用于电影虚拟化制作的可控俯仰角全景摄影系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种用于电影虚拟化制作的可控俯仰角全景摄影系统，属于摄影机控制技术领域。包括多台摄影机，以及全景摄影系统支架；全景摄影系统支架包括：脚架、云台、多机托板、摄影机俯仰调整部件以及摄影机快装部件；多机托板固定在云台顶端，摄影机与快装部件以及摄影机俯仰调整部件依次连接，并且每组摄影机俯仰调整部件的底部均固定在多机托板上，可在不增加系统总分辨率的前提下，将每一台摄影机的俯仰拍摄角度变为可调，使其可以根据机位、拍摄景物等条件精确、灵活的控制，从而等效于获得更加宽广的动态垂直视角。
【专利说明】
用于电影虚拟化制作的可控俯仰角全景摄影系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种全景摄影系统，具体的说一种可控俯仰角的全景摄影系统，属于摄影机控制技术领域。
【背景技术】
[0002]电影虚拟化制作已经成为未来电影摄制技术的主要发展方向，而全景背景影像的摄制技术成为一项亟需解决的主要技术难点。
[0003]电影虚拟化制作技术是将虚拟摄影、虚拟场景建模、虚拟角色动画、实时摄影机跟踪、实时渲染、实时合成以及实时预演等技术融入电影制作流程，整合传统电影制作各个环节，从而提高电影生产效率、实现制作全流程的仿真、预演、规划等功能的各类技术的总称。
[0004]随着电影拍摄技术和计算机科技水平的发展。数字特技制作在电影制作环节中所占比重越来越大。传统的电影特技是通过拍摄真实背景在绿幕或蓝幕前拍摄前景，然后后期通过抠像进行合成，或者完全使用计算机进行背景的绘制、三维角色的创作，最终合成。传统的电影特效制作方式在拍摄现场无法看到电影最终的画面，完全凭借主创人员的经验在绿幕前拍摄，如果出现问题只能在后期阶段发现。
[0005]在电影虚拟化制作过程中所用到的景物资产主要包含三个类别:一是与被摄主题(演员)有直接接触或有遮挡关系的景物，这类景物一般是摄影棚内的真实景物为主，距主体0-10米范围内；二是通过三维技术建立的虚拟三维景物，这类景物一般距主体10-100米范围；三是通过全景拍摄获得的二维背景影像，这类景物一般距主体距离超过100米。本专利所指全景摄影系统用于第三类资产的拍摄。
[0006]全在电影虚拟化摄制过程中，全景背景影像用于场景中远景景物的预览。景背景影像一般采用多台摄影机同时拍摄，利用后期技术对多机画面进行融合、拼接，从而得到完整的全景影像。
[0007]电影虚拟化制作对全景背景影像的需求通常包括:
[0008]?每秒24帧动态影像拍摄能力。
[0009].单机拍摄分辨率不低于4K。
[0010]?可实现360°水平视角拍摄。
[0011]?垂直视角尽可能大，最小不低于45°。
[0012].角度分辨率不低于45像素/度。
[0013]由于电影虚拟化制作对全景背景具有一定特殊的需求，所以可以根据其特殊需求设计技术方案，从而得到最优化的系统。
[0014]全景背景在电影虚拟化制作过程中主要用于远景的预览，前文已经分析过，只有大约100米之外的景物才可以使用二维全景影像，而100米之内的景物一般采用虚拟三维模型或者实景模型。基于此用途，在全景影像拍摄过程中，应尽量回避前景物体，重点拍摄远景物体。如果在全景影像画面中出现中、近景物体，画面中、近景物体会与三维模型甚至实景模型发生重叠、遮挡等关系，从而造成透视上的错误，进而影响预览效果。
