三維影像拍攝控制系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種三維影像拍攝控制系統(tǒng)，其綜合考慮了拍攝條件以及觀賞條件，并通過對一對拍攝裝置的位置和方向進行控制，以獲得良好的三維效果，并可以保持安全的視差范圍。其中，先由基線長確定單元確定基線長，然后由相機控制單元移動所述一對拍攝裝置的位置，以使所述一對拍攝裝置具有所確定的基線長?；蛘?，先由輻輳角控制單元根據(jù)所設(shè)定或計算得出的視差控制輻輳角，再由基線長確定單元根據(jù)所設(shè)定或計算得出的拉近率確定基線長。
【專利說明】三維影像拍攝控制系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于三維影像拍攝【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種控制用于三維影像拍攝的攝影裝置(相機)的位置以及方向的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，以三維電影和三維電視等為代表，可表現(xiàn)立體感覺的三維(3D)影像在各種領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。三維影像一般通過兩臺三維攝像機(分別用于拍攝左眼影像和右眼影像)進行拍攝。
[0003]一般情況下，先將兩臺三維拍攝像機的位置固定，然后在該狀態(tài)下進行拍攝。此時，為了避免產(chǎn)生沙盤效果(即巨人視)等問題，通常將三維攝像機的間距(即基線長)保持在65毫米以上。此外，也可以根據(jù)三維攝像機的基線長與視野角的關(guān)系，手動調(diào)節(jié)三維攝像機的間距。
[0004]在專利文獻I (特開平2010-81010)中，已經(jīng)公開了通過調(diào)節(jié)基線長以獲得三維效果的拍攝方法。具體來說是，首先，固定兩臺三維攝像機的基線長；然后，根據(jù)三維攝像機的基線長與視野角的關(guān)系，手動調(diào)節(jié)基線長與視野角以獲得立體的三維影像效果。但是，上述三維影像的拍攝方法，通常只能用于拍攝近距離的三維影像。
[0005]當拍攝遠距離物體時，必須輔以變焦鏡頭或長焦距鏡頭。此時，當兩臺攝像機的間距設(shè)定為65毫米時，將無法獲得拍攝對象的具有立體感的影像。因此，到目前為止，在三維攝影領(lǐng)域內(nèi)，很多攝影工作者(如攝影師和三維設(shè)計師等)只能依靠自身的經(jīng)驗和感覺設(shè)置兩臺攝像機的間距和視野角，導(dǎo)致所拍攝的三維影像的立體效果不佳。例如，傳統(tǒng)的三維拍攝方法具有所拍攝的近景和遠景的三維影像之間立體感存在差異，特別是難以實現(xiàn)近距離拍攝體育運動等問題。
[0006]由此可見，在包括上述專利文獻I在內(nèi)的現(xiàn)有技術(shù)中，未具體給出適合于三維攝影的拍攝條件計算關(guān)系式以及控制方法。上述專利文獻I未能解決變焦操作后所拍攝的影像立體視覺消失的問題。
[0007]與此相對，迄今為止尚未有人提出合適的關(guān)系式，用于描述可創(chuàng)造良好拍攝效果的攝像機視野角、基線長、輻輳角以及與拍攝對象之間的距離等拍攝條件的相互關(guān)系，以及尚未確立可綜合考慮拍攝條件和觀賞條件的三維拍攝系統(tǒng)的理論體系。此外，由于未建立對綜合考慮安全視差(如視差處于50毫米范圍以內(nèi))與三維效果的攝影條件進行明確表達的關(guān)系式，實際操作中，攝影工作者只能依靠自身的經(jīng)驗和感覺對攝像機的基線長和視野角進行設(shè)置。
[0008]因此，有必要開發(fā)一種三維影像拍攝控制系統(tǒng)，可以綜合考慮拍攝條件以及觀賞條件來控制拍攝過程，以獲得良好的三維效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明提供一種三維影像拍攝控制系統(tǒng)及方法，以解決上述無法根據(jù)拍攝條件或者觀賞條件來確定拍攝條件的問題，以獲得良好的三維效果。
[0010]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種三維影像拍攝控制系統(tǒng)，其包括:
[0011]視差計算單元，用于根據(jù)從對拍攝對象進行拍攝的至少一對拍攝裝置獲得的影像，計算出所述拍攝對象的相關(guān)視差；
[0012]基線長確定單元，用于確定所述一對拍攝裝置的基線長；以及
[0013]基線長控制單元，用于控制將所述一對拍攝裝置移動至具有所述被確定的基線長的位置；
[0014]其中，所述基線長確定單元根據(jù)所述相關(guān)視差計算出所述影像被觀賞時的感覺距離，并依據(jù)所述一對拍攝裝置的基線長與人眼基線長的比率和拉近率之間具有的相互關(guān)聯(lián)的函數(shù)關(guān)系，確定所述一對拍攝裝置的基線長，其中，所述拉近率為拍攝時的實物距離與觀賞時的所述感覺距離的比率。
[0015]可選的，所述三維影像拍攝控制系統(tǒng)還包括:
[0016]視差接收單元，用于接收設(shè)定視差；以及
[0017]輻輳角控制單元，用于控制將所述一對拍攝裝置移動至其具有與所述設(shè)定視差相對應(yīng)的輻輳角的位置；
[0018]其中，所述基線長確定單元根據(jù)所述設(shè)定視差計算出所述感覺距離。
[0019]可選的，所述三維影像拍攝控制系統(tǒng)還包括:
[0020]拉近率接收單元，用于接收設(shè)定拉近率；以及
[0021]輻輳角控制單元，用于控制將所述一對拍攝裝置移動至其具有與根據(jù)所述設(shè)定拉近率獲得的視差相對應(yīng)的輻輳角的位置；
[0022]其中，所述基線長確定單元根據(jù)所述設(shè)定拉近率計算出所述一對拍攝裝置的基線長。
[0023]可選的，所述三維影像拍攝控制系統(tǒng)還包括:
[0024]輻輳角控制單元，用于控制所述一對拍攝裝置移動從而實現(xiàn)對輻輳角的調(diào)節(jié)，
[0025]其中，所述基線長確定單元依據(jù)所述一對拍攝裝置的視野角計算得出拉近率，所述輻輳角控制單元將所述一對拍攝裝置移動至其具有與根據(jù)所述計算得出的拉近率獲得的視差相對應(yīng)的輻輳角的位置；
[0026]所述基線長確定單元根據(jù)所述計算得出的拉近率確定所述一對拍攝裝置的基線長。
[0027]可選的，在所述三維影像拍攝控制系統(tǒng)中，所述視野角由用于測量視野角的視野角測量單元測得，或者根據(jù)所述一對拍攝裝置的焦距以及圖像傳感器寬度計算得出。
[0028]可選的，所述三維影像拍攝控制系統(tǒng)還包括:
[0029]寬度倍率接收單元，用于接收設(shè)定寬度倍率，
[0030]其中，所述基線長確定單元根據(jù)視野角以及所述設(shè)定寬度倍率計算出拉近率。
[0031]可選的，所述三維影像拍攝控制系統(tǒng)，還包括:
[0032]深寬比接收單元，用于接收設(shè)定深寬比，其中，所述基線長確定單元依據(jù)所述一對拍攝裝置的基線長與人眼基線長的比率和所述拉近率與所述設(shè)定深寬比兩者之間的乘積成一定比例的關(guān)系，確定所述一對拍攝裝置的基線長。
[0033]可選的，所述三維影像拍攝控制系統(tǒng)還包括:[0034]允許視差范圍接收單元，用于接收設(shè)定允許視差范圍；以及
[0035]拍攝條件調(diào)節(jié)單元，用于通過調(diào)節(jié)各種參數(shù)使調(diào)節(jié)后的視差落于所述設(shè)定允許視差范圍內(nèi)；
[0036]其中，所述視差計算單元計算出從所述一對拍攝裝置獲得的影像中圖像整體的視差范圍；所述拍攝條件調(diào)節(jié)單元依據(jù)計算出的所述圖像整體的視差范圍以及所述設(shè)定允許視差范圍，至少確定所述一對拍攝裝置的基線長的允許范圍以及輻輳角的允許范圍的兩者之一，并調(diào)節(jié)所述一對拍攝裝置的基線長和/或輻輳角，使其落入已確定的相應(yīng)允許范圍內(nèi)。
[0037]可選的，在所述三維影像拍攝控制系統(tǒng)中，所述基線長確定單元根據(jù)所述視差以及觀賞條件計算出所述感覺距離，所述觀賞條件包括:人眼基線長、屏幕寬度、以及人眼基線至所述屏幕之間的距離。
