專利名稱：3d立體攝像設(shè)備的拍攝參數(shù)自動調(diào)整系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種智能立體攝像設(shè)備，尤其是全方位視覺傳感器、攝像機(jī)、計(jì)算機(jī)視覺、機(jī)電一體化設(shè)計(jì)等技術(shù)在3D立體攝像設(shè)備方面的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
3D電視的普及越來越快，目前很多家庭購買了 3D電視，但實(shí)際可看的3D片源很少，在這種情況下，消費(fèi)者要更好的利用自己的3D電視，3D攝像機(jī)肯定是ー種很好的補(bǔ)充。用兩臺攝像機(jī)模擬左右兩眼，一般的話兩個攝像機(jī)之間的距離，即基線距跟人的兩眼之間的距離差不多。只要用兩臺攝像機(jī)仿真左右兩眼視線，分別拍攝兩條影片，然后將這兩條影片同時(shí)放映到銀幕上；放映時(shí)再采用必要的技術(shù)手段，使觀眾左眼只能看到左眼 圖像，右眼也只能看到右眼圖像。當(dāng)兩幅圖像經(jīng)過電影觀眾的大腦迭合后，他們就對銀幕畫面產(chǎn)生了立體縱深感。立體拍攝看似很簡單的模擬，在實(shí)際操作中卻十分困難。在拍攝中，兩臺機(jī)器的一致度要求非常高，否則很難拍出很好的效果。當(dāng)今最新的3D攝像機(jī)搭載了一個手動操控?fù)鼙P，撥盤上除了 2D機(jī)型所具備的調(diào)節(jié)對焦、曝光、光圈、快門、自動曝光轉(zhuǎn)換和白平衡切換之外，此次還増加了 3D深度調(diào)整功能，可以根據(jù)不同的場景來調(diào)整3D的立體景深效果。兩個鏡頭的光軸從廣角到長焦端始終對齊是一件困難的事，如果不能保證，那么3D效果將會變差，一般在3D攝像機(jī)出廠前會經(jīng)過精確到微米級的調(diào)校，以便確保雙鏡頭光軸始終對齊；但是在使用過程中，為避免發(fā)生偏差，用戶需要通過手工方式實(shí)現(xiàn)3D自動調(diào)整，使左右眼畫面始終在合理的位置上。在實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)播三維立體體育賽事和音樂會等大型活動時(shí)，對3D攝像師的要求非常高，往往又要増加ー個3D深度調(diào)整的推手(3D Puller)的新工作崗位，該崗位負(fù)責(zé)對3D處理層設(shè)備的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，掌控?cái)z像機(jī)的3D景深和3D效果的好壞。有點(diǎn)類似于2D的調(diào)光I位。2D中的技術(shù)協(xié)調(diào)也有3D技術(shù)協(xié)調(diào)對應(yīng)負(fù)責(zé)3D景深的設(shè)定和3D效果的指導(dǎo)。3D推手需要緊盯屏幕隨時(shí)快速調(diào)整。一般來說，即使多増加ー個3D深度調(diào)整的助手也很難保證兩臺機(jī)器的一致度；現(xiàn)有的3D拍攝技術(shù)要保證焦距、拍攝方向、拍攝角度和3D深度等的一致性是ー項(xiàng)極其困難的事情，尤其是在動態(tài)拍攝的情況下，即費(fèi)時(shí)又費(fèi)カ同時(shí)難以保證3D拍攝質(zhì)量。另ー方面，在有些情況下，比如足球賽事的3D實(shí)況轉(zhuǎn)播時(shí)往往希望即有球場內(nèi)的3D全景視頻圖像又有特寫的3D視頻圖像。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有3D攝像機(jī)存在的焦距、拍攝方向、拍攝角度和3D深度等的一致性調(diào)整困難、無法同時(shí)拍攝3D全景視頻圖像和特寫的3D視頻圖像的不足，本發(fā)明提供一種實(shí)現(xiàn)3D全景視頻圖像的拍攝同時(shí)進(jìn)行3D特寫視頻圖像的拍攝、實(shí)現(xiàn)在顯示器上全景點(diǎn)控的自動3D特寫視頻圖像拍攝的3D立體攝像設(shè)備的拍攝參數(shù)自動調(diào)整系統(tǒng)。