一种基于相机阵列的瞬时三维照相系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于相机阵列的瞬时三维照相系统，包括：相机机架、闪光灯、分布式数据采集控制器和主控制计算机；所述的相机机架包括一个安装支架、多个分别固定在安装支架上的相机转接板、分多个别固定在每个相机转接板上的相机以及固定在安装支架下部的机架控制器。本实用新型具有瞬时三维模型获取能力，操作方便，获得的三维模型精度高，主要应用于3D照相馆、文物保护、逆向工程等领域。
【专利说明】一种基于相机阵列的瞬时三维照相系统
【技术领域】:
[0001]本实用新型属于光电仪器【技术领域】，具体是一种基于相机阵列的瞬时三维照相系统。
【背景技术】:
[0002]2012年以来，有着“第三次工业革命”之称的“3D打印”技术在世界范围内被广泛关注。“3D照相馆”是“3D打印”技术在民用市场最重要的用途之一。“3D照相馆”采用三维模型获取设备获取人物的三维信息，建立三维模型之后，再通过3D打印机进行打印，最终可以获得一个与人物相貌一模一样的缩小比例的人物雕塑模型。
[0003]然而，现有的“ 3D照相馆”也存在着一些技术弊端。主要表现在，几乎所有的“ 3D照相馆”都采用三维扫描仪来获取模型，客户保持一个姿势静止不动，由摄影师手持三维扫描仪围绕客户进行全方位多角度的扫描，然后再有计算机合成为三维模型。一般来说，这种拍摄方法需要客户保持姿势静止长达10?15分钟。显然采用三维扫描仪进行拍摄，用户体验很差，无法获得丰富自然的人物姿态和表情。而且，三维扫描仪的操作方法和传统的拍照方法相去甚远，也不符合摄影师的操作习惯。
实用新型内容:
[0004]本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种基于相机阵列的瞬间时三维照相系统，能够抓拍人物瞬间的表情和姿态，从而使人物表情更加丰富和自然，同时，减少客户拍照时间，大幅提高客户体验；具有操作简单方便、符合摄影师拍摄习惯的特点。
[0005]本实用新型的技术解决方案如下:
[0006]一种基于相机阵列的瞬时三维照相系统，特点在于其构成包括:相机机架、闪光灯、分布式数据采集控制器和主控制计算机；
[0007]所述的相机机架包括一个安装支架、多个分别固定在安装支架上的相机转接板、分多个别固定在每个相机转接板上的相机以及固定在安装支架下部的机架控制器；
[0008]所述的机架控制器负责向相机提供电源和外触发信号，该机架控制器还向闪光灯提供电源及外触发信号，该机架控制器通过电缆与所述的分布式数据采集控制器连接，所述的分布式数据采集控制器与所述的主控制计算机通过千兆以太网连接。
[0009]在所述的安装支架上等间隔设置有转接板安装孔。
[0010]相机阵列以相机机架作为基本拍摄单元，相机机架以360度环绕拍摄对象进行安装，相机有平视、俯视、仰视等不同视角。相机阵列的台数为30?100台不等。
[0011]每台相机机架安装2?10台相机不等。相机机架高1.8米，通过螺栓安装在地板上，且设置不同高度可调的转接板安装孔，便于根据需要进行调节。相机机架以30度为间隔，环绕拍摄对象。相机拍摄的数据由相机机架的机架控制器进行数据收集和转换，并送至分布式数据采集控制器进行采集和存储。[0012]所述的分布式数据采集控制器，负责采集并缓存各机架传输的数据。整个系统共设置3?5台分布式数据采集控制器。
[0013]所述的主控制计算机，负责拍摄控制，数据存储、以及人机界面。主控制计算机和分布式数据采集控制器通过千兆以太网进行连接，由主控制计算机控制分布式数据采集控制器，并协调整个系统的工作。主控制计算机发送命令至分布式数据采集控制器，并由数据采集控制发送命令至机架控制器，控制相机阵列同时进行曝光，相机所拍摄的图像通过机架控制器传输至分布式数据采集控制器进行缓存，并最终传输主控制计算机之内，进行存储。全部图像由摄影测量软件进行后期计算，即可以反演得到拍摄对象的三维模型。