[0038]可選的，在所述三維影像拍攝控制系統(tǒng)中，所述實物距離由用于測量實物距離的實物距離測量單元測得，或者根據(jù)所述相關(guān)視差以及所述一對拍攝裝置的基線長、輻輳角和視野角計算得出。
[0039]可選的，在所述三維影像拍攝控制系統(tǒng)中，所述至少一對拍攝裝置為由三臺或三臺以上拍攝裝置所形成的兩對或兩對以上的拍攝裝置。
[0040]相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種三維影像拍攝控制方法，其包括:
[0041]視差計算步驟，根據(jù)從對拍攝對象進行拍攝的一對拍攝裝置獲得的影像，計算出所述拍攝對象的相關(guān)視差；
[0042]基線長確定步驟，根據(jù)所述相關(guān)視差計算出所述影像被觀賞時的感覺距離，并依據(jù)所述一對拍攝裝置的基線長與人眼基線長的比率和拉近率之間具有的相互關(guān)聯(lián)的函數(shù)關(guān)系，確定所述一對拍攝裝置的基線長；以及
[0043]基線長控制步驟，將所述一對拍攝裝置移動至其具有所述被確定的基線長的位置；
[0044]其中，所述拉近率為拍攝時的實物距離與觀賞時的所述感覺距離的比率。
[0045]可選的，所述三維影像拍攝控制方法還包括:
[0046]視差接收步驟，接收一設(shè)定視差；以及
[0047]輻輳角控制步驟，將所述一對拍攝裝置移動至其具有與所述設(shè)定視差相對應(yīng)的輻輳角的位置。
[0048]可選的，所述三維影像拍攝控制方法還包括:
[0049]拉近率接收步驟，接收一設(shè)定拉近率；
[0050]視差確定步驟，根據(jù)所述設(shè)定拉近率計算出所述一對拍攝裝置的視差；
[0051]輻輳角控制步驟，控制所述一對拍攝裝置移動至其具有與根據(jù)所述設(shè)定拉近率獲得的視差相對應(yīng)的輻輳角的位置。
[0052]可選的，所述三維影像拍攝控制方法還包括:
[0053]視差確定步驟，依據(jù)所述一對拍攝裝置的視野角計算得出拉近率，并確定根據(jù)所述計算得出的拉近率獲得視差；
[0054]輻輳角控制步驟，控制所述一對拍攝裝置移動至其具有與根據(jù)所述計算得出的拉近率獲得的視差相對應(yīng)的輻輳角的位置。[0055]本發(fā)明的三維影像拍攝控制系統(tǒng)包括視差計算單元用于計算出所述拍攝對象的相關(guān)視差；基線長確定單元用于確定所述一對拍攝裝置的基線長；以及基線長控制單元用于控制將所述一對拍攝裝置移動至具有所述基線長的位置。其中，所述基線長確定單元根據(jù)所述視差計算出觀賞時的感覺距離，并依據(jù)所述一對拍攝裝置的基線長與人眼基線長的比率和拍攝時的實物距離與所述觀賞時的感覺距離的比率之間具有的相互關(guān)聯(lián)的函數(shù)關(guān)系，確定所述一對拍攝裝置的所述設(shè)定基線長?？梢?，使用本發(fā)明的三維影像拍攝控制系統(tǒng)可求出綜合考慮了拍攝條件以及觀賞條件的參數(shù)，而且通過使用所述參數(shù)對一對相機的位置和方向中的至少一種進行控制，可獲得良好的三維效果，并可以保持安全的視差范圍。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0056]圖1為根據(jù)本發(fā)明一實施例的三維影像拍攝控制系統(tǒng)以及與其相關(guān)的其他裝置的不意圖；
[0057]圖2為根據(jù)本發(fā)明一實施例的三維影像拍攝控制系統(tǒng)的三維拍攝機構(gòu)的示意圖；
[0058]圖3A為根據(jù)本發(fā)明一實施例的三維影像拍攝控制系統(tǒng)的拍攝條件的示意圖；
[0059]圖3B為根據(jù)本發(fā)明一實施例的三維影像拍攝控制系統(tǒng)的觀賞條件的示意圖；
[0060]圖4A為描述用于求出根據(jù)本發(fā)明一實施例的三維影像拍攝控制系統(tǒng)的實物距離的公式的示意圖；
[0061]圖4B為描述用于求出根據(jù)本發(fā)明一實施例的三維影像拍攝控制系統(tǒng)的感覺距離的公式的示意圖；
[0062]圖5為根據(jù)本發(fā)明一實施例的三維影像拍攝控制系統(tǒng)的三維拍攝機構(gòu)和控制裝置的功能框圖；
[0063]圖6為組成根據(jù)本發(fā)明一實施例的三維影像拍攝控制系統(tǒng)的控制裝置的計算機的硬件結(jié)構(gòu)示意圖。
[0064]附圖標記:
[0065]I……相機，2……驅(qū)動部件，3……移動量測量裝置，4……相機控制平臺，5……三維拍攝機構(gòu)，6……控制裝置，7……三維影像拍攝控制系統(tǒng)，8……發(fā)送裝置，9……接收裝置，10……三維影像畫質(zhì)調(diào)整裝置，11……三維放映機，12……屏幕，13……三維電視。
【具體實施方式】
[0066]為了使本發(fā)明的目的，技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合附圖來進一步做詳細說明。
[0067]在本發(fā)明的一個實施例中，提供一種三維影像拍攝控制系統(tǒng)，其可根據(jù)拍攝條件和觀賞條件，對一對三維拍攝用相機的間距(即基線長)和方向(即輻輳角)中的至少一種進行控制，以獲得良好的三維效果或?qū)崿F(xiàn)良好的安全視差。
[0068]首先，參考圖1，對本發(fā)明一實施例中的三維影像拍攝控制系統(tǒng)7，以及從利用所述三維影像拍攝控制系統(tǒng)7獲得三維影像數(shù)據(jù)至將三維影像顯示給觀賞者這一過程中所涉及到的各裝置進行說明。
[0069]如圖1所示，三維影像拍攝控制系統(tǒng)7包括三維拍攝機構(gòu)5和控制裝置6。三維拍攝機構(gòu)5包括相機1、多個驅(qū)動部件2、移動量測量裝置3 (請參考圖2)、以及相機控制平臺4。相機I為用于拍攝三維影像的拍攝裝置，其由用于拍攝左圖像的相機1-L以及用于拍攝右圖像的相機1-R組成的一對相機構(gòu)成。相機I的變焦等一部分操作可以通過使用控制裝置6即可實現(xiàn)同步聯(lián)動控制。在本說明書中，在同時描述上述兩臺相機時，將其合稱為相機
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[0070]驅(qū)動部件2在控制裝置6發(fā)出的控制信號的控制下可移動相機I (分別移動用于拍攝左圖像的相機1-L以及用于拍攝右圖像的相機1-R)。驅(qū)動部件2可對相機I進行三軸方向的旋轉(zhuǎn)移動，以及沿基線方向的水平移動。雖然在本實施例中使用驅(qū)動部件2來移動相機1，但本發(fā)明并不限于此，還可以使用其他任何已知方法在任意方向移動相機1，或?qū)⑵湟苿又寥我馕恢?。移動量測量裝置3用于測量相機I被驅(qū)動部件2移動的移動量(包括旋轉(zhuǎn)角度和移動距離)，并將測量結(jié)果發(fā)送給控制裝置6。
[0071]兩臺相機I并列設(shè)置于相機控制平臺4的底座4a上，并相互之間大體保持在同一高度上。具體而言，用于拍攝左圖像的相機1-L以可被驅(qū)動部件2在三軸方向進行旋轉(zhuǎn)移動以及在基線方向進行水平移動的狀態(tài)安裝于底座4a上。同樣的，用于拍攝右圖像的相機1-R也以可被驅(qū)動部件2在三軸方向進行旋轉(zhuǎn)移動以及在基線方向進行水平移動的狀態(tài)安裝于底座4a上。此外，底座4a可相對于相機控制平臺4進行水平旋轉(zhuǎn)。
[0072]控制裝置6用于從相機I接收三維影像數(shù)據(jù)并對其實施一定的處理，并將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送給發(fā)送裝置8。其后，上述數(shù)據(jù)先由發(fā)送裝置8經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)或廣域網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給接收裝置9 (可設(shè)置在距離發(fā)送裝置8較遠處)，再由接收裝置9發(fā)送給設(shè)置于電影院、電視臺、轉(zhuǎn)播站、普通家庭等場所的三維影像畫質(zhì)調(diào)整裝置10。三維影像畫質(zhì)調(diào)整裝置10接收三維影像數(shù)據(jù)后，將對其實施畫質(zhì)調(diào)整處理以及其它影像相關(guān)處理。