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是ー種3D立體攝像設(shè)備的拍攝參數(shù)自動調(diào)整系統(tǒng)，包括ー組由4臺全方位攝像裝置構(gòu)成的3D全景攝像裝置、ー組由2臺高清攝像機(jī)構(gòu)成的3D攝像裝置和對4臺全方位攝像裝置的圖像進(jìn)行全景立體成像處理、根據(jù)在顯示器上顯示的3D全景圖像上用人機(jī)接ロ方式選擇想要拍攝對象的大小及位置信息來自動控制3D攝像裝置的對焦、光圈、調(diào)整拍攝方向、角度和3D深度動作的、并將3D全景視頻圖像和3D視頻圖像按左右通道進(jìn)行合成處理的計(jì)算機(jī)；所述的3D全景攝像裝置為所述的3D攝像裝置提供各種拍攝參數(shù)的信息；所述的3D全景攝像裝置中的4臺全方位攝像裝置通過視頻卡與所述的計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接，所述的3D攝像裝置中的2臺高清攝像機(jī)通過圖像采集單元與所述的計(jì)算機(jī)連接；所述的3D攝像裝置中的解碼器通過RS232/RS485轉(zhuǎn)換器與所述的計(jì)算機(jī)連接；所述的計(jì)算機(jī)包括全景圖像讀取與預(yù)處理単元，用于讀取4臺全方位攝像裝置的全景圖像并對全景 圖像做簡單圖像預(yù)處理，分別啟動4個線程，每個線程讀取ー個全方位攝像裝置的全景圖像，然后用4種不同的模版對相應(yīng)的全方位攝像裝置進(jìn)行圖像預(yù)處理，其輸出與透視展開單元連接；透視展開単元，用于對全方位攝像裝置的全景圖像中的對立體成像提供成像的扇形圖像部分進(jìn)行透視展開，首先將所述的全景圖像讀取與預(yù)處理単元處理得到的4幅圖像進(jìn)行分割處理，分割成8個扇形圖像部分，即0DVS1L、0DVS2L、0DVS3L、0DVS4L、0DVS2R、0DVS3R.0DVS4R和ODVS IR ;然后分別對8個扇形圖像部分進(jìn)行透視展開得到4幅0DVS1L、0DVS2L、0DVS3L 和 0DVS4L 的左透視展開圖像和 4 幅 0DVS2R、0DVS3R、0DVS4R 和 ODVSlR 的右透視展開圖像；其輸出與全景立體圖像加工單元連接；全景立體圖像加工単元，用于輸出全景立體圖像給立體顯示設(shè)備，將在所述的透視展開單元中以Viewerl、Viewer2、Viewer3和Viewer4四個視角進(jìn)行展開的左右圖像分兩個通道輸出給立體顯示設(shè)備，其中4幅0DVS1L、0DVS2L、0DVS3L和0DVS4L的左透視展開圖像合成一個視頻流圖像傳輸給立體顯示設(shè)備的左側(cè)視頻圖像輸入端，4幅0DVS2R、0DVS3R、0DVS4R和ODVSlR的右透視展開圖像合成一個視頻流圖像傳輸給3D圖像和3D全景圖像合成單元的輸入端；3D攝像裝置參數(shù)調(diào)整単元，用于響應(yīng)3D攝像師通過人機(jī)接ロ在全景圖上選擇想要特寫拍攝的區(qū)域時(shí)所產(chǎn)生的事件，特寫拍攝的區(qū)域以下用ROP表示，自動進(jìn)行3D景深的設(shè)定和3D效果的調(diào)整以及攝像機(jī)的焦距、拍攝方向和拍攝角度等調(diào)整；所述的3D攝像裝置參數(shù)包括R0P的拍攝角a K、R0P的方位角Φκ、左右兩臺高清攝像機(jī)的水平開角Θ、左右兩臺高清攝像機(jī)的焦距fl和左右兩臺高清攝像機(jī)的光圈值F，上述這些參數(shù)通過所述的3D全景攝像裝置的全景立體視頻信息加工獲得；所述的3D攝像裝置參數(shù)調(diào)整単元的處理過程為步驟I :讀取ROP的大小、位置等信息；步驟2:根據(jù)ROP的中心位置計(jì)算得到控制云臺的拍攝角ακ和方位角Φκ信息；步驟3 :根據(jù)所述的3D全景攝像裝置中所成像兩個相關(guān)ODVS的幾何關(guān)系來計(jì)算3D特寫拍攝視場范圍內(nèi)的拍攝物的拍攝距離L ;步驟4 :根據(jù)拍攝距離L和ROP的大小確定左右攝像機(jī)的焦距Π ;步驟5 :根據(jù)拍攝距離L和左右攝像機(jī)的基線距Β2確定左右攝像機(jī)的水平開角Θ ;步驟6 :根據(jù)拍攝距離L確定調(diào)焦距離值及相應(yīng)的光圈系數(shù)值F ;步驟7 :根據(jù)這些參數(shù)值通過PELCO-D控制協(xié)議控制所述的3D攝像裝置中的水平轉(zhuǎn)動、垂直轉(zhuǎn)動、調(diào)焦、水平開角和3D深度的調(diào)整等電機(jī)的動作；3D圖像讀取単元，用于從所述的高清視頻采集単元分別讀取所述的3D攝像裝置所獲得的左右兩個通道的視頻圖像，其輸出與所述的3D圖像和3D全景圖像合成単元的輸入相連接；3D圖像和3D全景圖像合成単元，用于將所述的3D攝像裝置所獲得的左右兩個通道的視頻圖像和所述的全景立體圖像加工単元所得到的左右兩個通道的全景視頻圖像進(jìn)行合成處理，左通道的視頻圖像與左通道的全景視頻圖像合成在一起，合成的一個視頻流圖像傳輸給立體顯示設(shè)備的左側(cè)視頻圖像輸入端；右通道的視頻圖像與右通道的全景視頻圖像合成在一起，合成的一個視頻流圖像傳輸給立體顯示設(shè)備的右側(cè)視頻圖像輸入端。進(jìn)ー步，所述的3D全景攝像裝置與所述的3D攝像裝置通過支撐桿連接在一起，支撐桿的上部固定著所述的3D全景攝像裝置，支撐桿的中部固定著所述的3D攝像裝置，所述 的3D全景攝像裝置的中心軸與所述的3D攝像裝置的中心軸重合；所述的3D攝像裝置由ー組由2臺相同攝像參數(shù)的高清攝像機(jī)所構(gòu)成，所述的高清攝像機(jī)的焦距、光圈、拍攝方向、拍攝角度和3D深度調(diào)整動作是由所述的3D攝像裝置中相應(yīng)的驅(qū)動電機(jī)來實(shí)現(xiàn)的，其中鏡頭的調(diào)焦是由所述的高清攝像機(jī)中的內(nèi)部所帶電機(jī)來實(shí)現(xiàn)的，鏡頭的光圈調(diào)整是由所述的高清攝像機(jī)中的內(nèi)部所帶電機(jī)來實(shí)現(xiàn)的，所述的3D攝像裝置的拍攝方向的調(diào)整是由水平方向轉(zhuǎn)動電機(jī)來實(shí)現(xiàn)的，所述的3D攝像裝置的拍攝角度的調(diào)整是由垂直方向轉(zhuǎn)動電機(jī)來實(shí)現(xiàn)的，所述的3D攝像裝置的3D深度的調(diào)整是由轉(zhuǎn)動電機(jī)來實(shí)現(xiàn)的；將所述的高清攝像機(jī)分別固定在由兩個嚙合的齒輪片，齒輪片的另一端加工成渦輪形狀，轉(zhuǎn)動電機(jī)直接驅(qū)動渦桿，渦桿帶動齒輪片上的渦輪轉(zhuǎn)動，從而帶動齒輪片嚙合轉(zhuǎn)動，最終帶動了齒輪片的高清攝像機(jī)的相對轉(zhuǎn)動來實(shí)現(xiàn)3D深度的調(diào)整；在所述的3D攝像裝置中還包括有一個解碼器，通過串ロ接收所述的計(jì)算機(jī)的控制碼，并對該控制碼進(jìn)行解析，并將解析的結(jié)果轉(zhuǎn)換成驅(qū)動所述的3D攝像裝置中相應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)動的控制電壓，然后傳遞給所述的3D攝像裝置以控制其鏡頭的調(diào)焦、光圈、水平轉(zhuǎn)動、垂直轉(zhuǎn)動、3D深度的調(diào)整及停止操作。再進(jìn)ー步，所述的計(jì)算機(jī)對所述的3D攝像裝置的控制是通過ー個RS232/RS485轉(zhuǎn)換器將兩個通訊接ロ進(jìn)行連接，并對所述的3D攝像裝置寫入串ロ命令來實(shí)現(xiàn)的，利用PELCO-D控制協(xié)議作為所述的3D攝像裝置的控制協(xié)議。在所述的3D攝像裝置參數(shù)調(diào)整単元的處理步驟I中讀取拍攝視場范圍的信息，該信息包括ROP的大小以及位置信息；首先，計(jì)算ROP的中心點(diǎn)位置，得到ROP中心點(diǎn)位置的坐標(biāo)值P(X，Y);然后根據(jù)攝像模式，如攝像模式16:9，其圖像大小為3840*2160 ;如攝影模式4:3，其圖像大小4000*3000 ;用攝像模式來確定ROP的歸ー化的長高比，如原來3D攝像師在全景圖上選擇特寫拍攝的ROP長高比為15 10，而選擇的攝像模式為16:9，那么特寫拍攝的ROP長度要以ROP中心點(diǎn)向左右兩側(cè)增加18. 