專利名稱：基于全方位視覺傳感器的智能3d攝像設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種智能立體攝像設(shè)備，尤其是全方位視覺傳感器、計(jì)算機(jī)控制、機(jī)電一體化設(shè)計(jì)等技術(shù)在智能三維立體攝像設(shè)備方面的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
3D電視的普及越來(lái)越快，目前很多家庭購(gòu)買了 3D電視，但實(shí)際可看的3D片源很少，在這種情況下，消費(fèi)者要更好的利用自己的3D電視，3D攝像機(jī)肯定是一種很好的補(bǔ)充。用兩臺(tái)攝像機(jī)模擬左右兩眼，一般的話兩個(gè)攝像機(jī)之間的距離，即基線距跟人的兩眼之間的距離差不多。只要用兩臺(tái)攝像機(jī)仿真左右兩眼視線，分別拍攝兩條影片，然后將這兩條影片同時(shí)放映到銀幕上；放映時(shí)再采用必要的技術(shù)手段，使觀眾左眼只能看到左眼圖像，右眼也只能看到右眼圖像。當(dāng)兩幅圖像經(jīng)過電影觀眾的大腦迭合后，他們就對(duì)銀幕畫面產(chǎn)生了立體縱深感。立體拍攝看似很簡(jiǎn)單的模擬，在實(shí)際操作中卻十分困難。在拍攝中， 兩臺(tái)機(jī)器的一致度要求非常高，否則很難拍出很好的效果。當(dāng)今最新的3D攝像機(jī)搭載了一個(gè)手動(dòng)操控?fù)鼙P，撥盤上除了 2D機(jī)型所具備的調(diào)節(jié)對(duì)焦、曝光、光圈、快門、自動(dòng)曝光轉(zhuǎn)換和白平衡切換之外，此次還增加了 3D深度調(diào)整功能，可以根據(jù)不同的場(chǎng)景來(lái)調(diào)整3D的立體景深效果。兩個(gè)鏡頭的光軸從廣角到長(zhǎng)焦端始終對(duì)齊是一件困難的事，如果不能保證，那么 3D效果將會(huì)變差，一般在3D攝像機(jī)出廠前會(huì)經(jīng)過精確到微米級(jí)的調(diào)校，以便確保雙鏡頭光軸始終對(duì)齊；但是在使用過程中，為避免發(fā)生偏差，用戶需要通過手工方式實(shí)現(xiàn)3D自動(dòng)調(diào)整，使左右眼畫面始終在合理的位置上。在實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)播三維立體體育賽事和音樂會(huì)等大型活動(dòng)時(shí)，對(duì)3D攝像師的要求非常高，往往又要增加一個(gè)3D深度調(diào)整的推手(3D Puller)的新工作崗位，該崗位負(fù)責(zé)對(duì)3D處理層設(shè)備的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，掌控?cái)z像機(jī)的3D景深和3D效果的好壞。有點(diǎn)類似于2D的調(diào)光 I位。2D中的技術(shù)協(xié)調(diào)也有3D技術(shù)協(xié)調(diào)對(duì)應(yīng)負(fù)責(zé)3D景深的設(shè)定和3D效果的指導(dǎo)。3D推手需要緊盯屏幕隨時(shí)快速調(diào)整。—般來(lái)說(shuō)，即使多增加一個(gè)3D深度調(diào)整的助手也很難保證兩臺(tái)機(jī)器的一致度；現(xiàn)有的3D拍攝技術(shù)要保證焦距、拍攝方向、拍攝角度和3D深度等的一致性是一項(xiàng)極其困難的事情，尤其是在動(dòng)態(tài)拍攝的情況下，即費(fèi)時(shí)又費(fèi)力同時(shí)難以保證3D拍攝質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有3D攝像機(jī)存在的焦距、拍攝方向、拍攝角度和3D深度的一致性調(diào)整困難、拍攝3D視頻圖像過程中費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、難以保證拍攝質(zhì)量等不足，本發(fā)明提供一種焦距、拍攝方向、拍攝角度和3D深度的一致性調(diào)整方便、操作方便、拍攝質(zhì)量較高的基于全方位視覺傳感器的智能3D攝像設(shè)備。