专利名称：便携式360°环幕影院系统的制作方法
便携式360°环幕影院系统技术领域
本发明属于全方位视觉技术、光学技术、计算机技术在360°环幕全景摄像与环幕 影院方面的应用。
背景技术：
目前的360°环幕影院系统主要由360度环幕银幕、环幕放映系统、多组投影同 步控制系统、无缝融合技术和曲面变形处理系统、系统播放及集成控制系统、音响系统以及 相关的360度特殊影片等几个部分组成，是借助新的科技手段而产生的一种新的电影形 式，其特点是电影画面特别大，银幕包围观众厅整整一圈，观众可以站在场地中央随意观 看。这种形式的电影是9台摄影机同步全景角拍摄的，再由9台放映放在环形银幕上进行 同步放映，形成一个360度的全景式画面。在观看环幕电影时，观众被360度的画面和多路 立体声所包围，从而产生一种身临其境的强烈感受，会不自觉地感到自己就是电影所表现 的环境中一员，并随着电影镜头的变化而产生不同的情绪反映。
由于上述360°环幕影院系统的环幕电影是用9台摄影机同步全景角拍摄的，需 要控制9台摄影机同步拍摄，需要对所拍摄的9个视频流图像做无缝融合和曲面变形处理， 同时也要求9台摄影机在拍摄过程中始终保持相同的摄像参数；另一方面，在环形银幕上 进行放映时，需要通过多组投影同步控制系统来控制9台放映设备，并且要求9台放映设备 与9台摄影机保持空间结构上、光学成像和光学投影的一致性、时间上的同步性；上述这些 要求决定了 360°环幕影院系统的拍摄和放映设备的使用维护难度以及价格成本。
随着高清摄像芯片和高清投影仪的不断涌现为单摄像机拍摄360度环幕电影提 供了基础，全景折反射成像技术的出现使得环幕电影的拍摄和放映设备更加简单和便携， 可大大降低360°环幕影院系统以及环幕电影的拍摄装置的成本。发明内容
为了克服已有360°环幕影院系统以及环幕电影的拍摄装置的制造成本高、维护 安装难、技术要求高和场地要求高等不足，本发明提供一种性价比高、操作简单、能便携轻 便实时地拍摄全景环幕电影的便携式360°环幕影院系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种便携式360°环幕影院系统，所述环幕影院系统包括一台360°环幕全景摄像装 置和一套环幕影院播放系统，所述的360°环幕全景摄像装置包括第一双曲面镜面、第一上 盖、第一支撑杆、第一透明玻璃面、第一附加镜头框和高清摄像单元；所述的第一双曲面镜 面底部中间开有一个第一上小孔，所述的支撑杆为上粗下细的圆台，第一支撑杆的上端安 装在所述第一上小孔内，所述的第一透明玻璃面中间开有一个第一下小孔，第一支撑杆的 下端安装在所述第一下小孔内；所述第一透明玻璃面的下端与所述第一附加镜头框连接， 所述的附加镜头框的下面与高清摄像单元的镜头连接，所述的高清摄像单元的镜头位置配 置在所述的第一双曲面镜面的虚焦点处；所述的一套环幕影院播放系统包括第二双曲面镜面、第二上盖、第二支撑杆、第二透明 玻璃面、第二附加镜头框、高清投影仪、环幕银幕、计算机和全景图像读取单元；所述的第二 双曲面镜面底部中间开有一个第二上小孔，所述的支撑杆为上粗下细的圆台，第二支撑杆 的上端安装在所述第二上小孔内，所述的第二透明玻璃面中间开有一个第二下小孔，第二 支撑杆的下端安装在所述第二下小孔内；所述第二透明玻璃面的下端与所述第二附加镜头 框连接，所述的附加镜头框的下面与高清投影仪的镜头连接，所述的高清投影仪的镜头位 置配置在所述的第二双曲面镜面的虚焦点处；所述的计算机通过视频信号输出连接线与所述的高清投影仪进行连接，所述的360° 环幕全景摄像装置所拍摄的全景视频图像的记录媒体放入所述的全景图像读取单元中，所 述的计算机通过应用播放软件读取在所述的全景图像读取单元中的记录媒体中所保存的 全景视频图像通过所述的高清投影仪投射到所述的第二双曲面镜面上。
