一種基于相機(jī)陣列的瞬時(shí)三維照相系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于相機(jī)陣列的瞬時(shí)三維照相系統(tǒng)，包括：相機(jī)機(jī)架、閃光燈、分布式數(shù)據(jù)采集控制器和主控制計(jì)算機(jī)；所述的相機(jī)機(jī)架包括一個(gè)安裝支架、多個(gè)分別固定在安裝支架上的相機(jī)轉(zhuǎn)接板、分多個(gè)別固定在每個(gè)相機(jī)轉(zhuǎn)接板上的相機(jī)以及固定在安裝支架下部的機(jī)架控制器。本實(shí)用新型具有瞬時(shí)三維模型獲取能力，操作方便，獲得的三維模型精度高，主要應(yīng)用于3D照相館、文物保護(hù)、逆向工程等領(lǐng)域。
【專利說明】一種基于相機(jī)陣列的瞬時(shí)三維照相系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本實(shí)用新型屬于光電儀器【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是一種基于相機(jī)陣列的瞬時(shí)三維照相系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】:
[0002]2012年以來，有著“第三次工業(yè)革命”之稱的“3D打印”技術(shù)在世界范圍內(nèi)被廣泛關(guān)注?！?D照相館”是“3D打印”技術(shù)在民用市場(chǎng)最重要的用途之一?！?D照相館”采用三維模型獲取設(shè)備獲取人物的三維信息，建立三維模型之后，再通過3D打印機(jī)進(jìn)行打印，最終可以獲得一個(gè)與人物相貌一模一樣的縮小比例的人物雕塑模型。
[0003]然而，現(xiàn)有的“ 3D照相館”也存在著一些技術(shù)弊端。主要表現(xiàn)在，幾乎所有的“ 3D照相館”都采用三維掃描儀來獲取模型，客戶保持一個(gè)姿勢(shì)靜止不動(dòng)，由攝影師手持三維掃描儀圍繞客戶進(jìn)行全方位多角度的掃描，然后再有計(jì)算機(jī)合成為三維模型。一般來說，這種拍攝方法需要客戶保持姿勢(shì)靜止長(zhǎng)達(dá)10?15分鐘。顯然采用三維掃描儀進(jìn)行拍攝，用戶體驗(yàn)很差，無法獲得豐富自然的人物姿態(tài)和表情。而且，三維掃描儀的操作方法和傳統(tǒng)的拍照方法相去甚遠(yuǎn)，也不符合攝影師的操作習(xí)慣。
實(shí)用新型內(nèi)容:
[0004]本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于相機(jī)陣列的瞬間時(shí)三維照相系統(tǒng)，能夠抓拍人物瞬間的表情和姿態(tài)，從而使人物表情更加豐富和自然，同時(shí)，減少客戶拍照時(shí)間，大幅提高客戶體驗(yàn)；具有操作簡(jiǎn)單方便、符合攝影師拍攝習(xí)慣的特點(diǎn)。
[0005]本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案如下:
[0006]一種基于相機(jī)陣列的瞬時(shí)三維照相系統(tǒng)，特點(diǎn)在于其構(gòu)成包括:相機(jī)機(jī)架、閃光燈、分布式數(shù)據(jù)采集控制器和主控制計(jì)算機(jī)；
[0007]所述的相機(jī)機(jī)架包括一個(gè)安裝支架、多個(gè)分別固定在安裝支架上的相機(jī)轉(zhuǎn)接板、分多個(gè)別固定在每個(gè)相機(jī)轉(zhuǎn)接板上的相機(jī)以及固定在安裝支架下部的機(jī)架控制器；
[0008]所述的機(jī)架控制器負(fù)責(zé)向相機(jī)提供電源和外觸發(fā)信號(hào)，該機(jī)架控制器還向閃光燈提供電源及外觸發(fā)信號(hào)，該機(jī)架控制器通過電纜與所述的分布式數(shù)據(jù)采集控制器連接，所述的分布式數(shù)據(jù)采集控制器與所述的主控制計(jì)算機(jī)通過千兆以太網(wǎng)連接。
[0009]在所述的安裝支架上等間隔設(shè)置有轉(zhuǎn)接板安裝孔。
[0010]相機(jī)陣列以相機(jī)機(jī)架作為基本拍攝單元，相機(jī)機(jī)架以360度環(huán)繞拍攝對(duì)象進(jìn)行安裝，相機(jī)有平視、俯視、仰視等不同視角。相機(jī)陣列的臺(tái)數(shù)為30?100臺(tái)不等。
