專利名稱：包括用于校準(zhǔn)圖像捕捉鏡頭的裝置的立體圖像捕捉系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的領(lǐng)域是稱作“3D”圖像捕捉系統(tǒng)或者立體圖像捕捉系統(tǒng)的圖像捕捉系統(tǒng)。為了根據(jù)幾個(gè)不同視角捕捉圖像，需要幾個(gè)照相機(jī)和鏡頭。立體效果可依賴于兩個(gè)圖像，一個(gè)左圖像和一個(gè)右圖像；或者依賴于一組幾個(gè)圖像，其中，取決于觀看者在投影裝置前的位置，僅僅一對(duì)圖像可被觀看者看到。后面的系統(tǒng)可播放已知作為“多視野圖像”的3D圖像。如果觀看者在投影的3D圖像前移動(dòng)，他看到顯示的物體像現(xiàn)實(shí)中一樣移動(dòng)。
背景技術(shù)：
“3D”視覺(jué)對(duì)應(yīng)于大腦為了在空間中給物體分配位置而對(duì)由兩只眼睛看到的圖像的理解。所分配的位置取決于由觀看者的兩只眼睛看到的圖像之間的差異。如果物體移 動(dòng)，圖像必須同步(在同一瞬間及時(shí)拍攝)，從而兩個(gè)左右圖像之間接連發(fā)生的物體的運(yùn)動(dòng)不被理解為距離信息。圖1、2和3示出3D圖像捕捉系統(tǒng)I。所示的系統(tǒng)包括兩個(gè)照相機(jī)。支撐照相機(jī)的機(jī)械元件以及它們的調(diào)整轉(zhuǎn)臺(tái)在這些圖中沒(méi)有示出。每個(gè)照相機(jī)10包括三個(gè)主要的子組件，它們是:-傳感器單元11，包括光敏傳感器以及相關(guān)的電子控制裝置；-光學(xué)鏡頭12，其通常為變焦鏡頭。關(guān)于這種類型的光學(xué)部件，至少三個(gè)參數(shù)可調(diào)焦距、聚焦和孔徑。-機(jī)電裝置13，允許用于各種參數(shù)的調(diào)整裝置可被控制。圖I示出圖像捕捉系統(tǒng)的第一實(shí)施例。在這個(gè)第一實(shí)施例中，照相機(jī)10簡(jiǎn)單地并排放置，鏡頭12的光軸在相同的平面中。這兩個(gè)光軸小是必須平行的。圖I中的系統(tǒng)的缺點(diǎn)是分開(kāi)鏡頭的兩個(gè)光軸的距離d必須具有與光學(xué)部件和它們的支撐件的尺寸相關(guān)的最小值。立體效果因此受限于一定的圖像捕捉配置。圖2和3中所示的系統(tǒng)不具有這個(gè)缺點(diǎn)。它包括關(guān)于彼此垂直設(shè)置的兩個(gè)照相機(jī)，并且這兩個(gè)照相機(jī)被與鏡頭12的光軸成45度設(shè)置的半反射板14分開(kāi)。圖2示出這個(gè)系統(tǒng)的主視圖并且圖3示出頂視圖。在這個(gè)結(jié)構(gòu)中，機(jī)械限制消失，并且如可在圖3中看到的，可按期望距離d分開(kāi)光軸，但是由于半反射板而有以下代價(jià)光度衰減以及在一個(gè)通道上的光路中的微小差異。如果照相機(jī)/鏡頭組件不具有相同的特性(例如巾貞場(chǎng)(framed field)或者覆蓋的(covered)場(chǎng)、“放大率”、通道的對(duì)準(zhǔn)、聚焦等)，大腦不再能比較過(guò)于相異的兩個(gè)圖像。當(dāng)拍攝3D電影或者獲取3D照片時(shí)，攝影師必須選擇焦平面，并且這個(gè)平面還可為了跟隨場(chǎng)景的移動(dòng)而在圖像捕捉期間移動(dòng)。攝影師必須因此更改所使用的所有鏡頭的調(diào)焦距離。