CN103365064B - 立体影视拍摄装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种立体影视拍摄装置，包括摄像机、云台、遥控器和寻像器，摄像机为两台，遥控器和寻像器安装于摄像机的前方，摄像机安装于云台上；云台呈中心对称结构，包括三层支架，底层支架、中间层支架和顶层支架，三层之间依次连接，顶层支架连接摄像机。该立体影视拍摄装置，为一种自动化程度较高的双动模式云台，可实现拍摄距离的随时高精度调整，调整方便精准，省时省力，提高拍摄效率。

Description

立体影视拍摄装置

技术领域

本发明涉及一种立体影视拍摄装置，属于摄像器材技术领域。

背景技术

立体摄像要求至少具有两个镜头和两个感光CCD或CMOS元件，用来代替人的两只眼睛摄取图像，两个镜头之间的距离及其直线导轨之间的夹角和距离必须模仿人眼的两个眼球动作，并根据拍摄物体的距离变化不断调整镜头距离，使拍摄的两个图像的视觉差与人眼直接观看的视觉差最大程度的雷同。

目前3D拍摄器材主要分为单机双镜头摄像机和双机双镜头摄像机两大类。单机双镜头摄像机是并列安装两个镜头在一个机身两个相对位置。双机双镜头摄像机是指两个镜头分别单独采用一个机身，通过特定的云台将两台摄像机按照一定的角度和距离安装，通过统一的参数调整和同步的拍摄操控，来实现立体拍摄。

单机双镜头拍摄外观、重量、大小和操作方式与普通2D摄像机相似，是分别将两个镜头和感光单元水平并列的方式安装在一个机身内。单机双镜头摄像机能够通过两个镜头分别模拟左眼和右眼的成像习惯进行拍摄。但是，由于单机双镜头摄像机的两个镜头是固定的，两个镜头之间的轴间距和角度都无法进行调整。所以，单机双镜头摄像机只用于拍摄一些场景相对简单的画面，在表现复杂且多景深物体的场景时往往出问题。这类摄像机一般用于对拍摄质量要求不高，需要轻便移动拍摄和预算比较少的节目的拍摄。

双机双镜头摄像***由两***立的摄像机组成，镜头和成像单元都是独立的。两个单独的摄像机通过支架固定在一起，并按照一定的距离和角度并列排布，且镜头之间的距离和夹角可以自由调整。由于适用范围广，拍摄范围和角度的灵活多变双机双镜头拍摄是目前3D拍摄的主流。按照机身固定的方式的不同，双机双镜头摄像***可以分为垂直式和水平式两种。

垂直式是指两个机器按照一定的角度和距离垂直固定，两台摄像机不在同一条水平线上，镜头成垂直状分布。由于垂直式立体摄像由于两台摄像机成垂直夹角分布，在拍摄主体较远的场景画面的时候，容易造成主体的变形，不适于拍摄主体较远的画面，这类摄像手法常用于拍摄主体较近的画面。此外，垂直式摄像***体积较为庞大，造价高，同步调节难度大，画质容易受到分光镜影响。

水平式是指两个机器水平式并列排布在同一支架上，可自由调整轴间距及夹角。结构简单，价格便宜，轴距、汇聚面、角度同步调节轻松，水平式适用范围广泛，目前水平式支架存在着两台摄像机机轴间距无法无穷小的难题。且现有的水平式支架均为手动调节，误差大，费事费力。

发明内容

本发明提供一种立体影视拍摄装置，为在使用双机单镜头拍摄立体影视的时候所使用的一种装置，能够克服现有技术的缺陷，可实现高度自动化控制，控制精准，不容易出错，省时省力。同时，该装置也可进行手动调节位移，当电机失效或故障状态下，可采用手动的方式，实现不间断拍摄。

为解决以上技术问题，本发明提供如下技术方案：一种立体影视拍摄装置，包括摄像机、云台、遥控器和寻像器，摄像机为两台，遥控器和寻像器安装于摄像机的前方，摄像机安装于云台上。

进一步地，所述云台呈中心对称结构，包括三层支架，底层支架、中间层支架和顶层支架，三层之间依次连接，顶层支架连接摄像机，底层支架具有X轴向滑移梁，X轴向滑移梁连接并带动中间层支架沿X轴向运动，中间层支架具有旋转台，旋转台连接并带动顶层支架绕旋转台中心轴线作旋转运动，顶层支架具有Y轴向滑移梁，Y轴向滑移梁连接并带动摄像机沿Y轴向运动。

