专利名称：多模式立体三维摄像头系统的制作方法
技术领域：
本发明属于立体摄影术领域，尤其涉及一种用于可在计算机系统或视频应用软件 中生成2D/3D图像的摄/录像系统。
背景技术：
三维立体视觉是随着计算机技术的发展而迅速普及的一项技术，与传统的二维图 像相比可以提供更多的空间信息，因此现已广泛的应用于各个领域。立体视觉技术的发展历史就是立体成像和显示技术的发展历史。现实世界是真正的三维立体世界，为了再现三维的物体，目前大致有四类方法利 用双目视的体视对技术、计算机图形学方法、全息图构造方法、空间立体显示技术。其中，体视对技术利用双目视差，对要显示的物体，构造左右眼图像对，利用人脑 视神经的处理来实现具有纵向深度的三维图像。体视对技术是目前3D显示技术中起源最早、发展得最完善的技术，也是现在应用 最广泛的3D显示技术。其中利用立体眼镜和显示器结合，就能得到3D效果，其基本原理都 是观察者戴上立体眼镜观察，使进入左眼的光只受左眼镜片的影响，进入右眼的光只受右 眼镜片的影响，从而使双眼获得具有立体视差的两幅图像。根据针孔成像模型，为了通过像点坐标唯一的确定世界三维坐标，就必须通过两 个或者多个摄像机来共同完成。通过两个相隔一定距离的摄像机来实现对3D场景成像，就 是双目成像，也叫立体视觉成像。与人的双眼观看3D景物相同，摄像机拍摄景物时，先把两部摄像机的光轴汇聚于 感兴趣的物体上，称两部摄像机光轴的交点为汇聚点。汇聚点到摄像机光心连线(基线) 中心的距离为汇聚距离。汇聚距离为无限远时的双目立体视觉系统称为平行式立体视觉模 型；汇聚距离为有限时的立体视觉系统称为汇聚式立体视觉模型。
公开日为2007年2月14日，公开号为CN 1912736A的中国专利中公开了一种“立
体数码摄像装置及方法”，其采用两套相同规格的数码相机或数码摄像机组件组装在一起 拍摄立体影像，两控制系统统一控制，两摄像镜头相距6 20公分，平行对准前方。左右两 组件的电子目镜取景器分别供左右眼观看，直接获得立体影像。两系统具有视频播放功能， 可输出立体视频信号。综上所述可见，现有的3D摄像装置或系统，存在如下问题1)不能实时显示左右摄像头所拍摄的图像；2)不能实时分别调节拍摄的左右图像；3)各种不同的用户，其观看/显示的设备不同，需要多种显示方式，而现有技术都 是采用专门的软件或图像处理单元对采集图像进行处理生产单一的3D视频输出，采用专 门的设备/装置，整体成本较高；4)不能与现有的各种实时聊天软件兼容，不适用于普通使用者。由于现有技术的上述缺陷，限制了其应用范围的推广。
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此外，目前国内外市场上电脑摄像头成的像基本上都是二维的，也就是平面的，没 有深度的感觉。但是电脑摄像头的价格不断下降，图像清晰度不断提高，让电脑摄像头成为十分 流行的产品。如果能利用现有的低价的摄像头，实时调节/输出有深度感觉的、多模式输出的 立体三维图像，将有革新性的意义；同时，如能利用现有的各种流行的聊天软件工具，像MSN LIVE MESSENGER、SKYPE、QQ等等，让网络聊天进入三维的空间，让普通用户可以录制自己的 三维录像，留下美好的回忆，又不需花费大，那么产业化的前景也是十分好的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种多模式立体三维摄像头系统，其面向广大 的普通用户，采用成本低廉的硬件构成，可实时调节/输出图像，多模式输出，可广泛适应 各种不同的观看/显示设备，可与现有的各种常用聊天软件无障碍地完美结合。