[0015]在常规水平拍摄情况下，地平线处于画面中间位置，地平线以下地面部分绝大部分的面积均处于中、近景范围，在预览过程中不能很好的加以利用，一般情况下，中、近景地面在预览过程中由三维虚拟模型或实景替代。
[0016]如果只进行水平拍摄，也就是俯仰角度不可调，会造成两方面的损失:一是画面中有接近一半的面积被浪费，不能直接应用于影片拍摄;二是严重影响整个系统的有效垂直视角，造成垂直视角的巨大浪费，在某些情况下会出现不能将拍摄主体全部记录下来的情况。
[0017]为了解决以上问题，可采用两种方案。第一种方案是在保持每台摄影机水平拍摄的前提下，适当增加摄影机数量，即增加全景拍摄系统整体物理分辨率，再采取适合的摄影机分布方式，从而进一步获得更加宽广的垂直视角。但是这种方案的代价是增加了系统复杂性，降低了系统可靠性，增加了系统成本，增加了系统体积和重量，加大了拍摄难度。同时，由于仍然采用水平拍摄，画面中仍有接近一半的内容处于中近景，是不能使用的，造成资源的浪费，所以此方案并不适合电影虚拟化制作的实际需求。
[0018]方案二即是本实用新型提出的思路:是在不增加系统总分辨率的前提下，将每一台摄影机的俯仰拍摄角度变为可调，使其可以根据机位、拍摄景物等条件精确、灵活的控制，从而等效于获得更加宽广的动态垂直视角。此方案根据电影虚拟化制作中对于全景背景的特殊需求所制定，在不增加系统复杂程度的基础上，可以满足电影摄制的拍摄需要。
【实用新型内容】
[0019]针对以上背景，本实用新型提供了一种用于电影虚拟化制作的可控俯仰角全景摄影系统，可实现360°水平视角，水平及垂直角分辨率不小于45像素/度，并且在不增加摄影机数量且满足最低角分辨率的前提下，实现摄影机拍摄俯仰角度可调，间接提高系统垂直视角，从而满足不同影片需求。
[0020]本实用新型提供了一种用于电影虚拟化制作的可控俯仰角全景摄影系统，包括多台摄影机，以及全景摄影系统支架；
[0021]所述全景摄影系统支架包括:脚架、云台、多机托板、摄影机俯仰调整部件以及摄影机快装部件；
[0022]云台的底部固定在脚架顶端并可水平转动，多机托板固定在云台顶端，摄影机快装部件包括可固定在一起的组件A和组件B，每台摄影机的底部通过链接组件I与一组摄影机快装部件的组件A固定使得摄影机与组件A之间无法相对运动，并且该组摄影机快装部件的组件B通过链接组件II与一组摄影机俯仰调整部件固定;每组摄影机俯仰调整部件的底部均固定在多机托板上，并且，各组摄影机俯仰调整部件在多机托板上环绕排列;每相邻的两台摄影机主轴之间的夹角相等，摄影机间距应保证相邻摄影机在俯仰移动时彼此不妨碍，且同时能保证系统所要求的画面重合度;各台摄影机具有相同参数并且均镜头朝外布置；
[0023]所述摄影机俯仰调整部件具有俯仰角度显示;并且俯仰角的调整平面垂直于多机托板上表面；
[0024]所述摄影机数量应满足如下公式:
[0025]系统所要求的最小角度分辨率*360°<摄影机单机水平分辨率*摄影机数量*(1-画面重合率*2);
[0026]所述摄影机的镜头选择应符合以下条件:
[0027](单镜头水平视角-360°/摄影机数量)/单镜头水平视角>画面重合率；
[0028]选择与摄影机配合后单镜头水平视角大于或等于依据上式计算获得的单镜头水平视角的定焦镜头。
[0029]与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于:
[0030](I)仅使用6台4K摄影机即可实现角分辨率超过45像素/度以上的分辨率，同时获得360°水平视角。
[0031](2)在不增加摄影机数量的前提下，通过统一调整每台摄影机机拍摄俯仰角，可动态扩充全景摄影系统的垂直视角，从而满足不同拍摄需求。
