专利名称：一种单机偏光立体电影成像系统及成像方法
技术领域：
本发明属于立体电影的拍摄和成像新方法，主要是一种单机偏光立体电影成像系统及成像方法。
背景技术：
三维立体影像拍摄与成像技术是目前国际上热门的技术，被广泛的运用在影视 制作领域。它所拍摄的图像具有视觉冲击力，观众戴上特殊的眼镜后观看的画面能浮出 或陷入幕布。随着3D电影技术不断进步和完善，目前已经面世了不少完整的3D立体电 影的剧情长片。如今，IMAX巨幕电影也开始与3D立体电影结合。1985年的筑波博览 会上展出了 70毫米大银幕彩色立体电影。1959年，中国拍摄了第一部双机偏光立体电 影。现在的三维立体影像是用两个镜头如人眼那样从两个不同方向同时拍摄下景物 的像，制成电影胶片；在放映时，通过两个放映机，把用两个摄影机拍下的两组胶片同 步放映，使这略有差别的两幅图像重叠在银幕上，并且在每架电影机前装一块偏振片， 它的作用相当于起偏器，从两架放映机射出的光通过偏振片后，就成了偏振光，左右两 架放映机前的偏振片的偏振化方向互相垂直，因而产生的两束偏振光的偏振方向也互相 垂直，这两束偏振光投射到银幕上再反射到观众处，偏振光方向不改变，观众用上述的 偏振眼镜观看，每只眼睛只看到相应的偏振光图象，即左眼只能看到左机映出的画面， 右眼只能看到右机映出的画面，物体在左右眼中分别产生一个像，这两个略微不同的像 经过人的大脑叠合，就会产生立体感觉，这就是立体电影的原理。目前的立体电影观看方式有(1)光分法，电影院中普遍采用。现在有不少影院 都拥有3D立体放映厅，放映时通过两个放映机来播放两个摄影机拍下的电影，在屏幕 上就会同步出现两组有差别的图像。(2)分色技术法，这是另一种3D立体成像技术， 现在也比较成熟，有红蓝、红绿等多种模式，但采用的原理都是一样的。色分法会将两 个不同视角上拍摄的影像分别以两种不同的颜色印制在同一副画面中。这样视频在放映 是仅凭肉眼观看就只能看到模糊的重影，而通过对应的红蓝等立体眼镜就可以看到立体 效果，以红蓝眼镜为例，红色镜片下只能看到红色的影像，蓝色镜片只能看到蓝色的影 像，两只眼睛看到的不同影像在大脑中重叠呈现出3D立体效果。(3)时分法，时分法 是NVIDIA现在主推的一项应用，需要显示器和3D眼镜的配合来实现3D立体效果。时 分法所采用的立体眼镜构造最为复杂，当然成本也最高。两个镜片都采用电子控制，可 以根据显示器的输出情况进行状态的切换，镜片的透光、不透光切换使得人眼只能看到 对应的画面(透光状态下)，双眼看到不同的画面就能够达到立体成像的效果。(4)光 栅式，这种方法能让接收的电视节目能立体化，我国现已制造出光栅式的立体电视机， 但光栅式也有缺点，就是清晰度和其它的立体相比要差些，只有在非常大的电视上清晰 度稍高，这也使成本的价格大幅度升高。(5)全真式，由德国人托马斯·侯亨赖克发 明的当今世界上唯一成功的全真立体电视技术，这项立体电视技术与全世界原有各制式电视设备兼容，从电视制作、播出系统，到用户的家庭电视机，均无需增添任何设备和 投资，只是在拍摄立体节目时，在摄像机上加装特殊装置即可。观众收看节目时，只需 戴上一付特制的三维眼镜即可。眼镜成本低廉，经国家卫生部门鉴定，不会对眼睛产生 副作用。如果不戴眼镜和看普通电视没有区别，目前这样的节目很少，这项技术面临淘 汰。缺点是节目源少，立体效果并不是非常出色。(6)观屏镜，以前专用于看立体相机 拍的图片对，图片对一般左右呈现。现在这种观屏镜也可看左右型立体电影。缺点是看 图像或电影时最多只能是屏幕一半大小，优点是非常清晰。(7)全息式，这种目前无法推 广。在各个角度看上去都是立体的，不用立体眼镜。苏联在70年代研试了全息立体电 影，观看时不必戴眼镜，有很大的影像亮度范围。由于观众眼睛的视觉调节和收敛是自 然的，不会引起过分紧张和疲劳，观众只要转动头部，即可看到如同实物那样的位置变 化，比普通电影有更大的深度感，就象真实物体那样。这种电影仍在研究试验阶段。 立体电影采用幕前辐射状半锥形透镜光栅，受观众厅座位区位置的严格限制， 观众头部移动后立体效果会消失。