本发明的技术方案是提供一种多模式立体三维摄像头系统，包括计算机、安装在 计算机中的操作系统和至少两个摄像头，其特征是当所述的三维摄像头系统启动后，进行 相应的选择/预设定和系统初始化，启动初始化时所选中的摄像头，通过计算机操作系统 底层程序的调用，将所选中的两个摄像头生成一个虚拟摄像设备，并生成/加载相应的虚 拟摄像设备驱动程序，再分别对两个所选中的摄像头进行同步图像采集，分别生成相对应 的左、右眼三色原图，将所采集的三色原图暂存在计算机内存的指定地址中，按照预设定的 视频输出模式对三色原图进行相应的图像数据处理，合成所需要的输出图像并输出。前述的摄像头采用USB或FireWire/IEEE1394方式与计算机连接。前述的选择/预设定至少包括摄像头的选择/视频输出模式的预设定。前述的预设定的视频输出模式至少包括只有左摄像头图、只有右摄像头图、左右 两边同图、上下两边同图、图中图、彩色3D、灰色3D、真实3D、2D in 3D,3D in 2D或双边图。前述的计算机操作系统包括Windows操作系统。前述的系统底层程序的调用包括基于Directshow的Filter，其在用户模式下在 包装Filter内部完成与硬件驱动程序的交互和内核模式下的数据传输。在所述的初始化时如未对摄像头进行选择，则自动选取系统默认的摄像头。进一步地，所述的图像数据处理在左右两边同图、上下两边同图或双边图视频输 出模式中至少包括，在计算机内存中开辟一块与原图大小相同的内存区域，左摄像头图和 右摄像头图分别同时被对应缩小后，将缩小后的左摄像头图拷贝到对应于原图左边或上部 所对应的内存区域，将缩小后的右摄像头图拷贝到对应于原图右边或下部所对应的内存区 域，然后合成输出显示图形。或者，所述的图像数据处理在2D in 3D视频输出模式中至少包括，在计算机内存 中开辟一块与原图大小相同的内存区域，将左摄像头图的红成分图和右摄像头图的蓝成分 图，合成为与原图大小相同的红青图；然后，将左摄像头原图缩小后，拷贝到红青图中某一 区域所对应的内存中，然后合成输出显示图形。或者，所述的图像数据处理在图中图视频输出模式中至少包括，在计算机内存中 开辟一块与原图大小相同的内存区域，将左摄像头图缩小后拷贝到右摄像头图中某一区域
4所对应的内存中，然后合成输出显示图形。此外，所述的摄像头在水平面方向和距离可任意调节，以获得不同的深度感和/ 或聚焦不同物件。与现有技术比较，本发明的优点是1.通过计算机操作系统底层程序的调用，将所选中的两个摄像头生成一个虚拟摄 像设备，将摄取的图像、处理过程中的图像以及待输出图像暂存在计算机的内存中，大大加 快了图像处理的时间，使得实时图像显示/调节成为可能；2.具有多种输出模式，可广泛适应各种不同的观看/显示设备；3.利用现有的低价的摄像头和现有的各种流行的聊天软件工具，让网络视频/聊 天进入三维的空间。
具体实施例方式下面对本发明做进一步说明。本发明所述的多模式立体三维摄像头系统，包括计算机、安装在计算机中的操作 系统和至少两个摄像头，当所述的三维摄像头系统启动后，进行相应的选择/预设定和系 统初始化，启动初始化时所选中的摄像头，通过计算机操作系统底层程序的调用，将所选中 的两个摄像头生成一个虚拟摄像设备，并生成/加载相应的虚拟摄像设备驱动程序，再分 别对两个所选中的摄像头进行同步图像采集，分别生成相对应的左、右眼三色原图，将所采 集的三色原图暂存在计算机内存的指定地址中，按照预设定的视频输出模式对三色原图进 行相应的图像数据处理，合成所需要的输出图像并输出。前述的摄像头采用USB或FireWire/IEEE1394方式与计算机连接。前述的选择/预设定至少包括摄像头的选择/视频输出模式的预设定。前述的预设定的视频输出模式至少包括只有左摄像头图、只有右摄像头图、左右 两边同图、上下两边同图、图中图、彩色3D、灰色3D、真实3D、2D in 3D,3D in 2D或双边图。