[0011]每臺(tái)相機(jī)機(jī)架安裝2?10臺(tái)相機(jī)不等。相機(jī)機(jī)架高1.8米，通過螺栓安裝在地板上，且設(shè)置不同高度可調(diào)的轉(zhuǎn)接板安裝孔，便于根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。相機(jī)機(jī)架以30度為間隔，環(huán)繞拍攝對(duì)象。相機(jī)拍攝的數(shù)據(jù)由相機(jī)機(jī)架的機(jī)架控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)收集和轉(zhuǎn)換，并送至分布式數(shù)據(jù)采集控制器進(jìn)行采集和存儲(chǔ)。[0012]所述的分布式數(shù)據(jù)采集控制器，負(fù)責(zé)采集并緩存各機(jī)架傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。整個(gè)系統(tǒng)共設(shè)置3?5臺(tái)分布式數(shù)據(jù)采集控制器。
[0013]所述的主控制計(jì)算機(jī)，負(fù)責(zé)拍攝控制，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、以及人機(jī)界面。主控制計(jì)算機(jī)和分布式數(shù)據(jù)采集控制器通過千兆以太網(wǎng)進(jìn)行連接，由主控制計(jì)算機(jī)控制分布式數(shù)據(jù)采集控制器，并協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)的工作。主控制計(jì)算機(jī)發(fā)送命令至分布式數(shù)據(jù)采集控制器，并由數(shù)據(jù)采集控制發(fā)送命令至機(jī)架控制器，控制相機(jī)陣列同時(shí)進(jìn)行曝光，相機(jī)所拍攝的圖像通過機(jī)架控制器傳輸至分布式數(shù)據(jù)采集控制器進(jìn)行緩存，并最終傳輸主控制計(jì)算機(jī)之內(nèi)，進(jìn)行存儲(chǔ)。全部圖像由攝影測(cè)量軟件進(jìn)行后期計(jì)算，即可以反演得到拍攝對(duì)象的三維模型。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是:
[0015](I)拍攝速度快:相機(jī)在一瞬間，通常是IOOms之內(nèi)完成曝光，從而可以抓拍到人物最自然的表情和姿勢(shì)，也使得兒童、寵物等難以保持長(zhǎng)時(shí)間靜止題材的拍攝成為可能。
[0016](2)客戶體驗(yàn)好:戶無需進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的擺拍，省去了很多辛苦。
[0017](3)符合攝影師的操作習(xí)慣:長(zhǎng)久以來攝影師已習(xí)慣于普通二維照相的模式，本實(shí)用新型更易于攝影師理解和操作。
[0018](4)具備動(dòng)態(tài)拍攝能力:由于拍攝時(shí)間短，攝影師可以連續(xù)拍攝一組人物的動(dòng)態(tài)二維照片，這在原先的方法下也無法實(shí)現(xiàn)。
【專利附圖】
【附圖說明】:
[0019]圖1是本實(shí)用新型基于相機(jī)陣列的瞬時(shí)三維照相系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2是本實(shí)用新型中相機(jī)機(jī)架的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021 ] 圖3是本實(shí)用新型使用狀態(tài)圖。
【具體實(shí)施方式】:
[0022]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案做詳細(xì)的說明，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0023]請(qǐng)參閱圖1，圖1是本實(shí)用新型基于相機(jī)陣列的瞬時(shí)三維照相系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，一種基于相機(jī)陣列的瞬時(shí)三維照相系統(tǒng)包括:相機(jī)機(jī)架1、閃光燈2、分布式數(shù)據(jù)采集控制器3和主控制計(jì)算機(jī)4。圖2是本實(shí)用新型中相機(jī)機(jī)架的結(jié)構(gòu)示意圖，由圖可知，相機(jī)機(jī)架I包括一個(gè)安裝支架1-1、相機(jī)轉(zhuǎn)接板1-2、商用數(shù)碼單反相機(jī)1-3以及機(jī)架控制器1-4。