进一步，所述的360°环幕全景摄像装置中，所述第一支撑杆粗的一端为外螺纹， 第一支撑杆细的一端为内螺纹；所述第一上小孔的直径与第一支撑杆的外螺纹直径相同， 连接时将第一支撑杆的外螺纹穿入第一双曲面镜面的第一上小孔中用螺帽将第一双曲面 镜面与第一支撑杆连接起来；所述第一下小孔的直径与第一支撑杆的内螺纹孔径相同，连 接时将第一支撑杆细的一端垂直于第一透明玻璃面用螺钉穿过第一透明玻璃面上的第一 下小孔将第一支撑杆与第一透明玻璃面连接起来；所述的第一附加镜头框的下面有一个与 高清摄像单元镜头前口径相同的外螺纹，通过旋紧螺纹的方式将第一附加镜头框稳固的固 定在高清摄像单元上，所述的第一透明玻璃面嵌入在所述的第一附加镜头框内；在所述环幕影院播放系统中，所述的第二支撑杆粗的一端为外螺纹，第二支撑杆细的 一端为内螺纹；所述的第二上小孔的直径与第二支撑杆的外螺纹直径相同，连接时将第二 支撑杆的外螺纹穿入第二双曲面镜面的孔中用螺帽将第二双曲面镜面与第二支撑杆连接 起来；所述的第二下小孔的直径与第二支撑杆的内螺纹孔径相同，连接时将第二支撑杆细 的一端垂直于第二透明玻璃面用螺钉穿过第二透明玻璃面上的第二下小孔将第二支撑杆 与第二透明玻璃面连接起来；所述的第二附加镜头框的下面有一个与高清投影仪镜头前口 径相同的外螺纹，通过旋紧螺纹的方式将第二附加镜头框稳固的固定在高清投影仪上，所 述的第二透明玻璃面嵌入在所述的第二附加镜头框内。
再进一步，由所述的第二双曲面镜面折反射到所述的环幕银幕上，所述的高清投 影仪安置在所述的环幕银幕的中心，所述的环幕银幕的高度配置在所述的双曲面镜面折反 射范围内。
更进一步，所述的第一双曲面镜面和第二双曲面镜面具有相同的成像参数，双曲 面镜面构成的光学系统由下面5个等式表示；当Z>0时
权利要求
1.一种便携式360°环幕影院系统，其特征在于所述环幕影院系统包括一台360°环 幕全景摄像装置和一套环幕影院播放系统，所述的360°环幕全景摄像装置包括第一双曲 面镜面、第一上盖、第一支撑杆、第一透明玻璃面、第一附加镜头框和高清摄像单元；所述的 第一双曲面镜面底部中间开有一个第一上小孔，所述的支撑杆为上粗下细的圆台，第一支 撑杆的上端安装在所述第一上小孔内，所述的第一透明玻璃面中间开有一个第一下小孔， 第一支撑杆的下端安装在所述第一下小孔内；所述第一透明玻璃面的下端与所述第一附加 镜头框连接，所述的附加镜头框的下面与高清摄像单元的镜头连接，所述的高清摄像单元 的镜头位置配置在所述的第一双曲面镜面的虚焦点处；所述的一套环幕影院播放系统包括第二双曲面镜面、第二上盖、第二支撑杆、第二透明 玻璃面、第二附加镜头框、高清投影仪、环幕银幕、计算机和全景图像读取单元；所述的第二 双曲面镜面底部中间开有一个第二上小孔，所述的支撑杆为上粗下细的圆台，第二支撑杆 的上端安装在所述第二上小孔内，所述的第二透明玻璃面中间开有一个第二下小孔，第二 支撑杆的下端安装在所述第二下小孔内；所述第二透明玻璃面的下端与所述第二附加镜头 框连接，所述的附加镜头框的下面与高清投影仪的镜头连接，所述的高清投影仪的镜头位 置配置在所述的第二双曲面镜面的虚焦点处；所述的计算机通过视频信号输出连接线与所述的高清投影仪进行连接，所述的360° 环幕全景摄像装置所拍摄的全景视频图像的记录媒体放入所述的全景图像读取单元中，所 述的计算机通过应用播放软件读取在所述的全景图像读取单元中的记录媒体中所保存的 全景视频图像通过所述的高清投影仪投射到所述的第二双曲面镜面上。
2.如权利要求1所述的便携式360°环幕影院系统，其特征在于所述的360°环幕全 景摄像装置中，所述第一支撑杆粗的一端为外螺纹，第一支撑杆细的一端为内螺纹；所述第 一上小孔的直径与第一支撑杆的外螺纹直径相同，连接时将第一支撑杆的外螺纹穿入第一 双曲面镜面的第一上小孔中用螺帽将第一双曲面镜面与第一支撑杆连接起来；所述第一下 小孔的直径与第一支撑杆的内螺纹孔径相同，连接时将第一支撑杆细的一端垂直于第一透 明玻璃面用螺钉穿过第一透明玻璃面上的第一下小孔将第一支撑杆与第一透明玻璃面连 接起来；所述的第一附加镜头框的下面有一个与高清摄像单元镜头前口径相同的外螺纹， 通过旋紧螺纹的方式将第一附加镜头框稳固的固定在高清摄像单元上，所述的第一透明玻 璃面嵌入在所述的第一附加镜头框内；在所述环幕影院播放系统中，所述的第二支撑杆粗的一端为外螺纹，第二支撑杆细的 一端为内螺纹；所述的第二上小孔的直径与第二支撑杆的外螺纹直径相同，连接时将第二 支撑杆的外螺纹穿入第二双曲面镜面的孔中用螺帽将第二双曲面镜面与第二支撑杆连接 起来；所述的第二下小孔的直径与第二支撑杆的内螺纹孔径相同，连接时将第二支撑杆细 的一端垂直于第二透明玻璃面用螺钉穿过第二透明玻璃面上的第二下小孔将第二支撑杆 与第二透明玻璃面连接起来；所述的第二附加镜头框的下面有一个与高清投影仪镜头前口 径相同的外螺纹，通过旋紧螺纹的方式将第二附加镜头框稳固的固定在高清投影仪上，所 述的第二透明玻璃面嵌入在所述的第二附加镜头框内。
