专利名称：三维影像摄影设备和三维影像摄影机的制作方法
技术领域：
本发明涉及三维(3-D)影像摄影设备和三维影像摄影机，具体而言，本发明涉及通过将前方的被摄物体从左右上下全方位入射，以允许快速地和连续地、从多个视角录制图像，以便单独用肉眼就能产生物体的3-D感觉的三维影像摄影设备和三维影像摄影机。
背景技术：
以前只有通过3-D眼镜观看，才能将通过传统3-D摄影设备捕获的3-D图像感知为三维的，但带上这种3-D眼镜观看立体影像，对用户来说是非常不方便的。
近年来，已经开发出允许使用单个影像(视频)摄影机进行3-D影像录制的设备，这在传统技术中只有通过两个专门的立体影像摄影机的笨拙方式才可能实现。然而，使用这种设备的所产生的一个问题是它的残留影像重影(ghost)(不完整)效应，这种效应是由于偏振片和液晶(下文中称为“LC”)的色彩、光线的不充分传播、LC快门的不完全开关等引起的。而且，由于这种设备将单向镜用作反射镜(50％光线反射的产品)，这种设备使光线入射量减少了给定光线的几乎一半(50％)，所以，即使在通常能够进行满意图像录制的正常室内光线条件下，拍摄的图像也太暗，且具有包含严重噪声(noise)的较差质量。因此必须使用令人讨厌的“3-D眼镜”才能观看，如果不戴“3-D眼镜”就根本看不到是什么。
发明内容
考虑到前面提到的问题，本发明的目的在于提供一种3-D影像摄影设备和3-D影像摄影机(其配备有这种设备)，这种设备能够被容易地装配到常规的影像摄影机上，并容易卸下，而不会妨碍影像摄影机的任何功能，并允许以与二维视频录制相同的亮度和色彩进行3-D图象录制，以便实现单独用肉眼就能实现捕获图象的3-D感觉。
本发明的目的还在于提供一种3-D影像摄影设备，这种设备通过控制上述3-D影像摄影设备的旋转体(以及装配有这种3-D影像摄影设备的影像摄影机的旋转体)，也能录制戴上“3-D眼镜”就能感觉为三维的图像。
为了实现上述目的，本发明提供了一种3-D影像摄影装置，当这种装置被装配到带有物镜的摄影机机身上时，该装置能录制3-D图像，该装置包括空心旋转体；用于旋转上述空心旋转体的驱动装置；第一反射镜，其以相对于光线入射轴的一定角度结合在上述空心旋转体的一端，从而与上述空心旋转体一起进行同步旋转，并反射进入上述空心旋转体的光线；第二反射镜，其与上述空心旋转体(另一端)结合在一起，从而与上述空心旋转体一起进行同步旋转，并反射上述第一反射镜反射的光线，以使被反射的光线进入上述物镜；以及连接部分，其以可装配/可拆卸的方式把上述旋转体驱动装置与上述物镜结合在一起，该旋转体驱动装置包含有上述空心旋转体。
在此，上述第二反射镜平行于上述第一反射镜且与上述第一反射镜隔开一段距离安装。
上述第一和第二反射镜能通过连接部分与上述空心旋转体结合在一起，在这里结合部分以螺纹形式制成，能够提高结合的方便性。
上述旋转体驱动装置可采用一种正转/反转电动机。
上述第一反射镜也能以朝着物镜其半径逐渐减少构成漏斗形状的方式构造，其中第一反射镜被固定在上述旋转体驱动装置上，同时第二反射镜和上述空心旋转体结合在一起，从而与空心旋转体一起进行同步旋转。
上述反射镜呈球面形状，并且上述物镜的前面可以装配透镜或棱镜，用于控制光线入射的宽度。
并且，第一和第二反射镜相对于光线入射轴的角度与相对于物镜的角度一样，可以(优选)是45°。
依照本发明，上述目的也可以通过具有以下特征的3-D影像摄影机实现，这种摄影机包括影像摄影机机身，该机身包含有物镜；空心旋转体；用于旋转上述空心旋转体的驱动装置；第一反射镜，它以相对于光线入射轴的一定角度结合在上述空心旋转体的一端，从而与上述空心旋转体一起进行同步旋转，并反射进入上述空心旋转体的光线；第二反射镜，与上述空心旋转体的另一端结合在一起，从而与上述空心旋转体一起进行同步旋转，同上述第一反射镜一起旋转，这时其位于平行于且与第一反射镜隔开一段距离的位置上，使其以反射光线进入上述物镜的方式反射上述第一反射镜反射的光线；以及连接部分，它把上述旋转体驱动装置同上述物镜以一种可装配/可拆卸的方式结合在一起，该旋转体驱动装置包括有上述空心旋转体。
上述反射镜呈球面形状，并且上述物镜的前面可以装配透镜或棱镜，用于控制入射光线的宽度。