商用數(shù)碼單反相機(jī)1-3通過相機(jī)轉(zhuǎn)接板1-2固定在安裝支架1-1上，安裝支架1-1上不同高度上等間隔設(shè)置有轉(zhuǎn)接板安裝孔，可以調(diào)節(jié)安裝高度。機(jī)架控制器1-4負(fù)責(zé)向單反相機(jī)1-3提供電源和外觸發(fā)信號(hào)，同時(shí)機(jī)架控制器1-4還向閃光燈2提供電源及外觸發(fā)信號(hào)。在拍照瞬間，機(jī)架控制器同時(shí)觸發(fā)數(shù)碼單反相機(jī)1-3及閃光燈2，相機(jī)拍攝后，碼單反相機(jī)1-3將數(shù)據(jù)下傳至機(jī)架控制器1-3，并經(jīng)過接口轉(zhuǎn)換之后傳送至分布式數(shù)據(jù)采集控制器3。
[0024]一個(gè)分布式數(shù)據(jù)采集控制器3可以控制I?4個(gè)相機(jī)機(jī)架I。分布式數(shù)據(jù)采集控制器3之間通過專用電纜進(jìn)行連接，并同步分布式數(shù)據(jù)采集控制器3之間的時(shí)序。分布式數(shù)據(jù)采集控制器3向相機(jī)機(jī)架I發(fā)送拍攝命令，控制全部相機(jī)機(jī)架I在同一時(shí)間進(jìn)行拍攝，數(shù)據(jù)由分布式數(shù)據(jù)采集控制器3進(jìn)行分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。[0025]主控制計(jì)算機(jī)4負(fù)責(zé)整個(gè)三維照相系統(tǒng)的控制，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及人機(jī)界面。主控制計(jì)算機(jī)向用戶提供拍攝及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，由用戶通過主控制計(jì)算機(jī)上設(shè)置的快門按鈕進(jìn)行控制拍攝。當(dāng)拍攝一組圖像完畢后，可以通過軟件控制將分布式數(shù)據(jù)采集控制器中的數(shù)據(jù)下載到主控制計(jì)算機(jī)中進(jìn)行最終存儲(chǔ)。
[0026]本實(shí)用新型的相機(jī)機(jī)架布置參閱圖3，總體性能指標(biāo)如下:
[0027]>相機(jī)支架I數(shù)量:12
[0028]>閃光燈2數(shù)量:6
[0029]>分布式數(shù)據(jù)采集控制器3數(shù)量:4
[0030]>主控計(jì)算機(jī)及軟件4數(shù)量:I
[0031]>拍攝半徑:2.5m
[0032]>相機(jī)數(shù)量:52臺(tái)
[0033]>圖片格式:RAW
[0034]>單張拍攝時(shí)間:100ms
[0035]>拍攝同步誤差:〈IOOus
[0036]>單張數(shù)據(jù)量:?IGB
[0037]>單張下載時(shí)間:8s
[0038]本實(shí)用新型一種基于相機(jī)陣列的瞬時(shí)三維照相系統(tǒng)各部分的具體技術(shù)指標(biāo)如下:
[0039](I)相機(jī)機(jī)架
[0040]相機(jī)機(jī)架I是基本拍攝單元。相機(jī)機(jī)架由安裝支架1-1、相機(jī)轉(zhuǎn)接板1-2、商用數(shù)碼單反1-3、機(jī)架控制器1-4組成。
[0041]安裝支架1-1采用鋁合金材質(zhì)，高度為1.8m。安裝支架上方，每隔5cm設(shè)置一個(gè)安裝螺孔，供相機(jī)轉(zhuǎn)接板1-2安裝之用。相機(jī)轉(zhuǎn)接板可以根據(jù)需要安裝在不同高度。安裝支架1-1的底部設(shè)置有地腳螺釘孔，可以通過螺釘孔將安裝支架固定在地板上。商用數(shù)碼單反相機(jī)1-3安裝在相機(jī)轉(zhuǎn)接板1-2上，可以在一個(gè)方向上(水平或俯仰)調(diào)節(jié)角度。商用數(shù)碼單反相機(jī)1-3由機(jī)架控制器1-4統(tǒng)一進(jìn)行供電、控制和數(shù)據(jù)傳輸。機(jī)架控制器1-4具體指標(biāo)如下:
[0042]>最大支持相機(jī)數(shù)量:10臺(tái)
[0043]>供電:220VAC
[0044]>功耗:100W
[0045]>接口:USB2.0
[0046]>控制電路同步延遲:<10us
[0047](2)閃光燈
[0048]閃光燈2采用商用攝影棚用燈，具體型號(hào)為:金貝SPARK400，主要指標(biāo)為:
[0049]>功率:400W
[0050]>回電時(shí)間:0.4?1.3s
