输入，设置采集范围参数，采集光场采集装置的运行状态信息，根据用户的操作控制光场采集装置的水平角旋转运动、仰角旋转运动和拍摄。其中，采集范围参数，包括方位角间隔、仰角间隔、方位角采集范围，以及仰角采集范围。光场采集装置的运行状态信息，包括，当前电机的位置、速度、传感器输入、采集完成百分比以及预计剩余时间。光场采集装置根据用户给定采样的方位角间隔△Φ和仰角间隔△θ，以及方位角采集范围Φ_R和仰角采集范围θR，进行水平、仰角循环控制照相机相对位置运动。水平循环，调整水平方位角，每层共旋转|Φ_R/ΔΦ|次；仰角循环调整仰角，共旋转|θ_R/Δθ|次，每次旋转△θ度；当电机旋转到位后，发起相机快门指令请求，进入下一次循环。

图1为根据本实用新型的光场采集装置立体结构示意图，如图1所示，本实用新型的光场采集装置，包括，支撑结构1、水平角旋转结构2、数控单元3、用户操作屏幕4、照相机单元5以及仰角旋转结构6，其中，

支撑结构1与水平角旋转结构2连接，用户操作屏幕4外部与数控单元3相连接，照相机单元5安装在仰角旋转结构6上。

支撑结构1，用于将被拍摄物体的中心抬升至拍摄球面的球心高度。

水平角旋转结构2，用于为物体光场采集装置提供水平面的旋转自由度。

数控单元3，通过通信接口单元与客户端进行信息交互，接收客户端请求，控制光场采集装置的水平旋转、仰角旋转和相机的拍摄。

用户操作屏幕4内含控制电路，用于满足用户使用触控输入控制软件的指令照相机单元5，用于采集水平角旋转结构2上物体的图像数据。

仰角旋转结构6，用于为物体光场采集装置提供竖直平面的旋转自由度。

优选地，用户操作屏幕4为触摸液晶面板。

优选地，水平角旋转结构2，包括水平角旋转电机、水平旋转台，其中，水平角旋转电机固定安装在水平旋转台的下方，被拍摄物体需静置于水平旋转台上表面。

图2为根据本实用新型的支撑结构示意图，如图2所示，支撑结构1包括，地脚101，支撑框架102，丝杠升降机103，电机联轴节104，升降电机105，电机固定件106，水平角旋转结构支撑件107，紧固螺钉108，扎带座109，扎带座螺钉110，和电机控制模块304，其中，

地脚101与支撑框架102连接，丝杠升降机103与电机联轴节104连接，丝杠升降机103外表面与水平角旋转结构支撑件107接触，电机联轴节104与升降电机105连接，升降电机105与电机固定件106连接，电机固定件106和水平角旋转结构支撑件107安装在支撑框架102上，水平角旋转结构支撑件107与水平角旋转结构2连接，电机控制模块304安装在支撑框架102底板上，紧固螺钉108与电机固定件106连接，用于紧固升降电机105，扎带座螺钉110紧固扎带座109，扎带座109用于电缆线走线定位。

优选地，支撑结构1中支撑框架102，用于为水平角旋转结构2提供支承和升降空间。

图3为根据本实用新型的光场采集装置水平角旋转结构爆炸示意图，如图3所示，本实用新型的水平角旋转结构2，包括，水平角旋转结构支撑架201，扎带座202，水平运动步进电机203，水平角运动减速机204，水平角减速机联轴节205，置物台托板206与置物台207，其中，

水平角旋转结构支撑架201与水平角旋转结构支撑件107连接，其整体能够实现升降，水平角旋转结构支撑架201上端面与水平角运动减速机204连接，水平角运动减速机204输入端与水平运动步进电机203连接，输出端与水平角减速机联轴节205连接，水平角减速机联轴节205与置物台托板206连接，置物台托板206与置物台207连接。置物台207安装在置物台地板206上。水平运动步进电机203转动，通过水平角运动减速机204减速，通过水平角减速机联轴节205与置物台托板206传递扭矩，最终带动置物台207水平角旋转。

图4为根据本实用新型的数控单元结构示意图，如图4所示，本实用新型的数控单元3，包括，电源开关301，电气盒302，分线器303，电机控制模块304，电器盒盖板305，电源单元306，电源单元固定支架307，微处理器单元308和铜螺柱309，其中，

