立体拍照装置及物体三维重现方法与流程

本发明涉及立体拍照技术和物体三维重现技术领域，具体涉及立体拍照装置及物体三维重现方法。

背景技术：

立体拍照是指表现目标物体三维空间的一种拍照方法。通过拍摄多幅不同视点的照片，并经过软件处理，模拟目标物体的三维效果。一般而言，对目标物体拍摄的图片质量越高、角度越多，经过软件处理后，目标物体的三维效果越逼真。

在现有技术中，有的采用多镜头的立体照相机实现立体拍照，但立体照相机价格昂贵，并且，对于相同距离不同角度的拍照只能依靠手工移动立体照相机拍照的方式实现，拍照距离很难精确控制，拍照操作要手动完成；还有的采用普通单镜头照相机安装在拍照装置上实现立体拍照。以下描述现有常见的立体拍照装置：

在现有技术中，参考中国发明专利申请(申请号：201711411428.5)所描述的“多轨道立体拍照空间”，该发明中公开了一种多轨道立体拍照空间，拍照空间是由多根圆弧形轨道均匀分布组成的球型空间，照相机可沿圆弧形轨道运动。该项发明虽可实现对目标物体的多角度拍照，但其不可避免的缺点在于:(1)需要手动完成照相机在圆弧形轨道上的位置移动，使照相机的位置难以精确控制，拍照操作人员的工作量大；(2)照相机只能沿圆弧形轨道运动，使立体拍照只能实现某些固定角度的拍照；(3)对目标物体的拍照动作需要手动完成，使拍照操作人员的工作量大；(4)拍照获得的图片中，除了有目标物体的影像，还存在拍照装置的影像，使图片的后期处理工作量大、难度高。

在现有技术中，参考中国实用新型专利(申请号：201620901004.1)所描述的“一种可以360度立体拍照的机器人”，该实用新型专利公开了一种可以360度立体拍照的机器人，以拍摄对象安置区为中心同心设置了数道环形轨道，拍照机器人可在环形轨道上行走。该实用新型专利的技术可实现围绕拍摄对象360度旋转拍照的功能，但其不可避免的缺点在于：(1)拍照机器人只能沿环形轨道运动，使立体拍照只能实现某些固定角度的拍照；(2)拍照机器人需要无线遥控器控制才能在环形轨道上行走，不能实现不同位置，不同角度的自动拍照，使拍照操作人员工作量大；(3)拍照获得的图片中，除了有目标物体的影像，还存在拍照装置的影像，使图片的后期处理工作量大、难度高。

在现有技术中，参考中国实用新型专利(申请号：201720328643.8)所描述的“一种立体拍照辅助装置”，该专利中公开了一种立体拍照辅助装置，包括支撑板和设置在支撑板上的弧形导槽，导槽内设置有一可沿导槽滑动的移动机构，移动机构上通过相机安装平台安装有照相机。该项专利虽可实现对目标物体多角度拍照的功能，但其不可避免的缺点在于：(1)需要手动完成照相机在弧形导槽上的位置移动，使照相机的位置难以精确控制，拍照操作人员的工作量大；(2)照相机只能沿弧形导槽运动，使立体拍照只能实现某些固定角度的拍照，特别是不能实现俯视角度和仰视角度的拍摄；(3)对目标物体的拍照动作需要手动完成，使拍照操作人员的工作量大。

技术实现要素：

本发明的目的在于：针对立体拍照中如何拍摄出高质量、多角度的图片，并根据所拍摄的图片获得目标物体三维重现的问题，提供立体拍照装置及物体三维重现方法。

本发明采用以下技术方案：

一种立体拍照装置，其特征在于：包括支撑部件、第一转轴、转动架、转动架驱动部件、第二转轴、中心转台部件、相机支架和照相机；第一转轴水平地设置在支撑部件上，转动架设置在第一转轴上；转动架驱动部件设置在支撑部件上，且转动架驱动部件与第一转轴连接；第二转轴竖直地设置在支撑部件上，中心转台部件设置在第二转轴上；照相机通过相机支架安装在转动架上。转动架驱动部件能够驱动第一转轴旋转，从而带动转动架旋转；中心转台部件能够旋转。在使用时，被拍摄的目标物体放置在中心转台部件上，照相机的镜头对准目标物体；转动架旋转时，转动架上的照相机绕目标物体旋转，从而能够获取目标物体的水平视角、不同的俯视视角和不同的仰视视角的图像；中心转台部件旋转时，目标物体随中心转台部件一起旋转，从而使照相机能够获取目标物体的不同角度的图像。