在戴眼镜观看的立体电影中，广泛采用着彩色眼镜法 和偏光眼镜法。彩色眼镜法是把左右两个视角拍摄的两个影像，分别以红色和蓝色重叠 印到同一画面上，制成一条电影胶片。放映时可用一般放映设备，但观众需戴一片为红 另一片为蓝色的眼镜。使通过红镜片的眼睛只能看到红色影像，通过蓝色镜片的眼睛只 能看到蓝色影像。此法的缺点是观众两眼色觉不平衡，容易疲劳；优点是不需要改变放 映设备。初期的立体电影常用这种方法。1985年日本筑波国际科技博览会上展出了采用 这种方法的球幕黑白电影，效果更佳。偏光眼镜法的立体电影，从1922年开始一直为各国所重视，有些国家已和大视 野的电影相结合，拍成质量更高、效果更好的彩色立体电影。这种电影在放映时，左 右画面以偏振轴互为90°的偏振光放映在不会破坏偏振方向的金属幕上，成为重叠的双 影，观看时观众戴上偏振轴互为90°，并与放映画面的偏振光相应的偏光眼镜，即可把 双影分开获得立体效果。由于制作和放映工艺的不同，偏光立体电影有双机和单机之 分。单机偏光立体电影是采用摄影机拍成左右立体偶画面，通过特殊光学装置将左右立 体偶合成到同一画幅上下两部分，实行上下排列，各占两个片孔，即为单机立体影片画 幅。放映机配偏光偏转镜后，便能放出单机立体电影。单机偏光立体电影的优点是 节约一半的电影胶片；使用一台放映机放映，节约设备投资；放映时双画面不会产生错 位，确保左右画面完全一致。缺点是由于画面面积减少一半，固画面的信息量光通量 也降低。双机偏光立体电影的缺点是拍摄和放映无法完全使两台机器同步。
发明内容
本发明要解决上述现有技术的缺点，提供一种单机偏光立体电影成像系统及成 像方法，使用单机与分光装置实现三维影像的拍摄和播放。本发明解决其技术问题采用的技术方案这种单机偏光立体电影成像系统，包 括拍摄装置和放映装置，所述拍摄装置包括摄像机和分光装置，在摄像机的镜头前放置 一组分光装置，分光装置具有多光路通道，多光路通道具有同一光路出口，光路出口连 通摄像机的镜头；放映装置包括投影仪、分光装置、偏振片和金属幕布，金属幕布为立 体电影播放时使用的幕布。投影仪的镜头前放置一组相同的分光装置(与摄像机的镜头前放置一组分光装置相同)，分光装置具有多光路通道，在多光路通道前分别加一片不同 滤光方向的偏振片，多光路通道具有同一光路出口，光路出口连通投影仪的镜头。所述分光装置包括第一反射镜组和第二反射镜组，第一反射镜组包括第一左反 射镜和第一右反射镜，第二反射镜组包括第二左反射镜和第二右反射镜，第一左反射镜 与第二左反射镜之间构成左光路通道；第一右反射镜与第二右反射镜之间构成右光路通 道，左光路通道、右光路通道沿镜头纵向中心线对称，此时被拍摄的画面分别经左光路 通道和右光路通道后成像的区域相同。所述左光路通道和右光路通道的夹角成60° 90°。 金属银幕由于采用特殊金属材料涂层，使投影设备投射出的天然光经过偏振片 滤光变成的偏振光不会能量损失，这样从金属幕布上反射出来的光还是偏振光而不会还 原成天然光。人带上偏振片眼镜，偏振片眼镜也是可使纵向光或横向光一种透过，一种 遮蔽。因此人的左眼前的偏振片眼镜可以让左眼只看见纵向光或横向光一种投影在金属 立体电影幕布上的图像，右眼前的偏振片眼镜可以让右眼只看见另一种偏振光在金属立 体电影幕布上的图像。由于左眼只看到一种偏振光呈现的标定像，右眼只看到另一 种偏振光呈现的标定像，所以人眼看到的图像经过大脑处理可以看到幕布上的标定 点是凸起或凹进幕布。本发明所述的这种单机偏光立体电影成像方法，采用了双目视差的原理，采用 分光装置将一部摄像机的光路分成了多个光路(如可以是左、右两路)，拍摄镜头前的景 像通过左、右光路通道后会经过一定角度的偏转达到镜头。具体步骤如下(1)、进行拍摄时，物体置于分光装置的正前方，启动摄像机进行拍摄，在摄像 机及分光装置前的景像经过左、右光路通道后经过一定角度的偏转分别进入镜头，拍摄 到的画面左边是左光路通道拍摄到的画面，画面右边是右光路通道拍摄到的画面，由于 是单机拍摄，所以左右部分的画面是同步的。(2)、把投影仪放到之前摄像机的位置，在投影仪前放置与之前拍摄时使用的相 同的分光装置；并在左光路通道、右光路通道前分别加一片不同滤光方向的偏振片；偏 振片是可以使天然光变成偏振光的光学元件。