CN1567083A - 立体数码相机及成像显示方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种可以由数码相机摄取并观看立体图像的装置和方法。主要的原理为由双镜头的数码相机拍摄视角不同视点相同的图像照片，传输至电脑，经过相应软件的处理，并同时产生相应的同步驱动信号，使对应观察眼镜镜片处于不同工作状态，使左右眼可以互不干扰地观看到不同视角同一视点的图像，这样即可形成立体图像的感觉，同时软件还可以对所摄取的图像进行滤色处理，这样可以直接佩戴相应互补色的眼镜，即可以观察到相应的互补色立体图象。

Description

立体数码相机及成像显示方法

技术领域

这是一种可以摄取不同视角相同视点物体图像的数码相机并可观察到立体图像的装置和方法。

技术背景

随着科技的发展和提高，数码产品也日益丰富和多样，近年，数码相机已经成为其中最重要的一个类别，所摄取的图像越来越精细，已渐渐替代传统的摄影技术，但是无论是传统的摄影技术还是现代的数码摄影技术，所获取的图像均为一个平面图像，缺乏层次，不能够全面的反映实际物体的客观现实，在过去也曾经出现过几种特殊的摄取图像以获得立体图像的方法，比如立体电影的获取和观看的方法，是以多视角拍摄以及和偏光镜头、观众佩戴偏光眼睛来得到视觉上的立体效果图像的，但是这一种方法，显然是太复杂了，普通用户不能够随意拍摄，其它的方法也是类似方案，因而，现在立体摄影还没有真正地进入到人们的生活中去。

发明内容

本发明的目的就是提供一种可以方便地获得立体图像的数码相机装置和方法。

本发明的目的就是通过这样的方法来实现的：由双镜头构成的数码相机选择最佳的视点，调整左右侧镜头的视角，获得物体不同视角相同视点的图像，把分别含有所摄取物体不同方向信息的图像文件，传输到电脑，经过电脑内专门的软件进行处理，可以得到左右侧视点图像周期显示的交互图像，在显示交互图像时，软件可产生一个同步信号，并传输至观察者佩戴的液晶眼镜，这样观察者在一定时间只能够看到同一物体同一视点但不同视角的图像，也就是说左眼只能够看到左侧视角的图像，右眼只能够看到右侧视角的图像，由于周期显示的时间约为六十分之一秒，因为人眼视觉暂留的特性，观察者通过液晶眼镜可以观察到立体图像。还有一种办法，也可以对数码相机所获取原始图像进行加滤色处理，对同一视点左右视角的图像分别加上不同的且互为补色的透明过滤色，并叠加图像，观察者佩戴与所加补色对应的补色眼镜，也可以观察到立体图像。