[0073]經(jīng)上述處理后，三維影像數(shù)據(jù)便可通過某種方法供觀賞者觀賞。例如，如圖1所示，對于電影院來說，上述三維影像數(shù)據(jù)先發(fā)送給三維放映機11，然后由三維放映機11將三維影像放映在屏幕12上。而對 于普通家庭來說，該三維影像數(shù)據(jù)將通過三維電視機13的顯示屏進行播放。
[0074]雖然在圖1所示例中，三維影像拍攝控制系統(tǒng)7包括三維拍攝機構(gòu)5，但其也可以不包括相機I以及相機控制平臺4等部件，而只包括控制裝置6，用于對相機I進行實質(zhì)控制。
[0075]下面將參考圖2對三維拍攝機構(gòu)5中相機I的位置及方向的調(diào)節(jié)和移動進行說明。
[0076]如圖2所示，左相機(即用于拍攝左圖像的相機)1-L的光軸15L與右相機(即用于拍攝右圖像的相機)1_R的光軸15R在包含此兩光軸的平面上所成角度的1/2為輻輳角(見圖4)，而左相機1-L和右相機1-R的拍攝對象(視標)為圖中所示拍攝對象20。
[0077]以左相機1-L的光軸15L為基準時，拍攝對象20在水平旋轉(zhuǎn)方向的偏轉(zhuǎn)角標記為ψι P垂直旋轉(zhuǎn)方向的偏轉(zhuǎn)角標記為Φ?-t，而繞軸旋轉(zhuǎn)方向的偏轉(zhuǎn)角標記為φι與此相似，當以右相機1-R的光軸15R為基準時，拍攝對象20在水平旋轉(zhuǎn)方向的偏轉(zhuǎn)角則標記為φ-Ρ，垂直旋轉(zhuǎn)方向的偏轉(zhuǎn)角則標記為φ I而繞軸旋轉(zhuǎn)方向的偏轉(zhuǎn)角則標記為<Ρη。
[0078]圖2中示出了 左相機1-L和右相機1-R的基線長b。此處，所謂基線長是指兩臺相機(或人兩眼)的光心之間的距離，而光心則指當將相機近似為針孔相機模型時針孔所在的位置。此外，該基線長b還可以表示兩臺相機水平旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軸之間的距離。另外，還可以使用其它基點來近似上述距離，以作為兩臺相機的基線長b (此種情況下，需考慮該參數(shù)的
誤差)。
[0079]驅(qū)動部件2設(shè)置為可分別驅(qū)動兩臺相機。例如，可設(shè)置其具有三方向自由度，用以驅(qū)動相機相對于各旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。此外，還包括用于改變基線長的驅(qū)動部件2。另外，雖然根據(jù)上文所述,兩臺相機I設(shè)置在底座4a上，并由底座4a帶動在水平方向上左右轉(zhuǎn)動，此處也可由驅(qū)動部件2控制相機I作上述轉(zhuǎn)動。
[0080]在圖2中，驅(qū)動部件2-L-P用于驅(qū)動左相機1-L在水平方向旋轉(zhuǎn)，且左相機1_L在水平方向的旋轉(zhuǎn)角度記為Θ !-P ;驅(qū)動部件2-R-P用于驅(qū)動右相機1-R在水平方向旋轉(zhuǎn)，且右相機1-R在水平方向的旋轉(zhuǎn)角度記為Θ r_p ;驅(qū)動部件2-L-T用于驅(qū)動左相機1-L在垂直方向旋轉(zhuǎn)，且左相機1-L在垂直方向的旋轉(zhuǎn)角度記為θ η ;驅(qū)動部件2-R-T用于驅(qū)動右相機1-R在垂直方向旋轉(zhuǎn)，且右相機1-R在垂直方向的旋轉(zhuǎn)角度記為Θ r-t ;驅(qū)動部件2-L-R用于驅(qū)動左相機1-L繞軸(視軸)旋轉(zhuǎn)，且左相機1-L繞軸旋轉(zhuǎn)的角度記為Θ l r ;驅(qū)動部件2-R-R用于驅(qū)動右相機1-R繞軸(視軸)旋轉(zhuǎn)，且右相機1-R繞軸旋轉(zhuǎn)的角度記為Θ
[0081]驅(qū)動部件2-B用于改變兩臺相機I的間距(即改變基線長)，如上所述，該間距記為基線長b。此外，驅(qū)動部件2-N用于驅(qū)動相機控制平臺4的底座4a在水平方向旋轉(zhuǎn)，且底座4a在水平方向的旋轉(zhuǎn)角度記為θη。
[0082]當圖1所示控制裝置6發(fā)出用于將基線長b調(diào)節(jié)至某一特定間距的控制信號時，驅(qū)動部件2-B便執(zhí)行相應(yīng)操作，將基線長b調(diào)節(jié)至該特定間距。同樣的，當控制裝置6發(fā)出用于將兩臺相機I的 輻輳角調(diào)節(jié)至某一特定角度時，驅(qū)動部件2-L-P以及驅(qū)動部件2-L-R便執(zhí)行相應(yīng)操作，將輻輳角調(diào)節(jié)至該特定角度。
[0083]雖然，圖2中示意性地描述了一個只使用單個驅(qū)動部件2-B對基線長進行調(diào)節(jié)的機構(gòu)，基線長也可以如圖1所示通過由兩個驅(qū)動部件分別移動兩臺相機I的方式進行調(diào)節(jié)。此外，用于調(diào)節(jié)輻輳角的兩個驅(qū)動部件(即驅(qū)動部件2-L-P及驅(qū)動部件2-L-R) —般通過分別將兩臺相機旋轉(zhuǎn)相同角度的方式將輻輳角調(diào)節(jié)某一特定角度。
[0084]此外，雖然在本說明書實施例中，使用驅(qū)動部件(馬達)來調(diào)整相機I的位置和方向，本發(fā)明不限于此，也可以使用其它機構(gòu)對相機I進行移動。
[0085]下面參考圖3對三維影像的拍攝以及播放進行建模說明。圖3A所示為兩臺相機(即左相機1-L和右相機1-R)使用輻輳拍攝法進行拍攝的三維拍攝模型。其中，左相機1-L和右相機1-R的間距設(shè)置為基線長b ;兩相機光軸所形成角度的1/2記為輻輳角β ;左相機1-L和右相機1-R的視野角分別為α ;距相機光心距離(即距連接兩光心的基線中點的垂直方向的直線距離)為I處的平面稱為歸一化平面；而該歸一化平面上的視野角范圍設(shè)為歸一化視野角r。
[0086]此外，通過所述兩臺相機光軸的交點，且使兩臺相機在其上的視野角范圍一致的平面為輻輳平面，而相機光心與輻輳平面之間的距離(即連接兩光心的基線中點與輻輳平面之間的垂直方向的直線距離)設(shè)為g。因此，在該模型中，當水平旋轉(zhuǎn)兩臺相機時，輻輳角β與距離g將發(fā)生變化；當實施變焦操作時，視野角α與歸一化視野角r將發(fā)生變化；而距離g由基線長b和輻輳角β共同確定。此處，基線長b、輻輳角β以及視野角α均為表示拍攝條件的參數(shù)。
[0087]圖3Β所示為播放或放映三維影像并由人兩眼進行觀賞的三維播放模型。其中，人兩眼的間距(即光心間的距離)表示為基線長m ;屏幕寬度記為w ;人兩眼光心與屏幕間的距離(即連接兩光心的基線中點與屏幕之間的垂直方向的直線距離)記為d。此處，人兩眼基線長m、屏幕寬度W、以及人兩眼基線與屏幕之間的距離d均為表示觀賞條件的參數(shù)。
[0088]在該模型中，通過以下方程式對歸一化視野角r進行近似:
[0089]r=2tan ( α /2)......(方程式 I)
[0090]以及通過以下方程式對距離d進行近似:
[0091]g=(b/2) cot ( β )......(方程式 2)
[0092]下面參考圖4對三維影像拍攝以及播放中的拍攝對象進行建模說明。圖4A所示為與圖3A中的三維拍攝模型相對應(yīng)的拍攝對象模型。其中，將三維影像拍攝時連接兩臺相機光心的線段(即基線)的中點設(shè)為原點，從該原點向右相機1-R光心延伸的軸設(shè)為X軸，從該原點向兩臺相機光軸交點延伸的軸設(shè)為I軸，并將包含此原點，X軸以及I軸的二維平面定義為拍攝平面。
[0093]在圖4A所示例中，一拍攝對象20a置于距原點距離為y處，并由兩臺相機同時拍攝。此兩臺相機(即左相機1-L和右相機1-R)拍攝拍攝對象20a時可獲得圖像，其中包括左眼圖像(即由左相機1-L拍攝的圖像)和右眼圖像(即由右相機1-R拍攝的圖像)。根據(jù)左眼圖像和右眼圖像橫坐標之間的差(即視差)，可求出視差與屏幕寬度的比值，記為視差信息P。