进一步地，所述顶层支架包括端板、Y轴向滑移梁、直线导轨和滚珠丝杆，直线导轨为两根，两端固定于两侧的端板，滚珠丝杆与两直线导轨互相平行，Y轴向滑移梁垂直滚珠丝杆与两直线导轨连接，Y轴向滑移梁与滚珠丝杆为螺纹连接，与两直线导轨为滑动连接。

进一步地，所述滚珠丝杆连接齿轮，齿轮连接电机齿轮，电机齿轮连接电机，电机连接遥控器，遥控器控制并显示电机运动的起停和转速。

进一步地，所述中间层支架包括旋转台、伞齿轮、轴承、转轴、手动齿轮和手动齿轮手柄，所述旋转台呈倒置的方桶形，旋转台的正下方为伞齿轮，伞齿轮固定于底层支架的X轴向滑移梁上，伞齿轮中心处连接轴承，轴承连接转轴，转轴垂直连接旋转台顶部，手动齿轮啮合伞齿轮，手动齿轮连接手动齿轮手柄。

进一步地，所述手动齿轮的相对侧连接有电机齿轮，电机齿轮由电机驱动，该电机齿轮与伞齿轮啮合。

进一步地，所述底层支架为侧端面呈三角形的左右对称式结构；所述底层支架包括两侧端板、箱体、直线导轨、滚珠丝杆、斜支撑臂和X轴向滑移梁，直线导轨为两根，斜支撑臂为四根，直线导轨穿过箱体的上部、两端连接在端板上；斜支撑臂为四根，以箱体为中心对称设置，一端连接于端板，另一端连接于箱体，斜支撑臂与直线导轨的角度为18度；所述滚珠丝杆连接在两根直线导轨之间，滚珠丝杆与两直线导轨互相平行；X轴向滑移梁垂直连接滚珠丝杆与两直线导轨，X轴向滑移梁与滚珠丝杆为螺纹连接，X轴向滑移梁与两直线导轨为滑动连接。

进一步地，所述直线导轨上设置有位移刻度。

进一步地，所述滚珠丝杆连接齿轮，齿轮连接电机齿轮，电机齿轮连接电机；所述电机连接遥控器，遥控器控制并显示电机运动的起停和转速。

进一步地，所述箱体内固定电机、电路板和电机电源。

进一步地，所述箱体表面上连接有显示器，显示器显示电机起停、转速、摄像机间距离和摄像机间夹角。

进一步地，所述云台上两摄像机连接有用于测量两摄像机间距的定位传感器和测量两摄像机转动角度的角位移传感器。

进一步地，所述箱体顶部中心处设有气泡水平仪。

进一步地，所述旋转台连接带有刻度板，刻度板的外端面为弧形面，弧形面上设置有刻度，显示摄像机旋转的角度。

立体成像要想使观众对其实际看到的位于屏幕平面上的影像产生空间深度感，就必须利用人双眼立体视觉特性。在进行拍摄的时候使用的3D摄像机，通常使用双镜头分别模仿人的左眼和右眼。在拍摄时同时从两个位于同一水平线上的拍摄点拍摄同一景物，左边的镜头模仿人的左眼观察事物的角度，右边镜头模仿的是人的右眼观察事物时的角度，从而在两个镜头得到两个具有水平视差的画面。放映时把左右两画幅同时反映在同一个平面屏幕上，并使之成为叠加的双影画面。使观众的左、右眼分别看到从左、右镜头拍摄的左、右画面，这样，呈现在观众眼前的影像就是一种立体的效果，给人以身临其境的逼真感。

本发明涉及的这种立体影视拍摄装置，模仿人的左眼和右眼，两摄像机在自动控制***的作用下实现X轴、Y轴向相对运动和镜头夹角的变化。该拍摄装置，自动化程度较高，使拍摄更加容易，无论是远距离拍摄还是近距离拍摄，均方便调节，可实现精准控制，省时省力，提高拍摄效率。