进一步地，支撑部件包括第一支撑板、第二支撑板、回形框和承重板，第一支撑板和第二支撑板平行设置，回形框的两侧分别与第一支撑板的底端、第二支撑板的底端连接，承重板的两侧分别与第一支撑板的上部、第二支撑板的上部连接；第一转轴包括第一转轴a和第一转轴b两部分，其中第一转轴a水平地设置在第一支撑板上，第一转轴b水平地设置在第二支撑板上，且第一转轴a和第一转轴b在水平方向上共线；转动架为“u”字型杆，转动架的一侧杆设置在第一转轴a上，转动架的另一侧杆设置在第一转轴b上；第二转轴竖直地设置在承重板的中心处。

进一步地，转动架驱动部件包括第一电机，第一电机安装在第一支撑板上，第一电机的输出轴与第一转轴a连接。

进一步地，转动架驱动部件包括第一电机和减速机，减速机安装在第一支撑板上，第一电机安装在减速机上，第一电机的输出轴与减速机的输入轴连接，减速机的输出轴与第一转轴a连接。

进一步地，转动架驱动部件包括第一电机、第一齿轮和第二齿轮，第一电机安装在第一支撑板上，第一电机的输出轴与第一齿轮连接，第二齿轮与第一转轴a连接，第一齿轮与第二齿轮啮合。

进一步地，中心转台部件包括转盘、第三齿轮和第二电机，转盘设置在第二转轴上，转盘的侧面设有齿，第三齿轮套接在第二电机的输出轴上，第三齿轮与转盘侧面的齿啮合。

进一步地，还包括配重部件，配重部件用于加强整个装置的平衡性，使整个装置更稳定，配重部件具体包括第一配重块和第二配重块，第一配重块设置在转动架一侧杆的端部，第二配重块设置在转动架另一侧杆的端部。

再进一步地，还包括至少一个传感器，所述的传感器用于检测转动架的角度和转盘的角度，传感器的连接形式可以是以下结构中的一种或多种：

(a)所述的传感器具体包括第一传感器，第一传感器为角度测量传感器，第一传感器与第一转轴连接，用于实时检测转动架的角度；

(b)所述的传感器具体包括第二传感器，第二传感器为角度测量传感器，第二传感器与第二转轴连接，用于实时检测转盘的角度；

(c)所述的传感器具体具体包括第三传感器和第四传感器，第三传感器和第四传感器均为接近开关传感器，第三传感器安装在转动架为水平状态时的一侧杆旁，第三传感器用于检测转动架是否处于水平状态；第四传感器安装在转动架为竖直状态时的一侧杆旁，第四传感器用于检测转动架是否处于竖直状态。

更进一步地，还包括控制电路，所述的控制电路具体包括中央处理模块、输入模块、传感器信号调理模块、第一电机驱动模块、第二电机驱动模块、相机控制模块、显示模块和电源模块，输入模块、传感器信号调理模块、第一电机驱动模块、第二电机驱动模块、相机控制模块、显示模块均与中央处理模块连接，传感器信号调理模块与传感器连接，第一电机驱动模块与第一电机连接，第二电机驱动模块与第二电机连接，相机控制模块与照相机连接，电源模块提供电路的供电电源，其中：

中央处理模块，是控制电路的核心，中央处理模块通过输入模块接收输入信号；中央处理模块通过传感器信号调理模块采集传感器的数据；中央处理模块控制显示模块并显示所述的立体拍照装置的状态信息和数据信息；中央处理模块通过第一电机驱动模块控制第一电机的转动，中央处理模块通过第二电机驱动模块控制第二电机的转动；中央处理模块通过相机控制模块控制照相机的拍照操作；