[0094]將拍攝對象20a在拍攝平面上的坐標記為(x，y)，同時定義拍攝對象的實際距離為y時，則可得到拍攝對象20a的實物距離y，兩臺相機基線長b，相機與輻輳平面之間距離g，歸一化視野角r以及拍攝對象視差信息P之間的如以下方程式所示關(guān)系:
[0095](g-y) /y=grp/b......(方程式 3)
[0096]并通過此式，可求得實物距離的表達方程式:
[0097]y=bg/ (b+grp)......(方程式 4)
[0098]圖4B所示為與圖3B中的三維播放模型相對應(yīng)的拍攝對象模型。其中，將觀賞播放或放映的三維影像時連接人兩眼光心的線段(即基線)的中點設(shè)為原點，從該原點向右眼光心延伸的軸設(shè)為a軸，從該原點向垂直于連接人兩眼光心的線段的方向(正前方)延伸的軸設(shè)為z軸，并將包含此原點，a軸以及z軸的二維平面定義為感覺平面。三維拍攝模型與三維播放模型之間的關(guān)系即為從拍攝平面向感覺平面的空間轉(zhuǎn)換。
[0099]在圖4B所示例中，圖4A所示拍攝對象20a被感覺為一置于距基線距離為z處的拍攝對象20b。將拍攝對象20b在感覺平面上的坐標記為(a, z)，同時定義拍攝對象的感覺距離為z時，則可得到拍攝對象20b的感覺距離z，人眼基線長m，人兩眼基線與屏幕之間的距離d，屏幕寬度w以及拍攝對象視差信息P之間的如以下方程式所示關(guān)系:
[0100](d-z)/z=wp/m......(方程式 5)
[0101]并通過此式，可求得感覺距離的表達方程式:
[0102]z=md/ (m+wp)......(方程式 6)
[0103]當一個被拍攝的場景播放或放映時，將拍攝對象與實景相比感覺上被拉近的程度(即，拍攝對象的實物距離與感覺距離之間的比率)定義為拉近率h，而將拍攝對象在深度方向的擴大倍率定義為深度倍率t。此外，還將拍攝對象寬度的擴大倍率定義為寬度倍率S，以及將深度倍率與寬度倍率之間的比率定義為深寬比q。[0104]當寬度倍率較小時，將發(fā)生沙盤效果(即巨人視)，而當深寬比較小時將發(fā)生紙板效果。
[0105]下面對綜合了上述三維拍攝模型，三維播放模型以及拍攝對象模型的綜合模型進行說明。首先，針對三維拍攝模型以及三維播放模型，求出用于將拍攝平面上的點(x，y)轉(zhuǎn)換為感覺平面上的對應(yīng)點(a，z)的空間轉(zhuǎn)換函數(shù)。
[0106]當定義A=m_(bw/gr), B=bw/r, C=lw/r, D=dl時,可通過下式求得坐標a以及坐標z:
[0107]a=Cx/ (Ay+B)......(方程式 7)
[0108]z=Dy/ (Ay+B)......(方程式 8)
[0109]然后，利用上述空間轉(zhuǎn)換函數(shù)，分別求出場景中拍攝對象的拉近率h，深度倍率t，寬度倍率s以及深寬比q。
[0110]拉近率h=y/z= (Ay+B)/D......(方程式 9)
[0111]深度倍率1 = &/辦=:80/(八7 +:8)2……(方程式10)
[0112]寬度倍率s二5a/5x 二C/(Ay+B)......(方程式 11)
[0113]深寬比q=t/s=BD/C(Ay+B)......(方程式 12)
[0114]最后，可 得出適用于所有三維拍攝模型以及三維播放模型，以及適用于場景中任何拍攝對象的以下兩個方程式:
[0115]hq=B/C=b/m......(方程式 13)
[0116]hs=C/D=w/dr......(方程式 14)
[0117]方程式13中的b/m表示兩臺相機的基線長b與人兩眼基線長m的比值，此處將其定義為擴大倍率。從而，方程式13可進一步表示為以下方程式15 (即綜合模型方程式I):
[0118]拍攝對象拉近率X拍攝對象深寬比=基線長擴大倍率......(方程式15)
[0119]此外，方程式14中的d/w表示人眼與屏幕之間的距離與屏幕寬度的比值，此處將其定義為觀賞距離倍率。從而，方程式14可進一步表示為以下方程式16 (即綜合模型方程式2):
[0120]拍攝對象拉近率X拍攝對象寬度倍率X觀賞距離倍率X歸一化視野角=1......(方程式16)
[0121]下面將參考圖5對控制裝置6的各種功能進行說明。如圖5所示，在本發(fā)明的一個實施例中，控制裝置6包括:影像數(shù)據(jù)接收單元6a，拍攝條件接收單元6b，視差計算單元6c,拍攝控制處理單元6d,相機控制單元6e,觀賞條件及其他數(shù)據(jù)接收單元6f,設(shè)定值接收單元6g,編碼器單元6h,以及福輳角計算單元6i。拍攝控制處理單元6d還包括基線長確定單元6d-l,福輳角控制單元6d-2,以及拍攝條件調(diào)節(jié)單元6d-3。
[0122]影像數(shù)據(jù)接收單元6a通過導(dǎo)電線等與兩臺相機I (即左相機1_L和右相機1-R)連接，用于接收兩臺相機I使用輻輳拍攝法拍攝(左右兩臺相機同步拍攝)的三維影像數(shù)據(jù)。此外，影像數(shù)據(jù)接收單元6a還可以根據(jù)具體需求，接收用戶輸入至相機I的數(shù)據(jù)，或接收在相機追蹤拍攝對象時自動生成的拍攝對象相關(guān)數(shù)據(jù)等(例如,坐標數(shù)據(jù))。
[0123]拍攝條件接收單 元6b通過導(dǎo)電線等與兩臺相機I連接，用于接收相機I輸出的拍攝條件的參數(shù)。拍攝條件接收單元6b還通過導(dǎo)電線等與移動量測量裝置3 (包括視野角測量裝置3a，以及實物距離測量裝置3b)連接，并接收該裝置輸出的拍攝條件參數(shù)。此外，其還可以根據(jù)具體需求，接收以下數(shù)據(jù):基線長測量裝置3c測量的基線長b，以及保存于輻輳角計算單元6i的福輳角β。
[0124]就具體參數(shù)而言，拍攝條件接收單元6b可以根據(jù)實際需求接收各種參數(shù):例如，從相機I接收焦距以及圖像傳感器寬度數(shù)據(jù)，用于計算視野角α ;從視野角測量裝置3a接收實測的視野角α的數(shù)據(jù)；從實物距離測量裝置3b接收實測的(相機I基線中點至)拍攝對象的實物距離I的數(shù)據(jù)，或者用于計算實物距離I的其他距離數(shù)據(jù)。在圖5所示結(jié)構(gòu)中，視野角測量裝置3a以及實物距離測量裝置3b分別作為其他裝置，設(shè)置于相機I外部。例如，使用對近距離拍攝對象測量及其有效的有源激光傳感器等激光測距儀作為實物距離測量裝置3b。然而，此處也可以將視野角測量裝置3a以及實物距離測量裝置3b的至少一部分功能部件設(shè)置于相機I內(nèi)部。
[0125]視差計算單元6c用于從影像數(shù)據(jù)接收單元6a所接收的由相機I拍攝的左右影像數(shù)據(jù)中提取各拍攝對象的特征點，并通過對這些特征點進行匹配而計算出左右圖像橫坐標之差(即視差)。由于拍攝對象為所攝影像中的特定目標物，攝影師或三維設(shè)計師在拍攝時可以通過各種方法對其進行選擇和指定，例如，可通過相機的輸入功能選擇，或者自動選擇。與影像數(shù)據(jù)相同，通過上述方法指定的拍攝對象相關(guān)坐標數(shù)據(jù)也由相機I通過影像數(shù)據(jù)接收單元6a發(fā)送至視差計算單元6c。
[0126]可使用各種方法提取拍攝對象的上述特征點進行匹配，例如:以拍攝對象某一被選位置為圓心，提取一定半徑內(nèi)的特征點；分隔畫面，提取某一劃分區(qū)域的特征點；提取全部特征點(以全部視差的平均值或加權(quán)平均值作為最終視差)。此外，可使用SIFT(Scale-1nvariant feature transform,尺度不變特征變換)法等各種已知方法進行上述特征點的匹配。
[0127]此處所求得的視差，再經(jīng)下述拍攝控制處理單元6d求得其與屏幕寬度w之間的比值(以像素為單位或以物理長度(米)為單位)，并將求得的值作為視差信息P，供后續(xù)計算使用。
[0128]拍攝控制處理單元6d根據(jù)上述綜合模型等推導(dǎo)出的條件，確定出適合于創(chuàng)造良好三維拍攝效果的相機I基線長，并對輻輳角進行控制。此外，拍攝控制處理單元6d還用于確定基線長以及輻輳角的安全范圍，此功能的實現(xiàn)方法將于下文中詳細說明。