前述的计算机操作系统包括Windows操作系统。前述的系统底层程序的调用包括基于Directshow的Filter，其在用户模式下在 包装Filter内部完成与硬件驱动程序的交互和内核模式下的数据传输。在所述的初始化时如未对摄像头进行选择，则自动选取系统默认的摄像头。进一步地，所述的图像数据处理在左右两边同图、上下两边同图或双边图视频输 出模式中至少包括，在计算机内存中开辟一块与原图大小相同的内存区域，左摄像头图和 右摄像头图分别同时被对应缩小后，将缩小后的左摄像头图拷贝到对应于原图左边或上部 所对应的内存区域，将缩小后的右摄像头图拷贝到对应于原图右边或下部所对应的内存区 域，然后合成输出显示图形。或者，所述的图像数据处理在2D in 3D视频输出模式中至少包括，在计算机内存 中开辟一块与原图大小相同的内存区域，将左摄像头图的红成分图和右摄像头图的蓝成分 图，合成为与原图大小相同的红青图；然后，将左摄像头原图缩小后，拷贝到红青图中某一 区域所对应的内存中，然后合成输出显示图形。或者，所述的图像数据处理在图中图视频输出模式中至少包括，在计算机内存中 开辟一块与原图大小相同的内存区域，将左摄像头图缩小后拷贝到右摄像头图中某一区域
5所对应的内存中，然后合成输出显示图形。此外，所述的摄像头在水平面方向和距离可任意调节，以获得不同的深度感和/ 或聚焦不同物件。DirectShow是微软公司在ActiveMovie和Video for Windows的基础上推出的新 一代基于COM的流媒体处理的开发包，与DirectX开发包一起发布。目前，DirectX最新版 本为9. 0。DirectShow为多媒体流的捕捉和回放提供了强有力的支持。运用DirectShow，我 们可以很方便地从支持WDM驱动模型的采集卡上捕获数据，并且进行相应的后期处理乃至 存储到文件中。它广泛地支持各种媒体格式，包括4#、1^叩^“、0￥、1^3、1￡^5等等，使得 多媒体数据的回放/存取变得更加方便。另外，DirectShow 还集成了 DirectX 其它部分(比如 DirectDraw、DirectSound) 的技术，直接支持DVD的播放，视频的非线性编辑，以及与数字摄像机的数据交换。DirectShow使得媒体重放、格式转换和捕捉的任务变得简单。同时，它为需要自定 义的解决方案的应用程序提供了对底层流控制结构的访问。本立体三维摄像头驱动程序实际上是一虚拟摄像头。安装好了以后，可当真的摄 像头使用，其从上述两只实质存在的摄像中取实时的图像，进行合成处理，输出多种(目前 12种)不同的视频混合效果，如左眼录像，右眼录像，图中图，边靠边，彩色3D录像，灰色3D 录像和真实3D录像，2D in 3D, 3D in 2D，上下录像等等；适用于不同的三维观看方式，如红 青眼镜观看方式，对眼无眼镜观看方式，2D和3D共存观看方式等等。除了作三维摄像头外，如拆开，利用软件的二维的输出模式，如图中图，边靠边，也 可做多人和多角度的聊天工具。本发明的独特性在于其能将一对普通的摄像头转成立体三维摄像头，用于视频聊 天，和许多聊天软件兼容，也可用于录制3D录像。由于该立体三维摄像头系统在水平面方向和距离可调，使用者可有许多的自由度 去调不同的深度感和聚焦不同物件。综上所述，由于本发明的技术方案面向广大的普通用户，采用成本低廉的硬件构 成，可实时调节/输出图像，具有多种输出模式，可广泛适应各种不同的观看/显示设备，可 与现有的各种常用聊天软件无障碍地完美结合。本发明可广泛用于2D/3D图像摄录/处理/输出领域。
权利要求