它对入射光具有遮蔽和透过的功能，可使 纵向光或横向光一种透过，一种遮蔽。接着投影一张立体标定图，立体标定图是通过摄 像机与分光装置拍摄一张放在摄像机正前方的普通标定图产生，调整投影仪与分光装置 的距离，使投影在金属幕布上的标定图中的点错位显示；(3)、把之前摄像机拍摄的景像投影到金属幕布上，画面通过分光装置及偏振片 投射后，左边部分画面和右边部分画面在金属幕布上会相互重叠且错开一定的距离，戴 上偏振片眼镜观看幕布上的画面，就能看到画面中的物体呈现立体效果。本发明有益的效果是结构简单、操作步骤简洁，由于采用了分光装置，不同 的两个角度画面是通过左光路通道、右光路通道采集得到，这两个角度的画面能够构成 立体画面。由于光传达的画面信息是同时到达单机镜头的，因此画面拍摄同步率是一致 的，而光投影画面到立体电影幕布上也上同时到达，而投影的画面是经过如上过程拍摄 的，因此每一祯的画面都是同步的，又由单个投影设备投影播放，所以投影的画面也是 同步的。这就解决了双机立体电影在拍摄和播放时画面的祯数无法绝对同步的问题。人 在观看时，左右眼是同时接受画面，因此会减轻视觉疲劳，由于是单机拍摄和放映，因此硬件成本与双机立体电影相比也大大降低。
图1是本发明的拍摄系统组成图。图2是本发明的投影系统组成图。图3是人观看幕布感受立体电影组成图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明参照图1所示，一个拍摄镜头5、一组分光装置和被拍摄物体8。分光装置包括 第一反射镜组、第二反射镜组，第一反射镜组包括第一左反射镜组1和第一右反射镜组 2，第二反射镜组包括第二左反射镜组4和第二右反射镜组3，第一左反射镜1与第二左 反射镜4的角度可根据要求进行调节，第一左反射镜1与第二左反射镜4构成左光路通道 6；第一右反射镜2与第二右反射镜3角度可根据要求进行调节，第一右反射镜2与第二 右反射镜3构成右光路通道7。第二左反射镜4与第二右反射镜3可根据要求进行调节， 第一左反射镜1与第一右反射镜2角度可根据要求进行调节；第一左反射镜1与第二左反 射镜4的角度等同与第一右反射镜2与第二右反射镜3的角度。参照图2，投影仪9，立体电影的金属幕布10，投影在金属幕布上的左光路通道 物体影像11，投影在金属幕布上的右光路通道物体影像12，左偏振片13和右偏振片14。参照图3，偏振眼镜左镜片15，偏振眼镜右镜片16，人左眼17，人右眼18，左 光路通道偏振光物体影像19，右光路通道偏振光物体影像20，人大脑重新组合的纵深物 体影像21。本发明所述的这种单机偏光立体电影成像方法，具体步骤如下被拍摄景物8置于分光装置的正前方，根据拍摄的距离调整分光装置第一反射 镜组、第二反射镜组的角度。观察摄像画面，调整分光装置的角度以及位置，令拍摄景 物8处在左光路通道画面、右光路通道画面的正中。调整完毕后摄像镜头5开始拍摄， 直到拍摄完毕。用投影仪9的镜头投影出标定图对整个设备进行标定，调整投影仪9与分光装置 之间的距离，令投影在金属幕布10上的标定图案，在人戴上立体眼镜观察是具有立体效 果的。接着投影出拍摄镜头5拍摄的视频。人戴上偏振片眼镜观看立体电影的金属幕布 10。视频投影在立体电影的金属幕 布10上的影像会有两个，分别是左光路通道物体 影像11和右光路通道物体影像12。左光路通道中的左偏振片13使投影仪9投影到左光 路通道的天然光变成一种方向的偏振光，假设为χ方向(横方向)的偏振光，过滤了y方 向(纵方向)的偏振光；右光路通道中的右偏振片14使投影仪9投影到左光路通道的天 然光变成另一种方向的偏振光，假设为y方向的偏振光，过滤了 χ方向的偏振光。左光 路通道物体影像11通过左偏振片13的滤光后，使只有χ方向的偏振光投影到了立体电影 幕布上，形成左光路通道偏振物体影像19 ；右光路通道物体影像12通过右偏振片14的 滤光后，使只有y方向的偏振光投影到了立体电影幕布上，形成右光路通道偏振光物体影像20。