5%的長度。在所述的3D攝像裝置參數(shù)調(diào)整単元的處理步驟2中，根據(jù)所得到的ROP中心點(diǎn)位置的坐標(biāo)值P (X，Y)來計(jì)算得到ROP中心點(diǎn)與所述的3D全景攝像裝置中某兩個成像ODVS視點(diǎn)的入射角和方位角，ROP中心點(diǎn)位置在三維空間上的坐標(biāo)值P(X，Y，Z)，對于ODVSl來說，其入射角amvsi可以由公式(4)、公式(5)求得，
α = tan"1 [ (b2+c2) sin Y _2bc] / (b2+c2) cos Y (4)r = tanl[f/yl(x2 + y2)](5)式中，c表示雙曲面鏡的焦點(diǎn)，2c表示兩個焦點(diǎn)之間的距離，a, b分別是雙曲面鏡的實(shí)軸和虛軸的長度，α表示入射光線在XZ平面上的夾角,這里將α大于或等于O時(shí)稱為俯角，將α小于O時(shí)稱為仰角，f表示成像平面到雙曲面鏡的虛焦點(diǎn)的距離，Y表示折入射光線與Z軸的夾角；其方位角(^odvsi可以由公式(3)求得；φ = tarT1 (Y/X) (3)式中，X、Y表示成像物點(diǎn)的空間坐標(biāo)，Φ表示方位角；對于0DVS2來說，其入射角 aOivs2可以由公式(4)、公式(5)求得，其方位角Φ。?！た梢杂晒?3)求得；由于拍攝距離要遠(yuǎn)大于兩個ODVS視點(diǎn)之間的距離，這里不考慮入射角Ciraivsi和入射角Ciraivs2之間的微小差別，即用入射角Qraivsi或者入射角a mvs2作為所述的3D立體攝像設(shè)備的拍攝角ακ，即α K a ODVSi ^ a 0DVS2 ;所述的3D立體攝像設(shè)備的方位角Φκ通過幾何關(guān)系求得，Φκ =90-Φ。腸+Φ·2，對于0DVS2和0DVS3、0DVS3和0DVS4、0DVS4和ODVSl的入射角和方位角計(jì)算方法跟上述相同。在所述的3D攝像裝置參數(shù)調(diào)整単元的處理步驟3中，根據(jù)計(jì)算得到的方位角Φ0DVS1和Φ-Μ以及兩個成像ODVS視點(diǎn)之間的距離B，來計(jì)算拍攝距離L，由于拍攝距離要遠(yuǎn)大于兩個ODVS視點(diǎn)之間的距離，可以用某ー個ODVS視點(diǎn)到拍攝物點(diǎn)之間的距離來近似拍攝距離L，計(jì)算公式如(10)所示，^sinZ4Z1)(10>式中，B為兩個相鄰ODVS視點(diǎn)之間的距離，即基線距，Φ0DVS2為空間物點(diǎn)P在0DVS2上的入射角，Φ ·為空間物點(diǎn)P在ODVSl上的入射角，L為拍攝距離；用同樣的方法，來估算ROP場景中的遠(yuǎn)點(diǎn)距離EOD和近點(diǎn)距離H)，對于0DVS2和0DVS3、0DVS3和0DVS4、0DVS4和ODVSl的入射角和方位角計(jì)算方法跟上述相同。在所述的3D攝像裝置參數(shù)調(diào)整単元的處理步驟4中，根據(jù)拍攝距離L和ROP的大小確定左右攝像機(jī)的焦距Π，對于構(gòu)成所述的3D全景攝像裝置的ODVS來說，其設(shè)計(jì)時(shí)都有給出ー個最大入射角a _和最小入射角Ciniin，最大入射角α _對應(yīng)的是ODVS的仰角，最小入射角α _對應(yīng)的是ODVS的俯角；最大入射角a _和最小入射角a _決定了全景展開圖像的垂直視場范圍，對于給定的拍攝距離L來說，ODVS拍攝場景高度Hl可以用公式(11)計(jì)算，Hl = L X (tan a max+tan a min) (11)式中，L為拍攝距離，a min為ODVS的最小入射角，α _為ODVS的最大入射角，Hl為拍攝距離在L時(shí)全景拍攝場景的實(shí)際高度值；采用公式(12)計(jì)算3D拍攝ROP的實(shí)際高度值，即hi
「 71 LhlP1C rr,(12)hi = ^ p Hl
