一种移轴立体摄像机制造技术

本发明专利技术公开了一种移轴立体摄像机。一个移轴立体摄像机中左右两个平行设置的镜头组1和2采集的一个位于立体摄像机中心轴线上的关注物体5的左右两个影像分别在左右两个图像传感器成像表面3和4上成像。关注物体5移动时，一个同屏芯片通过对左右两个镜头组1和2沿着水平方向上同步地平移使关注物体5的左右两个影像分别成像在左右两个图像传感器成像表面3和4的中心。左右两个镜头组1和2被平移后，关注物体5的立体影像会聚点保持在屏幕上，关注物体5的立体深度与关注物体5的立体影像会聚点的立体深度之间满足一组线性数学公式。本发明专利技术解决了立体影像的非线性畸变、出屏和眼睛的焦点平面与立体影像的像平面分离的问题，应用于内窥镜、腔镜、立体测量、立体摄像机、立体影像处理、其他立体影像制作和应用领域。

【技术实现步骤摘要】
一种移轴立体摄像机
本专利技术涉及一种双镜头立体摄像机、立体影像线性光学技术、立体影像采集和播放技术、立体影像定位、追踪和测量技术。
技术介绍
两种传统的立体影像拍摄方法都存在无法避免的梯形畸变、非线性畸变和出屏的问题。会聚法获得的立体影像效果与眼睛通过转动眼球观察一个关注物体的方式和效果相同。但是当关注物移动时，左右两个摄像机无法通过向内角或外角方向的同步转动方式追踪移动中的关注物体，并将左右两个镜头中心线会聚和保持在关注物体上，获得的左右两个影像存在着梯形畸变。平行法获得的立体影像效果与眼睛观察一个位于无穷远处的关注物体的方式和效果相同。但是当关注物体距离立体摄像机有限远时，关注物体的立体影像存在的非线性畸变和会聚点的出屏效果使眼睛感觉不自然和不舒服。上述任何一种拍摄方法，实景中一个关注物体的立体深度与对应的立体影像会聚点之间都不是线性关系。市场中主流的立体播放器都是一种基于平面屏幕的立体显示技术，包括VR和AR眼镜。平面屏幕立体显示技术的核心问题是眼睛的焦点平面与立体影像的像平面是分离的，这与眼睛的日常观看习惯、经验和模式完全不同。这是眼睛观看立体影像一段时间后感觉疲劳、眩晕和生理不适的最主要的原因之一。到目前为止，这个问题的有效解决方案仍然没有被找到。本专利技术提出的一种移轴立体摄像机解决了立体成像和立体影像重建过程中存在的上述两个核心问题；第一个是眼睛的焦点平面与立体影像会聚点的像平面分离的问题；第二个是传统的立体影像拍摄方法存在的梯形畸变、非线性畸变和出屏的问题。移轴立体摄像机具有操作简单、成本较低、易于推广和普及的特点。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种移轴立体摄像机，首先，解决了实景中一个关注物体的立体深度与关注物体的立体影像会聚点的立体深度之间满足一组线性数学关系式的技术问题；第二，解决了眼睛的焦点平面与立体影像会聚点的像平面分离的技术问题；第三，解决了实景中一个关注物体的立体影像存在梯形畸变、非线性畸变和出屏的技术问题。本专利技术应用于内窥镜、腔镜、立体测量、立体摄像机、立体影像处理、立体影像制作和应用领域。一个移轴立体摄像机是由两个彼此独立、相同、中心线彼此平行设置的镜头组、一个或两个相同的图像传感器CCD或CMOS、一个移轴装置、一个影像处理器和一个同屏芯片组成。权利要求书和说明书中一个移轴立体摄像机是由左右两个镜头组组成。当一个移轴立体摄像机使用左右两个图像传感器时，左右两个镜头组也可以是左右两个分别拥有各自独立的图像传感器的摄像机。一个移轴立体摄像机中两个镜头组完全相同，包括(不限于)镜头组的焦距、视角、光圈、镜头组光学中心，镜片设计和类型、镜片数量、镜片材料、镜片表面镀膜、分辨率、镜头模组外壳内表面涂层、光学设计、结构设计及其他参数。一个移轴立体摄像机中两个镜头组初始设定时中心线之间的距离t称为移轴立体摄像机的初始视间距t。初始视间距t在3毫米至300毫米之间。移轴立体摄像机输出的影像格式有左右格式和左右两个独立影像格式。对于一个设置有一个图像传感器的移轴立体摄像机，左右两个镜头组采集的左右两个影像分别在一个图像传感器成像表面的左半部和右半部成像表面上成像并输出一个左右格式的影像。一个左右格式的影像是由左右两个子影像组成。对于一个设置有左右两个独立的图像传感器的移轴立体摄像机，左右两个镜头组采集的左右两个影像分别在左右两个图像传感器的成像表面上成像并输出左右两个独立的影像。