附图说明

图1为本发明立体影视拍摄装置结构示意图；

图2为本发明云台正视图；

图3为本发明云台俯视图；

图4为本发明旋转台放大图；

图5为本发明电机控制原理图；

图6为本发明控制模块简版电路图；

具体实施方式

本发明的工作原理在于提供一种高强度高稳定性云台，为两台摄像机共同工作拍摄立体影视的需要而设计，现有技术中，立体影视拍摄所需设备相当复杂，在拍摄过程中浪费人力物力，由于动作的不灵敏性使拍摄效果也不佳。该支撑云台既可以带到摄像机实现X轴、Y轴的直线运动和在旋转台的带动下实现旋转运动。其操作简单，只需旋转滚珠丝杠的螺母即可轻松实现两摄像机之间距离的调节，角度的调节。该云台左右对称，使摄像机处在同一个水平面上，模拟人眼运动的原理进行拍摄。

如图1所示，在设计好的云台支架集成无线通信模块，通过集成寻像器的遥控器对有双机位的立体摄影云台进行控制，使其能够通过无线远程寻像并智能控制***实现XY方向和视角的精密控制。这样，既实现了高质量的立体拍摄效果，又方便摄影师远距离遥控双机位拍摄。

如图2和图3所示，云台包括手动齿轮旋钮1、转轴2、X轴向滚珠丝杆3、旋转台4、X轴向螺母5、伞齿轮6、端板7、Y轴向直线导轨8、Y轴向螺母9、顶层支架端板10、底层支架端板11、X轴向直线导轨12、斜支撑臂13、X轴向滑移梁14、箱体15、手动齿轮16、轴承17、电机齿轮18、电机19、气泡水平仪20、齿轮21、电机22、电路板23、电源24和电机25。

箱体15顶部中心处设有气泡水平仪20。

X轴向直线导轨12起导轨作用，承受云台压力。该云台的每根直线导轨表面光滑，滑移梁与直线导轨的连接处做表面处理。

X轴向直线导轨12与斜支撑臂13间夹角和二者长度的选择，经受力分析可知，该三角形结构属于高阶超静定动不定度问题，结合有限元结构受力分析与外观设计要求，当斜支撑臂倾斜角度a为18°时，结构力最强。根据设计要求，需要承受的载荷不小于2*50KG*9.8m/s²，且定位精度高。因此在该设计中选用光轴直线导轨，结合直线导轨长度和精度要求，整个支架均可选取直径12mm左右或以上的直线导轨结构力更强。

云台所涉及的滑移梁与滚珠丝杆的连接处设有孔，孔内连接滚珠，滚珠与丝杆滚动连接，该滚珠丝杆可实现往复运动。滚珠丝杆具有如下优点：传动效率高，精度高，噪音低，适合往返传动。滚珠丝杠具体参数如下：直径ф5-ф180mm，导程1-8mm；精度：一般0.01mm，较精密取0.005mm甚至0.001mm；滚珠丝杠材料可选择轴承钢。

本发明可实现电机自动控制，只需滚珠丝杆连接齿轮，电机主轴连接齿轮，电机连接的齿轮与滚珠丝杆连接的齿轮啮合，二者的传动比大于2，以提高传动精度。

图4为旋转台放大图。从图中可以看出，旋转手动齿轮旋钮1带动手动齿轮16，手动齿轮16啮合伞齿轮6。本发明还可以在手动齿轮16的相对侧连接电机齿轮18，电机齿轮18由电机19驱动。该图为结构示意图，实际上，为使旋转台旋转的精度更高，无论是手动齿轮还是电机齿轮与伞齿轮啮合的传动比应尽量大，以提高传动精度。电机可以连接遥控器，使控制更加容易。

本设计采用的是NEC编码的遥控器，当遥控器的某个按键被按下以后，遥控器产生红外脉冲信号通过红外发射管发射出去，接收端的红外接收头来接收红外脉冲信号，一体化红外接收头的信号输出端OUT连接到单片机的外部中断INT0,这样一体化红外接收头把接收到的红外脉冲信号送到单片机去解码，解码处理完成后得到的8位有效数据通过串行口TXD发送到单片机去处理，主程序中的switch语句能够判断出哪个键被按下，同时根据不同键值产生不同的控制策略，比如步进电机的控制脉冲通过P2.0~P2.3送出，经由驱动芯片功率放大，驱动步进电机转动，同时，P0口能送出段码使数码管上显示转速。

如图5所示，摄像师在遥控端进行命令输入，遥控器的信号通过信号采集部分输入到控制模块的微处理器中；微处理器根据输入动作和操作方向分类，确定输入动作与摄像机和云台的执行动作的对应关系，输入动作与摄像机云台动作的对应关系是由微处理器中的程序决定的，可以人为变更，微处理器把输入动作转换成控制命令，通过控制模块的驱动部分驱动并指挥摄像机云台的调整。