本发明的优点和效果在于：使用者可以用数码相机方便的随时摄取物体信息，直接在电脑上观察到真实感极强的立体图像，成本低廉，方便快捷，易于推广和普及。

附图1是本发明提出的立体数码相机及成像显示方法的前视图。

附图2是本发明提出的立体数码相机及成像显示方法的俯视图。

附图3是本发明提出的立体数码相机及成像显示方法的取景工作示意图。

附图4是本发明提出的立体数码相机及成像显示方法的可以转动镜头部件的结构示意图。

附图5是本发明提出的立体数码相机及成像显示方法的配套组件示意图。

附图6是本发明提出的立体数码相机及成像显示方法的工作原理和流程图。

附图7是本发明提出的立体数码相机及成像显示方法的自动测距调节工作流程示意图。

下面结合附图和实施例来说明本发明的工作原理。

首先来说明本发明的结构组成，由附图中，(1)为本发明所涉及的立体数码相机机体，在立体数码相机机体(1)上有并排的两个镜头，其中(2)为右镜头部件，(3)为左镜头部件，在左镜头部件(3)、右镜头部件(2)中均含有图像传感器件，如CCD或是COMS传感器等，在与右镜头部件(2)、左镜头部件(3)的上侧(或是下侧)有着与镜头轴心平行的两个测定器(4)、(5)，如附图2所示，它们分别应于右镜头部件(2)和左镜头部件(3)上侧或是下侧，它是用来调整两只镜头部件在水平方向范围内的视角，在右镜头部件(2)、左镜头部件(3)对应有转动轴(6)和转动轴(7)，右镜头部件(2)和左镜头部件上(3)可以以此为轴心在水平面方向进行一定范围角度的旋转，这样就可以方便进行水平视角的调节，与右镜头部件(2)、转动轴(6)相连接的是连杆(8)，与左镜头部件(3)、转动轴(7)相连接的是齿轮(9)，在连杆(8)、齿轮(9)连接处还有定位杆(10)，定位杆(10)为一螺纹杆，在定位杆(10)处还有限位块(11)，限位块(11)与定位杆(10)有对应的限位槽，可以使定位杆(10)在径向自由转动但不能够进行轴向的移动，而限位块(11)是固定在相机的机体上的，所以，限位块(11)的作用是可以使定位杆(10)在自身径向旋转，但在自身的轴向方向上不能够移动，起到了一个限位的作用。连杆(8)与定位杆(10)是齿轮杆相连或是相接，在连杆(8)与定位杆(10)相联处的内侧也有对应定位杆(10)的内螺纹，这样，当定位杆(10)旋转时，连杆(8)可以进行与定位杆(10)轴向方向的水平移动，连杆(8)又以转动轴(6)为轴心联动右镜头部件(2)在水平视角的范围内做旋转，同时定位杆(10)与齿轮(9)是齿轮对应相接，当定位杆(10)进行旋转时，定位杆(10)将传动齿轮(9)以转动轴(7)为轴心旋转，这样，也联动左镜头部件(3)在水平视角范围内做旋转，这样，当定位杆(10)在自身在径向进行旋转时，定位杆(10)在限位块(11)的作用下，在自身的轴向方向上不能够进行移动，由于定位杆(10)与连杆(8)与齿轮(9)是齿轮相接，所以可以联动连杆(8)与齿轮(9)以转动轴(6)、(7)为轴心旋转，如果把定位杆(10)与连杆(8)与齿轮(9)相联处的齿轮螺纹方向分别设置成为相反方向，这样，当定位杆(10)旋转时，定位杆(10)可以联动连杆(8)与齿轮(9)以转动轴(6)、(7)为轴心进行相反的方向进行动作，这样也就可以精确调节镜头部件(2)和镜头部件(4)的水平视角，使它们同时向内侧或是同时向外侧进行转动，在定位杆(10)的一端还有手柄(12)，是用来方便旋转定位杆(10)的。在本实施例中，右镜头部件(2)与左镜头部件(3)是采用的不同的连接方式，实际上，右镜头部件(2)与左镜头部件(3)与定位杆(10)的连接方式可以设置成一致相同的，即可以设置成同为齿轮式或是同为连杆式。

该发明组件还包括一个专用软件，如附图5中所涉及的(13)，以及一个或是几幅专用眼镜(14)、数码相机主体(1)上的自动测距的感应器(15)。在附图3中的(6)为所要拍摄的人体或是物体。

这里简单的说明一下立体成像的基本原理，人的眼睛在对物体注视时，由于左眼和右眼瞳孔之间的距离，大约为5cm，左眼和右眼对一个物体(或者说是同一视点)就会产生不同视角相同视点的图像，这两个不同的视觉图像信号，经过大脑的接受和处理就形成了一个三维的立体视觉效果，也就是我们所实际看到的物体的图像，所以，要形成一个立体的图像的效果，就要让两只眼睛同时接受到物体的不同视角相同视点的图像。此发明所涉及的基本原理也是这样，数码相机的镜头是分为完整的两个部份，就是右镜头部件(2)和左镜头部件(3)，相当于人的两只眼睛，两个部份中心之间相距大约为5cm，与人的瞳孔之间的距离相当，人在看不同距离的物体时，眼睛会做自动的调整，使目光会聚在物体的中心部位，形成一个中心视点，在无限远时，两的目光即接近两平行线状态，而在非常近的情况下，就会会聚为一个中点，比如说在很近的情况下穿针线等，两只眼睛的视点会会聚在很近的一点，所以，两只眼睛之间的夹角是不断随着所注视物体与人之间的远近而变化的，这个基本现象如附图3所示。

