一种VR摄影镜头设计方法与流程

本发明涉及VR领域，尤其涉及一种VR摄影专用的镜头设计方法。

背景技术：

VR是Virtual Reality的英文缩写，中文意为虚拟实境。VR摄影又名全景摄影，是指利用摄影的记录功能将现场环境真实地记录下来，再通过计算机进行后期图像处理，以实现三维的空间展示。

节点：摄影装置(镜头)的光学中心，拍摄画面时，节点是所有光线虚拟汇聚点。为了保证全景图像的连续性，我们应设法使得多次或多镜头摄影的节点位置尽量的接近重合，保持全景图像拼接的连续性。

节点的位置一般位于物理镜头的内部。

传统全景照片摄影，采用时间不同步的多次拍摄合成方法，因此它可以使得各次摄影之间的节点保持同步，因为它采用单一镜头。

对于视频拍摄，必须同时记录360度空间的图像，此时必须采用多镜头。在多镜头拍摄时，多个镜头可能存在物理空间上的位置冲突，导致多个镜头拍摄的画面不是从同一节点位置上拍摄的，导致全景图像拼接合成时，图像不连续。

画面不连续会造成画面的撕裂，尤其对近景物体或人物拍摄时，节点距离的差距会更加突出，导致画面不连续，失真。

技术实现要素：

本发明针对多镜头拍摄时，为拥有更好的合成图像连续性，提出了如下的解决方案。

一种VR摄影镜头的设计方法，包括多个物理镜头，所述物理镜头前设置有辅助成像设备，通过辅助成像设备，将现有物理镜头的节点位置从物理镜头之内移至物理镜头之外，形成新节点。

上述镜头的设计方法中，包括但不限于将辅助成像设备设置在镜头的内部 或者前面或者后面。

辅助成像设备，可以是反光镜或者棱镜，或者类似具有相同效果的成像装置。通过在镜头内部(前或者后)增加反光镜，通过镜面反射，改变光线方向，使得在反光镜后方形成镜头的虚像和虚节点(新节点)，进而将镜头的节点从物理镜头内移至物理镜头之外。

或者通过在镜头前附加棱镜装置，改变光线方向，通过光线折射，形成镜头的虚像和虚节点(新节点)，进而将镜头的节点从物理镜头内移至物理镜头之外。

具体地：

在2D环境下，应保持新节点的重合。

在3D环境中，除了能解决合成图像更好的连续性问题，还可以解决多镜头在物理空间上位置的矛盾问题，包括但不限于如下解决方案：

一、当物理镜头的个数大于2个时，所述镜头呈圆周方式均匀分布，且每一镜头通过辅助成像设备形成左右两段节点弧，多个镜头之间的左节点弧和右节点弧呈连续分布，交界处无接缝。

优选地，在任意一段相对应的左节点弧和右节点弧上选取任意选取一个同方向的节点，两个节点之间的距离应接近人眼瞳距。

优选地，多个镜头之间的左节点弧之间、右节点弧之间各自形成一连续的圆。

优选地，两个圆重合或者拥有不同的直径。

二、当物理镜头的个数大于2个时，所述镜头呈圆周方式均匀分布，且每一镜头通过辅助成像设备形一左节点弧和一右节点，多个镜头之间的左节点弧呈连续分布，交界处无接缝，多个镜头之间的右节点重合。

优选地，在任意一段相左节点弧上选取一个左节点，左节点和右节点之间的距离应接近人眼瞳距。

三、当物理镜头的个数大于2个时，所述镜头呈圆周方式均匀分布，且每一镜头通过辅助成像设备形一右节点弧和一左节点，多个镜头之间的右节点弧呈连续分布，交界处无接缝，多个镜头之间的左节点重合。

优选地，在任意一段右节点弧上选取一个右节点，左节点和右节点之间的 距离应接近人眼瞳距。

优选地，镜头的数量为4个或6个或8个，且每个镜头的视野范围大于等于90度。

本发明的优点在于，通过在摄像机的镜头前增加辅助成像设备，使现有镜头通过辅助成像设备形成一虚像，从而使其节点移出物理镜头之外，有效减小图像拼接时的接缝大小，提高人们观看视觉效果；其次，还可以解决多镜头在物理空间上位置的矛盾问题，减少物理镜头的数量。

附图说明

图1a是本发明采用反光镜成像示意图；

图1b是本发明采用棱镜成像示意图；

图2是实施例1的原理图；

图3是3D环境下，采用多镜头同时拍摄360度空间范围内视频的相机排放序列图；

图4a是实施例2镜头中添加辅助成像设备后的虚拟节点分布图之一；

图4b是实施例2镜头中添加辅助成像设备后的虚拟节点分布图之二。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图示与具体实施例，进一步阐述本发明。

如图1a所示，为现有反光镜的成像光路图，其中A为物理镜头，物理镜头A拥有节点S1，节点S1位于物理镜头A内；当物理镜头A前设置有反光镜M时，物理镜头A经光线反射后，在反光镜M中形成虚镜头A′和虚节点S1′，这相当将节点S1的位置从物理镜头内移至物理镜头外。