為了維持由多個(gè)照相機(jī)獲取的圖像之間的一致性，該更改必須同一時(shí)刻在所有鏡頭上進(jìn)行，該更改必須因此時(shí)間上以及功能上同步并且通過(guò)單個(gè)控制命令控制。當(dāng)攝影師更改系統(tǒng)聚焦位置的單個(gè)控制命令時(shí)，所有鏡頭聚焦在同樣的調(diào)焦距離。當(dāng)他在調(diào)焦距離上停止時(shí)，所有鏡頭同時(shí)在相同的調(diào)焦距離處停止。對(duì)于幀場(chǎng)、聚焦和鏡頭的光圈的孔徑，這個(gè)性能必須相同，其取決于照相機(jī)敏感性上的差異。但是，鏡頭和照相機(jī)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性在照相機(jī)之間或者鏡頭之間不同。為了解決這個(gè)問(wèn)題，在現(xiàn)有的已知技術(shù)中鏡頭制造具有一定精度，從而這些鏡頭在它們的光學(xué)組合以及聚焦和變焦功能所需的移動(dòng)機(jī)制上都實(shí)際上一致。這依賴于組成這個(gè)系統(tǒng)的機(jī)械和/或光學(xué)元件的制造的精度以及“可重復(fù)性”。還使用鏡頭的分類，以這種方式從而識(shí)別和關(guān)聯(lián)通常來(lái)自同一制造批量的具有相似性能的鏡頭。這個(gè)解決方案中的缺點(diǎn)是-從同一批量·中獲得所有關(guān)鍵元件有困難，特別是在工業(yè)環(huán)境中；-雖然來(lái)自同一批量，由操作者組合和調(diào)整的鏡頭不能具有完全相同的性能；-鏡頭在生產(chǎn)線開(kāi)始時(shí)最優(yōu)化，但是它們的性能隨著機(jī)械元件的損耗而偏移。它們的性能以不可能校正的偏離結(jié)束；-制造者不能覆蓋所有可能的配置所有的焦距、所有的聚焦調(diào)整、所有的具有其固有缺陷的照相機(jī)、所有的操作溫度、所有的鏡頭操作位置等?，F(xiàn)有技術(shù)的另外的解決方案在于根據(jù)被看作主鏡頭的另外的鏡頭來(lái)校準(zhǔn)副鏡頭。由于這個(gè)程序復(fù)雜，所以由鏡頭或者圖像捕捉系統(tǒng)的制造者在工廠執(zhí)行。在該解決方案中的主要的缺點(diǎn)是-鏡頭被在工廠匹配，該事實(shí)產(chǎn)生售后服務(wù)的困難。主鏡頭和一個(gè)或多個(gè)副鏡頭必須完全相同；-制造者不能覆蓋所有可能的配置所有的焦距、所有的聚焦調(diào)整、所有的具有其固有缺陷的照相機(jī)、所有的操作溫度、所有的鏡頭操作位置等；-如前，鏡頭在生產(chǎn)線開(kāi)始時(shí)最優(yōu)化，但是它們的性能隨著機(jī)械元件的損耗而偏移。它們的性能以不可能校正的偏離而結(jié)束；-根據(jù)使用的類型，例如，當(dāng)鏡頭位于半反射鏡的兩側(cè)(eitherside)時(shí)，鏡頭需要不同的同步。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)不具有這些缺點(diǎn)。它包括校準(zhǔn)裝置，所述校正裝置允許系統(tǒng)在真實(shí)情形中，在圖像捕捉的情況下，以及在緊接著圖像捕捉之前的時(shí)間中被校準(zhǔn)，從而避免了圖像捕捉期間的任何后來(lái)的偏移。