一种多模式立体三维摄像头系统，包括计算机、安装在计算机中的操作系统和至少两个摄像头，其特征是当所述的三维摄像头系统启动后，进行相应的选择/预设定和系统初始化，启动初始化时所选中的摄像头，通过计算机操作系统底层程序的调用，将所选中的两个摄像头生成一个虚拟摄像设备，并生成/加载相应的虚拟摄像设备驱动程序，再分别对两个所选中的摄像头进行同步图像采集，分别生成相对应的左、右眼三色原图，将所采集的三色原图暂存在计算机内存的指定地址中，按照预设定的视频输出模式对三色原图进行相应的图像数据处理，合成所需要的输出图像并输出。
2.按照权利要求1所述的多模式立体三维摄像头系统，其特征是所述的摄像头采用 USB或Firewire/IEEE1394方式与计算机连接。
3.按照权利要求1所述的多模式立体三维摄像头系统，其特征是所述的选择/预设定 至少包括摄像头的选择/视频输出模式的预设定。
4.按照权利要求1所述的多模式立体三维摄像头系统，其特征是所述的预设定的视频 输出模式至少包括只有左摄像头图、只有右摄像头图、左右两边同图、上下两边同图、图中 图、彩色3D、灰色3D、真实3D、2D in 3D,3D in 2D或双边图。
5.按照权利要求1所述的多模式立体三维摄像头系统，其特征是所述的计算机操作系 统包括Windows操作系统；所述的系统底层程序的调用包括基于Directshow的Filter，其 在用户模式下在包装Filter内部完成与硬件驱动程序的交互和内核模式下的数据传输。
6.按照权利要求1所述的多模式立体三维摄像头系统，其特征是在所述的初始化时如 未对摄像头进行选择，则自动选取系统默认的摄像头。
7.按照权利要求1或4所述的多模式立体三维摄像头系统，其特征是所述的图像数据 处理在左右两边同图、上下两边同图或双边图视频输出模式中至少包括，在计算机内存中 开辟一块与原图大小相同的内存区域，左摄像头图和右摄像头图分别同时被对应缩小后， 将缩小后的左摄像头图拷贝到对应于原图左边或上部所对应的内存区域，将缩小后的右摄 像头图拷贝到对应于原图右边或下部所对应的内存区域，然后合成输出显示图形。
8.按照权利要求1或4所述的多模式立体三维摄像头系统，其特征是所述的图像数据 处理在2D in 3D视频输出模式中至少包括，在计算机内存中开辟一块与原图大小相同的内 存区域，将左摄像头图的红成分图和右摄像头图的蓝成分图，合成为与原图大小相同的红 青图；然后，将左摄像头原图缩小后，拷贝到红青图中某一区域所对应的内存中，然后合成 输出显示图形。
9.按照权利要求1或4所述的多模式立体三维摄像头系统，其特征是所述的图像数据 处理在图中图视频输出模式中至少包括，在计算机内存中开辟一块与原图大小相同的内存 区域，将左摄像头图缩小后拷贝到右摄像头图中某一区域所对应的内存中，然后合成输出 显示图形。
10.按照权利要求1所述的多模式立体三维摄像头系统，其特征是所述的摄像头在水 平面方向和距离可任意调节，以获得不同的深度感和/或聚焦不同物件。
全文摘要
一种多模式立体三维摄像头系统，属立体摄影术领域。包括计算机、安装在计算机中的操作系统和至少两个摄像头，当三维摄像头系统启动后，启动初始化时所选中的摄像头，将选中的两个摄像头生成一个虚拟摄像设备，分别对两个所选中的摄像头进行同步图像采集，分别生成相对应的左、右眼三色原图，将所采集的三色原图暂存在计算机内存的指定地址中，按照预设定的视频输出模式对三色原图进行相应的图像数据处理，合成所需要的输出图像并输出。其采用成本低廉的硬件构成，可实时调节/输出图像，具有多种输出模式，可广泛适应各种不同的观看/显示设备，可与现有的各种常用聊天软件无障碍地结合。可广泛用于2D/3D图像摄录/处理/输出领域。
文档编号H04N13/02GK101854559SQ20091004877
公开日2010年10月6日 申请日期2009年4月3日 优先权日2009年4月3日
发明者何长缨 申请人:锐选自动化科技(上海)有限公司