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種基于全方位視覺傳感器的智能3D攝像設(shè)備，包括一臺(tái)全方位視覺傳感器、一組由2臺(tái)高清攝像機(jī)構(gòu)成的3D攝像裝置和攝像師根據(jù)在顯示器上顯示的全景圖像上用鼠標(biāo)點(diǎn)擊想要拍攝3D視頻特寫圖像并能自動(dòng)控制3D攝像裝置的對(duì)焦、調(diào)整拍攝方向、角度和 3D深度的計(jì)算機(jī)；所述的全方位視覺傳感器與所述的3D攝像裝置通過支撐桿連接在一起， 支撐桿的上部固定著所述的全方位視覺傳感器，支撐桿的中部固定著所述的3D攝像裝置， 所述的全方位視覺傳感器的中心軸與所述的3D攝像裝置的中心軸重合，所述的全方位視覺傳感器通過視頻卡與所述的計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接，所述的3D攝像裝置中的2臺(tái)高清攝像機(jī)通過圖像采集單元與所述的計(jì)算機(jī)連接；所述的3D攝像裝置與所述的計(jì)算機(jī)連接；所述的計(jì)算機(jī)包括全景圖像讀取單元用于讀取全方位視覺傳感器的全景圖像，并將該全景圖像顯示在顯示器上，用于為3D攝像師提供一個(gè)人機(jī)交互接口 ；3D攝像裝置參數(shù)調(diào)整單元，用于響應(yīng)3D攝像師用鼠標(biāo)點(diǎn)擊在全景圖上的某一個(gè)網(wǎng)格時(shí)所產(chǎn)生的事件，自動(dòng)進(jìn)行3D景深的設(shè)定和3D效果的調(diào)整以及攝像機(jī)的焦距、拍攝方向和拍攝角度調(diào)整，具體實(shí)現(xiàn)過程是當(dāng)3D攝像師用鼠標(biāo)點(diǎn)擊在全景圖上的某一個(gè)網(wǎng)格時(shí)，軟件系統(tǒng)自動(dòng)產(chǎn)生的一個(gè)帶有預(yù)置點(diǎn)編號(hào)的信息為參數(shù)的事件，軟件系統(tǒng)發(fā)生一個(gè)軟件中斷響應(yīng)，讀取帶有預(yù)置點(diǎn)編號(hào)的信息的參數(shù)，然后以該預(yù)置點(diǎn)編號(hào)的信息去檢索預(yù)置點(diǎn)與設(shè)備的各種參數(shù)對(duì)應(yīng)表獲得攝像機(jī)的焦距、拍攝方向、拍攝角度和3D景深參數(shù)值，接著根據(jù)這些參數(shù)值通過PELCO-D控制協(xié)議控制所述的3D攝像裝置中的調(diào)焦、水平轉(zhuǎn)動(dòng)、垂直轉(zhuǎn)動(dòng)和3D深度的調(diào)整電機(jī)的動(dòng)作；3D圖像讀取單元，用于從所述的高清視頻采集單元分別讀取所述的3D攝像裝置所獲得的左右兩個(gè)通道的視頻圖像，其輸出與所述的3D圖像合成單元的輸入相連接；3D圖像合成單元，用于將所述的3D攝像裝置所獲得的左右兩個(gè)通道的視頻圖像進(jìn)行合成處理，左通道的視頻流圖像傳輸給立體顯示設(shè)備的左側(cè)視頻圖像輸入端；右通道的視頻流圖像傳輸給立體顯示設(shè)備的右側(cè)視頻圖像輸入端。進(jìn)一步，所述的3D攝像裝置由一組由2臺(tái)相同攝像參數(shù)的高清攝像機(jī)所構(gòu)成，所述的高清攝像機(jī)的焦距、拍攝方向、拍攝角度和3D深度調(diào)整動(dòng)作是由所述的3D攝像裝置中相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其中，鏡頭的調(diào)焦是由所述的高清攝像機(jī)中的內(nèi)部所帶電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所述的3D攝像裝置的拍攝方向的調(diào)整是由水平方向轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所述的3D 