[發明專利]自轉支架式會聚式多視點三維數據采集系統及方法

有效

• 申請號: 201110425188.0
• 申請日: 2011-12-14
• 公開（公告）號: CN102523472A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 楊嘉琛;汪火根
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H04N13/02
• 分類號: H04N13/02;H04N5/232
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 程毓英

技術領域

本發明屬于三維圖像采集技術領域，具體涉及一種會聚式多視點三維數據采集系統。?

背景技術

自由立體顯示是目前最主要的立體顯示方式之一，它利用人兩眼觀看具有視差的平面圖像后在大腦中形成具有縱深感的立體圖像。具有視差的圖像可以利用多個相機拍攝實際的三維場景得到。相機陣列的擺放方式分為會聚相機陣列法和平行相陣列法兩種。平行相機陣列法的各相機光軸互相平行，物平面重合，整個三維場景都只有負水平視差沒有正水平視差，在自由立體顯示器上得到只有凸出屏幕外，沒有凹進屏幕里的三維場景的再現顯示效果，這與觀看者觀看實際三維場景的縱深視覺習慣不一致，因此平行相機陣列法獲取的視差圖像不能實現三維場景的真實再現。會聚相機陣列法獲取的視差圖像具有正、負水平視差，在自由立體顯示器可得到既有凸出屏幕外，又有凹進屏幕里的三維場景的逼真再現顯示效果。?

傳統會聚式多視點三維數據采集系統只能實現固定焦距對目標進行觀測和拍攝，拍攝有很大的局限性。已有的自會聚式多視點三維數據采集系統通過改變相機的角度實現多相機的會聚，而沒有改變支架的弧度，這在拍攝中具有局限性。在多視點三維數據采集中兩個相鄰相機的鏡頭間隔稱作立體基準或者基線長。一般在多視點三維數據采集中立體基準定為人兩眼間隔7cm，這樣能呈現極自然的立體圖像，但是根據鑒賞畫面的尺寸和被攝體的距離，也有改變的情況。基本上是：將立體基準增大時，則視差量增大更能強調立體感；而減少立體基準時，視差量隨之減少，立體感也隨之減少。一般講，用立體基準7cm攝像時，對于相距相機2～10m左右的目標，可以拍攝到有自然立體感的場景。但對于建筑物或風景等遠處的被攝體來講，不增大立體基準就很難出現立體感，所以觀測范圍有限。當觀測較遠目標時，為了獲得立體感，一般都會使得立體基準大于7cm，如果只改變相機的方向，當目標在變化時，很難實現所有相機到拍攝目標相等。?

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的上述不足，解決傳統會聚式多視點三維數據采集系統只能實現固定焦距對目標進行觀測和拍攝的問題，提供一種能夠獲得三維場景的逼真再現顯示效果的視差圖像，實現多視點同步會聚的三維數據采集系統。本發明的技術方案如下：?

一種自轉支架式會聚式多視點三維數據采集系統，包括主攝像機、從攝像機、激光測距模塊、主控制器、攝像機支架，其中，?

所述的激光測距模塊用于測量主攝像機與觀測目標之間的距離，其輸出的距離信號被送入主控制器；?

所述的攝像機支架包括支撐托盤、主橫梁、多個從橫梁、多個電動轉軸，所述的支撐托盤用于支撐整個攝像機支架及各個攝像機，主橫梁的中部固定在支撐托盤上，主攝像機的云臺固定于主橫梁的中部，從橫梁從空間位置上來看，分為上從橫梁和下從橫梁，上從橫梁與下從橫梁及主橫梁相間排布，各個從橫梁的長度與主橫梁相同，在每個從橫梁的中部固定一個從攝像機的云臺；?

所述的電動轉軸包括底座、設置在底座上的轉動盤、固定在轉動盤上的筒體，轉動盤和筒體在電機的?驅動下轉動；?

在主橫梁的兩端各豎立一個電動轉軸，該兩個電動轉軸的底座固定在主橫梁的兩端，其兩個筒體的頂部分別與兩個上從橫梁的一端固定連接；該兩個上從橫梁的另外一端分別固定連接另外兩個電動轉軸的底座，與該兩個上從橫梁相鄰的下從橫梁則與相應的電動轉軸的筒體頂部固定相連，以此類推，以主橫梁為中心，相鄰的上從橫梁和下從橫梁的對應端部之間通過電動轉軸相連；?

主控制器根據激光測距模塊輸出的距離信號，通過電機控制各個電動轉軸的轉動同樣的角度，從而帶動位于主橫梁同一側的所有從橫梁轉動相同角度，實現多攝像機的會聚；并且根據該距離信號通過鏡頭控制電路控制各個攝像機鏡頭焦距的變化，實現多攝像機焦距的同步。?

本發明的多視點三維數據采集系統，所述的主攝像機最好為可測距攝像機，其內部帶有激光測距模塊。?

本發明同時提供一種采用所述的系統實現的自轉支架式會聚式多視點三維數據采集方法，包括下列步驟：?

(1)根據觀測目標布置主攝像機及從攝像機的位置，使主攝像機正對觀測目標，使各個從橫梁上的從攝像機的云臺固定，并且使從攝像機的光軸方向與從橫梁垂直；?

(2)用激光測距模塊測量主攝像機鏡頭到觀測目標間的距離；?

(3)根據激光測距模塊測量得到的距離，計算從攝像機的拍攝角度需要轉動的角度和從攝像機的焦距變化；?

(4)通過電機控制每個電動轉軸轉動同樣的角度，繼而使各個從橫梁轉動，從而使各個從攝像機正對觀測目標，實現多攝像機的會聚；?