[0032](3)全景摄影系统内不同摄影机的相对位置均保持固定，在俯仰拍摄角度多机统一的条件下，可采用固定的后期多机画面融合参数，从而大大减少后期计算量，提高摄制效率和质量。
【附图说明】
[0033]图1为本实用新型所述可控俯仰角全景摄影系统的一个实施例结构示意图；
[0034]图2为装有角位台的多机托板俯视图；
[0035]图3为图2的斜视图；
[0036]图4为摄影机与快装部件及角位台之间的装配示意图；
[0037]图5为角位台与快装部件之间的装配示意图；
[0038]图6为多机托板上安装多台摄影机后的侧视图；
[0039]图7为通过角位台调整各摄影机俯仰角后成仰视状态的示意图；
[0040]图8为通过角位台调整各摄影机俯仰角后成俯视状态的示意图；
[0041]图9为角位台零俯仰角状态示意图；
[0042]图10为角位台调整俯仰角状态示意图；
[0043]图11为角位台零俯仰角状态的侧视图；
[0044]其中1-摄影机、2-脚架、3-云台、4-多机托板、5-摄影机俯仰调整部件、6-摄影机快装部件、7-组件A、8-组件B、9-链接组件1、I O-链接组件I1、11 -螺栓，12-上板，13-下板。
【具体实施方式】
[0045]下面将结合附图和实施例对本实用新型加以详细说明，同时也叙述了本实用新型技术方案解决的技术问题、原理及有益效果。
[0046]如附图1所示的一个实施例，本实用新型提供的用于电影虚拟化制作的可控俯仰角全景摄影系统包括多台摄影机，以及全景摄影系统支架；
[0047]所述全景摄影系统支架包括:脚架(2)、云台(3)、多机托板(4)、摄影机俯仰调整部件(5)以及摄影机快装部件(6);
[0048]云台(3)的底部固定在脚架(2)顶端并可水平转动(脚架、云台可采用第三方设备，主要起到支撑、调节拍摄高度、调整水平等作用)，多机托板(4)固定在云台(3)顶端(多机托板起到支撑、固定、连接6台摄影机的作用，见图2和图3)，摄影机快装部件(6)包括可固定在一起的组件A(7)和组件B(8)，起到快速拆装摄影机的作用;每台摄影机(I)的底部通过链接组件1(9)与一组摄影机快装部件(6)的组件A(7)固定使得摄影机与组件A(7)之间无法相对运动，并且该组摄影机快装部件(6)的组件B(S)通过链接组件II(1)与一组摄影机俯仰调整部件(5)固定，见图4;每组摄影机俯仰调整部件(5)的底部均固定在多机托板(4)上，并且，各组摄影机俯仰调整部件(5)在多机托板(4)上环绕排列。
[0049]每相邻的两台摄影机主轴之间的夹角相等，摄影机间距应保证相邻摄影机在俯仰移动时彼此不妨碍，且同时能保证系统所要求的画面重合度;各台摄影机具有相同参数并且均镜头朝外布置;各组摄影机俯仰调整部件(5)在多机托板(4)上以云台中心为圆心，摄影机主轴等角度间隔环绕排列，见图2和图3;
[0050]所述摄影机俯仰调整部件(5)具有俯仰角度显示(见图9图10和图11)，使用者可以精确的调整角度;并且俯仰角的调整平面垂直于多机托板(4)的上表面;可以分别独立的调节每一台摄影机的俯仰拍摄角度，根据拍摄需要，摄影机俯仰调整部件(5)调节每一台摄影机的俯仰拍摄角度时俯仰角度调整范围应不小于±15° (见图6图7和图8)。本实施例中，所述摄影机俯仰调整部件采用角位台或船型滑台。
[0051 ]所述摄影机数量应满足如下公式:
[0052]系统所要求的最小角度分辨率*360°<摄影机单机水平分辨率*摄影机数量*(1-画面重合率*2);