攝像裝置的拍攝角度的調(diào)整是由垂直方向轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所述的3D攝像裝置的3D深度的調(diào)整是由轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，具體實(shí)現(xiàn)方式是將所述的高清攝像機(jī)分別固定在由兩個(gè)嚙合的齒輪片，其中一個(gè)齒輪片的另一端加工成渦輪形狀，轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)渦桿，渦桿帶動(dòng)其中一個(gè)齒輪片上的渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)兩個(gè)齒輪片嚙合轉(zhuǎn)動(dòng)，最終帶動(dòng)兩個(gè)齒輪片上的高清攝像機(jī)的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)3D深度的調(diào)整；在所述的3D攝像裝置中還包括有一個(gè)解碼器，解碼器的作用是通過串口接收所述的計(jì)算機(jī)的控制碼，并對(duì)該控制碼進(jìn)行解析，并將解析的結(jié)果轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)所述的3D攝像裝置中相應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的控制電壓，然后傳遞給所述的3D攝像裝置以控制其鏡頭的調(diào)焦、水平轉(zhuǎn)動(dòng)、垂直轉(zhuǎn)動(dòng)、3D深度的調(diào)整及停止操作。再進(jìn)一步，所述的計(jì)算機(jī)對(duì)所述的3D攝像裝置的控制是通過一個(gè)RS232/RS485 轉(zhuǎn)換器來(lái)將兩個(gè)通訊接口進(jìn)行連接，并對(duì)所述的3D攝像裝置寫入串口命令來(lái)實(shí)現(xiàn)的，利用 PELCO-D控制協(xié)議作為所述的3D攝像裝置的控制協(xié)議來(lái)進(jìn)行開發(fā)；將全景圖像劃分為若干個(gè)小的區(qū)域，每個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)網(wǎng)格都對(duì)應(yīng)著相應(yīng)的攝像機(jī)的焦距、拍攝方向、拍攝角度和3D景深，設(shè)置了 128個(gè)預(yù)置點(diǎn)，將每個(gè)預(yù)置點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)，然后將3D處理層設(shè)備的各種參數(shù)，如攝像機(jī)的焦距、拍攝方向、拍攝角度和3D 景深參數(shù)預(yù)先調(diào)整好并設(shè)置到相應(yīng)編號(hào)的預(yù)置點(diǎn)，形成一張預(yù)置點(diǎn)與設(shè)備的各種參數(shù)對(duì)應(yīng)表，如表1所示；
權(quán)利要求
1.一種基于全方位視覺傳感器的智能3D攝像設(shè)備，其特征在于所述基于全方位視覺傳感器的智能3D攝像設(shè)備包括一臺(tái)全方位視覺傳感器、一組由2臺(tái)高清攝像機(jī)構(gòu)成的3D 攝像裝置和攝像師根據(jù)在顯示器上顯示的全景圖像上用鼠標(biāo)點(diǎn)擊想要拍攝3D視頻特寫圖像并能自動(dòng)控制3D攝像裝置的對(duì)焦、調(diào)整拍攝方向、角度和3D深度的計(jì)算機(jī)；所述的全方位視覺傳感器與所述的3D攝像裝置通過支撐桿連接在一起，支撐桿的上部固定著所述的全方位視覺傳感器，支撐桿的中部固定著所述的3D攝像裝置，所述的全方位視覺傳感器的中心軸與所述的3D攝像裝置的中心軸重合，所述的全方位視覺傳感器通過視頻卡與所述的計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接，所述的3D攝像裝置中的2臺(tái)高清攝像機(jī)通過圖像采集單元與所述的計(jì)算機(jī)連接；所述的3D攝像裝置與所述的計(jì)算機(jī)連接；所述的計(jì)算機(jī)包括全景圖像讀取單元用于讀取全方位視覺傳感器的全景圖像，并將該全景圖像顯示在顯示器上，用于為3D攝像師提供一個(gè)人機(jī)交互接口 ；3D攝像裝置參數(shù)調(diào)整單元，用于響應(yīng)3D攝像師用鼠標(biāo)點(diǎn)擊在全景圖上的某一個(gè)網(wǎng)格時(shí)所產(chǎn)生的事件，自動(dòng)進(jìn)行3D景深的設(shè)定和3D效果的調(diào)整以及攝像機(jī)的焦距、拍攝方向和拍攝角度調(diào)整，具體實(shí)現(xiàn)過程是當(dāng)3D攝像師用鼠標(biāo)點(diǎn)擊在全景圖上的某一個(gè)網(wǎng)格時(shí)，軟件系統(tǒng)自動(dòng)產(chǎn)生的一個(gè)帶有預(yù)置點(diǎn)編號(hào)的信息為參數(shù)的事件，軟件系統(tǒng)發(fā)生一個(gè)軟件中斷響應(yīng)，讀取帶有預(yù)置點(diǎn)編號(hào)的信息的參數(shù)，然后以該預(yù)置點(diǎn)編號(hào)的信息去檢索預(yù)置點(diǎn)與設(shè)備的各種參數(shù)對(duì)應(yīng)表獲得攝像機(jī)的焦距、拍攝方向、拍攝角度和3D景深參數(shù)值，接著根據(jù)這些參數(shù)值通過PELCO-D控制協(xié)議控制所述的3D攝像裝置中的調(diào)焦、水平轉(zhuǎn)動(dòng)、垂直轉(zhuǎn)動(dòng)和3D深度的調(diào)整電機(jī)的動(dòng)作；3D圖像讀取單元，用于從所述的高清視頻采集單元分別讀取所述的3D攝像裝置所獲得的左右兩個(gè)通道的視頻圖像，其輸出與所述的3D圖像合成單元的輸入相連接；3D圖像合成單元，用于將所述的3D攝像裝置所獲得的左右兩個(gè)通道的視頻圖像進(jìn)行合成處理，左通道的視頻流圖像傳輸給立體顯示設(shè)備的左側(cè)視頻圖像輸入端；右通道的視頻流圖像傳輸給立體顯示設(shè)備的右側(cè)視頻圖像輸入端。
2.如權(quán)利要求1所述的基于全方位視覺傳感器的智能3D攝像設(shè)備，其特征在于所述的3D攝像裝置由一組由2臺(tái)相同攝像參數(shù)的高清攝像機(jī)所構(gòu)成，所述的高清攝像機(jī)的焦距、拍攝方向、拍攝角度和3D深度調(diào)整動(dòng)作是由所述的3D攝像裝置中相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其中，鏡頭的調(diào)焦是由所述的高清攝像機(jī)中的內(nèi)部所帶電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所述的3D攝像裝置的拍攝方向的調(diào)整是由水平方向轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所述的3D攝像裝置的拍攝角度的調(diào)整是由垂直方向轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所述的3D攝像裝置的3D深度的調(diào)整是由轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，具體實(shí)現(xiàn)方式是將所述的高清攝像機(jī)分別固定在由兩個(gè)嚙合的齒輪片，其中一個(gè)齒輪片的另一端加工成渦輪形狀，轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)渦桿，渦桿帶動(dòng)其中一個(gè)齒輪片上的渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)兩個(gè)齒輪片嚙合轉(zhuǎn)動(dòng)，最終帶動(dòng)兩個(gè)齒輪片上的高清攝像機(jī)的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)3D深度的調(diào)整；在所述的3D攝像裝置中還包括有一個(gè)解碼器，解碼器的作用是通過串口接收所述的計(jì)算機(jī)的控制碼，并對(duì)該控制碼進(jìn)行解析，并將解析的結(jié)果轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)所述的3D攝像裝置中相應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的控制電壓，然后傳遞給所述的3D攝像裝置以控制其鏡頭的調(diào)焦、水平轉(zhuǎn)動(dòng)、垂直轉(zhuǎn)動(dòng)、3D深度的調(diào)整及停止操作。