3.如权利要求1所述的便携式360°环幕影院系统，其特征在于由所述的第二双曲面 镜面折反射到所述的环幕银幕上，所述的高清投影仪安置在所述的环幕银幕的中心，所述 的环幕银幕的高度配置在所述的双曲面镜面折反射范围内。
4.如权利要求广3之一所述的便携式360°环幕影院系统，其特征在于所述的第一双 曲面镜面和第二双曲面镜面具有相同的成像参数，双曲面镜面构成的光学系统由下面5个 等式表不；((J2 +1 2)/α2)-((2 饭)=4 当 z>o 时⑴式中X、Y、Z表示空间坐标，C表示双曲面镜的焦点，2c表示两个焦点之间的距离，a,b 分别是双曲面镜的实轴和虚轴的长度^表示入射光线在XY平面上的夹角，即方位角，α 表示入射光线在)(Ζ平面上的夹角，这里将α大于或等于0时称为俯角，将α小于0时称 为仰角，/表示成像平面到双曲面镜的虚焦点的距离，y表示折入射光线与Z轴的夹角；从公式(1)可知双曲面的形状由参数a、b来确定，这两个参数用双曲线焦点之间距离 2c和离心率k进行表达，其相互关系通过公式(6)进行计算；(6)对于双曲面镜的设计，镜面的大小和柱状垂直视场范围是双曲面镜面设计重要参数， 公式(7)表示了柱状垂直视角α的计算方法，(7)这里，Ri表示折反射镜面边缘的半径，h表示双曲面折反射镜面的焦点到反射镜面边 缘的垂直距离；双曲面镜面的离心率k设计必须满足以下3个约束条件，如公式(8)所示；
5.如权利要求广3之一所述的便携式360°环幕影院系统，其特征在于所述的360° 环幕全景摄像装置，其拍摄全景图像的手段是通过摄像者将360°环幕全景摄像装置高举在自己的头上边走边进行拍摄的。
6.如权利要求广3之一所述的便携式360°环幕影院系统，其特征在于所述的360° 环幕全景摄像装置，其拍摄全景图像的手段是通过摄像者将360°环幕全景摄像装置固定 在车辆顶上，车辆边行驶进行拍摄的。
7.如权利要求广3之一所述的便携式360°环幕影院系统，其特征在于所述的360° 环幕全景摄像装置，其拍摄全景图像的手段是通过摄像者将360°环幕全景摄像装置悬挂 在飞行物上，在飞行过程中进行拍摄的。
8.如权利要求4所述的便携式360°环幕影院系统，其特征在于所述的环幕银幕由一 个环状圆柱型白色柔性织造物制作而成，在播放环幕电影时将环幕银幕放下，平时则可以 收纳成一个圆圈；环幕银幕的高度H由公式(7)计算得到的柱状垂直视角α以及环幕银幕 的圆柱半径R所决定，如图9所示，计算公式由公式(9 )给出，
9.如权利要求广3之一所述的便携式360°环幕影院系统，其特征在于所述的环幕银 幕是采用喷水装置来实现的，当播放环幕电影时启动喷水装置形成一个环状圆柱型的水环 幕银幕，观看者在喷水空心圆柱中观看环幕电影或者在水环幕银幕外圈观看全景电影，放 映时需要在黑暗的环境下进行。
10.如权利要求广3之一所述的便携式360°环幕影院系统，其特征在于所述的环幕 银幕是采用透明塑料薄膜来实现的，当播放环幕电影时将环状圆柱型的透明塑料薄膜的环 幕银幕放下，观看者在透明塑料薄膜的环幕银幕内观看环幕电影或者在透明塑料薄膜的环 幕银幕外圈观看全景电影，放映时需要在黑暗的环境下进行。
全文摘要
一种便携式360°环幕影院系统，包括一台360°环幕全景摄像装置和一套环幕影院播放系统，环幕全景摄像和环幕影院放映均采用双曲面镜面折反射成像技术，仅采用一台高清摄像机和一台高清投影仪以及相关设备就能构成从全景拍摄到环幕影院放映系统；实现全景拍摄和环幕全景放映的功能。本发明提供一种性价比高、操作简单、能便携轻便实时地拍摄全景环幕电影的便携式360°环幕影院系统。
文档编号G03B21/56GK102043322SQ20101053603
公开日2011年5月4日 申请日期2010年11月9日 优先权日2010年11月9日
发明者叶良波, 吴立娟, 奚亮亮, 孙福顶, 孟炎, 汤一平, 王颖, 田旭园, 阮啸宙, 陈才国 申请人:浙江工业大学