[0053]实施例中所述摄影机的选择原则是可实现分辨率不低于4k(单位是像素)，并且每秒24帧逐行扫描的动态影像拍摄工作的前提下，尽可能选择体积小重量轻的型号。那么当对画面重合率要求为不少于单幅画面的15% (—般后期融合软件对画面重合率的要求)，最小角度分辨率为45像素/度，以及单机水平分辨率4096时，代入公式得到摄影机数量大于5.65，即摄影机数量至少为6台。每两台摄影机主轴之间夹角为60°。
[0054]所述摄影机的镜头选择应符合以下条件:
[0055](单镜头水平视角-360°/摄影机数量)/单镜头水平视角>画面重合率；
[0056]选择与摄影机配合后单镜头水平视角大于或等于依据上式计算获得的单镜头水平视角的定焦镜头。本实施例中可得到单镜头水平视角需大于70°，所以只需要选择与摄影机配合后水平视角大于或等于70°的定焦镜头即可。
[0057]作为优选，摄影机光轴与摄影机俯仰调整部件转轴垂直。实际上，角位台与机器装配时没有校准，也不需要校准，大体上光轴要与角位台转轴垂直即可，但不要求精度。
[0058]进一步地，
[0059]作为优选，在本实施例中，链接组件1(9)与摄影机(I)底面之间采用两点固定。链接组件1(9)用于连接摄影机(I)与摄影机快装部件(6)的组件A(7)，并且，链接组件1(9)是带有I个螺栓以及I个与摄影机底面定位凹槽相配合的凸起的连接板，所述螺栓穿过该连接板和摄影机快装部件的组件A(7)，并将连接板和摄影机快装部件的组件A(7)以及摄影机(I)底面固定在一起;所述凸起置于摄影机底面定位凹槽内。这是因为通常情况下普通摄影机直接通过一个螺栓与快装板链接后，摄影机与快装板之间仍有转动的可能，因为是单点固定，而本实用新型增加了链接组件I之后，链接组件1(9)与摄影机快装部件(6)之间是两点固定(即一个点为螺栓，另一个点为链接组件I上的一个凸起与摄影机底面定位凹槽)，以保证摄影机完全定位。
[0060]在本实施例中，见图4和图5，链接组件II(10)包括上板(12)和下板(13)，所述上板
(12)与摄影机快装部件的组件B(S)的底面固定，下板(13)与摄影机俯仰调整部件(5)的上表面固定，且上板(12)和下板(13)的边沿采用螺栓(11)固定在一起。链接组件II(1)采用上板和下板两块的原因:因为目前可以买到的第三方快装组件不能直接与滑台(角位台)链接，所以需要先将链接组件II (1)的上板(I 2)与快装组件链接，然后将连接组件II (I O)的下板(13)与角位台链接，然后再将上板(12)和下板(13)两部分链接在一起。
[0061]多机托板(4)上开有多个孔，用于通过线缆等。
[0062]采用本实用新型后，可在不增加系统总分辨率的前提下，将每一台摄影机的俯仰拍摄角度变为可调，使其可以根据机位、拍摄景物等条件精确、灵活的控制，从而等效于获得更加宽广的动态垂直视角。
[0063]以上所述，仅为本实用新型的【具体实施方式】，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本实用新型所揭露的技术范围内，可理解想到的变换和替换，都应涵盖在本实用新型的包含范围之内，因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
【主权项】