[0129]相機控制單元6e用于接收拍攝控制處理單元6d的基線長確定單元6d_l所確定的基線長，以及從移動量測量裝置3 (的基線長測量裝置3c)接收測量數(shù)據(jù)，并通過只調(diào)節(jié)相機I的水平位置(即間距)而不調(diào)節(jié)相機I的角度的方式，使得相機I具有所確定的基線長。因此，為實現(xiàn)此目的，相機控制單元6e還向驅(qū)動部件2發(fā)送控制數(shù)據(jù)，以控制驅(qū)動部件2進行相應(yīng)操作。例如，當用于調(diào)節(jié)相機I基線長b時，其控制驅(qū)動部件2-B進行相應(yīng)操作(如圖2所示)。
[0130]此外，相機控制單元6e還通過拍攝控制處理單元6d的輻輳角控制單元6d_2，對相機I的輻輳角β進行反饋控制。輻輳角控制單元6d-2根據(jù)從視差計算單元6c接收的視差，對相機I的角度進行調(diào)節(jié)。因此，為實現(xiàn)此目的，相機控制單元6e還向驅(qū)動部件2發(fā)送控制數(shù)據(jù)，以控制驅(qū)動部件2進行相應(yīng)操作。當用于調(diào)節(jié)相機I輻輳角β時，其控制驅(qū)動部件2-L-P以及驅(qū)動部件2-R-P進行相應(yīng)操作(如圖2所示)。
[0131]舉例來說，驅(qū)動部件(馬達)的控制可通過如下步驟實現(xiàn):先將相機控制單元6e輸出的數(shù)碼信號進行數(shù)模轉(zhuǎn)換(即D/A轉(zhuǎn)換)，再將轉(zhuǎn)換后的模擬信號輸入馬達的驅(qū)動器，最后由驅(qū)動器驅(qū)動馬達，使其只移動所指定的移動量。例如，可使用設(shè)置于馬達之上的移動量檢測傳感器作為移動量測量裝置3，通過其將檢測到的馬達旋轉(zhuǎn)角度信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換(SPA/D轉(zhuǎn)換)，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)碼信號發(fā)送給相機控制單元6e。
[0132]隨驅(qū)動部件2-B實施控制所發(fā)生的相機I基線長的變化，由基線長測量裝置3c進行檢測，并將檢測結(jié)果發(fā)送給相機控制單元6e。而相機控制單元6e則根據(jù)此檢測結(jié)果，對驅(qū)動部件 2-B 的動作進行類似于PID控制(proportional-1ntegral-derivative control,比例-積分-微分控制)的反饋控制或前饋控制等。
[0133]此處，為了說明方便，在圖5所示結(jié)構(gòu)中，將基線長測量裝置3c以及旋轉(zhuǎn)角測量裝置3d作為其他裝置設(shè)置于相機I和驅(qū)動部件2的外部。此外，也可將這些裝置的至少一部分功能部件(例如，與上述設(shè)置于馬達之上的移動量檢測傳感器相類似的部件)設(shè)置于相機I和驅(qū)動部件2內(nèi)部。此外，以上雖然以驅(qū)動部件2受到反饋控制或前饋控制為前提對本發(fā)明進行了說明，但本發(fā)明并非必須通過此類控制才能得以實現(xiàn)。
[0134]觀賞條件及其他數(shù)據(jù)接收單元6f用于接收人眼基線長m，屏幕寬度w以及人兩眼基線與屏幕之間的距離d等與觀賞者觀賞三維影像的觀賞條件相關(guān)的數(shù)據(jù)，以及接收相機I的圖像傳感器寬度等用于求出相機I基線長b或用于控制輻輳角β等目的的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可以是用戶等通過鍵盤或其他輸入設(shè)備輸入的數(shù)據(jù)，也可以是任何設(shè)備自動發(fā)送的數(shù)據(jù)。此外，雖然在本實施例中，人眼基線長m通過觀賞條件及其他數(shù)據(jù)接收單元6f進行接收而得，本發(fā)明并不限于此。人眼基線長m也可以為事先設(shè)定并錄入系統(tǒng)中的常數(shù)(如60毫米)，在這種情況下，可使用該常數(shù)作為人眼基線長m。
[0135]設(shè)定值接收單元6g用于在根據(jù)用戶設(shè)定數(shù)據(jù)求出相機I基線長b或控制輻輳角β的模式下，接收用戶所設(shè)定的數(shù)據(jù)。例如，其可以進一步包括:用于接收所設(shè)定視差的視差接收單元；用于接收所設(shè)定拉近率的拉近率接收單元；用于接收所設(shè)定深寬比的深寬比接收單元；用于接收所設(shè)定寬度倍率的寬度倍率接收單元；以及用于接收用于調(diào)節(jié)安全視差的可允許視差范圍的接收部件。這些設(shè)定數(shù)據(jù)一般由用戶等通過鍵盤或其他輸入設(shè)備錄入。
[0136]編碼器單元6h用于在影像數(shù)據(jù)接收單元6a接收的影像經(jīng)過必要的處理后，將其編碼為一定的數(shù)據(jù)形式，并作為三維影像數(shù)據(jù)輸出。
[0137]輻輳角計算單元6i用于從旋轉(zhuǎn)角測量裝置3d接收旋轉(zhuǎn)角Θ，并根據(jù)該數(shù)據(jù)計算出相機I的輻輳角β后將其保存。計算出的輻輳角β的值同時發(fā)送給相機控制單元6e以及拍攝條件接收單元6b。
[0138]下面將對拍攝控制處理單元6d所實施的各種控制方法進行說明。
[0139][基于綜合模型方程式I的控制方法]
[0140]拍攝控制處理單元6d可使用上述綜合模型方程式I所示關(guān)系實施多種模式的控制。此處，針對其中四種具有代表性的模式進行說明。
[0141]?第一種控制模式
[0142]如綜合模型方程式I所示，適合于創(chuàng)造良好拍攝條件的基線長擴大倍率b/m與拍攝對象拉近率hX拍攝對象深寬比q的乘積成比例,而拍攝對象拉近率h可根據(jù)拍攝對象的實物距離I與感覺距離z計算得出。此處為了有效防止產(chǎn)生紙板效果，將綜合模型方程式I中的拍攝對象深寬比q設(shè)定為常數(shù)I。
[0143]在將拍攝對象深寬比q設(shè)定為常數(shù)I后，上述適合于創(chuàng)造良好拍攝條件的基線長擴大倍率(b/m)便只與拍攝對象拉近率h成比例。此外，由于拍攝對象深寬比q可由其它特定函數(shù)(此處，常數(shù)也可視為一種函數(shù)，即常數(shù)函數(shù))表達，所以上述適合于創(chuàng)造良好拍攝條件的基線長擴大倍率(b/m)與拍攝對象拉近率h之間便具有了可通過特定函數(shù)進行相互關(guān)聯(lián)的關(guān)系。例如，所述函數(shù)可為某種表達實物距離I的函數(shù)，使其在拍攝對象與相機I距離較近時取值為1，距離較遠時取值為0.5。此外，拍攝對象深寬比q可由下式(即所述特定函數(shù))表示(式中k為系數(shù)):
[0144]q=k2/3 ……(方程式 17)
[0145]而且，由綜合模型方程式I可知，拍攝對象深寬比同時為拍攝對象實物距離y、相機基線長b、相機與輻輳平面之間距離g以及歸一化視野角r的函數(shù)。
[0146]由此，便可根據(jù)綜合模型方程式I求出相機I的基線長值。而基線長確定單元6d-l亦可據(jù)此確定相機I的基線長b，并將確定后的基線長b發(fā)送給相機控制單元6e。相機控制單元6e接收基線長b數(shù)據(jù)以后，便可實施控制將相機I的基線長調(diào)節(jié)至所確定基線長b。
[0147]由以上可知，如果拍攝對象實物距離y、拍攝對象感覺距離z以及人眼基線長m已知，便可求出相機I的基線長b。由于可將實物距離測量裝置3b的測量結(jié)果作為拍攝對象實物距離1，或者根據(jù)拍攝對象視差信息P、相機I的基線長b、相機I的基線與輻輳平面之間距離g以及歸一化視野角r求出拍攝對象實物距離y，所以只要求出除相機I的基線長b之外的各參數(shù)值，便可最終求得相機I的基線長b。
[0148]以上參數(shù)中:拍攝對象視差信息P可根據(jù)視差計算單元6c輸出的視差以及屏幕寬度w計算得出；如以上所述，相機I的基線與輻輳平面之間距離g可根據(jù)相機I的基線長b以及輻輳角β計算得出；輻輳角β可根據(jù)旋轉(zhuǎn)角測量裝置3d所測得的旋轉(zhuǎn)角求得，然后，例如，將保存于福輳角計算單元6i的福輳角β經(jīng)拍攝條件接收單元6b發(fā)送給拍攝控制處理單元6d;如上所述，歸一化視野角r可根據(jù)相機I的視野角α求出；視野角α可由視野角測量裝置3a測得，也可根據(jù)拍攝條件接收單元6b所接收的相機I焦距以及相機I圖像傳感器寬度求出；而圖像傳感器寬度則可通過用戶輸入等方式獲得。