电源开关301，用于电源开关，控制整体电源的通断。

电气盒302，用于装载所述控制单元3的附件。

分线器303，用于电路的分线，分出更多线路。

电机控制模块304，用于使用步进电机驱动器控制光场采集装置的水平旋转和仰角运动。

电器盒盖板305，用于封闭控制单元3，并且有滑槽，支撑用户操作屏幕4。

电源单元306，用于对输入电源进行适配，为微处理器单元308供电。

电源单元固定支架307，用于紧固电源单元306。

微处理器单元308，用于执行控制软件，对光场采集装置进行控制。

铜螺柱309，用于安装固定微处理器单元308，对其进行绝缘保护。

电源开关301，安装在电气盒302槽口处，分线器303安装在电气盒302内部，紧挨着电源开关301，以便于线路连接。电机控制模块304，侧挂在电气盒302内壁，壁板上有圆孔，用于散热。电气盒302有过线孔。电器盒盖板305，通过螺钉安装在电气盒302上端。电源单元306安装在电气盒302里端，侧板有圆孔，用于散热，通过电源单元固定支架307与电气盒302的安装，来紧固电源单元306。微处理器单元308通过铜螺柱309来定位安装，铜螺柱309另一端安装在电气盒302的底端的预留焊母上。

图5为根据本实用新型的照相机单元结构示意图，如图5所示，本实用新型的照相机单元5，包括，照相机501，快装板502，云台503与相机螺丝504，其中，

照相机501与快装板502连接，快装板502与云台503连接，云台503通过相机螺丝504紧固。

照相机501在数控单元3中的相机控制模块308的驱动下完成被拍摄物体图像数据的采集。

快装板502提供了照相机501与云台503之间的连接与快速拆卸。

云台503则提供了照相机501俯仰的自由度，使照相机501光心可对准被拍摄物体中心。

图6为根据本实用新型的仰角旋转结构示意图，如图6所示，本实用新型的仰角旋转结构6，为龙门结构，包括，地脚601，主动摆臂支撑架602，仰角运动步进电机安装板603，仰角运动步进电机604，仰角运动步进电机减速机605，仰角运动龙门结构主动摆臂606，仰角运动龙门结构从动摆臂611，仰角运动龙门结构横杆610，仰角运动龙门结构联动轴套612，仰角运动龙门结构联动轴承613，仰角运动龙门结构联动轴614，仰角运动限位最高点挡块607，615，仰角运动限位最低点挡块608，609和从动摆臂支撑架616，其中，

主动摆臂支撑架602和从动摆臂支撑架616都安装在地脚601上，仰角运动步进电机安装板603安装在主动摆臂支撑架602上，仰角运动步进电机604与仰角运动步进电机减速机605连接，仰角运动步进电机减速机605安装在仰角运动步进电机安装板603上，仰角运动龙门结构主动摆臂606安装在仰角运动步进电机安装板603上，仰角运动限位挡块607、608和609安装在仰角运动步进电机安装板603上，仰角运动龙门结构横杆610两端分别与仰角运动龙门结构主动摆臂606和从动摆臂611连接，仰角运动龙门结构联动轴套612安装在仰角运动龙门结构从动摆臂611上，与仰角运动龙门结构联动轴承613连接，仰角运动龙门结构联动轴承613与仰角运动龙门结构联动轴614连接，仰角运动限位挡块615安装在从动摆臂支撑架616上。

本实施例中，使用的云台为球形云台，可以较快捷得完成相机的俯仰，扭头操作。也可以使用三维云台进行替代，进行更加精准化的操作。相机选用的是微型单镜头相机，也可使用单镜头反光板相机，运动相机与工业相机进行替代，相机的控制方式需相对应得进行调整。

本实施例中,数控单元使用嵌入式控制终端作为主控制器，通过步进电机驱动器对两个步进电机进行运动控制。嵌入式控制终端通过RS485通讯总线对步进电机驱动器传输控制信号，使其分别对各自控制的步进电机进行驱动。两个步进电机在驱动下分别带动竖直面和水平面方向的运动。具体运动方式为：步进电机带动竖直面方向腕臂导轨运动9度后水平面方向再运动。水平面方向使用旋转台结构，以15度为一个单位，运动从初始位置到完成一圈拍摄为止，每一个基本单位将由嵌入式控制终端控制相机进行一次拍摄。

本实施例中，环境光场采集装置为多方位图像采集装置，需操作人员按需求启动操作程序，设备将在操作程序的控制下，完整采集被采集物体各个角度的图像数据。

本申请中的环境光场采集装置，采用龙门结构的光场采集装置，使相机按照预设轨迹运动，采集物体不同角度的图像，可按需求自动化得在以被拍摄物体为圆心的球面上获得被摄物体的图像数据。在这些图像数据中，被拍摄物体均处于画面的中心位置，且被拍摄物体距离图像在相机上的成像的距离相同。这类照片可以很方便得用于一些计算机视觉工作中。

本领域普通技术人员可以理解：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.基于龙门结构的光场采集装置，其特征在于，包括，支撑结构、水平角旋转结构、仰角旋转结构、数控单元、用户操作屏幕，以及照相机单元，其中，