第一和第二反射镜相对于光线的入射轴的角度与相对于物镜的角度一样，可以(优选)是45°。
附图简要说明
图1示出一种根据本发明一个实施例的与影像摄影机结合的3-D摄影设备的示意性结构。
图2是图1中的3-D摄影设备的电动机部分的一个简化截面图。
图3示出一种根据本发明另一个实施例的与影像摄影机结合的3-D摄影设备的示意性结构。
具体实施例方式
下面将参照附图详细描述本发明的优选实施例。
如图1所示，当本发明的3-D摄影设备10与影像摄影机机身80的物镜70结合在一起时，该3-D摄影设备可录制3-D图像。该3-D摄影设备10包括形成用于光线(L)的入射通路的第一反射镜20和第二反射镜30；用于使旋转体旋转的装置；以及空心旋转体40，它可旋转地安装在上述旋转装置内，并同上述第一和第二反射镜(20，30)结合在一起。本实施例可以采用一种通用电动机50作为旋转装置，这种通用电动机能正转也能反转，并能控制停止的角度。
由于附图中描述的影像摄影机机身80是一种常规的通用摄影机，所以省略了关于这种摄像机机身80和物镜70的说明。
第一反射镜20相对于光线的入射轴以一定的角度与空心旋转体40一端结合在一起，例如，该角度是45°。当空心旋转体40被电动机50驱动旋转时，第一反射镜20可以与该空心旋转体40一起进行同步旋转。
在第一反射镜20的对面安装第二反射镜30，并与空心旋转体40结合在一起，也与空心旋转体40一起进行同步旋转。第二反射镜30平行于第一反射镜20安装，与空心旋转体之间配以与第一反射镜20之间一样的角度，例如45°。
因此，当空心旋转体40被电动机50驱动旋转时，第一和第二反射镜(20，30)在上下左右任意360°方向上相互之间维持平行位置关系，在旋转过程中形成了光线(L)入射的通路。也就是说，入射光线(L)首先被第一反射镜20反射，然后再被第二反射镜30反射，以使光线进入影像摄影机机身80的物镜70。在此，与第一反射镜和第二反射镜(20，30)结合的空心旋转体40内部形成空心，以允许被第一和第二反射镜(20，30)反射的光线(L)通过该空心，然后才能进入物镜70。
根据该设备的结构、尺寸和重量、以及想要的旋转数来选择包含有空心旋转体40的电动机50。电动机50安装在空心旋转体40的外边缘，以使空心旋转体40能够旋转。可根据目标的移动速度或其它环境因素来适当地调节旋转速度。
图2是图1中3-D摄影设备的电动机部分50的一个简化截面图。如图2所示，电动机50和常规的电动机一样，包括在其外侧的壳50a和在壳50a内的线圈50b。在线圈50b的内部，设置了能与线圈50b相互作用的空心旋转体40。这样，当提供电力给线圈50b时，电流产生的磁力能使空心旋转体40旋转。如上面所提到的，图2仅示出了电动机的一个简化截面图。电动机50的内部结构可以具有常规电动机的内部结构。
如上所述，图1中的实施例通过以下方式采用第一和第二反射镜(20，30)它们与空心旋转体40结合在一起，从而使它们与空心旋转体40一起进行同步旋转。但是与图1不同，在图3的实施例中的第一反射镜20’从电动机50的圆柱形外壳或沿着圆柱体从固定端以放射形状向外伸出，或以适当的方式固定在电动机50的壳50a的末端。
换句话说，第一反射镜20’以相对于空心旋转体40的一定角度安装在空心旋转体40外周(360°)，形成直径朝着入射光方向逐渐增加的漏斗形状，并且只有与空心旋转体40结合的第二反射镜30旋转。这样的结构也能充分地实现上述期望的效果。
可以通过在上述伸出部分的内侧涂上光反射材料、或通过使用光反射材料制成该伸出部分来制造上述第一反射镜20’。
在上述3-D摄影设备中，第一和第二反射镜(20，30)与空心旋转体40通过连接部分60’结合在一起。包含有空心旋转体40的电动机50与影像摄影机80的物镜70也通过连接部分60结合在一起。
通常，影像摄影机80的物镜70具有范围在25mm到52mm之间的标准内径，其内部的形状是内螺纹的螺旋形。这种标准的内螺纹可以通过螺纹将紫外线滤光器、望远镜头等与物镜结合在一起。因此，首先通过使用物镜的螺纹结合连接部分60，然后使用连接部分60的螺纹结合电动机50，包含有空心旋转体40的电动机50可以与物镜结合在一起。