输入模块，用于向中央处理模块输入信号，所述的输入信号主要包括自检信号、参数设置信号、启动拍照信号和回零信号；

传感器信号调理模块，连接传感器并将传感器输出的电信号转换为中央处理模块可识别的信号；

第一电机驱动模块，连接第一电机，中央处理模块通过第一电机驱动模块控制第一电机的转动；

第二电机驱动模块，连接第二电机，中央处理模块通过第二电机驱动模块控制第二电机的转动；

相机控制模块，连接照相机，中央处理模块通过相机控制模块控制照相机的拍照操作；

显示模块，用于显示所述的立体拍照装置的状态信息和数据信息。

再进一步地，中央处理模块、输入模块、传感器信号调理模块、第一电机驱动模块、第二电机驱动模块、相机控制模块和显示模块可以部分集成或全部集成。

一种物体三维重现方法，根据上述的立体拍照装置，包括以下步骤：

s1、中央处理模块接收输入模块输入的自检信号，中央处理模块通过控制第一电机和第二电机的转动完成所述装置的自检动作，自检动作完成后，转动架处于水平位置，转盘处于初始状态；

s2、中央处理模块接收输入模块输入的参数设置信号，参数设置信号用于设置转动架的起始角度、结束角度和转角间隔，所述的参数设置信号还用于设置转盘的当前角度、转角间隔、间歇时间和旋转方向；

s3、中央处理模块接收输入模块输入的启动拍照信号，中央处理模块控制第一电机的转动使转动架到达起始角度；

s4、中央处理模块控制第二电机的转动使转盘进行间歇转动，中央处理模块在转动间歇时间内控制照相机完成对放置于转盘上的目标物体拍照并记录当前的角度信息，直到转盘旋转完一周；

s5、中央处理模块根据所设置的参数控制第一电机转动并使转动架旋转一定角度；

s6、重复步骤s4和s5，直到转动架到达结束角度；

s7、中央处理模块接收输入模块输入的回零信号，中央处理模块通过控制第一电机和第二电机的转动完成所述装置的回零动作，回零动作完成后，转动架处于水平位置，转盘处于初始状态；

s8、对所拍摄的每一张图片进行处理，去除背景等非目标物体图像的信息，并增加统一色调的背景信息；

s9、将处理后的图片导入三维重现软件，该软件根据鼠标或键盘的控制，调取不同角度值的图片，实现目标物体的三维重现。

进一步地，在步骤s1～s7中，中央处理模块根据转动架和转盘的角度变化，控制显示模块进行显示数值的更新。

进一步地，在步骤s4～s6中，中央处理模块根据默认设置的参数完成拍照操作。

本发明的原理为：第一支撑板、回形框、第二支撑板和承重板构成立体拍照装置的结构主体；第一电机连接第一转轴或通过减速机连接第一转轴，第一电机还可以通过第一齿轮和第二齿轮连接第一转轴，第一转轴连接转动架，使第一电机可驱动转动架绕水平方向转动；照相机通过相机支架安装在转动架上，转动架的转动使照相机能等距离地在水平视角、各个俯视视角和各个仰视视角对准目标物体；第二电机通过第三齿轮与转盘侧面的齿啮合，第二电机的转动带动转盘转动，目标物体放置在转盘上，转盘的转动使目标物体绕竖直方向转动，使照相机能对准目标物体的各个方位；输入模块向中央处理模块输入信号，中央处理模块通过第一电机驱动模块和第二电机驱动模块分别驱动第一电机和第二电机，第一电机和第二电机协同转动实现了照相机对目标物体的等距离全方位多角度的视角；中央处理模块通过相机控制模块实现相机的自动拍照功能；对所拍摄的每一张图片进行处理，去除背景等非目标物体图像的信息，并增加统一色调的背景信息；将处理后的图片导入三维重现软件，该软件根据鼠标或键盘的控制，调取不同角度值的图片，实现目标物体的三维重现。

本发明具有以下有益效果：本发明的装置结构合理、人机交互友好、操作简便、能实现对目标物体的全方位多角度的高质量自动拍照，对拍照获得的图片简单处理后可以实现目标物体的三维重现功能，具体而言：