该发明的镜头部件设计也就是为了对应这一种情况，在数码相机机体(1)内设置有两个独立且联动的镜头部件，右镜头部件(2)和左镜头部件(3)，在要拍摄较远的物体时，镜头中心轴线与所注视的方向线所成的夹角较小，在无限远时，可以忽略看作为零，即两条平行，在拍摄较近的物体时，镜头与所注视的方向所成的夹角较大，如附图2中的α角，这时如果以两个镜头及所要拍摄物体的中心各为顶点，那么由这三点可以构成一个三边形，那么这个三边形的顶角也是不同的，如附图3所示，在拍摄远处物体时的β角一定是小于拍摄近处物体时的β角的，并且有β＝2α的几何关系，这样，只要确定所要拍摄的物体点，并且将镜头的中心线会聚于这一点上，进行拍摄，那么所拍摄的图像就相当于人的左、右眼所分别看到的图像的效果，在本发明中使左右两只镜头的视点会聚的方法是将两只镜头设置成为可以在水平方向的一定范围内可旋转的，并在右镜头部件(2)的轴心上侧与镜头轴心平行设置有一个测定器(4)，在左镜头部件(3)的轴心上侧也与镜头轴心平行设置有一个测定器(5)，测定器(4)、(5)可以发射出可见的有色光斑或是其它探测信号，并投射到物体的表面，在本实施例中发射的是红色光斑，这条光斑线即相当于两镜头部件的中心轴线，这样，在手动旋转手柄(12)调节镜头角度的同时，拍摄者可以很明显地观察到两镜头的会聚情况，如果要对一个物体拍摄，只要调节至两个光斑在所在拍摄的物体表面会聚在一起就可以了。当然，如果要想对获得不同的立体效果做进一步的调节，进行到自己满意为止。

关于视角和视点的调节，也可以采用自动测距调节，自动算出镜头部件应转动的角度，因此，在数码相机主体(1)上，还有一个感应器(15)，以及电机(16)、处理器(17)，感应器(15)可以是红外测距、超声测距以及其它的测距方式，可以获得一定精度的关于相机与所要拍摄物体之间距离的参数，在拍摄的时候，可由自动测距的感应器(15)测定物距，并把所得到的参数传至相机内处理器(17)，处理器(17)可得出距离参数，并给出镜头所需要转动的角度所需要的参数，驱动相应的电动(16)转动去驱动机构完成镜头部件的转动，旋转到合适的角度即可，这样可以自动完成视角的调节，其工作原理流程图如附图7所示。

在调节好视点和视角以后，就可以进行拍摄了，由于两个镜头部件是联动，并且为同一快门，所以可以拍摄下同一时刻的相同视点不同视角的两幅图像，这是通过由右镜头部件(2)和左镜头部件(3)分别获取的不同视角相同视点同一时刻的两幅图像，直接由数码相机所获得的同一物体的两幅图像还不是能够直接观察到立体的图像，还要经过处理才能够得到逼真的立体图像，由上述数码相机所获得的图像经过传输至电脑并保存，如JPG、BMP、GIF或其它的图像格式，要看到立体图像还要经过软件的处理以及用特殊的眼镜来观察，这里对软件做一说明，与该数码相机配套的软件是一种图像处理软件，是专门用来处理本发明所获取的图像，我们知道，在前面所获得的同一物体的不同视角相同视点的图像，还必须分别送入相应的左右眼并相互不干扰才可以实现立体图像的再现，就是说，要把左镜头部件(3)所获取的图像送入左眼，把右镜头部件(2)所获取的图像送入右眼，并且左眼和右眼不能够相互干扰并且保留各自的图像，这样才可以实现立体图像的再现，在本发明中，实现将左右侧的图像分别送入左右眼睛中去，可以分别采用了两种方法，一种为补色法，另一种为交互法，补色法的基本原理是，由软件对所获得的图像进行加滤色处理，分别加以不同的透明色，并且两个透明色互为补色，例如在左镜头部件(3)所获取的左侧的图像上加上红色透明色，在右镜头部件(2)所获取的右侧图像上加上绿色透明色，那么，观察者再分别以对应色彩的透明眼镜去观察图像时，就可以看到不同的效果，比如说用红色透明的眼镜去观察，就基本只能够看到左侧的图像信号，如果用绿色透明的眼镜去观察时，就基本上只能够看到右侧的图像信号，如果我们由软件将上面加过过滤色的两幅图像叠加，叠加时的原点对应，并且用对应的左侧是红色透明、而右侧是绿色透明的补色眼镜去观察时，由于左眼只可以看到左镜头部件(3)所获取的物体的图像，右眼只可以看到右镜头部件(2)所获取的图像，这里就形成了一个立体图像的感觉，只是感觉色彩不够丰富，这里是因为过滤色眼镜会对有些色彩产生丢失。这里所涉及的眼睛是特制的两侧互为补色的眼镜。