[0014]与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:
[0015](I)拍摄速度快:相机在一瞬间，通常是IOOms之内完成曝光，从而可以抓拍到人物最自然的表情和姿势，也使得儿童、宠物等难以保持长时间静止题材的拍摄成为可能。
[0016](2)客户体验好:户无需进行长时间的摆拍，省去了很多辛苦。
[0017](3)符合摄影师的操作习惯:长久以来摄影师已习惯于普通二维照相的模式，本实用新型更易于摄影师理解和操作。
[0018](4)具备动态拍摄能力:由于拍摄时间短，摄影师可以连续拍摄一组人物的动态二维照片，这在原先的方法下也无法实现。
【专利附图】
【附图说明】:
[0019]图1是本实用新型基于相机阵列的瞬时三维照相系统的结构示意图。
[0020]图2是本实用新型中相机机架的结构示意图。
[0021 ] 图3是本实用新型使用状态图。
【具体实施方式】:
[0022]下面结合附图和实施例对本实用新型技术方案做详细的说明，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
[0023]请参阅图1，图1是本实用新型基于相机阵列的瞬时三维照相系统的结构示意图，如图所示，一种基于相机阵列的瞬时三维照相系统包括:相机机架1、闪光灯2、分布式数据采集控制器3和主控制计算机4。图2是本实用新型中相机机架的结构示意图，由图可知，相机机架I包括一个安装支架1-1、相机转接板1-2、商用数码单反相机1-3以及机架控制器1-4。商用数码单反相机1-3通过相机转接板1-2固定在安装支架1-1上，安装支架1-1上不同高度上等间隔设置有转接板安装孔，可以调节安装高度。机架控制器1-4负责向单反相机1-3提供电源和外触发信号，同时机架控制器1-4还向闪光灯2提供电源及外触发信号。在拍照瞬间，机架控制器同时触发数码单反相机1-3及闪光灯2，相机拍摄后，码单反相机1-3将数据下传至机架控制器1-3，并经过接口转换之后传送至分布式数据采集控制器3。
[0024]一个分布式数据采集控制器3可以控制I?4个相机机架I。分布式数据采集控制器3之间通过专用电缆进行连接，并同步分布式数据采集控制器3之间的时序。分布式数据采集控制器3向相机机架I发送拍摄命令，控制全部相机机架I在同一时间进行拍摄，数据由分布式数据采集控制器3进行分布式数据存储。[0025]主控制计算机4负责整个三维照相系统的控制，数据存储以及人机界面。主控制计算机向用户提供拍摄及数据存储功能，由用户通过主控制计算机上设置的快门按钮进行控制拍摄。当拍摄一组图像完毕后，可以通过软件控制将分布式数据采集控制器中的数据下载到主控制计算机中进行最终存储。
[0026]本实用新型的相机机架布置参阅图3，总体性能指标如下:
[0027]>相机支架I数量:12
[0028]>闪光灯2数量:6
[0029]>分布式数据采集控制器3数量:4
[0030]>主控计算机及软件4数量:I
[0031]>拍摄半径:2.5m
[0032]>相机数量:52台
[0033]>图片格式:RAW
[0034]>单张拍摄时间:100ms
[0035]>拍摄同步误差:〈IOOus
[0036]>单张数据量:?IGB
[0037]>单张下载时间:8s
[0038]本实用新型一种基于相机阵列的瞬时三维照相系统各部分的具体技术指标如下:
[0039](I)相机机架
[0040]相机机架I是基本拍摄单元。相机机架由安装支架1-1、相机转接板1-2、商用数码单反1-3、机架控制器1-4组成。