1、本发明采用第一电机的转动带动照相机的转动，实现了照相机等距离地在水平角度、各个俯视角度和各个仰视角度对准目标物体，采用第二电机的转动带动目标物体的转动，实现了照相机能对准目标物体的各个方位，结构合理、成本较低；

2、本发明采用输入模块输入控制信号、显示模块显示相关信息，使人机交互友好、操作简便；

3、本发明由采用了中央处理模块通过相机控制模块控制相机的拍照操作，拍照操作自动完成，大大减少了拍照操作人员的工作；

4、本发明采用中央处理模块控制第一电机和第二电机的转动，能精确控制照相机的拍照位置，拍摄的图片质量高，背景单一并易于处理，大大减少了图片的后期处理工作，物体的三维重现效果好。

附图说明

图1为本发明实施例1的拍照装置立体结构示意图。

图2是本发明实施例1的拍照控制电路结构示意框图。

图3是本发明实施例1的中央处理模块电路原理图。

图4是本发明实施例1的电源模块电路原理图。

图5是本发明实施例1的第一电机控制接口和第二电机控制接口电路原理图。

图6是本发明实施例1的相机控制模块电路原理图。

图7是本发明实施例1的液晶触屏通信接口电路原理图。

图8为本发明实施例1的物体三维重现方法操作流程图。

图9是本发明实施例2的拍照装置立体结构示意图。

图10是本发明实施例3的拍照装置立体结构示意图。

图11是本发明实施例4的拍照装置立体结构示意图。

图12是本发明实施例4的拍照控制电路结构示意框图。

图13是本发明实施例4的传感器信号调理模块电路原理图。

图14是本发明实施例5的拍照装置立体结构示意图。

图中主要元件符号说明：1-支撑部件(101-第一支撑板、102-第二支撑板、103-回形框、104-承重板)、2-第一转轴(201-第一转轴a、202-第一转轴b)、3-转动架、4-转动架驱动部件(401-第一电机、402-减速机、403-第一齿轮、404-第二齿轮)、5-第二转轴、6-中心转台部件(601--转盘、602-第三齿轮、603-第二电机)、7-相机支架、8-照相机、9-配重部件(901-第一配重块、902-第二配重块)、10-控制电路(1001-中央处理模块、1002-输入模块、1003-电源模块、1004-第一电机驱动模块、1005-第二电机驱动模块、1006-相机控制模块、1007-显示模块、1008-传感器信号调理模块)、11-传感器(1101-第一传感器、1102-第二传感器、1103-第三传感器、1104-第四传感器)。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例的限制。

实施例1

如图1和图2所示，本发明的一种立体拍照装置，包括支撑部件1、第一转轴2、转动架3、转动架驱动部件4、第二转轴5、中心转台部件6、相机支架7、照相机8、配重部件9和控制电路10。其中，支撑部件1由第一支撑板101、第二支撑板102、回形框103和承重板104组成，第一支撑板101和第二支撑板102平行设置，回形框103的两侧分别与第一支撑板101的底端、第二支撑板102的底端连接，承重板104的两侧分别与第一支撑板101的上部、第二支撑板102的上部连接。第一转轴2由第一转轴a201和第一转轴b202两部分组成，其中第一转轴a201水平地设置在第一支撑板101上，第一转轴b202水平地设置在第二支撑板102上，且第一转轴a201和第一转轴b202在水平方向上共线。第二转轴5竖直地设置在承重板104的中心处。转动架3为“u”字型杆，转动架3的一侧杆设置在第一转轴a201上，转动架3的另一侧杆设置在第一转轴b202上；照相机8通过相机支架7安装在转动架3中部。转动架驱动部件4由第一电机401(型号可以为86byg250h)和减速机402组成，减速机402安装在第一支撑板101上，第一电机401安装在减速机402上，且第一电机401的输出轴连接减速机402的输入轴，减速机402的输出轴与第一转轴2连接；减速机402用于减速，使第一转轴2的转速低于第一电机401的转速。中心转台部件6由转盘601、第三齿轮602和第二电机603(型号可以为57byg250h)组成，转盘601水平放置且设置在第二转轴5上，转盘601的侧面设有齿，第三齿轮403套接在第二电机603的输出轴上，第三齿轮403与转盘601侧面的齿啮合。

