专利名称：基于全方位视觉传感器的智能3d摄像设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种智能立体摄像设备，尤其是全方位视觉传感器、计算机控制、机电一体化设计等技术在智能三维立体摄像设备方面的应用。
背景技术：
3D电视的普及越来越快，目前很多家庭购买了 3D电视，但实际可看的3D片源很少，在这种情况下，消费者要更好的利用自己的3D电视，3D摄像机肯定是一种很好的补充。用两台摄像机模拟左右两眼，一般的话两个摄像机之间的距离，即基线距跟人的两眼之间的距离差不多。只要用两台摄像机仿真左右两眼视线，分别拍摄两条影片，然后将这两条影片同时放映到银幕上；放映时再采用必要的技术手段，使观众左眼只能看到左眼图像，右眼也只能看到右眼图像。当两幅图像经过电影观众的大脑迭合后，他们就对银幕画面产生了立体纵深感。立体拍摄看似很简单的模拟，在实际操作中却十分困难。在拍摄中， 两台机器的一致度要求非常高，否则很难拍出很好的效果。当今最新的3D摄像机搭载了一个手动操控拨盘，拨盘上除了 2D机型所具备的调节对焦、曝光、光圈、快门、自动曝光转换和白平衡切换之外，此次还增加了 3D深度调整功能，可以根据不同的场景来调整3D的立体景深效果。两个镜头的光轴从广角到长焦端始终对齐是一件困难的事，如果不能保证，那么 3D效果将会变差，一般在3D摄像机出厂前会经过精确到微米级的调校，以便确保双镜头光轴始终对齐；但是在使用过程中，为避免发生偏差，用户需要通过手工方式实现3D自动调整，使左右眼画面始终在合理的位置上。在实时转播三维立体体育赛事和音乐会等大型活动时，对3D摄像师的要求非常高，往往又要增加一个3D深度调整的推手(3D Puller)的新工作岗位，该岗位负责对3D处理层设备的参数进行设定，掌控摄像机的3D景深和3D效果的好坏。有点类似于2D的调光 I位。2D中的技术协调也有3D技术协调对应负责3D景深的设定和3D效果的指导。3D推手需要紧盯屏幕随时快速调整。—般来说，即使多增加一个3D深度调整的助手也很难保证两台机器的一致度；现有的3D拍摄技术要保证焦距、拍摄方向、拍摄角度和3D深度等的一致性是一项极其困难的事情，尤其是在动态拍摄的情况下，即费时又费力同时难以保证3D拍摄质量。
发明内容
为了克服已有3D摄像机存在的焦距、拍摄方向、拍摄角度和3D深度的一致性调整困难、拍摄3D视频图像过程中费时、费力、难以保证拍摄质量等不足，本发明提供一种焦距、拍摄方向、拍摄角度和3D深度的一致性调整方便、操作方便、拍摄质量较高的基于全方位视觉传感器的智能3D摄像设备。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种基于全方位视觉传感器的智能3D摄像设备，包括一台全方位视觉传感器、一组由2台高清摄像机构成的3D摄像装置和摄像师根据在显示器上显示的全景图像上用鼠标点击想要拍摄3D视频特写图像并能自动控制3D摄像装置的对焦、调整拍摄方向、角度和 3D深度的计算机；所述的全方位视觉传感器与所述的3D摄像装置通过支撑杆连接在一起， 支撑杆的上部固定着所述的全方位视觉传感器，支撑杆的中部固定着所述的3D摄像装置， 所述的全方位视觉传感器的中心轴与所述的3D摄像装置的中心轴重合，所述的全方位视觉传感器通过视频卡与所述的计算机进行连接，所述的3D摄像装置中的2台高清摄像机通过图像采集单元与所述的计算机连接；所述的3D摄像装置与所述的计算机连接；所述的计算机包括全景图像读取单元用于读取全方位视觉传感器的全景图像，并将该全景图像显示在显示器上，用于为3D摄像师提供一个人机交互接口 ；3D摄像装置参数调整单元，用于响应3D摄像师用鼠标点击在全景图上的某一个网格时所产生的事件，自动进行3D景深的设定和3D效果的调整以及摄像机的焦距、拍摄方向和拍摄角度调整，具体实现过程是当3D摄像师用鼠标点击在全景图上的某一个网格时，软件系统自动产生的一个带有预置点编号的信息为参数的事件，软件系统发生一个软件中断响应，读取带有预置点编号的信息的参数，然后以该预置点编号的信息去检索预置点与设备的各种参数对应表获得摄像机的焦距、拍摄方向、拍摄角度和3D景深参数值，接着根据这些参数值通过PELCO-D控制协议控制所述的3D摄像装置中的调焦、水平转动、垂直转动和3D深度的调整电机的动作；3D图像读取单元，用于从所述的高清视频采集单元分别读取所述的3D摄像装置所获得的左右两个通道的视频图像，其输出与所述的3D图像合成单元的输入相连接；3D图像合成单元，用于将所述的3D摄像装置所获得的左右两个通道的视频图像进行合成处理，左通道的视频流图像传输给立体显示设备的左侧视频图像输入端；右通道的视频流图像传输给立体显示设备的右侧视频图像输入端。