专利名称：可转视角双镜头三维摄像机方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及三维摄像技术领域，特别是一种可转视角三维(3D)摄像方法和三维摄像机，及其双镜头随动控制系统和装置。
背景技术：
今天的信息科技已经发展到了 3D时代。3D电影、3D动画、3D游戏、3D显示器、3D 照相机、3D摄像机，总之，3D正在成为新的技术、产业和大众消费发展方向。目前，3D动态影像(3D电影、3D视频等)主要是由电脑制作生成的动画影片。3D实景拍摄成功的电影片源非常稀少。专业的小型3D摄影机还没有出现。现有的3D电影以及3D照片，很多观众看了都有不同程度的眩晕等不舒服的感觉。
3D也就是三维。三维影像技术是一个结合入绘画透视理论、空间想象力、人类视觉习惯规律、心理学、光学、电子机械、图像处理、信息技术等综合复杂全新的领域。任何一个环节没有处理好，就会产生不好的效果。自古至今，普遍采用的、存在的和目前市场销售的专业的和消费类的三维摄像机，都是简单地采用平行固定的两套光学镜头摄像装置。这样的三维摄像系统的两套光学镜头设计简单，但由于采用固定的视角，与人类和动物视觉系统的可转视角不同，不能根据被拍摄物体的远近将两套光学镜头主光轴中心焦点聚焦在这个被拍摄物体的同一个焦点上。由于场曲的存在(参见图7)，在一个平的感光成像平面上，影象的清晰度从中央向外发生变化，聚焦形成弧型。原因是中心离镜头近，周边离镜头远。中心清晰，越到周边越模糊。平行的镜头采用边缘模糊区域聚焦，成像模糊。另外，与左右眼不同视角所产生的视图也完全不同。因此，产生了散焦、梯形失真(参见图8)和图像畸形 (参见下表一、表二)。尤其是在实景拍摄近景时这种现象更加明显。虽然还可采用其他非物理位置变化的光学或电子手段进行聚焦，或者后期制作等手段进行拼图和修正。但是，如果镜头和感光平面与景物的相对位置和角度不变，无论怎样处理，通过后期制作都无法校正和消除失真的现象，并且后处理还会产生新的畸变图像。毕竟两套固定和平行的光学镜头各自摄入的图像与正常双眼聚焦的方法和图像完全不同，因为它严重违背了人类和动物视觉系统的成像规律。以它制造出的三维摄像系统拍摄的三维影片或视频图像，从拍摄源头上，就已经在无数细节上产生了大量的与人类自然的双裸眼成像不同的、散焦、失真和扭曲的非正常视觉的图像，就像给正常人戴上了近视镜或远视镜所看到的图像。使观众在观看三维影片或视频时产生视觉疲劳、头昏、眩晕、恶心、心跳过速等不适的生理心理反应。损害了观众的身心健康。另一方面，影响了消费类3D摄像机的普及，也阻碍了整个三维产业的发展。为消除这一现象，就必须找到在实景拍摄的不断变换焦距、位置和角度的过程中， 实时保持精确调整双镜头聚焦同一点和对应的双镜头偏转角度的方法及发明出这种装置。
权利要求
1.可转视角双镜头三维摄像机方法及装置。
2.如权利要求1所述的可转视角双镜头三维摄像机，其中，与现有的采用固定的平行双摄像镜头的三维摄像机不同的特征在于，这种可转视角双镜头三维摄像机包含有两个完全相同的、相互独立的、并排连接的或分立的摄像机。
3.如权利要求1和2所述的可转视角双镜头三维摄像机，其中，这两个摄像机可依据人类视觉习惯、三维摄像的原理和本发明中的公式和算法调整各自的焦距和摄像机的偏转角度。
4.如权利要求1-3所述的可转视角双镜头三维摄像机，其中，如权利要求1-3所述信息指明了这种可转视角双镜头三维摄像机的原理和制造方法。
5.如权利要求1-4所述的可转视角双镜头三维摄像机，其中，被摄像物体的焦点(C)与三维摄像机一体机中的A，B两个摄像镜头机身形成等腰三角形Δ ABC。Δ ABC等腰三角形的两个底角分别为Z CAB (设为α角)和ZCBA(设为β角)，其像距和焦距与等腰三角形 Δ ABC的两个底角α角、β角遵从一定的关系公式和算法，可转视角双镜头三维摄像机的公式算法是可转视角双镜头三维摄像机的基础，也是这种三维摄像机的特征。