配重部件9用于加强整个装置的平衡性，使整个装置更稳定，配重部件9具体包括第一配重块901和第二配重块902，第一配重块901设置在转动架3一侧杆的端部，第二配重块902设置在转动架3另一侧杆的端部。

控制电路10具体包括中央处理模块1001、输入模块1002、电源模块1003、第一电机驱动模块1004、第二电机驱动模块1005、相机控制模块1006和显示模块1007，输入模块1002、第一电机驱动模块1004、第二电机驱动模块1005、相机控制模块1006、显示模块1007均与中央处理模块1001连接，第一电机驱动模块1004与第一电机401连接，第二电机驱动模块1005与第二电机603连接，相机控制模块1006与照相机8连接，电源模块1003提供电路的供电电源，其中：

中央处理模块1001，是控制电路10的核心，中央处理模块1001通过输入模块1002接收输入信号；中央处理模块1001控制显示模块1007并显示所述的立体拍照装置的状态信息和数据信息；中央处理模块1001通过第一电机驱动模块1004控制第二电机603的转动；中央处理模块1001通过第二电机驱动模块1005控制第一电机401的转动，中央处理模块1001通过相机控制模块1006控制照相机8的拍照操作；

输入模块1002，用于向中央处理模块1001输入信号，所述的输入信号主要包括自检信号、参数设置信号、启动拍照信号和回零信号；

第一电机驱动模块1004，连接第一电机401，中央处理模块1001通过第一电机驱动模块1004控制第一电机401的转动；

第二电机驱动模块1005，连接第二电机603，中央处理模块1001通过第二电机驱动模块1005控制第二电机603的转动；

相机控制模块1006，连接照相机8，中央处理模块1001通过相机控制模块1006控制照相机8的拍照操作；

显示模块1007，用于显示所述的立体拍照装置的状态信息和数据信息。

图3为本实施例的中央处理模块1001电路原理图，图4为本实施例的电源模块1003电路原理图，图5为本实施例的第一电机控制接口和第二电机控制接口电路原理图；第一电机控制接口与第一电机驱动器(型号可以为ma860h)构成第一电机驱动模块1004，第二电机控制接口与第二电机驱动器(型号可以为dm542)构成第二电机驱动模块1005，在本实施例中，第一电机驱动模块1004和第二电机驱动模块1005进行了部分集成；图6为本实施例的相机控制模块1006电路原理图，图7为本实施例的液晶触屏通信接口电路原理图；液晶触屏通信接口与液晶触摸屏(型号可以为sdwe070c05)构成输入模块1002和显示模块1007，在本实施例中，输入模块1002与显示模块1007进行了集成。

第二电机603选用步进电机(型号可以为57byg250h)，第一电机401选用步进电机(型号可以为86byg250h)。第二电机603能够驱动转盘601旋转；第一电机401能够驱动第一转轴2旋转，从而带动转动架3旋转。在使用时，被拍摄的目标物体放置在转盘601上，照相机8的镜头对准目标物体；转动架3旋转时，转动架3上的照相机8绕目标物体旋转，从而能够获取目标物体的水平视角、不同的俯视视角和不同的仰视视角的图像；转盘601旋转时，目标物体随转盘601一起旋转，从而使照相机8能够获取目标物体的不同角度的图像。

利用以上所述的立体拍照装置，可以对目标物体进行三维重现，操作方法包括以下步骤(如图8所示，为本实施例的物体三维重现方法操作流程图)：

s1、中央处理模块1001接收输入模块1002输入的自检信号，中央处理模块1001通过控制第二电机603和第一电机401的转动完成所述装置的自检动作，自检动作完成后，转动架3处于水平位置，转盘601处于初始状态；

s2、中央处理模块1001接收输入模块1002输入的参数设置信号，参数设置信号用于设置转动架3的起始角度、结束角度和转角间隔，所述的参数设置信号还用于设置转盘601的当前角度、转角间隔、间歇时间和旋转方向；