第一和第二反射镜(20，30)通过连接部分60’与空心旋转体40连接在一起。这里，也可以通过螺纹实现与连接部分60’的结合。
下面给出了根据本发明的3-D摄影设备的操作说明，以下说明不仅适用于第一反射镜20与第二反射镜30一起进行同步旋转(参见图1)的3-D摄影设备10；而且同样适用于图3中仅旋转第二反射镜30的3-D摄影设备。
影像录制一开始，电动机50就开始旋转，使安装在电动机50内的空心旋转体40开始旋转，然后光线(L)被射入物镜70。然而，在光线(L)被第一反射镜20和第二反射镜30反射以后，只有进入光线通路的光线(L)才被允许进入物镜，然后进行录制，其中第一反射镜20和第二反射镜30位于光线通路处。
如果空心旋转体40旋转，那么指向前方的第一反射镜20和指向物镜70的第二反射镜30都在与电动机50的空心旋转体40相同的方向上进行360°的旋转，借此，通过从上下左右不同的方向不断地对目标进行摄影，即可得到目标的3-D图像录制。
这时候，根据旋转速度将其分成每秒多个帧(frame)，通过旋转，重复进行从多个方向的连续拍摄，借此，从多个方向上拍摄的连续再现图像能通过人脑进行3-D识别，例如美国、韩国和日本等国家采用每秒30帧的标准，而欧洲国家采用每秒25帧的标准，但本发明能够同时应用于这两种系统。本发明可以应用于采用任何帧数的各种标准。
图1举例说明本发明的实施例，第一反射镜20和第二反射镜30是可与空心旋转体40分开的部分，都与空心旋转体40结合在一起，从而进行同步旋转，在多个方向进行3-D摄影。而图3举例说明了本发明的另一个实施例，其中第一反射镜20’安装在包含有空心旋转体40的电动机50周围，并且只有第二反射镜30连接到空心旋转体40，以随其进行同步旋转，并接收被安装成在每个位置上都指向前方的第一反射镜20’反射的光线(L)，以再次反射该光线，以便第二反射镜30使反射光线进入物镜70，以最终完成目标的3-D图像录制。
通过快速和连续地重复上述操作，3-D摄影设备10允许通过进行360°旋转左右上下拍摄从前方进入物镜70的光线(L)，从目标图像的多个方向上多视角重复录制。这种对同一目标从多个方向录制的多视角重复图像构成了人脑中的3-D图像。
虽然上面已经就优选实施例描述了本发明，但其思想不局限于此，在此发明范围内可包括多种模式和改变。
例如，相对于目标的角度和目标的聚焦都可以通过调整第一反射镜20的角度来控制。此外，如果使用球面的第一反射镜(未示出)或球面的第二反射镜(未示出)将广角图像反射到物镜70，且这种广角图像通过安装在物镜70前面的放大镜头或棱镜进入物镜70，那么从反射镜到物镜70的进入光线的宽度可以变窄。这样使用小球面反射镜，能有效切断直接进入物镜70的光线，并加宽图像角度。
换句话说，球面反射镜能加宽图像角度，而直接安装在物镜70前面的放大镜头或棱镜可以使光线的宽度变窄。另外，放置在反射镜前面的凹透镜也可以用于代替球面反射镜。
此外，通过适当调整空心旋转体40的旋转速度也可以进行3-D图像的录制，该3-D图像能够通过3-D眼镜观看，也就是，如果空心旋转体40的旋转速度是被如此控制的，即其根据3-D眼镜左/右快门(shutter)的开/关(switching)速度被控制，以便与3-D眼镜的左/右快门的开关一致进行左/右图像的拍摄，那么，也就可能进行能通过3-D眼镜观看的3-D图像的录制。
上面的描述说明了本发明的多个实施例，其中3-D摄影设备10与影像摄影机80分开制造，然后再结合到影像摄影机80上以录制3-D图像。这样，制造商仅生产这种3-D摄影设备，以使这种设备随后可与常规影像摄影机机身80结合在一起。
然而，除此之外，把3-D影像设备与影像摄影机以一体方式制造的3-D影像摄影机(未示出参考标号)也落在本发明的范围内。所谓，3-D影像摄影机表示一种结合体，即诸如图1和图3中说明的3-D摄影设备10与影像摄影机80的结合体。上述用于录制3-D影像的设备的说明对3-D影像摄影机也是有用的。从而省略了对3-D影像摄影机的进一步说明。