[0149]此外，拍攝對象感覺距離z可根據(jù)拍攝對象視差信息P以及觀賞條件(即，人眼基線長m、屏幕寬度w以及人兩眼基線與屏幕之間的距離d)計算得出。
[0150]?第二種控制模式
[0151]在第二種控制模式中，視差值由用戶設(shè)定。當用戶所設(shè)定的視差值由設(shè)定值接收單元6g提供給拍攝控制處理單元6d后，輻輳角控制單元6d-2便可通過不斷將實時接收的由視差計算單元6c根據(jù)相機I拍攝得到的影像數(shù)據(jù)計算得出的視差值調(diào)整至所設(shè)定的視差值的方式，對相機控制單元6e進行控制，以調(diào)節(jié)輻輳角β (即反饋控制(PID控制))。
[0152]由于視差值已設(shè)定，其后便可根據(jù)綜合模型方程式I求出(w為已知)視差信息P，然后再根據(jù)視差信息P以及觀賞條件(即，人眼基線長m、屏幕寬度w以及人兩眼基線與屏幕之間的距離d)計算得出拍攝對象感覺距離z，同時還可獲得隨輻輳角β的調(diào)節(jié)而發(fā)生變化的拍攝對象實物距離I。而后，拍攝控制處理單元6d的基線長確定單元6d-l可根據(jù)拍攝對象實物距離I與拍攝對象感覺距離z求出變化后的拉近率h，并根據(jù)該值確定基線長b，然后由相機控制單元6e實施控制，將相機I的基線長調(diào)節(jié)至所確定基線長b。[0153]此外，對于拍攝對象實物距離y，既可直接將實物距離測量裝置3b的測量結(jié)果作為其值，也可不使用該測量結(jié)果，而根據(jù)上述第一種控制模式中所述方法通過計算將其得出。
[0154]此外，在第二種控制模式中，用戶設(shè)定視差值之后，輻輳角β的調(diào)節(jié)與基線長b的控制也可非同步進行。
[0155]?第三種控制模式
[0156]在第三種控制模式中，拍攝對象的拉近率h由用戶設(shè)定。用戶所設(shè)定的拉近率值先由設(shè)定值接收單元6g提供給拍攝控制處理單元6d。然后，由拍攝控制處理單元6d的基線長確定單元6d-l根據(jù)所設(shè)定的拉近率h確定基線長b。其后，由相機控制單元6e實施控制，將相機I的基線長調(diào)節(jié)至所確定基線長b。
[0157]此外，拍攝控制處理單元6d根據(jù)所設(shè)定的拉近率h以及拍攝對象實物距離I求出拍攝對象感覺距離z，進而根據(jù)拍攝對象感覺距離z以及觀賞條件(即，m，w和d，均為已知值)求出視差信息P以及視差。之后，輻輳角控制單元6d-2便可通過不斷將實時接收的由視差計算單元6c根據(jù)相機I拍攝得到的影像數(shù)據(jù)計算得出的視差值調(diào)整至所設(shè)定的視差值的方式，由相機控制單元6e實現(xiàn)對輻輳角β的反饋控制(PID控制)。
[0158]此外，對于拍攝對象實物距離y，既可直接將實物距離測量裝置3b的測量結(jié)果作為其值，也可不使用該測量結(jié)果，而根據(jù)上述第一種控制模式中所述方法通過計算將其得出。
[0159]此外，與第一種控制模式相同，在第三種控制模式中，用戶設(shè)定拉近率h的值之后，輻輳角β的調(diào)節(jié)與基線長b的控制也可非同步進行。
[0160]?第四種控制模式
[0161]在第四種控制模式中，在前述幾種模式中作為常數(shù)I或者作為特定函數(shù)的深寬比q由用戶設(shè)定。用戶所設(shè)定的深寬比的值先由設(shè)定值接收單元6g提供給拍攝控制處理單元6d。然后，由拍攝控制處理單元6d按照上述第一至第三種控制模式中使用的各種方法，并通過將此處所設(shè)定的值(而非上述任何設(shè)定值)作為深寬比q，來確定基線長。
[0162][基于綜合模型方程式I與綜合模型方程式2的控制方法]
[0163]拍攝控制處理單元6d可同時使用上述綜合模型方程式I以及綜合模型方程式2所示關(guān)系實施多種模式的控制。此處，針對其中兩種具有代表性的模式進行說明。
[0164]?第五種控制模式
[0165]如綜合模型方程式2所示，拍攝對象拉近率h、拍攝對象寬度倍率S、觀賞距離倍率(d/w)、以及歸一化視野角r四者之間的乘積為常數(shù)(=1)。此處，為了有效防止產(chǎn)生紙板效果，通過對相機I實施變焦操作，調(diào)整其視野角α，以始終將拍攝對象的寬度倍率s保持為常數(shù)I。此外，由于觀賞距離倍率(d/w)為觀賞條件，需由用戶事先輸入，所以在此模式下，拍攝對象拉近率h與歸一化視野角r之間的乘積也為常數(shù)。
[0166]與前幾種控制模式中對拍攝對象深寬比q的處理方法相同，此模式下的拍攝對象寬度倍率s也可不作為常數(shù)，而作為某一特定函數(shù)。根據(jù)綜合模型方程式2可知，拍攝對象寬度倍率s為拍攝對象實物距離y、相機基線長b、相機與輻輳平面之間距離g以及歸一化視野角r的函數(shù)。
[0167]在此模式下，首先拍攝控制處理單元6d根據(jù)綜合模型方程式2，以及根據(jù)由視野角測量裝置3a所測得的，或者根據(jù)焦距計算而得的視野角α，計算得出歸一化視野角r，然后再根據(jù)此值算出適合于創(chuàng)造良好拍攝條件的拉近率h。
[0168]其后，基線長確定單元6d-l再根據(jù)求得的拉近率h，確定基線長b。然后，由相機控制單元6e實施控制，將相機I的基線長調(diào)節(jié)至所確定的基線長b。
[0169]此外，拍攝控制處理單元6d根據(jù)綜合模型方程式I，以及根據(jù)求得的拉近率h和拍攝對象實物距離I求出拍攝對象感覺距離z，進而根據(jù)拍攝對象感覺距離z以及觀賞條件(SP，m，w和d，均為已知值)求出視差信息P以及視差。之后，輻輳角控制單元6d-2便可通過不斷將實時接收的由視差計算單元6c根據(jù)相機I拍攝得到的影像數(shù)據(jù)計算得出的視差值調(diào)整至所設(shè)定的視差值的方式，由相機控制單元6e實現(xiàn)對輻輳角β的反饋控制(PID控制)。
[0170]此外，對于拍攝對象實物距離y，既可直接將實物距離測量裝置3b的測量結(jié)果作為其值，也可不使用該測量結(jié)果，而根據(jù)上述第一種控制模式中所述方法通過計算將其得出。
[0171]此外，在第五種控制模式中，計算得出拉近率h的值之后，輻輳角β的調(diào)節(jié)與基線長b的控制可非同步進行。
[0172]?第六種控制模式
[0173]在第六種控制模式中，原在第五種控制模式中保持為常數(shù)I的寬度倍率s由用戶設(shè)定。用戶所設(shè)定的寬度倍率的值先由設(shè)定值接收單元6g提供給拍攝控制處理單元6d。然后，由拍攝控制處理單元6d按照上述第五種控制模式中使用的方法，并通過將此處所設(shè)定的值作為寬度倍率S，來控制輻輳角。
[0174][基于安全性的控制方法]
[0175]拍攝控制處理單元6d還可針對三維影像的安全性實施第七種控制模式。其中，拍攝控制處理單元6d根據(jù)如與三維攝影相關(guān)的安全指導(dǎo)方針(如:日本《3DC安全指南》(日本3D聯(lián)盟安全指南小組委員會發(fā)布))等安全指導(dǎo)方針，控制基線長b以及輻輳角β，使其落入安全視差范圍。
[0176]首先，拍攝控制處理單元6d的拍攝條件調(diào)節(jié)單元6d-3根據(jù)由用戶事先設(shè)定并由設(shè)定值接收單元6g接收的可允許視差范圍(p_lower,p_upper),由視差計算單元6c計算而得的圖像整體的視差范圍(p_min(t)，p_max(t))的現(xiàn)時刻值，以及從基線長測量裝置3c處接收的相機I的現(xiàn)時刻(t)基線長b(t)，通過以下方程式18，確定下一時刻基線長的可允許范圍(特指最大可允許值b_upper (t+Ι))。所述圖像整體的視差是指相機I所拍攝的圖像全體或者絕大部分像素的視差，而非指其一部分特征點的視差。在求出此視差后，便可獲得圖像整體的視差范圍(p_min(t), p_max (t))。
[0177]b_upper (t+1) =b (t).(p_upper_p_lower) / (p_max (t) _p_min (t)......(方程
式18)