s3、中央处理模块1001接收输入模块1002输入的启动拍照信号，中央处理模块1001控制第一电机401的转动使转动架3到达起始角度；

s4、中央处理模块1001控制第二电机603的转动使转盘601进行间歇转动，中央处理模块1001在转动间歇时间内控制照相机8完成对放置于转盘601上的目标物体拍照并记录当前的角度信息，直到转盘601旋转完一周；

s5、中央处理模块1001根据所设置的参数控制第一电机401转动并使转动架3旋转一定角度；

s6、重复步骤s4和s5，直到转动架3到达结束角度；

s7、中央处理模块1001接收输入模块1002输入的回零信号，中央处理模块1001通过控制第二电机603和第一电机401的转动完成所述装置的回零动作，回零动作完成后，转动架3处于水平位置，转盘601处于初始状态；

s8、对所拍摄的每一张图片进行处理，去除背景等非目标物体图像的信息，并增加统一色调的背景信息；

s9、将处理后的图片导入三维重现软件，该软件根据鼠标或键盘的控制，调取不同角度值的图片，实现目标物体的三维重现。

其中，在步骤s1～s7中，中央处理模块1001根据转动架3和转盘601的角度变化，控制显示模块1007进行显示数值的更新。在步骤s4～s6中，中央处理模块1001根据默认设置的参数完成拍照操作。

实施例2

如图9所示，本发明的一种拍照装置，在实施例1的基础上，仅将转动架驱动部件4做出以下修改：转动架驱动部件4只包括第一电机401(省略减速机)，第一电机401安装在第一支撑板101上，第一电机401的输出轴直接与第一转轴2连接。

在本实施例中，第一电机401转动时，直接驱动第一转轴2转动，只需控制第一电机401以较慢的转速转动即可。

实施例3

如图10所示，本发明的一种拍照装置，在实施例1的基础上，仅将转动架驱动部件4做出以下修改：转动架驱动部件4包括第一电机401、第一齿轮403和第二齿轮404，第一电机401安装在第一支撑板101上，第一齿轮403套接在第一电机401的输出轴上，第二齿轮404与第一齿轮403啮合，且第二齿轮404套接在第一转轴2上。

在本实施例中，第二齿轮404与第一齿轮403配合，起到减速的作用。

实施例4

如图11所示，本发明的一种拍照装置，在实施例1的基础上，增加传感器11；相应地，控制电路10中也增加传感器信号调理模块1008(如图12所示，为本实施例的拍照控制电路结构示意框图)，传感器信号调理模块1008与中央处理模块1001连接。传感器信号调理模块1008用于将传感器11输出的电信号转换为中央处理模块1001可识别的信号。传感器11具体包括第一传感器1101和第二传感器1102，第一传感器1101为角度测量传感器(型号可以为rv24yn20sb103)，第一传感器1101与第一转轴b202连接，用于实时检测转动架3的角度；第二传感器1102为角度测量传感器(型号可以为rv24yn20sb103)，第二传感器1102与第二转轴5连接，用于实时检测转盘601的角度。图13为本实施例的传感器信号调理模块1008电路原理图，第一传感器1101和第二传感器1102均与传感器信号调理模块1008连接，传感器信号调理模块1008将第一传感器1101和第二传感器1102的电信号转换为中央处理模块1001可识别的电信号。

在本实施例中，由于增加了第一传感器1101和第二传感器1102，控制电路10根据检测到的角度能够更加精确地控制转动架3和转盘601的旋转角度。

实施例5

如图14所示，本发明的一种拍照装置，在实施例4的基础上，仅对传感器11做出以下修改：传感器11具体包括第三传感器1103和第四传感器1104，第三传感器1103(型号可以为njk-5002c)为接近开关传感器，第三传感器1103安装在转动架3为水平状态时的一侧杆旁，第三传感器1103用于检测转动架3是否处于水平状态；第四传感器1104(型号可以为njk-5002c)为接近开关传感器，第四传感器1104安装在转动架3为竖直状态时的一侧杆旁，第四传感器1104用于检测转动架3是否处于竖直状态。

第三传感器1103和第四传感器1104均与传感器信号调理模块1008连接，传感器信号调理模块1008将第三传感器1103和第四传感器1104的电信号转换为中央处理模块1001可识别的电信号。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。