所述支撑结构与所述水平角旋转结构连接，所述用户操作屏幕外部与所述数控单元相连接，所述照相机单元安装在所述仰角旋转结构上；

所述支撑结构，用于将被拍摄物体的中心抬升至拍摄球面的球心高度；

所述水平角旋转结构，用于为所述光场采集装置提供水平面的旋转自由度；

所述数控单元，用于控制所述光场采集装置的水平旋转、仰角旋转和相机的拍摄；

所述仰角旋转结构，用于为所述光场采集装置提供竖直平面的旋转自由度。

2.根据权利要求1所述的基于龙门结构的光场采集装置，其特征在于，所述仰角旋转结构为龙门结构，包括，地脚，主动摆臂支撑架，仰角运动步进电机安装板，仰角运动步进电机，仰角运动步进电机减速机，仰角运动龙门结构主动摆臂，仰角运动龙门结构从动摆臂，仰角运动龙门结构横杆，仰角运动龙门结构联动轴套，仰角运动龙门结构联动轴承，仰角运动龙门结构联动轴，仰角运动限位挡块和从动摆臂支撑架，其中，

所述主动摆臂支撑架和所述从动摆臂支撑架安装在所述地脚上，所述仰角运动步进电机安装板安装在所述主动摆臂支撑架上，所述仰角运动步进电机与所述仰角运动步进电机减速机连接，所述仰角运动步进电机减速机安装在所述仰角运动步进电机安装板上，所述仰角运动龙门结构主动摆臂安装在所述仰角运动步进电机安装板上，所述仰角运动龙门结构横杆两端分别与所述仰角运动龙门结构主动摆臂和所述仰角运动龙门结构从动摆臂连接，所述仰角运动龙门结构联动轴套安装在所述仰角运动龙门结构从动摆臂上，与所述仰角运动龙门结构联动轴承连接，所述仰角运动龙门结构联动轴承与所述仰角运动龙门结构联动轴连接，所述仰角运动限位挡块安装在所述仰角运动步进电机安装板和所述从动摆臂支撑架上。

3.根据权利要求1所述的基于龙门结构的光场采集装置，其特征在于，所述支撑结构，包括，支撑地脚，支撑框架，丝杠升降机，电机联轴节，升降电机，电机固定件，水平角旋转结构支撑件，紧固螺钉，扎带座和扎带座螺钉，其中，

所述地脚与所述支撑框架连接，所述丝杠升降机与所述电机联轴节连接，所述丝杠升降机外表面与所述水平角旋转结构支撑件接触，所述电机联轴节与所述升降电机连接，所述升降电机与所述电机固定件连接，所述电机固定件和所述水平角旋转结构支撑件安装在所述支撑框架上，所述水平角旋转结构支撑件与所述水平角旋转结构连接，所述紧固螺钉与所述电机固定件连接，所述扎带座螺钉紧固所述扎带座。

4.根据权利要求3所述的基于龙门结构的光场采集装置，其特征在于，所述支撑框架，用于为所述水平角旋转结构提供支承和升降空间。

5.根据权利要求1所述的基于龙门结构的光场采集装置，其特征在于，所述水平角旋转结构，包括，水平角旋转结构支撑架，扎带座，水平运动步进电机，水平角运动减速机，水平角减速机联轴节，置物台托板和置物台，其中，

所述水平角旋转结构支撑架与所述支撑结构连接，所述水平角旋转结构支撑架上端面与所述水平角运动减速机连接，所述水平角运动减速机输入端与所述水平运动步进电机连接，输出端与所述水平角减速机联轴节连接，所述水平角减速机联轴节与所述置物台托板连接，所述置物台安装在所述置物台托板上。

6.根据权利要求1所述的基于龙门结构的光场采集装置，其特征在于，所述数控单元，包括，电源开关，电气盒，分线器，电机控制模块，电器盒盖板，电源单元，电源单元固定支架，微处理器单元，以及铜螺柱，其中，

所述电源开关安装在所述电气盒槽口处，所述分线器安装在所述电气盒内部，所述电机控制模块置于所述电气盒内壁，所述电器盒盖板安装在所述电气盒上端，所述电源单元安装在所述电气盒里，所述电源单元固定支架与所述电气盒连接，所述微处理器单元与所述铜螺柱连接，所述铜螺柱与所述电气盒的底端连接；

所述电机控制模块，用于控制光场采集装置的水平旋转和仰角运动；

所述微处理器单元，用于执行控制软件，控制光场采集装置。

7.根据权利要求1所述的基于龙门结构的光场采集装置，其特征在于，所述照相机单元，包括，照相机，快装板，云台和相机螺丝，其中，

所述照相机与所述快装板连接，所述快装板与所述云台连接，所述云台通过所述相机螺丝紧固；

所述照相机，用于采集被拍摄物体的图像数据；

所述快装板，用于连接和快速拆卸所述照相机与所述云台；

所述云台，用于提供所述照相机俯仰的自由度，使所述照相机光心对准被拍摄物体中心。

8.根据权利要求1所述的基于龙门结构的光场采集装置，其特征在于，所述用户操作屏幕为包括控制电路的触摸液晶面板。

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