工业适用性如上所述，根据本发明的3-D摄影设备和3-D摄影机，不仅能够录制不用3-D眼镜就能观看的3-D图像，还能在与录制二维图像的相同光线条件下，录制亮度和色彩不次于二维图像的3-D图像。
此外，本发明能从根本上解决在常规的3-D影像录制中经常出现的闪烁(flicker)和重影(ghost)效应问题。
由于按照本发明的可装配/可拆卸的3-D摄影设备和3-D摄影机可以容易地录制不用3-D眼镜就能观看的3-D图像，还可以装配到当前通用的二维影像摄影机上，可录制三维影像，将不会对常规影像摄影机的功能造成负面影响。
另外，通过以与3-D眼镜的左/右快门的开关速度保持一致的方式控制空心旋转体的旋转速度，本发明也能录制使用“3-D眼镜”观看的3-D图像。
权利要求
1.三维(3-D)影像摄影设备，当所述设备与包含物镜的摄影机机身结合在一起时，能够录制目标的3-D影像，其包括空心旋转体；用于旋转所述空心旋转体的驱动装置；第一反射镜，当所述第一反射镜以相对于光线入射轴的一定角度与所述空心旋转体的一端结合在一起时，所述第一反射镜与所述空心旋转体一起进行同步旋转，并且反射进入所述空心旋转体的光线；第二反射镜，当所述第二反射镜与所述空心旋转体结合在一起时，所述第二反射镜与所述空心旋转体和所述第一反射镜一起进行同步旋转，接收来自所述第一反射镜的反射光线，且再次反射所述光线，以使所述反射光线进入所述物镜；以及连接部分，所述连接部分以一种可装配/可拆卸的方式将包含有所述空心旋转体的所述旋转体驱动装置和所述物镜结合在一起。
2.根据权利要求1所述的三维影像摄影设备，其中所述第二反射镜平行于所述第一反射镜，并与所述第一反射镜隔开一段距离安装。
3.根据权利要求1所述的三维影像摄影设备，还包括连接部分，用于将所述第一反射镜以及所述第二反射镜与所述空心旋转体结合在一起。
4.根据权利要求1所述的三维影像摄影设备，其中用于旋转所述空心旋转体的所述驱动装置是能够正转和反转的电动机。
5.根据权利要求1所述的三维影像摄影设备，其中所述第一反射镜被固定在所述旋转体驱动装置上，并具有朝着所述物镜其半径逐渐减少的漏斗形状，同时所述第二反射镜与所述空心旋转体结合在一起，并与所述空心旋转体一起进行同步旋转。
6.根据权利要求1所述的三维影像摄影设备，其中所述反射镜呈球面形状，且所述物镜的前方能设置透镜或棱镜，以控制所述光线入射的宽度。
7.根据权利要求1所述的三维影像摄影设备，其中所述第一反射镜和所述第二反射镜相对于光线入射轴的角度与相对于所述物镜的角度一样，都是45°。
8.三维(3-D)影像摄影机，包括包含有物镜的影像摄影机机身；空心旋转体；用于使所述空心旋转体旋转的驱动装置；第一反射镜，当所述第一反射镜以相对于光线入射轴的一定角度与所述空心旋转体的一端结合在一起时，所述第一反射镜与所述空心旋转体一起进行同步旋转，并且反射进入所述空心旋转体的光线；第二反射镜，当所述第二反射镜与所述空心旋转体的另一端结合在一起时，所述第二反射镜与所述空心旋转体以及所述第一反射镜一起进行同步旋转，接收来自所述第一反射镜的反射光线，并再次反射所述光线，以使所述反射光线进入所述物镜，同时所述第二反射镜平行于所述第一反射镜，并与所述第一反射镜隔开一段距离设置；以及连接部分，所述连接部分将包含有所述空心旋转体的所述旋转体驱动装置与所述物镜结合在一起。
9.根据权利要求8所述的三维影像摄像机，其中所述反射镜呈球面形状，且所述物镜的前方能设置透镜或棱镜，以控制所述光线入射的宽度。
10.根据权利要求8所述的三维影像摄像机，其中所述第一反射镜和所述第二反射镜相对于光线入射轴的角度与相对于所述物镜的角度一样，都是45°。
全文摘要
本发明涉及三维(3－D)影像摄影设备和三维影像摄影机，这种三维影像摄影设备和三维影像摄影机的目的在于使用普通的影像摄影机录制立体3－D图像。使用这种设备录制立体3－D图像，可以不用3－D眼镜仅通过肉眼就能感觉到三维图像，这种三维图像具有与用立体2－D录制的图像相同的色彩和亮度。
文档编号H04N5/225GK1502056SQ02808161
公开日2004年6月2日 申请日期2002年4月13日 优先权日2001年4月14日
发明者姜承延 申请人:姜承延