1.用于电影虚拟化制作的可控俯仰角全景摄影系统，其特征在于，包括多台摄影机，以及全景摄影系统支架； 所述全景摄影系统支架包括:脚架(2)、云台(3)、多机托板(4)、摄影机俯仰调整部件(5)以及摄影机快装部件(6); 云台(3)的底部固定在脚架(2)顶端并可水平转动，多机托板(4)固定在云台(3)顶端，摄影机快装部件(6)包括可固定在一起的组件A(7)和组件B(S)，每台摄影机(I)的底部通过链接组件1(9)与一组摄影机快装部件(6)的组件A(7)固定使得摄影机与组件A(7)之间无法相对运动，并且该组摄影机快装部件(6)的组件B(S)通过链接组件II(1)与一组摄影机俯仰调整部件(5)固定;每组摄影机俯仰调整部件(5)的底部均固定在多机托板(4)上，并且，各组摄影机俯仰调整部件(5)在多机托板(4)上环绕排列； 每相邻的两台摄影机主轴之间的夹角相等，摄影机间距应保证相邻摄影机在俯仰移动时彼此不妨碍，且同时能保证系统所要求的画面重合度;各台摄影机具有相同参数并且均镜头朝外布置； 所述摄影机俯仰调整部件(5)具有俯仰角度显示;并且俯仰角的调整平面垂直于多机托板(4)的上表面； 所述摄影机数量应满足如下公式: 系统所要求的最小角度分辨率*360° <摄影机单机水平分辨率*摄影机数量*( 1-画面重合率*2); 所述摄影机的镜头选择应符合以下条件: (单镜头水平视角-360° /摄影机数量)/单镜头水平视角 > 画面重合率； 选择与摄影机配合后单镜头水平视角大于或等于依据上式计算获得的单镜头水平视角的定焦镜头。2.根据权利要求1所述一种用于电影虚拟化制作的可控俯仰角全景摄影系统，其特征在于，链接组件1(9)与摄影机(I)底面之间采用两点固定。3.根据权利要求2所述一种用于电影虚拟化制作的可控俯仰角全景摄影系统，其特征在于，链接组件1(9)是带有I个螺栓以及I个与摄影机底面定位凹槽相配合的凸起的连接板，所述螺栓穿过该连接板和摄影机快装部件的组件A(7)，并将连接板和摄影机快装部件的组件A(7)以及摄影机(I)底面固定在一起;所述凸起置于摄影机底面定位凹槽内。4.根据权利要求1所述一种用于电影虚拟化制作的可控俯仰角全景摄影系统，其特征在于，链接组件II(1)包括上板(12)和下板(13)，所述上板(12)与摄影机快装部件的组件B(8)的底面固定，下板(13)与摄影机俯仰调整部件(5)的上表面固定，且上板(12)和下板(13)的边沿采用螺栓固定在一起。5.根据权利要求1所述一种用于电影虚拟化制作的可控俯仰角全景摄影系统，其特征在于，当对画面重合率要求为不少于单幅画面的15%，最小角度分辨率为45像素/度，以及单机水平分辨率4096时，摄影机数量至少为6台。6.根据权利要求1所述一种用于电影虚拟化制作的可控俯仰角全景摄影系统，其特征在于，各组摄影机俯仰调整部件(5)在多机托板(4)上以云台中心为圆心，摄影机主轴等角度间隔环绕排列。7.根据权利要求1所述一种用于电影虚拟化制作的可控俯仰角全景摄影系统，其特征在于，所述摄影机分辨率不低于4k，单位是像素，并且每秒24帧逐行扫描。8.根据权利要求1所述一种用于电影虚拟化制作的可控俯仰角全景摄影系统，其特征在于，所述摄影机俯仰调整部件(5)采用角位台或船型滑台。9.根据权利要求1所述一种用于电影虚拟化制作的可控俯仰角全景摄影系统，其特征在于，摄影机俯仰调整部件(5)调节每一台摄影机的俯仰拍摄角度时俯仰角度调整范围应不小于±15°。10.根据权利要求1所述一种用于电影虚拟化制作的可控俯仰角全景摄影系统，其特征在于，多机托板(4)上开有多个孔。
【文档编号】G03B17/56GK205430421SQ201620257165
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年3月25日
【发明人】刘戈三, 孙略, 孔明敏, 季天奇
【申请人】北京电影学院