[0178]如方程式18所示,下一時刻(t+1)基線長b的上限b_upper(t+l)值由現(xiàn)時刻(t)基線長b(t)和圖像整體視差范圍的最大值和最小值之差的乘積，與可允許視差范圍的上下限值之差的比值決定。
[0179]然后，拍攝條件調(diào)節(jié)單元6d-3根據(jù)由用戶事先設(shè)定并由設(shè)定值接收單元6g接收的可允許視差范圍(p_lower, p_upper),由視差計算單元6c計算而得的圖像整體的視差范圍(p_min(t),p_max (t))的現(xiàn)時刻值，以及由福輳角計算單元6i保存的相機I的現(xiàn)時刻福輳角β (t)，通過以下方程式19和方程式20，確定下一時刻輻輳角的可允許范圍。
[0180]β _upper (t+1) = β (t) + δ (p_max (t) <p_upper)
[0181]= β (t) - δ (p_max (t) >p_upper)......(方程式 19)
[0182]β _lower (t+1) = β (t) + δ (p_min (t) >p_lower)
[0183]=β (t) - δ (p_min (t) <p_lower)......(方程式 20)
[0184]此處，δ值的大小可根據(jù)可允許視差范圍、圖像整體的視差以及時刻(t)等各種因素進行適當調(diào)整。例如，可使用0.01度這一值。
[0185]從方程式19可知,下一時刻(t+Ι)福輳角的上限P_upper(t+1)根據(jù)現(xiàn)時刻(t)的輻輳角β (t)求出:當圖像整體視差的最大值(p_max(t))大于可允許視差范圍的上限值(p_upper)時,只要從β (t)值減去δ值便可得到0_upper(t+l);與此相反，當圖像整體視差的最大值(p_max(t))小于可允許視差范圍的上限值(p_upper)時，β _upper (t+1)等于β (t)值和δ值之和。同樣的，從方程式19可知，下一時刻(t+Ι)輻輳角的下限β_lower (t+1)根據(jù)現(xiàn)時刻(t)的福輳角β (t)求出:當圖像整體視差的最小值(p_min (t))小于可允許視差范圍的下限值(Pjower)時，只要從β (t)值減去δ值便可得到β_lower (t+1);而與此相反，當圖像整體視差的最小值(p_min (t))大于可允許視差范圍的下限值(P_lower)時，P_upper(t+1)等于β (t)值和δ值之和。
[0186]此外，當圖像整體視差的最大值(p_max(t))大于可允許視差范圍的上限值(ρ_upper),且同時圖像整體視差的最小值(p_min(t))小于可允許視差范圍的下限值(p_lower)時,根據(jù)方程式18可知，由于此時b_upper (t+Ι)值已經(jīng)小于b(t)值,基線長b將被相應(yīng)調(diào)小，所以在經(jīng)過某一段時間后，圖像整體視差又將落入可允許范圍之內(nèi)。
[0187]拍攝條件調(diào)節(jié)單元6d-3檢查經(jīng)基線長確定單元6d-l或者輻輳角控制單元6d-2確定的數(shù)據(jù)內(nèi)容，如發(fā)現(xiàn)基線長b大于上述基線長b上限值b_upper(t+l)，或輻輳角β超出福輳角范圍(β _lower (t+Ι)?β _upper (t+1))的情況發(fā)生時,將調(diào)整基線長b以及福輳角β，使其落入相應(yīng)范圍內(nèi)。此外，在本發(fā)明一實施例中，三維影像拍攝控制系統(tǒng)7并不一定具有此通過拍攝條件調(diào)節(jié)單元6d-3調(diào)節(jié)基線長b以及輻輳角β的功能，該功能可根據(jù)實際需要適當添加。
[0188]雖然以上通過參考圖1至圖5說明的本發(fā)明一實施例中的三維影像拍攝控制系統(tǒng)7只包括由一對相機組成的相機1，其也可以使用多個相機組(或相機對)，用于在一次拍攝中同時采用多種拍攝模式，以滿足多種觀賞條件。其中，控制裝置6針對每組相機，分別確定其可創(chuàng)造合適拍攝條件的基線長和輻輳角，并據(jù)此對相應(yīng)相機組的位置和方向進行控制。
[0189]例如，當三維影像拍攝控制系統(tǒng)7包括四臺相機(相機Α，相機B，相機C和相機D)時，這四臺相機可通過相互組合，形成如(相機A+相機B)(相機C+相機D)，或(相機A+相機B) _機A+相機C) _機A+相機D)等的多個相機組。
[0190]下面將參考圖6所示例，對本發(fā)明一實施例中組成三維影像拍攝控制系統(tǒng)7的控制裝置6的計算機結(jié)構(gòu)進行說明。此處，圖6所示計算機100只作為代表性一例，用以說明可實現(xiàn)控制裝置6各功能的計算機的結(jié)構(gòu)。
[0191]計算機100 包括:CPU (Central Processing Unit,中央處理器)101,存儲器 102,拍攝裝置接口 103，驅(qū)動部件接口 104，移動量測量裝置接口 105，顯示控制器106，顯示器107，輸入設(shè)備接口 108，鍵盤109，鼠標110，外部存儲媒體接口 111，外部存儲設(shè)備112，網(wǎng)絡(luò)接口 113，以及用于上述各組成部分相互連接的總線114。
[0192]CPUlOl用于在OS (Operating System，操作系統(tǒng))的控制下，對計算機100的其它各組成部分進行控制以實施各種功能。例如，其可以控制圖5所示視差計算單元6c以及拍攝控制處理單元6d等進行相應(yīng)處理。
[0193]存儲器102 —般由RAM (Random Access Memory,隨機存取存儲器)組成。存儲器102加載用于實現(xiàn)由CPU 101執(zhí)行的各功能(如視差計算單元6c以及拍攝控制處理單元6d等的功能)的程序，而且對上述程序所需的必要數(shù)據(jù)等(如現(xiàn)時刻輻輳角β以及視野角α等)進行臨時保存。
[0194]拍攝裝置接口 103與相機I連接(分別與用于拍攝左圖像的相機1-L以及用于拍攝右圖像的相機1-R連接)，用于控制與相機I之間的數(shù)據(jù)發(fā)送與接收，并接收相機I發(fā)送的圖像數(shù)據(jù)。
[0195]驅(qū)動部件接口 104與驅(qū)動部件2連接，并向其發(fā)送用于控制驅(qū)動部件實施相應(yīng)操作的控制數(shù)據(jù)。此外，移動量測量裝置接口 105用于接收移動量測量裝置3所發(fā)送的角度和距離等測量數(shù)據(jù)。
[0196]顯示控制器106用于處理CPU 101等發(fā)送的圖像顯示數(shù)據(jù)，并將圖像顯示于顯示器107上，而顯示器107則包括由LCD(Liquid Crystal Display,液晶顯示器)組成的顯示裝置以及觸摸屏等組件。例如，當需要由用戶等向控制裝置6輸入設(shè)定值時，在顯示器107上顯示設(shè)定值輸入界面。
[0197]輸入設(shè)備接口 108用于從用戶為了向控制裝置6輸入數(shù)據(jù)而操作的鍵盤109，鼠標110以及觸摸屏等輸入設(shè)備接收信號，并將其發(fā)送給CPU 101。此外，輸入數(shù)據(jù)等均保存于存儲器102。
[0198]外部存儲媒體接口 111用于訪問外部存儲設(shè)備112，并控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。例如，其可以驅(qū)動光盤121，并通過訪問其記錄面而讀取其中保存的數(shù)據(jù)，或者將外部存儲設(shè)備112中的數(shù)據(jù)寫入光盤121。此外，外部存儲媒體接口 111還可以訪問便攜式閃存設(shè)備122，以實現(xiàn)其與計算機100之間的數(shù)據(jù)交互。
[0199]外部存儲設(shè)備112通常為硬盤等存儲設(shè)備，其除了可以保存用于實現(xiàn)由CPU 101執(zhí)行的各功能的程序之外，還可以保存此類程序所使用的數(shù)據(jù)。