进一步，所述的3D摄像装置由一组由2台相同摄像参数的高清摄像机所构成，所述的高清摄像机的焦距、拍摄方向、拍摄角度和3D深度调整动作是由所述的3D摄像装置中相应的驱动电机来实现的，其中，镜头的调焦是由所述的高清摄像机中的内部所带电机来实现的，所述的3D摄像装置的拍摄方向的调整是由水平方向转动电机来实现的，所述的3D 摄像装置的拍摄角度的调整是由垂直方向转动电机来实现的，所述的3D摄像装置的3D深度的调整是由转动电机来实现的，具体实现方式是将所述的高清摄像机分别固定在由两个啮合的齿轮片，其中一个齿轮片的另一端加工成涡轮形状，转动电机直接驱动涡杆，涡杆带动其中一个齿轮片上的涡轮转动，从而带动两个齿轮片啮合转动，最终带动两个齿轮片上的高清摄像机的相对转动来实现3D深度的调整；在所述的3D摄像装置中还包括有一个解码器，解码器的作用是通过串口接收所述的计算机的控制码，并对该控制码进行解析，并将解析的结果转换成驱动所述的3D摄像装置中相应电机转动的控制电压，然后传递给所述的3D摄像装置以控制其镜头的调焦、水平转动、垂直转动、3D深度的调整及停止操作。再进一步，所述的计算机对所述的3D摄像装置的控制是通过一个RS232/RS485 转换器来将两个通讯接口进行连接，并对所述的3D摄像装置写入串口命令来实现的，利用 PELCO-D控制协议作为所述的3D摄像装置的控制协议来进行开发；将全景图像划分为若干个小的区域，每个区域对应一个网络，每个网格都对应着相应的摄像机的焦距、拍摄方向、拍摄角度和3D景深，设置了 128个预置点，将每个预置点进行编号，然后将3D处理层设备的各种参数，如摄像机的焦距、拍摄方向、拍摄角度和3D 景深参数预先调整好并设置到相应编号的预置点，形成一张预置点与设备的各种参数对应表，如表1所示；
权利要求
1.一种基于全方位视觉传感器的智能3D摄像设备，其特征在于所述基于全方位视觉传感器的智能3D摄像设备包括一台全方位视觉传感器、一组由2台高清摄像机构成的3D 摄像装置和摄像师根据在显示器上显示的全景图像上用鼠标点击想要拍摄3D视频特写图像并能自动控制3D摄像装置的对焦、调整拍摄方向、角度和3D深度的计算机；所述的全方位视觉传感器与所述的3D摄像装置通过支撑杆连接在一起，支撑杆的上部固定着所述的全方位视觉传感器，支撑杆的中部固定着所述的3D摄像装置，所述的全方位视觉传感器的中心轴与所述的3D摄像装置的中心轴重合，所述的全方位视觉传感器通过视频卡与所述的计算机进行连接，所述的3D摄像装置中的2台高清摄像机通过图像采集单元与所述的计算机连接；所述的3D摄像装置与所述的计算机连接；所述的计算机包括全景图像读取单元用于读取全方位视觉传感器的全景图像，并将该全景图像显示在显示器上，用于为3D摄像师提供一个人机交互接口 ；3D摄像装置参数调整单元，用于响应3D摄像师用鼠标点击在全景图上的某一个网格时所产生的事件，自动进行3D景深的设定和3D效果的调整以及摄像机的焦距、拍摄方向和拍摄角度调整，具体实现过程是当3D摄像师用鼠标点击在全景图上的某一个网格时，软件系统自动产生的一个带有预置点编号的信息为参数的事件，软件系统发生一个软件中断响应，读取带有预置点编号的信息的参数，然后以该预置点编号的信息去检索预置点与设备的各种参数对应表获得摄像机的焦距、拍摄方向、拍摄角度和3D景深参数值，接着根据这些参数值通过PELCO-D控制协议控制所述的3D摄像装置中的调焦、水平转动、垂直转动和3D深度的调整电机的动作；3D图像读取单元，用于从所述的高清视频采集单元分别读取所述的3D摄像装置所获得的左右两个通道的视频图像，其输出与所述的3D图像合成单元的输入相连接；3D图像合成单元，用于将所述的3D摄像装置所获得的左右两个通道的视频图像进行合成处理，左通道的视频流图像传输给立体显示设备的左侧视频图像输入端；右通道的视频流图像传输给立体显示设备的右侧视频图像输入端。