[0041]安装支架1-1采用铝合金材质，高度为1.8m。安装支架上方，每隔5cm设置一个安装螺孔，供相机转接板1-2安装之用。相机转接板可以根据需要安装在不同高度。安装支架1-1的底部设置有地脚螺钉孔，可以通过螺钉孔将安装支架固定在地板上。商用数码单反相机1-3安装在相机转接板1-2上，可以在一个方向上(水平或俯仰)调节角度。商用数码单反相机1-3由机架控制器1-4统一进行供电、控制和数据传输。机架控制器1-4具体指标如下:
[0042]>最大支持相机数量:10台
[0043]>供电:220VAC
[0044]>功耗:100W
[0045]>接口:USB2.0
[0046]>控制电路同步延迟:<10us
[0047](2)闪光灯
[0048]闪光灯2采用商用摄影棚用灯，具体型号为:金贝SPARK400，主要指标为:
[0049]>功率:400W
[0050]>回电时间:0.4?1.3s
[0051]>闪光持续时间:l/1800s
[0052]>尺寸:235 (L) X 135 (W) X 195 (H)
[0053]可采用6台上述型号的闪光灯，以60度均匀分布，以保证被拍摄对象光照均匀。[0054]( 3 )分布式数据采集控制器
[0055]分布式数据采集控制器3主要负责来自相机机架的数据的采集和存储。一个数据采集控制3最多可控制4个相机机架。分布式数据采集控制器的具体技术指标如下:
[0056]供电:220VAC
[0057]功耗:100W
[0058]CPU:1ntel 酷眷 i3
[0059]内存:2GB
[0060]硬盘:500GB
[0061]数据接口:USB2.0
[0062]控制电路同步延迟:<10us
[0063]控制电路同步方式:级联
[0064]控制电路同步接口:SMA
[0065]尺寸:320(L) *376 (W) *91 (H)
[0066](4)主控制计算机
[0067]主控制计算机4负责整个三维照相系统的控制，数据存储以及人机界面。主控制计算机向用户提供拍摄及数据存储功能，由用户通过主控制计算机上设置的快门按钮进行控制拍摄。当拍摄一组图像完毕后，可以通过软件控制将分布式数据采集控制器中的数据下载到主控制计算机中进行最终存储。
[0068]主控制计算机配置如下:
[0069]>供电:220VAC
[0070]>功耗:200W
[0071]> CPU:1ntel 酷睿 i7
[0072]>内存:8GB
[0073]>硬盘:2TB
[0074]>数据传输接口:千兆以太网
[0075]>拍摄控制接口:遥控器/手柄
[0076]经试验表明，本实用新型具有瞬时三维模型获取能力，操作方便，获得的三维模型精度高，主要应用于3D照相馆、文物保护、逆向工程等领域。
【权利要求】
1.一种基于相机阵列的瞬时三维照相系统，特征在于其构成包括:相机机架(I)、闪光灯(2 )、分布式数据采集控制器(3 )和主控制计算机(4 ); 所述的相机机架(I)包括一个安装支架(1-1 )、多个分别固定在安装支架(1-1)上的相机转接板(1-2)、分多个别固定在每个相机转接板(1-2)上的相机(1-3)以及固定在安装支架(1-1)下部的机架控制器(1-4)； 所述的机架控制器(1-4)负责向相机(1-3)提供电源和外触发信号，该机架控制器(1-4)还向闪光灯(2)提供电源及外触发信号，该机架控制器(1-4)通过电缆与所述的分布式数据采集控制器(3 )连接，所述的分布式数据采集控制器(3 )与所述的主控制计算机(4 )通过千兆以太网连接。
2.根据权利要求1所述的基于相机阵列的瞬时三维照相系统，其特征在于，在所述的安装支架(1-1)上等间隔设置有转接板安装孔。
【文档编号】H04N5/232GK203708345SQ201320725207
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2013年11月15日 优先权日:2013年11月15日
【发明者】舒嵘, 卜弘毅, 顾耕, 许琦, 阮程, 王薇, 董广军, 郭颖, 徐海宝 申请人:中国科学院嘉兴光电工程中心