除了上述的补色法和补色眼镜以外，还可以用另一个方法实现，可以使效果更加的逼真。我们都知道，人的眼睛有一个特性，就是“视觉暂留”，对于所看到的视觉信号，即使信号消失，在人的眼睛里也会存留约十二分之一到十六分之一秒的时间，如果把连续拍摄的图像以合适的速度时间播放，即可以形成画面连续的效果，电影也就是基于这个原理，我们可以充分地利用这个特点，如果把由数码相机获取同一物体不同视角同一视点的图像显示出来，先显示其中的一侧的图像，送至相应一侧的眼睛中，并遮挡住另外一侧的眼睛，在视觉暂留效应还没有消失的时间里，时间要小于十六之一秒，关闭这一幅图像显示，紧接着显示另一侧的图像，这次只可以让另一侧的眼睛看到这幅图像，让前面所述一侧的眼睛被遮挡成为不可见到，这实际上就已经做到让不同侧的眼睛看到相应侧面视角的图像，那么就可以形成立体图像的感觉，例如，也就是说，可以在一个时间周期里，可以在显示屏幕上先显示由右侧镜头部件(2)所获取右侧视角同一视点的图像，显示时间可设定为大约显示六十分之一秒，也就是相当于一般电脑显示器的一个刷新周期，在这个时间段里将左眼进行遮挡，只让观察者的右眼看到这个显示出来的图像，在第二个六十分之一秒，显示由左侧镜头部件(3)所获取的图像，也是显示在屏幕上的前一幅图像同一位置，显示时间的长短与前一幅是一样的，也是六十分之一秒，在这个时间段里，将观察者的右眼进行遮挡，只可以让观察者的左眼看到这个显示出来的图像，由于视觉暂留的效果，观察者右眼在这个时间段虽然实际上没有看到任何图像，但是还是可以感觉有图像的信号存在，而左眼也可以观察到由左侧镜头部件(3)所获取的在屏幕上显示出来的图像信号，过了这个时间段，即进入下一个周期第三个六十分之一秒，又显示右侧的图像，关闭左侧的眼镜，即又反复重复上述的过程，观察者左眼将被遮挡，但是由于视觉暂留的效应，仍可以感觉到图像信号，这样不断重复，所以观察者的左右眼分别接受的是相应视角同一视点的图像信号，相互也没有产生干扰，在视觉感觉上是连续的，形成了生动的立体的三维图像，在软件进行图像转换显示时，同时会产生一个同步信号，这是提供给所配套的专门用来观察图像的眼镜的。

在这里所涉及的用来分别遮挡左右眼的是一种眼镜，在本实施例中所采用的是液晶光阀眼镜，它的两个镜片是独立的，可以在不同的时间分别进行开启和关闭，当液晶光阀眼睛开启时，呈现透明的状态，当液晶光阀眼睛关闭时，呈现的是黑暗的状态，并且当左侧镜片开启和时候，右侧的镜片是关闭的，同样，在右侧镜片开启时，左侧镜片是关闭的，这样，在软件中图像转换的同时，或是特定的时间里，可以由软件提供一个切换信号，通过连接线或是无线信号不经过任何其它附加板卡传至这个眼镜，这里连接线可以是USB、PS/2等标准接口、连接线，也可以音频输出信号线，无线信号方式可以是红外方式，也可以是RF方式，来完成相应自动的切换，即当显示屏显示的是左侧视角同一视点的图像信号时，同时打开左侧的眼镜镜片，并将右侧的眼镜镜片关闭，当显示屏显示的是右侧视角同一视点的图像信号时，打开右侧的眼镜镜片，并将左侧的眼镜镜片同时关闭，这样不断地重复，就可以形成完整和连续的图像信号，由于视觉暂留特性，观察者就可以观察到生动真实的立体图像了，并且没有任何的色彩丢失。