更精確地，本發(fā)明的主題是包括至少第一照相機(jī)和第二照相機(jī)的立體圖像捕捉系統(tǒng)，該第一照相機(jī)包括第一鏡頭，所述第一鏡頭包括至少一個(gè)光學(xué)參數(shù)的第一調(diào)整裝置以及允許所述第一調(diào)整裝置被控制的第一機(jī)電裝置，該第二照相機(jī)包括第二鏡頭，所述第二鏡頭包括同樣光學(xué)參數(shù)的第二調(diào)整裝置以及允許所述第二調(diào)整裝置被控制的第二機(jī)電裝置，其特征在于每個(gè)機(jī)電裝置包括兩個(gè)操作模式“存儲(chǔ)”模式，在該存儲(chǔ)模式中存儲(chǔ)裝置記錄該第一調(diào)整裝置的調(diào)整設(shè)定點(diǎn)，每個(gè)設(shè)定點(diǎn)對(duì)應(yīng)于光學(xué)參數(shù)的預(yù)定值，所述值對(duì)于兩個(gè)照相機(jī)是共同的；“圖像捕捉”模式，在該圖像捕捉模式中選擇光學(xué)參數(shù)值，通過(guò)對(duì)應(yīng)的機(jī)電裝置，對(duì)應(yīng)于所述光學(xué)參數(shù)的值的每個(gè)調(diào)整設(shè)定點(diǎn)被應(yīng)用到相應(yīng)的調(diào)整裝置。有利地，該光學(xué)參數(shù)是鏡頭的聚焦和/或焦距。有利地，該存儲(chǔ)裝置包括針對(duì)同樣參數(shù)的多個(gè)設(shè)定點(diǎn)值。該存儲(chǔ)裝置包括配置為根據(jù)該存儲(chǔ)的設(shè)定點(diǎn)值計(jì)算中間設(shè)定點(diǎn)值的裝置，因此允許光學(xué)參數(shù)在它的整個(gè)變化范圍上被連續(xù)閉環(huán)控制。有利地，該照相機(jī)并排安裝，鏡頭的光軸在同一平面內(nèi)，或者該照相機(jī)設(shè)置在薄半反射平面板的兩側(cè)(either side)上。


閱讀下面以非限制方式呈現(xiàn)的描述，并且受益于附圖，會(huì)更好地理解本發(fā)明并且其他優(yōu)點(diǎn)會(huì)變得明顯，在附圖中已經(jīng)討論過(guò)的圖1，示出具有兩個(gè)照相機(jī)的立體系統(tǒng)的第一實(shí)施例；已經(jīng)討論過(guò)的圖2和3，示出具有兩個(gè)照相機(jī)的立體系統(tǒng)的第二實(shí)施例；圖4示出根據(jù)本發(fā)明的立體圖像捕捉系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式通過(guò)非限制例子，圖4示出立體圖像捕捉系統(tǒng)1，包括以并排結(jié)構(gòu)布置的第一照相機(jī)IOA和第二照相機(jī)10B。當(dāng)然，本發(fā)明可應(yīng)用于圖像捕捉系統(tǒng)的其它結(jié)構(gòu)中，例如如圖2和3中所示的具有半反射鏡的兩個(gè)照相機(jī)的結(jié)構(gòu)。還可延伸到包括多于兩個(gè)照相機(jī)的裝配。每個(gè)照相機(jī)IOA或者IOB包括照片檢測(cè)單元IlA或者11B、光學(xué)鏡頭12A或者12B以及控制用于調(diào)整鏡頭12A和12B的裝置的機(jī)電裝置13A或者13B。通常而言,鏡頭12A和12B為光學(xué)變焦鏡頭，其聚焦、焦距值以及孔徑光闌可調(diào)整。通過(guò)鏡頭或者鏡頭組的內(nèi)部移動(dòng)來(lái)調(diào)整聚焦和焦距。兩個(gè)照相機(jī)IOA和IOB基本上相同并且鏡頭12A和12B的光軸在同一平面中。