人左眼17前的偏振眼镜左镜片15假设为只让χ方向的偏振光通过；人右眼18 前的偏振眼镜右镜片16假设只让y方向的偏振光通过。因此人左眼17只看到通过左偏 振片13的滤光影像，使只有χ方向的偏振光投影到了立体电影幕布上的左光路通道偏振 光物体影像19经过偏振眼镜左镜片15进入人左眼17 ；人右眼18只看到通过右偏振片14 的滤光影像，使只有y方向的偏振光投影到了立体电影幕布上右光路通道偏振光物体影 像20经过偏振眼镜右镜片16进入人右眼18。人左眼17看到的左光路通道偏振光物体影 像19和人右眼18看到的右光路通道偏振光物体影像20经过大脑综合后，形成人大脑重 新组合的纵深物体影像21。由于人大脑重新组合的纵深物体影像21的位置是在立体电影 金属幕布的后面，人脑会认为人大脑重新组合的纵深物体影像21是“凹”进幕布之中， 从而使投影的物体影像在人眼观看时具有立体感。除上述实施例外，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
权利要求
1.一种单机偏光立体电影成像系统，包括拍摄装置和放映装置，其特征在于所述 拍摄装置包括摄像机和分光装置，在摄像机的镜头前放置一组分光装置，分光装置具有 多光路通道，多光路通道具有同一光路出口，光路出口连通摄像机的镜头；放映装置包 括投影仪、分光装置、偏振片和金属幕布，投影仪的镜头前放置一组相同的分光装置， 分光装置具有多光路通道，在多光路通道前分别加一片不同滤光方向的偏振片，多光路 通道具有同一光路出口，光路出口连通投影仪的镜头。
2.根据权利要求1所述的单机偏光立体电影成像系统，其特征在于所述分光装置 包括第一反射镜组和第二反射镜组，第一反射镜组包括第一左反射镜和第一右反射镜， 第二反射镜组包括第二左反射镜和第二右反射镜，第一左反射镜与第二左反射镜之间构 成左光路通道；第一右反射镜与第二右反射镜之间构成右光路通道，左光路通道、右光 路通道沿镜头纵向中心线对称。
3.根据权利要求2所述的单机偏光立体电影成像系统，其特征在于所述左光路通 道和右光路通道的夹角成60° 90°。
4.一种采用如权利要求1所述的单机偏光立体电影成像系统的成像方法，其特征在于(1)、进行拍摄时，物体置于分光装置的正前方，启动摄像机进行拍摄，在摄像机及 分光装置前的景像经过左、右光路通道后经过一定角度的偏转分别进入镜头，拍摄到的 画面左边是左光路通道拍摄到的画面，画面右边是右光路通道拍摄到的画面，左右部分 的画面同步；(2)、把投影仪放到之前摄像机的位置，在投影仪前放置与之前拍摄时使用的相同的 分光装置；并在左光路通道、右光路通道前分别加一片不同滤光方向的偏振片；接着投 影一张立体标定图，立体标定图是通过摄像机与分光装置拍摄一张放在摄像机正前方的 普通标定图产生，调整投影仪与分光装置的距离，使投影在金属幕布上的标定图中的点 错位显示；(3)、把之前摄像机拍摄的景像投影到金属幕布上，画面通过分光装置及偏振片投射 后，左边部分画面和右边部分画面在金属幕布上会相互重叠且错开一定的距离，戴上偏 振片眼镜观看幕布上的画面，就能看到画面中的物体呈现立体效果。
全文摘要
本发明涉及一种单机偏光立体电影成像系统及成像方法，包括拍摄装置和放映装置，拍摄装置包括摄像机和分光装置，在摄像机的镜头前放置一组分光装置，分光装置具有多光路通道，多光路通道具有同一光路出口，光路出口连通摄像机的镜头；放映装置包括投影仪、分光装置、偏振片和金属幕布，投影仪的镜头前放置一组相同的分光装置，在多光路通道前分别加一片不同滤光方向的偏振片，光路出口连通投影仪的镜头。采用了双目视差的原理，采用分光装置将一部摄像机的光路分成了多个光路，拍摄镜头前的景像通过左、右光路通道后会经过一定角度的偏转达到镜头。本发明有益的效果是结构简单、操作步骤简洁，由于是单机拍摄和放映，因此硬件成本与双机立体电影相比也大大降低。
文档编号G03B35/10GK102012628SQ20101051120
公开日2011年4月13日 申请日期2010年10月15日 优先权日2010年10月15日
发明者周劲, 龚晓晖 申请人:杭州先临三维科技股份有限公司