2.如权利要求1所述的基于全方位视觉传感器的智能3D摄像设备，其特征在于所述的3D摄像装置由一组由2台相同摄像参数的高清摄像机所构成，所述的高清摄像机的焦距、拍摄方向、拍摄角度和3D深度调整动作是由所述的3D摄像装置中相应的驱动电机来实现的，其中，镜头的调焦是由所述的高清摄像机中的内部所带电机来实现的，所述的3D摄像装置的拍摄方向的调整是由水平方向转动电机来实现的，所述的3D摄像装置的拍摄角度的调整是由垂直方向转动电机来实现的，所述的3D摄像装置的3D深度的调整是由转动电机来实现的，具体实现方式是将所述的高清摄像机分别固定在由两个啮合的齿轮片，其中一个齿轮片的另一端加工成涡轮形状，转动电机直接驱动涡杆，涡杆带动其中一个齿轮片上的涡轮转动，从而带动两个齿轮片啮合转动，最终带动两个齿轮片上的高清摄像机的相对转动来实现3D深度的调整；在所述的3D摄像装置中还包括有一个解码器，解码器的作用是通过串口接收所述的计算机的控制码，并对该控制码进行解析，并将解析的结果转换成驱动所述的3D摄像装置中相应电机转动的控制电压，然后传递给所述的3D摄像装置以控制其镜头的调焦、水平转动、垂直转动、3D深度的调整及停止操作。
3.如权利要求1或2所述的基于全方位视觉传感器的智能3D摄像设备，其特征在于所述的计算机对所述的3D摄像装置的控制是通过一个RS232/RS485转换器来将两个通讯接口进行连接，并对所述的3D摄像装置写入串口命令来实现的，利用PELCO-D控制协议作为所述的3D摄像装置的控制协议来进行开发；将全景图像划分为若干个小的区域，每个网格都对应着相应的摄像机的焦距、拍摄方向、拍摄角度和3D景深，设置了 128个预置点，将每个预置点进行编号，然后将3D处理层设备的各种参数，如摄像机的焦距、拍摄方向、拍摄角度和3D景深参数预先调整好并设置到相应编号的预置点，形成一张预置点与设备的各种参数对应表，如表1所示；
4.如权利要求1或2所述的基于全方位视觉传感器的智能3D摄像设备，其特征在于 在所述全方位视觉传感器包括双曲面镜面、上盖、透明外罩、摄像单元、底座、固定螺钉、支撑架、保护罩和连接板；所述的双曲面镜面固定在所述的上盖上构成全方位视觉传感器的上装配体，所述的摄像单元通过所述的固定螺钉固定在所述的底座上，固定着所述的摄像单元的所述的底座又通过螺钉固定在所述的支撑架内构成全方位视觉传感器的下装配体， 然后将所述的透明外罩与所述的支撑架用螺纹连接件进行连接，接着用螺钉将所述的保护罩、全方位视觉传感器的上装配体和全方位视觉传感器的下装配体连接成一个全方位视觉传感器，最后用螺钉将所述的连接板固定在全方位视觉传感器的底部进行密封；装配时要保证所述的双曲面镜面的轴心线与所述的摄像单元的轴心线相重叠，这样就形成了一个具有固定单视点全方位视觉传感器。
5.如权利要求4所述的基于全方位视觉传感器的智能3D摄像设备，其特征在于在所述的全方位视觉传感器中采用固定单视点全方位视觉传感器的设计，进入双曲面镜的中心的光，根据双曲面的镜面特性向着其虚焦点折射；实物图像经双曲面镜反射到聚光透镜中成像，在该成像平面上的一个点P(x，y)对应着实物在空间上的一个点的坐标A(X，Y，Ζ)；双曲面镜构成的光学系统由下面5个式表示；((X2+Y2) /a2) - ((Z-c) 2/b2) = -1 当 Z > 0 时(1)c = ^Ja2+b2(2)Φ = tarT1 (Υ/Χ)(3)α = tarT1 [ (b2+c2) sin y _2bc] / (b2+c2) cos y(4)
全文摘要
一种基于全方位视觉传感器的智能3D摄像设备，包括一台全方位视觉传感器、一组由2台高清摄像机构成的3D摄像装置和摄像师根据在显示器上显示的全景图像上用鼠标点击想要拍摄3D视频特写图像并能自动控制3D摄像装置的对焦、调整拍摄方向、角度和3D深度的计算机；全方位视觉传感器与3D摄像装置通过支撑杆连接在一起，支撑杆的上部固定着全方位视觉传感器，支撑杆的中部固定着3D摄像装置，全方位视觉传感器的中心轴与3D摄像装置的中心轴重合，全方位视觉传感器与计算机进行连接，3D摄像装置中的2台高清摄像机通过图像采集单元与计算机连接；本发明焦距、拍摄方向、拍摄角度和3D深度的一致性调整方便、操作方便、拍摄质量较高。
文档编号H04N5/232GK102289144SQ20111018276
公开日2011年12月21日 申请日期2011年6月30日 优先权日2011年6月30日
发明者俞立, 吴立娟, 孟炎, 林蓓, 汤一平, 汤晓燕, 田旭园 申请人:浙江工业大学