3.如權(quán)利要求1或2所述的基于全方位視覺傳感器的智能3D攝像設(shè)備，其特征在于所述的計(jì)算機(jī)對(duì)所述的3D攝像裝置的控制是通過一個(gè)RS232/RS485轉(zhuǎn)換器來(lái)將兩個(gè)通訊接口進(jìn)行連接，并對(duì)所述的3D攝像裝置寫入串口命令來(lái)實(shí)現(xiàn)的，利用PELCO-D控制協(xié)議作為所述的3D攝像裝置的控制協(xié)議來(lái)進(jìn)行開發(fā)；將全景圖像劃分為若干個(gè)小的區(qū)域，每個(gè)網(wǎng)格都對(duì)應(yīng)著相應(yīng)的攝像機(jī)的焦距、拍攝方向、拍攝角度和3D景深，設(shè)置了 128個(gè)預(yù)置點(diǎn)，將每個(gè)預(yù)置點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)，然后將3D處理層設(shè)備的各種參數(shù)，如攝像機(jī)的焦距、拍攝方向、拍攝角度和3D景深參數(shù)預(yù)先調(diào)整好并設(shè)置到相應(yīng)編號(hào)的預(yù)置點(diǎn)，形成一張預(yù)置點(diǎn)與設(shè)備的各種參數(shù)對(duì)應(yīng)表，如表1所示；
4.如權(quán)利要求1或2所述的基于全方位視覺傳感器的智能3D攝像設(shè)備，其特征在于 在所述全方位視覺傳感器包括雙曲面鏡面、上蓋、透明外罩、攝像單元、底座、固定螺釘、支撐架、保護(hù)罩和連接板；所述的雙曲面鏡面固定在所述的上蓋上構(gòu)成全方位視覺傳感器的上裝配體，所述的攝像單元通過所述的固定螺釘固定在所述的底座上，固定著所述的攝像單元的所述的底座又通過螺釘固定在所述的支撐架內(nèi)構(gòu)成全方位視覺傳感器的下裝配體， 然后將所述的透明外罩與所述的支撐架用螺紋連接件進(jìn)行連接，接著用螺釘將所述的保護(hù)罩、全方位視覺傳感器的上裝配體和全方位視覺傳感器的下裝配體連接成一個(gè)全方位視覺傳感器，最后用螺釘將所述的連接板固定在全方位視覺傳感器的底部進(jìn)行密封；裝配時(shí)要保證所述的雙曲面鏡面的軸心線與所述的攝像單元的軸心線相重疊，這樣就形成了一個(gè)具有固定單視點(diǎn)全方位視覺傳感器。
5.如權(quán)利要求4所述的基于全方位視覺傳感器的智能3D攝像設(shè)備，其特征在于在所述的全方位視覺傳感器中采用固定單視點(diǎn)全方位視覺傳感器的設(shè)計(jì)，進(jìn)入雙曲面鏡的中心的光，根據(jù)雙曲面的鏡面特性向著其虛焦點(diǎn)折射；實(shí)物圖像經(jīng)雙曲面鏡反射到聚光透鏡中成像，在該成像平面上的一個(gè)點(diǎn)P(x，y)對(duì)應(yīng)著實(shí)物在空間上的一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)A(X，Y，Ζ)；雙曲面鏡構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)由下面5個(gè)式表示；((X2+Y2) /a2) - ((Z-c) 2/b2) = -1 當(dāng) Z > 0 時(shí)(1)c = ^Ja2+b2(2)Φ = tarT1 (Υ/Χ)(3)α = tarT1 [ (b2+c2) sin y _2bc] / (b2+c2) cos y(4)
全文摘要
一種基于全方位視覺傳感器的智能3D攝像設(shè)備，包括一臺(tái)全方位視覺傳感器、一組由2臺(tái)高清攝像機(jī)構(gòu)成的3D攝像裝置和攝像師根據(jù)在顯示器上顯示的全景圖像上用鼠標(biāo)點(diǎn)擊想要拍攝3D視頻特寫圖像并能自動(dòng)控制3D攝像裝置的對(duì)焦、調(diào)整拍攝方向、角度和3D深度的計(jì)算機(jī)；全方位視覺傳感器與3D攝像裝置通過支撐桿連接在一起，支撐桿的上部固定著全方位視覺傳感器，支撐桿的中部固定著3D攝像裝置，全方位視覺傳感器的中心軸與3D攝像裝置的中心軸重合，全方位視覺傳感器與計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接，3D攝像裝置中的2臺(tái)高清攝像機(jī)通過圖像采集單元與計(jì)算機(jī)連接；本發(fā)明焦距、拍攝方向、拍攝角度和3D深度的一致性調(diào)整方便、操作方便、拍攝質(zhì)量較高。
文檔編號(hào)H04N5/232GK102289144SQ20111018276
公開日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月30日
發(fā)明者俞立, 吳立娟, 孟炎, 林蓓, 湯一平, 湯曉燕, 田旭園 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)