Lm-式中，Hl為拍攝距離在L時(shí)全景拍攝場景的實(shí)際高度值，Σ hlpi。為3D拍攝ROP在ODVS成像平面中在垂直方向上所占的像素點(diǎn)個數(shù)，Σ Hlpic為ODVS成像平面中在垂直方向上所占的像素點(diǎn)個數(shù)，hi為3D拍攝ROP的實(shí)際高度值；更進(jìn)一歩，用公式(13)計(jì)算確定左右攝像機(jī)的焦距Π，
權(quán)利要求
1.一種3D立體攝像設(shè)備的拍攝參數(shù)自動調(diào)整系統(tǒng)，其特征在于所述拍攝參數(shù)自動調(diào)整系統(tǒng)包括一組由4臺全方位攝像裝置構(gòu)成的3D全景攝像裝置、一組由2臺高清攝像機(jī)構(gòu)成的3D攝像裝置和對4臺全方位攝像裝置的圖像進(jìn)行全景立體成像處理、根據(jù)在顯示器上顯示的3D全景圖像上用人機(jī)接口方式選擇想要拍攝對象的大小及位置信息來自動控制3D攝像裝置的對焦、光圈、調(diào)整拍攝方向、角度和3D深度動作的、并將3D全景視頻圖像和3D視頻圖像按左右通道進(jìn)行合成處理的計(jì)算機(jī)；所述的3D全景攝像裝置為所述的3D攝像裝置提供各種拍攝參數(shù)的信息；所述的3D全景攝像裝置中的4臺全方位攝像裝置通過視頻卡與所述的計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接，所述的3D攝像裝置中的2臺高清攝像機(jī)通過圖像采集單元與所述的計(jì)算機(jī)連接；所述的3D攝像裝置中的解碼器通過RS232/RS485轉(zhuǎn)換器與所述的計(jì)算機(jī)連接； 所述的計(jì)算機(jī)包括 全景圖像讀取與預(yù)處理單元，用于讀取4臺全方位攝像裝置的全景圖像并對全景圖像做簡單圖像預(yù)處理，分別啟動4個線程，每個線程讀取一個全方位攝像裝置的全景圖像，然后用4種不同的模版對相應(yīng)的全方位攝像裝置進(jìn)行圖像預(yù)處理，其輸出與透視展開單元連接; 透視展開單元，用于對全方位攝像裝置的全景圖像中的對立體成像提供成像的扇形圖像部分進(jìn)行透視展開，首先將所述的全景圖像讀取與預(yù)處理單元處理得到的4幅圖像進(jìn)行分割處理，分割成8個扇形圖像部分，即0DVS1L、0DVS2L、0DVS3L、0DVS4L、0DVS2R、0DVS3R、0DVS4R和ODVS IR ;然后分別對8個扇形圖像部分進(jìn)行透視展開得到4幅0DVS1L、0DVS2L、0DVS3L和0DVS4L的左透視展開圖像和4幅0DVS2R、0DVS3R、0DVS4R和ODVSlR的右透視展開圖像；其輸出與全景立體圖像加工單元連接； 全景立體圖像加工單元，用于輸出全景立體圖像給立體顯示設(shè)備，將在所述的透視展開單元中以Viewerl、Viewer2、Viewer3和Viewer4四個視角進(jìn)行展開的左右圖像分兩個通道輸出給立體顯示設(shè)備，其中4幅0DVS1L、0DVS2L、0DVS3L和0DVS4L的左透視展開圖像合成一個視頻流圖像傳輸給立體顯示設(shè)備的左側(cè)視頻圖像輸入端，4幅0DVS2R、0DVS3R、0DVS4R和ODVSlR的右透視展開圖像合成一個視頻流圖像傳輸給3D圖像和3D全景圖像合成單元的輸入端； 3D攝像裝置參數(shù)調(diào)整單元，用于響應(yīng)3D攝像師通過人機(jī)接口在全景圖上選擇想要特寫拍攝的區(qū)域時(shí)所產(chǎn)生的事件，特寫拍攝的區(qū)域以下用ROP表示，自動進(jìn)行3D景深的設(shè)定和3D效果的調(diào)整以及攝像機(jī)的焦距、拍攝方向和拍攝角度等調(diào)整；所述的3D攝像裝置參數(shù)包括ROP的拍攝角aK、R0P的方位角(K、左右兩臺高清攝像機(jī)的水平開角0、左右兩臺高清攝像機(jī)的焦距f I和左右兩臺高清攝像機(jī)的光圈值F，上述這些參數(shù)通過所述的3D全景攝像裝置的全景立體視頻信息加工獲得； 所述的3D攝像裝置參數(shù)調(diào)整單元的處理過程為步驟I :讀取ROP的大小、位置等信息；步驟2 :根據(jù)ROP的中心位置計(jì)算得到控制云臺的拍攝角Ci1^P方位角信息；步驟3 