会聚法和平行法是双目立体摄像机最常使用的两种立体影像拍摄方法。但是，会聚法和平行法都存在一些无法避免的问题，包括梯形畸变、非线性畸变和立体影像会聚点出屏。会聚法是一种模拟人的双眼观察世界的仿生立体拍摄方法。一个双目立体摄像机在初始设定时，左右两个摄像机通过向内角转动直到左右两个摄像机中心线会聚到一个位于立体摄像机中心轴线上的关注物体上。当关注物移动时，左右两个摄像机通过向内角或外角方向同步转动的方式追踪移动中的关注物体，并将左右两个摄像机中心线会聚和保持在移动中的关注物体上。这个采集关注物体影像的过程与人的眼睛通过转动眼球方式跟踪并聚焦在关注物体上的过程是相同的，获得的立体影像的立体效果与眼睛观察一个关注物体获得的视觉效果是相同的，具有一种真实、自然和舒适的感受。实际上，会聚法的仿生拍摄技术的核心是通过沿着内角或外角方向上同步地转动左右两个摄像机的方式，使关注物体的左右两个影像分别成像在左右两个图像传感器成像表面的中心。平行法则是一种相当于眼睛观察一个位于无穷远处的关注物体的方式采集关注物体立体影像的拍摄方法。平行法获得的影像虽然没有梯形畸变，但是存在非线性畸变和立体影像会聚点出屏的问题。立体影像长时间的出屏效果与眼睛观察物体的传统方式和日常经验的感受不同，会造成眼睛疲劳和不舒服。尽管获得的影像存在梯形畸变，但是会聚法相较于平行法仍是一种更为理想的立体影像拍摄方法。移轴立体摄像机使用一种移轴等效会聚法的立体影像拍摄方法采集一个关注物体的立体影像。移轴等效会聚法是一种以平行法为基础，融合了会聚法的仿生立体拍摄方法的核心技术的立体影像拍摄方法。移轴等效会聚法通过对移轴立体摄像机中的左右两个镜头组进行平移的方式解决了会聚法通过向内角或外角方向上同步转动左右两个摄像机的方式追踪和会聚在移动中的关注物体的过程中出现的问题。移轴等效会聚法与会聚法的最大区别是对左右两个镜头组进行平移，不是对左右两个摄像机镜进行转动。移轴同屏等效会聚法获得的立体影像的立体效果与会聚法通过向内角或外角同步转动摄像机的方式获得的立体影像的立体效果是相同，只是实现的路径和方式不同。另外，移轴等效会聚法不仅解决了会聚法中梯形畸变的问题，而且一并地解决了平行法中立体影像的非线性畸变和立体影像会聚点出屏的问题。实际上，移轴等效会聚法最大的贡献和意义不仅是通过左右两个镜头组的平行设置方式等效地实现了使用会聚法获得的立体影像的立体效果，而且在立体影像采集空间和立体影像播放空间之间通过一个线性传递函数建立了一个线性转换关系。这种线性转换关系成为立体空间线性理论和眼睛焦点平面与立体影像的像平面重合的解决方案的基础。一个移轴立体摄像机中左右两个镜头组采集的一个位于移轴立体摄像机中心轴线上的关注物体的左右两个影像分别成像在一个图像传感器的左半部和右半部成像表面上或左右两个图像传感器成像表面上，但是关注物体的左右两个影像在图像传感器成像表面上的成像都不在一个图像传感器的左半部和右半部成像表面的中心或左右两个图像传感器的成像表面的中心。移轴立体摄像机中一个同屏芯片沿着一条位于左右两个镜头组中心线构成的一个平面上并与两个镜头组中心线垂直的直线方向上，通过一个移轴装置对左右两个镜头组朝向彼此相对或相反的方向上进行平移，使关注物体的左右两个影像的成像分别位于一个图像传感器的左半部和右半部成像表面的中心或左右两个图像传感器成像表面的中心。一个移轴立体摄像机在初始设定时，同屏芯片按照公式L＝[(F×t)/2]÷(Zconv+F)通过一个移轴装置对左右两个镜头组进行平移。当关注物体移动时，同屏芯片按照公式L＝[(F×t)/2]÷(Z+F)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种移轴立体摄像机，其特征在于，所述的一种移轴立体摄像机包括左右两个彼此独立，相同，中心线彼此平行设置的镜头组，一个或左右两个相同的图像传感器，一个移轴装置，一个影像处理器和一个同屏芯片组成；一个移轴立体摄像机中左右两个镜头组采集的一个位于立体摄像机中心轴线上的关注物体的左右两个影像分别在一个图像传感器的左半部和右半部成像表面上或左右两个图像传感器成像表面上成像，但是关注物体的左右两个影像在图像传感器成像表面上的成像都不在一个图像传感器的左半部和右半部成像表面的中心或左