支撐照相機(jī)IOA和IOB的機(jī)械元件以及它們的調(diào)整轉(zhuǎn)臺(tái)在該圖4中未示出。系統(tǒng)I還包括可采用控制手柄形式的控制裝置15。機(jī)電裝置13A和13B包括存儲(chǔ)調(diào)整第一鏡頭12A和第二鏡頭12B的裝置的設(shè)定點(diǎn)值的裝置。第一鏡頭12A的每個(gè)設(shè)定點(diǎn)值CA與第二鏡頭12B的設(shè)定點(diǎn)值CB以這種方式關(guān)聯(lián)當(dāng)兩個(gè)調(diào)整設(shè)定點(diǎn)CA和CB應(yīng)用于鏡頭時(shí)，第一鏡頭12A的光學(xué)參數(shù)值與第二鏡頭12B的相同光學(xué)參數(shù)值一致。作為光學(xué)參數(shù)的例子，可提及聚焦或者焦距值。因此，當(dāng)控制裝置15發(fā)送參數(shù)值以應(yīng)用到鏡頭12A和12B時(shí)，第一機(jī)電裝置13A控制第一鏡頭12A上的調(diào)整設(shè)定點(diǎn)CA，第二機(jī)電裝置13B控制與其相應(yīng)的調(diào)整設(shè)定點(diǎn)CB，以這樣的方式使得兩個(gè)鏡頭12A和12B的光學(xué)參數(shù)相同。換言之，于是兩個(gè)鏡頭12A和12B具有相同的放大率、相同的聚焦和相同的相對(duì)孔徑?？刂蒲b置可設(shè)置在控制手柄內(nèi)，從而便于操作者使用圖像捕捉系統(tǒng)，其包括兩個(gè)操作模式，校準(zhǔn)或存儲(chǔ)模式以及使用或圖像捕捉模式。裝置的操作功能對(duì)于操作者非常簡(jiǎn)單。在第一步驟中，操作者在照相機(jī)IOA和IOB上安裝他的鏡頭12A和12B。
在第二步驟中，操作者依靠要執(zhí)行的圖像捕捉的參數(shù)(本質(zhì)上為調(diào)焦距離、期望景深、景寬(the width of the field))，調(diào)整例如鏡頭12A，以這樣的方式直接獲得關(guān)于想要拍攝的場(chǎng)景的具有銳聚焦的期望成幀(framing)。這個(gè)操作通過(guò)控制機(jī)電裝置13A的控制手柄15執(zhí)行。一旦完成調(diào)整，對(duì)應(yīng)于鏡頭12A的這一配置的設(shè)定點(diǎn)(其可包括一個(gè)或者多個(gè)光學(xué)參數(shù))被存儲(chǔ)。這些參數(shù)例如是鏡頭12A的聚焦和焦距值。在第三步驟中，操作者仍通過(guò)控制手柄15和機(jī)電裝置13B以同樣的方式調(diào)整鏡頭12B，以這樣的方式獲得與鏡頭12A的光學(xué)參數(shù)一致的鏡頭12B的光學(xué)參數(shù)。存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)于這個(gè)配置的設(shè)定點(diǎn)。這些設(shè)定點(diǎn)值可與照相機(jī)IOA的設(shè)定點(diǎn)值不同。不言而喻，為了記錄對(duì)應(yīng)于例如幾個(gè)不同焦距的鏡頭12A和12B的幾個(gè)匹配配置，