本实施例，通过在物理镜头A内部、前面或者后面增加反光镜，通过镜面反射，改变光线方向，使得在反光镜后方形成镜头的虚像和虚节点，将节点的位置从物理镜头内移至物理镜头外。

如图1b所示，为现有棱镜的成像光路图，其中A1为物理镜头，物理镜头 A1拥有节点S2，节点S2位于物理镜头A1内；当物理镜头A1前设置有棱镜N时，物理镜头A1经光线折射后，形成虚镜头A1′和虚节点S2′，这相当将节点S2的位置从物理镜头A1内移至物理镜头外，至S2′处。

以上显示了在物理镜头前面增加反光镜或棱镜的方式，改变现有镜头的物理节点，将其移至物理镜头之外。反光镜或棱镜的设置可以多样化，包括但不限于设置在物理镜头的前面、内部或者后面，各种通过在现有镜头前添加辅助成像设备，并将现有镜头的节点移至物理镜头之外的方式，均应在本发明的保护范围内。

下面将通过更加具体的实施例来说明在2D领域和3D领域如何改变物理镜头的节点。

实施例1

如图2所示，现有VR摄影装置，包括有物理镜头A6和A7，其中物理镜头A6的节点为S6，物理镜头A7的节点为S7。物理镜头A6和A7的视野范围大于180度。

通过在理镜头A6和A7添加辅助成像设备B6和B7，将理镜头A6和A7的节点移至物理镜头之外，为使得图像合成拼接时的接缝最小，应使其虚节点间的节距保持最小，即重合。

如图2所示，通过在理镜头A6和A7前辅助成像设备B6和B7，使其生成虚像A6′和A7′，其中虚像A6′拥有虚节点S6′，虚像A7′拥有虚节点S7′，且虚节点S6′和虚节点S7′重合。

实施例2

如图3所示，为3D环境下，采用多镜头同时拍摄360度空间范围内视频的相机排放序列图。本实施例中采用了4台拥有180视野范围的鱼眼镜头A2、A3、A4、A5来作为示意。本原理同样适用于3台或者6台或者8台摄影装置。

如图3所示，镜头A2、A3、A4、A5呈圆周分布，其拥有各自位于各自物理镜头之内的节点S2、S3、S4、S5，节点S2、S3、S4、S5均匀分布于同一圆周上。

通过在镜头A2、A3、A4、A5前添加辅助成像设备，使其各自的节点移出物理镜头之外，且使得每一镜头通过辅助成像设备形成左右两段节点弧，多个 镜头之间的节点弧呈连续分布，交界处无接缝，以此解决多镜头在物理空间上位置的矛盾。

如图4a所示，显示了上述装置其中一种虚拟节点分布方式。通过在镜头A2、A3、A4、A5前添加辅助成像设备，使得镜头A2生成左节点弧L1L2，右节点弧R1R2；镜头A3生成左节点弧L2L3，右节点弧R2R3；镜头A4生成左节点弧L3L4，右节点弧R3R4；镜头A5生成左节点弧L4L1，右节点弧R4R1。其中左节点弧L1L2、L2L3、L3L4、L4L1形成一个呈圆周分布、连续的圆CL；其中右节点弧R1R2、R2R3、R3R4、R4R1形成一个呈圆周分布、连续的圆CR。

在图像拼接合成时，在任意一段相对的左、右节点弧上选取任意一个同方向的节点，使两节点间具有左右视差，即可处理得到拼接连续的全景球。

如图4a所示，在左节点弧L1L2上选取左节点L5，在右节点弧R1R2上选取右节点R5，左节点L5和右节点R5的光线来自同一方向；且左节点L5和右节点R5之间的距离要接近于人眼瞳距(IPD＝6厘米)。

作为本实施例的另外一种方式，图4b显示了另外一种虚拟节点分布方式。

如图4b所示，通过在镜头A2、A3、A4、A5前添加辅助成像设备，使得镜头A2生成左节点弧L1′L2′，镜头A3生成左节点弧L2′L3′，镜头A4生成左节点弧L3′L4′，镜头A5生成左节点弧L4′L1′，左节点弧L1′L2′、L2′L3′、L3′L4′、L4′L1′形成一个呈圆周分布、连续的圆CL′；镜头A2、A3、A4、A5各自生成的右节点弧则为一个点，且处于重合状态，为R′。

在图像拼接合成时，在任意一段左节点弧上选取一个左节点L1′，其和右节点R′进行配对，其中L1′和R′的距离要接近于人眼瞳距，使其具有左右视差，即可处理得到拼接连续的全景球。

在实际应用时，通过在多镜头前增加辅助成像设备，使多自镜头各自形成新的右节点弧和左节点弧，比如使左节点形成一个点，右节点形成一个连续的弧；也可以使右节点弧形成的圆大于右节点弧形成的圆；甚至特殊情况下，多个镜头之间的左节点弧之间、右节点弧之间各自形成的连续的圆拥有相同的直径，即保持重合。以上各自方式均应在本发明的保护范围内。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中 描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。