根據(jù)所述的3D全景攝像裝置中所成像兩個相關(guān)ODVS的幾何關(guān)系來計(jì)算3D特寫拍攝視場范圍內(nèi)的拍攝物的拍攝距離L ;步驟4 :根據(jù)拍攝距離L和ROP的大小確定左右攝像機(jī)的焦距f I ;步驟5 :根據(jù)拍攝距離L和左右攝像機(jī)的基線距B2確定左右攝像機(jī)的水平開角0 ；步驟6 :根據(jù)拍攝距離L確定調(diào)焦距離值及相應(yīng)的光圈系數(shù)值F ;步驟7 :根據(jù)這些參數(shù)值通過PELCO-D控制協(xié)議控制所述的3D攝像裝置中的水平轉(zhuǎn)動、垂直轉(zhuǎn)動、調(diào)焦、水平開角和3D深度的調(diào)整等電機(jī)的動作； 3D圖像讀取單元，用于從所述的高清視頻采集單元分別讀取所述的3D攝像裝置所獲得的左右 兩個通道的視頻圖像，其輸出與所述的3D圖像和3D全景圖像合成單元的輸入相連接； 3D圖像和3D全景圖像合成單元，用于將所述的3D攝像裝置所獲得的左右兩個通道的視頻圖像和所述的全景立體圖像加工單元所得到的左右兩個通道的全景視頻圖像進(jìn)行合成處理，左通道的視頻圖像與左通道的全景視頻圖像合成在一起，合成的一個視頻流圖像傳輸給立體顯示設(shè)備的左側(cè)視頻圖像輸入端；右通道的視頻圖像與右通道的全景視頻圖像合成在一起，合成的一個視頻流圖像傳輸給立體顯示設(shè)備的右側(cè)視頻圖像輸入端。
2.如權(quán)利要求I所述的3D立體攝像設(shè)備的拍攝參數(shù)自動調(diào)整系統(tǒng)，其特征在于所述的3D全景攝像裝置與所述的3D攝像裝置通過支撐桿連接在一起，支撐桿的上部固定著所述的3D全景攝像裝置，支撐桿的中部固定著所述的3D攝像裝置，所述的3D全景攝像裝置的中心軸與所述的3D攝像裝置的中心軸重合； 所述的3D攝像裝置由一組由2臺相同攝像參數(shù)的高清攝像機(jī)所構(gòu)成，所述的高清攝像機(jī)的焦距、光圈、拍攝方向、拍攝角度和3D深度調(diào)整動作是由所述的3D攝像裝置中相應(yīng)的驅(qū)動電機(jī)來實(shí)現(xiàn)的，其中鏡頭的調(diào)焦是由所述的高清攝像機(jī)中的內(nèi)部所帶電機(jī)來實(shí)現(xiàn)的，鏡頭的光圈調(diào)整是由所述的高清攝像機(jī)中的內(nèi)部所帶電機(jī)來實(shí)現(xiàn)的，所述的3D攝像裝置的拍攝方向的調(diào)整是由水平方向轉(zhuǎn)動電機(jī)來實(shí)現(xiàn)的，所述的3D攝像裝置的拍攝角度的調(diào)整是由垂直方向轉(zhuǎn)動電機(jī)來實(shí)現(xiàn)的，所述的3D攝像裝置的3D深度的調(diào)整是由轉(zhuǎn)動電機(jī)來實(shí)現(xiàn)的；將所述的高清攝像機(jī)分別固定在由兩個嚙合的齒輪片，齒輪片的另一端加工成渦輪形狀，轉(zhuǎn)動電機(jī)直接驅(qū)動渦桿，渦桿帶動齒輪片上的渦輪轉(zhuǎn)動，從而帶動齒輪片嚙合轉(zhuǎn)動，最終帶動了齒輪片的高清攝像機(jī)的相對轉(zhuǎn)動來實(shí)現(xiàn)3D深度的調(diào)整；在所述的3D攝像裝置中還包括有一個解碼器，通過串口接收所述的計(jì)算機(jī)的控制碼，并對該控制碼進(jìn)行解析，并將解析的結(jié)果轉(zhuǎn)換成驅(qū)動所述的3D攝像裝置中相應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)動的控制電壓，然后傳遞給所述的3D攝像裝置以控制其鏡頭的調(diào)焦、光圈、水平轉(zhuǎn)動、垂直轉(zhuǎn)動、3D深度的調(diào)整及停止操作。
3.如權(quán)利要求I或2所述的3D立體攝像設(shè)備的拍攝參數(shù)自動調(diào)整系統(tǒng)，其特征在于所述的計(jì)算機(jī)對所述的3D攝像裝置的控制是通過一個RS232/RS485轉(zhuǎn)換器將兩個通訊接口進(jìn)行連接，并對所述的3D攝像裝置寫入串口命令來實(shí)現(xiàn)的，利用PELCO-D控制協(xié)議作為所述的3D攝像裝置的控制協(xié)議。