右两个图像传感器成像表面的中心；所述的一个同屏芯片沿着一条位于左右两个镜头组中心线构成的一个平面上，并与两个镜头组中心线垂直的直线方向上，通过所述的一个移轴装置对左右两个镜头组朝向彼此相对或相反的方向上进行平移，使关注物体的左右两个影像分别成像在一个图像传感器的左半部和右半部成像表面的中心或左右两个图像传感器成像表面的中心；移轴立体摄像机在初始设定时，同屏芯片按照关系式L＝[(F×t)/2]÷(Zconv+F)通过移轴装置对左右两个镜头组进行平移，当关注物体移动时，同屏芯片按照关系式L＝[(F×t)/2]÷(Z+F)通过移轴装置同步地对左右两个镜头组进行平移，左右两个镜头组被平移后，关注物体的立体影像会聚点位于屏幕上，关注物体的立体深度与关注物体的立体影像会聚点的立体深度之间满足一组线性数学关系式；同屏芯片也可以通过改变动态影像放大率A＝[T÷(F×t)]×(Z+F)和动态影像放大率变化ΔA＝[T÷(F×t)]×ΔZ的方式使关注物体的立体影像会聚点保持在屏幕上；所述的一个影像处理器是一个设置有一个或二个影像处理芯片ISP，一个集成和存储有多条指令由影像处理器加载并执行的一个同屏芯片组成的装置；所述的一个同屏芯片是一个集成和存储有多条指令，包括一个定位追踪指令，一个测量指令，一个移轴指令，一个动态影像放大指令和一个等效会聚点重设指令的芯片，同屏芯片中的上述指令由影像处理器加载并执行；上述公式中，L是左镜头组或右镜头组平移的距离，T是人的双眼之间的距离即瞳距，F是镜头组的焦距，t是左右两个镜头组初始设定时中心线之间的距离，Zconv是移轴立体摄像机的等效会聚点的立体深度，Z是实景中一个关注物体的立体深度。/n...

【技术特征摘要】
1.一种移轴立体摄像机，其特征在于，所述的一种移轴立体摄像机包括左右两个彼此独立，相同，中心线彼此平行设置的镜头组，一个或左右两个相同的图像传感器，一个移轴装置，一个影像处理器和一个同屏芯片组成；一个移轴立体摄像机中左右两个镜头组采集的一个位于立体摄像机中心轴线上的关注物体的左右两个影像分别在一个图像传感器的左半部和右半部成像表面上或左右两个图像传感器成像表面上成像，但是关注物体的左右两个影像在图像传感器成像表面上的成像都不在一个图像传感器的左半部和右半部成像表面的中心或左右两个图像传感器成像表面的中心；所述的一个同屏芯片沿着一条位于左右两个镜头组中心线构成的一个平面上，并与两个镜头组中心线垂直的直线方向上，通过所述的一个移轴装置对左右两个镜头组朝向彼此相对或相反的方向上进行平移，使关注物体的左右两个影像分别成像在一个图像传感器的左半部和右半部成像表面的中心或左右两个图像传感器成像表面的中心；移轴立体摄像机在初始设定时，同屏芯片按照关系式L＝[(F×t)/2]÷(Zconv+F)通过移轴装置对左右两个镜头组进行平移，当关注物体移动时，同屏芯片按照关系式L＝[(F×t)/2]÷(Z+F)通过移轴装置同步地对左右两个镜头组进行平移，左右两个镜头组被平移后，关注物体的立体影像会聚点位于屏幕上，关注物体的立体深度与关注物体的立体影像会聚点的立体深度之间满足一组线性数学关系式；同屏芯片也可以通过改变动态影像放大率A＝[T÷(F×t)]×(Z+F)和动态影像放大率变化ΔA＝[T÷(F×t)]×ΔZ的方式使关注物体的立体影像会聚点保持在屏幕上；所述的一个影像处理器是一个设置有一个或二个影像处理芯片ISP，一个集成和存储有多条指令由影像处理器加载并执行的一个同屏芯片组成的装置；所述的一个同屏芯片是一个集成和存储有多条指令，包括一个定位追踪指令，一个测量指令，一个移轴指令，一个动态影像放大指令和一个等效会聚点重设指令的芯片，同屏芯片中的上述指令由影像处理器加载并执行；上述公式中，L是左镜头组或右镜头组平移的距离，T是人的双眼之间的距离即瞳距，F是镜头组的焦距，t是左右两个镜头组初始设定时中心线之间的距离，Zconv是移轴立体摄像机的等效会聚点的立体深度，Z是实景中一个关注物体的立体深度。


2.根据权利要求1所述的一种移轴立体摄像机，其特征在于，所述的一个定位追踪指令是实景中一个关...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛新，
申请(专利权)人：毛新，
类型：发明
国别省市：北京;11