6.如权利要求5所述的一定的关系公式和算法，其中，公式1:Tan α =Tan^ = 2L/d。 其中，双摄像镜头的感光装置的两个感光平面中心的距离d，与被摄像物体C的距离定义为物距L。
7.如权利要求5所述的一定的关系公式和算法，其中，公式2:Cos α =Cos^ = d/2F, F是被摄像物体C与各感光平面中心的距离。
8.如权利要求5所述的一定的关系公式和算法，其中，公式3:4F2+4L2 = d2。
9.如权利要求5-8所述的一定的关系公式和算法，其中，算法1公式1-3可应用于任何三维摄像机系统中，并由这三个公式得到精确的机位、角度、物距、像距+焦距等相关数据信息。
10.如权利要求5所述的一定的关系公式和算法，其中，算法2由于三维摄像与单摄像机不同，可以允许三维摄像系统中的模拟双眼视觉的两台摄像机与被拍摄物体三者之间有不同的距离和夹角，这三者构成的三角形不一定是等腰三角形，它们遵从着一定的关系公式。
11.如权利要求10所述的一定的关系公式，其中，公式4:FbSin^ =Fa Sin α。其中设A摄像机的像距+焦距为Fa，B摄像机的像距+焦距为Fb，被拍摄物体上的焦点到A的连线Fa与A，B连线的夹角为α，被拍摄物体上的焦点到B的连线Fb与长度为d的Α，B连线的夹角为β。
12.如权利要求10所述的一定的关系公式，其中，公式5:Fa Cos α+Fb Cos β = d，d 为双摄像镜头的感光装置的两个感光平面中心的距离。
13.如权利要求10所述的一定的关系公式，其中，公式6:Tan β (d_Fa Cos α ) =Fa Sin α 。
14.如权利要求1所述的可转视角双镜头三维摄像机，其中，包含可转视角双镜头三维摄像机的机位角度与焦距的自动调整的随动驱动及控制装置。
15.如权利要求10-14所述的一定的非等腰三角形关系公式和算法，其中，包含在分立的三维摄像系统装置中，机位角度与焦距的自动调整的随动驱动及控制装置是通过三维摄像机控制系统发出的电子信号控制分别固定在三角支架上的微步进电机和齿轮箱驱动机位转动角度的。
16.如权利要求14所述的可转视角双镜头三维摄像机中，其中，可转视角双镜头三维摄像机的机位角度与焦距的自动调整的随动驱动及控制装置的原理和方法。
17.如权利要求14所述的可转视角双镜头三维摄像机，其中，包含三维摄像系统中的双摄像镜头系统根据各自与被摄像物体的焦距，按照权利要求2-13和权利要求15所述的原理、算法和公式计算，并根据计算结果调整各自的偏转拍摄视角，使得两个摄像镜头的共同焦点始终保持一致。
18.如权利要求1所述的可转视角双镜头三维摄像机，其中，可转视角双镜头三维摄像机的控制系统的焦距与偏转视角的计算和控制功能。
19.如权利要求1所述的可转视角双镜头三维摄像机，其中，包含所述的系统和装置仅是体现这一原理的一种方式，但不限于这种实现方式。
20.如权利要求1-19所述的装置、原理和方法，应用于包括三维摄像机、三维照相机类的产品。
全文摘要
本发明公布了一种可转视角双镜头三维摄像机及其原理、公式算法、方法及装置。其中包含一种实现这一原理的机位角度与焦距的自动调整的随动驱动及控制装置。即，三维摄像系统中的双摄像镜头系统根据各自与被摄像物体的焦距，按照本发明的原理和公式计算，并根据计算结果调整各自的偏转拍摄角度，使得两个摄像镜头的共同焦点始终保持一致。使拍摄的影像更清晰并且符合人类视觉习惯。解决了在三维动态摄像过程中，人工调整或采用固定的平行的双镜头三维摄像机造成的三维影像散焦和图像非常里性失真的问题。主要应用于专业的三维实景电影、电视摄像、三维实景照相系统设备，以及消费类小型个人手持三维摄像机、三维照相机产品中。
文档编号G03B35/08GK102262345SQ20111016638
公开日2011年11月30日 申请日期2011年6月21日 优先权日2011年6月21日
发明者李 杰, 李若森 申请人:李 杰, 李若森