本发明的电机选用步进电机，步进电动机具有精度高、惯性小、工作可靠的特点。

如图6所示，硬件设计分为单片机电路设计，包括晶振电路、复位电路、供电电路、I/O电路的设计；扩展电路设计、程序存储器、数据存储器、I/O接口电路的设计、输入/输出通道设计，***驱动及执行机构的设计。

本发明所述的具体实施方式并不构成对本申请范围的限制，凡是在本发明构思的精神和原则之内，本领域的专业人员能够作出的任何修改、等同替换和改进等均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种立体影视拍摄装置，其特征在于，所述拍摄装置包括摄像机、云台、遥控器和寻像器，摄像机为两台，遥控器和寻像器安装于摄像机的前方，摄像机安装于云台上；所述云台呈中心对称结构，包括三层支架，底层支架、中间层支架和顶层支架，三层之间依次连接，顶层支架连接摄像机，底层支架具有X轴向滑移梁，X轴向滑移梁连接并带动中间层支架沿X轴向运动，中间层支架具有旋转台，旋转台连接并带动顶层支架绕旋转台中心轴线作旋转运动，顶层支架具有Y轴向滑移梁，Y轴向滑移梁连接并带动摄像机沿Y轴向运动；所述顶层支架包括端板、Y轴向滑移梁、直线导轨和滚珠丝杆，直线导轨为两根，两端固定于两侧的端板，滚珠丝杆与两直线导轨互相平行，Y轴向滑移梁垂直滚珠丝杆与两直线导轨连接，Y轴向滑移梁与滚珠丝杆为螺纹连接，与两直线导轨为滑动连接；所述滚珠丝杆连接齿轮，齿轮连接电机齿轮，电机齿轮连接电机，电机连接遥控器，遥控器控制并显示电机运动的起停和转速；所述中间层支架包括旋转台、伞齿轮、轴承、转轴、手动齿轮和手动齿轮手柄，所述旋转台呈倒置的方桶形，旋转台的正下方为伞齿轮，伞齿轮固定于底层支架的X轴向滑移梁上，伞齿轮中心处连接轴承，轴承连接转轴，转轴垂直连接旋转台顶部，手动齿轮啮合伞齿轮，手动齿轮连接手动齿轮手柄；所述手动齿轮的相对侧连接有电机齿轮，电机齿轮由电机驱动，该电机齿轮与伞齿轮啮合；所述底层支架为侧端面呈三角形的左右对称式结构；所述底层支架包括两侧端板、箱体、直线导轨、滚珠丝杆、斜支撑臂和X轴向滑移梁，直线导轨为两根，斜支撑臂为四根，直线导轨穿过箱体的上部、两端连接在端板上；斜支撑臂为四根，以箱体为中心对称设置，一端连接于端板，另一端连接于箱体，斜支撑臂与直线导轨的角度为18度；所述滚珠丝杆连接在两根直线导轨之间，滚珠丝杆与两直线导轨互相平行；X轴向滑移梁垂直连接滚珠丝杆与两直线导轨，X轴向滑移梁与滚珠丝杆为螺纹连接，X轴向滑移梁与两直线导轨为滑动连接。

2.根据权利要求1所述的立体影视拍摄装置，其特征在于，所述直线导轨上设置有位移刻度。

3.根据权利要求1所述的立体影视拍摄装置，其特征在于，所述滚珠丝杆连接齿轮，齿轮连接电机齿轮，电机齿轮连接电机；所述电机连接遥控器，遥控器控制并显示电机运动的起停和转速。

4.根据权利要求1所述的立体影视拍摄装置，其特征在于，所述箱体内固定电机、电路板和电机电源。

5.根据权利要求4所述的立体影视拍摄装置，其特征在于，所述箱体表面上连接有显示器，显示器显示电机起停、转速、摄像机间距离和摄像机间夹角。

6.根据权利要求1所述的立体影视拍摄装置，其特征在于，所述云台上两摄像机连接有用于测量两摄像机间距的定位传感器和测量两摄像机转动角度的角位移传感器。

7.根据权利要求1所述的立体影视拍摄装置，其特征在于，所述箱体顶部中心处设有气泡水平仪。

8.根据权利要求1所述的立体影视拍摄装置，其特征在于，所述旋转台连接带有刻度板，刻度板的外端面为弧形面，弧形面上设置有刻度，显示摄像机旋转的角度。