[0200]網(wǎng)絡(luò)接口 113可與包括廣域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)130連接，并控制計算機100與網(wǎng)絡(luò)130之間的數(shù)據(jù)發(fā)送與接收。通過網(wǎng)絡(luò)接口 113，計算機100可接入廣域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。用于實現(xiàn)由CPU 101執(zhí)行的本發(fā)明各功能的程序，可經(jīng)此網(wǎng)絡(luò)接口113或上述外部存儲媒體接口 111，從外部提供于計算機100。
[0201]此外，用于實現(xiàn)本發(fā)明各功能的所有或部分程序也可以寫入芯片后出售。
[0202]綜上所述，使用本發(fā)明的三維影像拍攝控制系統(tǒng)可求出綜合考慮了拍攝條件以及觀賞條件的參數(shù)，而且通過使用所述參數(shù)對一對相機的位置和方向中的至少一種進行控制，可獲得良好的三維效果，并可以保持安全的視差范圍。
[0203]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包括這些改動和變型在內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種三維影像拍攝控制系統(tǒng)，包括: 視差計算單元，用于根據(jù)從對拍攝對象進行拍攝的至少一對拍攝裝置獲得的影像，計算出所述拍攝對象的相關(guān)視差； 基線長確定單元，用于確定所述一對拍攝裝置的基線長；以及 基線長控制單元，用于控制將所述一對拍攝裝置移動至具有所述被確定的基線長的位置； 其中，所述基線長確定單元根據(jù)所述相關(guān)視差計算出所述影像被觀賞時的感覺距離，并依據(jù)所述一對拍攝裝置的基線長與人眼基線長的比率和拉近率之間具有的相互關(guān)聯(lián)的函數(shù)關(guān)系，確定所述一對拍攝裝置的基線長，其中，所述拉近率為拍攝時的實物距離與觀賞時的所述感覺距離的比率。
2.如權(quán)利要求1所述的三維影像拍攝控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 視差接收單元，用于接收設(shè)定視差；以及 輻輳角控制單元，用于控制將所述一對拍攝裝置移動至其具有與所述設(shè)定視差相對應(yīng)的輻輳角的位置； 其中，所述基線長確定單元根據(jù)所述設(shè)定視差計算出所述感覺距離。
3.如權(quán)利要求1所述的三維影像拍攝控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 拉近率接收單元，用于接收設(shè)定拉近率；以及 輻輳角控制單元 ，用于控制將所述一對拍攝裝置移動至其具有與根據(jù)所述設(shè)定拉近率獲得的視差相對應(yīng)的輻輳角的位置； 其中，所述基線長確定單元根據(jù)所述設(shè)定拉近率計算出所述一對拍攝裝置的基線長。
4.如權(quán)利要求1所述的三維影像拍攝控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 輻輳角控制單元，用于控制所述一對拍攝裝置移動從而實現(xiàn)對輻輳角的調(diào)節(jié)， 其中，所述基線長確定單元依據(jù)所述一對拍攝裝置的視野角計算得出拉近率，所述輻輳角控制單元將所述一對拍攝裝置移動至其具有與根據(jù)所述計算得出的拉近率獲得的視差相對應(yīng)的輻輳角的位置； 所述基線長確定單元根據(jù)所述計算得出的拉近率確定所述一對拍攝裝置的基線長。
5.如權(quán)利要求4所述的三維影像拍攝控制系統(tǒng)，其特征在于，所述視野角由用于測量視野角的視野角測量單元測得，或者根據(jù)所述一對拍攝裝置的焦距以及圖像傳感器寬度計算得出。
6.如權(quán)利要求4或5所述的三維影像拍攝控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 寬度倍率接收單元，用于接收設(shè)定寬度倍率， 其中，所述基線長確定單元根據(jù)視野角以及所述設(shè)定寬度倍率計算出拉近率。
7.如權(quán)利要求1至6中任意一項所述的三維影像拍攝控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 深寬比接收單元，用于接收設(shè)定深寬比，其中，所述基線長確定單元依據(jù)所述一對拍攝裝置的基線長與人眼基線長的比率和所述拉近率與所述設(shè)定深寬比兩者之間的乘積成一定比例的關(guān)系，確定所述一對拍攝裝置的基線長。
8.如權(quán)利要求2至7中任意一項所述的三維影像拍攝控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 允許視差范圍接收單元，用于接收設(shè)定允許視差范圍；以及 拍攝條件調(diào)節(jié)單元，用于通過調(diào)節(jié)各種參數(shù)使調(diào)節(jié)后的視差落于所述設(shè)定允許視差范圍內(nèi)； 其中，所述視差計算單元計算出從所述一對拍攝裝置獲得的影像中圖像整體的視差范圍；所述拍攝條件調(diào)節(jié)單元依據(jù)計算出的所述圖像整體的視差范圍以及所述設(shè)定允許視差范圍，至少確定所述一對拍攝裝置的基線長的允許范圍以及輻輳角的允許范圍的兩者之一，并調(diào)節(jié)所述一對拍攝裝置的基線長和/或輻輳角，使其落入已確定的相應(yīng)允許范圍內(nèi)。
9.如權(quán)利要求1至8中任意一項所述的三維影像拍攝控制系統(tǒng)，其特征在于，所述基線長確定單元根據(jù)所述視差以及觀賞條件計算出所述感覺距離，所述觀賞條件包括:人眼基線長、屏幕寬度、以及人眼基線至所述屏幕之間的距離。
10.如權(quán)利要求1至9中任意一項所述的三維影像拍攝控制系統(tǒng)，其特征在于，所述實物距離由用于測量實物距離的實物距離測量單元測得，或者根據(jù)所述相關(guān)視差以及所述一對拍攝裝置的基線長、輻輳角和視野角計算得出。
11.如權(quán)利要求1至10中任意一項所述的三維影像拍攝控制系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一對拍攝裝置為由三臺或三臺以上拍攝裝置所形成的兩對或兩對以上的拍攝裝置。
12.—種三維影像拍攝控制方法，包括: 視差計算步驟，根據(jù)從對拍攝對象進行拍攝的一對拍攝裝置獲得的影像，計算出所述拍攝對象的相關(guān)視差； 基線長確定步驟，根據(jù)所述相關(guān)視差計算出所述影像被觀賞時的感覺距離，并依據(jù)所述一對拍攝裝置的基線長與人眼基線長的比率和拉近率之間具有的相互關(guān)聯(lián)的函數(shù)關(guān)系，確定所述一對拍攝裝置的基線長；以及 基線長控制步驟， 將所述一對拍攝裝置移動至其具有所述被確定的基線長的位置； 其中，所述拉近率為拍攝時的實物距離與觀賞時的所述感覺距離的比率。
13.如權(quán)利要求12所述的三維影像拍攝控制方法，其特征在于，還包括: 視差接收步驟，接收一設(shè)定視差；以及 輻輳角控制步驟，將所述一對拍攝裝置移動至其具有與所述設(shè)定視差相對應(yīng)的輻輳角的位置。
14.如權(quán)利要求12所述的三維影像拍攝控制方法，其特征在于，還包括: 拉近率接收步驟，接收一設(shè)定拉近率； 視差確定步驟，根據(jù)所述設(shè)定拉近率計算出所述一對拍攝裝置的視差； 輻輳角控制步驟，控制所述一對拍攝裝置移動至其具有與根據(jù)所述設(shè)定拉近率獲得的視差相對應(yīng)的輻輳角的位置。
15.如權(quán)利要求12所述的三維影像拍攝控制方法，其特征在于，還包括: 視差確定步驟，依據(jù)所述一對拍攝裝置的視野角計算得出拉近率，并確定根據(jù)所述計算得出的拉近率獲得視差； 輻輳角控制步驟，控制所 述一對拍攝裝置移動至其具有與根據(jù)所述計算得出的拉近率獲得的視差相對應(yīng)的輻輳角的位置。
【文檔編號】G03B35/08GK103888750SQ201210560154
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月20日
【發(fā)明者】甄梓寧, 張曉林 申請人:比比威株式會社