[0051]>閃光持續(xù)時(shí)間:l/1800s
[0052]>尺寸:235 (L) X 135 (W) X 195 (H)
[0053]可采用6臺(tái)上述型號(hào)的閃光燈，以60度均勻分布，以保證被拍攝對(duì)象光照均勻。[0054]( 3 )分布式數(shù)據(jù)采集控制器
[0055]分布式數(shù)據(jù)采集控制器3主要負(fù)責(zé)來自相機(jī)機(jī)架的數(shù)據(jù)的采集和存儲(chǔ)。一個(gè)數(shù)據(jù)采集控制3最多可控制4個(gè)相機(jī)機(jī)架。分布式數(shù)據(jù)采集控制器的具體技術(shù)指標(biāo)如下:
[0056]供電:220VAC
[0057]功耗:100W
[0058]CPU:1ntel 酷眷 i3
[0059]內(nèi)存:2GB
[0060]硬盤:500GB
[0061]數(shù)據(jù)接口:USB2.0
[0062]控制電路同步延遲:<10us
[0063]控制電路同步方式:級(jí)聯(lián)
[0064]控制電路同步接口:SMA
[0065]尺寸:320(L) *376 (W) *91 (H)
[0066](4)主控制計(jì)算機(jī)
[0067]主控制計(jì)算機(jī)4負(fù)責(zé)整個(gè)三維照相系統(tǒng)的控制，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及人機(jī)界面。主控制計(jì)算機(jī)向用戶提供拍攝及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，由用戶通過主控制計(jì)算機(jī)上設(shè)置的快門按鈕進(jìn)行控制拍攝。當(dāng)拍攝一組圖像完畢后，可以通過軟件控制將分布式數(shù)據(jù)采集控制器中的數(shù)據(jù)下載到主控制計(jì)算機(jī)中進(jìn)行最終存儲(chǔ)。
[0068]主控制計(jì)算機(jī)配置如下:
[0069]>供電:220VAC
[0070]>功耗:200W
[0071]> CPU:1ntel 酷睿 i7
[0072]>內(nèi)存:8GB
[0073]>硬盤:2TB
[0074]>數(shù)據(jù)傳輸接口:千兆以太網(wǎng)
[0075]>拍攝控制接口:遙控器/手柄
[0076]經(jīng)試驗(yàn)表明，本實(shí)用新型具有瞬時(shí)三維模型獲取能力，操作方便，獲得的三維模型精度高，主要應(yīng)用于3D照相館、文物保護(hù)、逆向工程等領(lǐng)域。
【權(quán)利要求】
1.一種基于相機(jī)陣列的瞬時(shí)三維照相系統(tǒng)，特征在于其構(gòu)成包括:相機(jī)機(jī)架(I)、閃光燈(2 )、分布式數(shù)據(jù)采集控制器(3 )和主控制計(jì)算機(jī)(4 ); 所述的相機(jī)機(jī)架(I)包括一個(gè)安裝支架(1-1 )、多個(gè)分別固定在安裝支架(1-1)上的相機(jī)轉(zhuǎn)接板(1-2)、分多個(gè)別固定在每個(gè)相機(jī)轉(zhuǎn)接板(1-2)上的相機(jī)(1-3)以及固定在安裝支架(1-1)下部的機(jī)架控制器(1-4)； 所述的機(jī)架控制器(1-4)負(fù)責(zé)向相機(jī)(1-3)提供電源和外觸發(fā)信號(hào)，該機(jī)架控制器(1-4)還向閃光燈(2)提供電源及外觸發(fā)信號(hào)，該機(jī)架控制器(1-4)通過電纜與所述的分布式數(shù)據(jù)采集控制器(3 )連接，所述的分布式數(shù)據(jù)采集控制器(3 )與所述的主控制計(jì)算機(jī)(4 )通過千兆以太網(wǎng)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于相機(jī)陣列的瞬時(shí)三維照相系統(tǒng)，其特征在于，在所述的安裝支架(1-1)上等間隔設(shè)置有轉(zhuǎn)接板安裝孔。
【文檔編號(hào)】H04N5/232GK203708345SQ201320725207
【公開日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2013年11月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月15日
【發(fā)明者】舒嶸, 卜弘毅, 顧耕, 許琦, 阮程, 王薇, 董廣軍, 郭穎, 徐海寶 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院嘉興光電工程中心