4.如權(quán)利要求I或3所述的3D立體攝像設(shè)備的拍攝參數(shù)自動調(diào)整系統(tǒng)，其特征在于在所述的3D攝像裝置參數(shù)調(diào)整單元的處理步驟I中讀取拍攝視場范圍的信息，該信息包括ROP的大小以及位置信息；首先，計(jì)算ROP的中心點(diǎn)位置，得到ROP中心點(diǎn)位置的坐標(biāo)值P(X，Y);然后根據(jù)攝像模式，如攝像模式16:9，其圖像大小為3840*2160 ;如攝影模式4:3，其圖像大小4000*3000 ;用攝像模式來確定ROP的歸一化的長高比，如原來3D攝像師在全景圖上選擇特寫拍攝的ROP長高比為15 10，而選擇的攝像模式為16:9，那么特寫拍攝的ROP長度要以ROP中心點(diǎn)向左右兩側(cè)增加18. 5%的長度。
5.如權(quán)利要求I或3或4所述的3D立體攝像設(shè)備的拍攝參數(shù)自動調(diào)整系統(tǒng)，其特征在于在所述的3D攝像裝置參數(shù)調(diào)整單元的處理步驟2中，根據(jù)所得到的ROP中心點(diǎn)位置的坐標(biāo)值P(X，Y)來計(jì)算得到ROP中心點(diǎn)與所述的3D全景攝像裝置中某兩個成像ODVS視點(diǎn)的入射角和方位角，ROP中心點(diǎn)位置在三維空間上的坐標(biāo)值P (X，Y，Z)，對于ODVSl來說，其入射角Ciqdvsi可以由公式(4)、公式(5)求得，a = tarf1 [ (b2+c2) sin y _2bc] / (b2+c2) cos y (4) r = tan^[f / ^Jix2 + y2)](5) 式中，c表示雙曲面鏡的焦點(diǎn)，2c表示兩個焦點(diǎn)之間的距離，a, b分別是雙曲面鏡的實(shí)軸和虛軸的長度，a表示入射光線在XZ平面上的夾角，這里將a大于或等于0時(shí)稱為俯角，將a小于0時(shí)稱為仰角，f 表示成像平面到雙曲面鏡的虛焦點(diǎn)的距離，y表示折入射光線與Z軸的夾角； 其方位角Aaivsi可以由公式(3)求得； = tarT1 (Y/X) (3) 式中，X、Y表示成像物點(diǎn)的空間坐標(biāo)，表示方位角； 對于0DVS2來說，其入射角Cifflivs2可以由公式(4)、公式(5)求得，其方位角Ctmvs2可以由公式(3)求得；由于拍攝距離要遠(yuǎn)大于兩個ODVS視點(diǎn)之間的距離，這里不考慮入射角a Vsi和入射角a mvs2之間的微小差別，即用入射角amvsi或者入射角a mvs2作為所述的3D立體攝像設(shè)備的拍攝角a K，即a K ^ a odvsi ^ a 0DVS2 ;所述的3D立體攝像設(shè)備的方位角通過幾何關(guān)系求得，= 90-(tQDVS1+(j5QDVS2，對于 0DVS2 和 0DVS3、0DVS3 和 0DVS4、0DVS4 和ODVSl的入射角和方位角計(jì)算方法跟上述相同。
6.如權(quán)利要求I或3或4所述的3D立體攝像設(shè)備的拍攝參數(shù)自動調(diào)整系統(tǒng)，其特征在于在所述的3D攝像裝置參數(shù)調(diào)整單元的處理步驟3中，根據(jù)計(jì)算得到的方位角Ctmvsi和^odvs2以及兩個成像ODVS視點(diǎn)之間的距離B，來計(jì)算拍攝距離L，由于拍攝距離要遠(yuǎn)大于兩個ODVS視點(diǎn)之間的距離，可以用某一個ODVS視點(diǎn)到拍攝物點(diǎn)之間的距離來近似拍攝距離L,計(jì)算公式如(10)所示， L — B 乂 sin(f>ODVS2(10) sin(^ODra2 — (poDvsi) 式中，B為兩個相鄰ODVS視點(diǎn)之間的距離，即基線距，^odvs2為空間物點(diǎn)P在0DVS2上的入射角，Aaivsi為空間物點(diǎn)P在ODVSl上的入射角，L為拍攝距離；用同樣的方法，來估算ROP場景中的遠(yuǎn)點(diǎn)距離EOD和近點(diǎn)距離FD，對于0DVS2和0DVS3、0DVS3和0DVS4、0DVS4和ODVSl的入射角和方位角計(jì)算方法跟上述相同。