该发明的工作流程如附图6所示，首先选取所要拍摄的物体(6)，手动调整左右镜头部件(3)、(2)上的测定器(5)、(4)，使它们发出的光斑会聚于一点，即物体(6)的表面，这样，两个镜头的视点就会聚于一点，或者由自动测距的感应器(15)测定物距，并由相机内处理器算出距离和镜头所需要转动的角度，然后按下数码相机的快门，摄取物体左右不同视角同一视点的图像，然后将所获得的同一物体的不同视角同一视点的两幅图像传输到电脑，在电脑中专用的软件界面中可以选择不同的观看方式，一种为交互式，一种为补色式，其中交互式是将所获得的两幅不同视角相同视点的图像在屏幕上快速轮流周期显示，在显示转换的同时会产生一个同步信号，传输到对应的液晶眼镜，眼镜的镜片在同步信号的作用下，左右侧镜片对应所显示的图像轮流开启和关闭，这样，当显示屏幕显示的是左侧视角同一视点的图像时，观察者的左眼就可以看到物体左侧视角同一视点的图像，而右眼被遮挡住了，当显示屏幕显示的是右侧视角同一视点的图像时，观察者的可就可以看到物体右侧视角同一视点的图像，而同时左眼被遮挡拄了，这是在视觉暂留的有效时间内进行的快速转换，在观察者的感觉中即形成了立体图像的感觉，如图中右侧流程所示。另一种获得立体图像的方式是补色式，在电脑获得同一物体不同视角同一视点的图像后，专用软件要图像进行加滤色处理，即对不同视角同一视点的两幅图像进行增加透明色处理，对左右两侧分别加上不同的透明色，且互为补色，再将两幅图像叠加起来显示的电脑屏幕上，观察者佩戴与所加补色对应颜色的眼镜，来观察所显示出来的图像，由于两只镜片互为补色，观察者的左眼和右眼分别只能够看到对应的左、右侧的图像，基本看不到另一侧的图像，这样观看即可以形成立体图像的感觉，只是色彩不全，用户可以选择不同的观察方式和眼镜来观察立体图像。

上述的方法可以使普通消费者轻松获得并观看到逼真的三维立体图像，设备简单，操作方便，立体效果强。

Claims (4)

1、一种立体数码相机及成像显示方法，结构部分主要由以下部件组成：立体数码相机机体(1)，右镜头部件(2)，左镜头部件(3)，测定器(4)、(5)，转动轴(6)、(7)，连杆(8)，齿轮(9)，定位杆(10)，软件(13)，眼镜(14)，感应器(15)，电机(16)，处理器(17)。其主要特征是：要立体数码相机机体(1)有右镜头部件(2)、左镜头部件(3)，右镜头部件(2)、左镜头部件(3)可以分别以转动轴(6)、(7)为轴心在水平方向进行旋转，在右镜头部件(2)、左镜头部件(3)上分别设置有测定器(4)、(5)，测定器(4)、(5)可以发射出探测信号，用户可以根据探测信号来调节两个镜头的旋转角度。

2、根据权利要求1所述的一种立体数码相机及成像显示方法，其特征是：镜头的视角的自动调节方式，是由感应器(15)测得距离的参数，并将参数传到处理器(17)，处理器器(17)将需要变化的参数传至电机(16)，电机(16)动作可对镜头部件进行调整至合适角度。

3、根据权利要求1所述的一种立体数码相机及成像显示方法，其特征是：电脑***上的软件所产生的同步信号由电脑的标准接口直接输出至眼镜，接口可为USB、PS/2标准接口，或是音频接口，不需转接其它任何附加接口。

4、根据权利要求1所述的一种立体数码相机及成像显示方法，其特征是：定位杆(10)与连杆(8)、齿轮(9)分别相接，当定位杆(10)旋转时，可以带动连杆(8)、齿轮(9)联动右镜头部件(2)、左镜头部件(3)以转动轴(6)、(7)为轴心旋转。

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