7.如權(quán)利要求I或3或4所述的3D立體攝像設(shè)備的拍攝參數(shù)自動調(diào)整系統(tǒng)，其特征在于在所述的3D攝像裝置參數(shù)調(diào)整單元的處理步驟4中，根據(jù)拍攝距離L和ROP的大小確定左右攝像機(jī)的焦距fl，對于構(gòu)成所述的3D全景攝像裝置的ODVS來說，其設(shè)計(jì)時(shí)都有給出一個最大入射角a _和最小入射角Ciniin，最大入射角a _對應(yīng)的是ODVS的仰角，最小入射角a ―對應(yīng)的是ODVS的俯角；最大入射角a _和最小入射角a _決定了全景展開圖像的垂直視場范圍，對于給定的拍攝距離L來說，ODVS拍攝場景高度Hl可以用公式(11)計(jì)算，Hl = LX (tan a max+tan a min) (11) 式中，L為拍攝距離，a min為ODVS的最小入射角，a _為ODVS的最大入射角，Hl為拍攝距離在L時(shí)全景拍攝場景的實(shí)際高度值；采用公式(12)計(jì)算3D拍攝ROP的實(shí)際高度值，即hi
8.如權(quán)利要求I或3或4所述的3D立體攝像設(shè)備的拍攝參數(shù)自動調(diào)整系統(tǒng)，其特征在于在所述的3D攝像裝置參數(shù)調(diào)整單元的處理步驟5中，根據(jù)拍攝物的距離L以及左右攝像機(jī)的基線距B2改變水平開角0，左右攝像機(jī)的水平開角0用公式(14)計(jì)算得到，
9.如權(quán)利要求I或3或4所述的3D立體攝像設(shè)備的拍攝參數(shù)自動調(diào)整系統(tǒng)，其特征在于在所述的3D攝像裝置參數(shù)調(diào)整單元的處理步驟6中，根據(jù)通過公式(10)計(jì)算得到的拍攝距離L，通過公式(13)計(jì)算得到左右攝像機(jī)的焦距值，用公式(15)計(jì)算鏡頭的光圈F值，
10.如權(quán)利要求I所述的3D立體攝像設(shè)備的拍攝參數(shù)自動調(diào)整系統(tǒng)，其特征在于所述的3D全景攝像裝置是通過四臺具有相同成像參數(shù)的固定單視點(diǎn)ODVS集成起來，用于獲得拍攝現(xiàn)場的全景立體圖像；采用一個平面將四臺具有相同成像參數(shù)的ODVS連接起來，通過這樣的連接能保證四臺具有相同成像參數(shù)的ODVS的固定單視點(diǎn)在同一平面上；連接的方式是將4個具有相同參數(shù)的雙曲面鏡面固定在一個透明玻璃面上，將4臺具有相同內(nèi)外參數(shù)的攝像頭固定在一個平面上；相鄰兩個雙曲面鏡面軸線的距離為70cm，表示為基線距，該基線距的距離與人類兩眼之間的、距離相同。
全文摘要
一種3D立體攝像設(shè)備的拍攝參數(shù)自動調(diào)整系統(tǒng)，其硬件包括3D全景立體攝像裝置、3D立體攝像設(shè)備和計(jì)算機(jī)，是通過四臺具有相同成像參數(shù)的全方位攝像裝置集成構(gòu)建而成的，3D全景立體攝像裝置為3D立體攝像設(shè)備提供各種拍攝參數(shù)的信息，如拍攝角αR、方位角φR、水平開角θ、焦距f1和光圈值F，根據(jù)這些參數(shù)值通過PELCO-D控制協(xié)議自動控制3D立體攝像裝置中的水平轉(zhuǎn)動、垂直轉(zhuǎn)動、調(diào)焦、水平開角和3D深度的調(diào)整等電機(jī)的動作，使得在立體放映設(shè)備上即能播放全局的3D全景視頻圖像又能瀏覽局部特寫的3D視頻圖像，不需要特有的立體攝像專業(yè)人員也能拍攝出質(zhì)量高的3D全景和3D視頻圖像?？蓮V泛的應(yīng)用于重大體育賽事、文藝演出、動畫電影、游戲等許多應(yīng)用領(lǐng)域。
文檔編號G03B35/08GK102665087SQ20121012185
公開日2012年9月12日 申請日期2012年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月24日
發(fā)明者劉康, 葉良波, 吳立娟, 湯一平, 田旭園 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)