操作者可重復(fù)第二和第三步驟幾次。在圖像捕捉時(shí)刻，當(dāng)操作者命令包括一個(gè)或者多個(gè)參數(shù)的配置時(shí)，自動(dòng)產(chǎn)生正確的設(shè)定點(diǎn)，從而在記錄時(shí)在兩個(gè)照相機(jī)上獲得相同的參數(shù)。因此，以同步的方式，兩個(gè)鏡頭 總是具有相同的聚焦、相同的孔徑和相同的焦距。這個(gè)解決方案的優(yōu)點(diǎn)是多方面的。以下將提及-鏡頭生產(chǎn)簡(jiǎn)化。在工廠中的調(diào)整限于在全部使用范圍的少數(shù)點(diǎn)來(lái)校準(zhǔn)鏡頭。即使兩個(gè)鏡頭不完全一致，操作者仍可重定位這兩個(gè)鏡頭；在安裝之前匹配它們不再必需；-售后服務(wù)簡(jiǎn)化。在鏡頭有缺陷的情況下，所使用的新鏡頭僅需要重定位，不需要在它的特性上采取任何特別的預(yù)防；-性能不會(huì)因鏡頭的損耗或者不同的熱環(huán)境而退化。周期性的重定位可以校正由鏡頭元件的損耗或者熱變化導(dǎo)致的缺陷；-鏡頭易于適應(yīng)于各種類型的照相機(jī)或各種安裝結(jié)構(gòu)，這些照相機(jī)具有例如不同位置的傳感器，這些安裝結(jié)構(gòu)包括例如不同厚度的反光鏡(retro-reflecting mirrors)。由于一安裝好系統(tǒng)就校準(zhǔn)鏡頭，它們關(guān)于聚焦以及幀場(chǎng)(framed field)等的性能完全一致并且補(bǔ)償由照相機(jī)、反射鏡、光學(xué)濾光器等引起的所有缺陷；-重定位簡(jiǎn)化。僅需要重置操作者實(shí)際使用的位置，而不是在全部使用范圍上的鏡頭;-使用便利。由于鏡頭能在對(duì)于圖像捕捉有用的幾個(gè)點(diǎn)處被校準(zhǔn)，所以當(dāng)圖像捕捉發(fā)生時(shí)修改變焦或者聚焦操作是可能的，這是因?yàn)樵谌魏螘r(shí)刻鏡頭都是閉環(huán)控制、同步的并且針對(duì)焦距或者聚焦控制命令而在校準(zhǔn)范圍內(nèi)校正。單個(gè)焦距手柄和單個(gè)聚焦手柄控制所有的鏡頭，因此這些鏡頭在同樣的時(shí)刻都接收相同的命令。
權(quán)利要求
1.一種立體圖像捕捉系統(tǒng)，包括至少第一照相機(jī)和第二照相機(jī)， 該第一照相機(jī)包括第一鏡頭，所述第一鏡頭包括至少一個(gè)光學(xué)參數(shù)的第一調(diào)整裝置以及允許所述第一調(diào)整裝置被控制的第一機(jī)電裝置， 該第二照相機(jī)包括第二鏡頭，所述第二鏡頭包括同樣光學(xué)參數(shù)的第二調(diào)整裝置以及允許所述第二調(diào)整裝置被控制的第二機(jī)電裝置， 其中，每個(gè)機(jī)電裝置包括兩個(gè)操作模式 “存儲(chǔ)”模式，在該存儲(chǔ)模式中存儲(chǔ)裝置記錄該第一調(diào)整裝置的調(diào)整設(shè)定點(diǎn)，每個(gè)設(shè)定點(diǎn)對(duì)應(yīng)于光學(xué)參數(shù)的預(yù)定值，所述值對(duì)于兩個(gè)照相機(jī)是共同的； “圖像捕捉”模式，在該圖像捕捉模式中選擇光學(xué)參數(shù)值，通過(guò)對(duì)應(yīng)的機(jī)電裝置，對(duì)應(yīng)于所述光學(xué)參數(shù)的值的每個(gè)調(diào)整設(shè)定點(diǎn)被應(yīng)用到相應(yīng)的調(diào)整裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的立體圖像捕捉系統(tǒng)，其中該光學(xué)參數(shù)是鏡頭的聚焦和/或焦距。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的立體圖像捕捉系統(tǒng)，其中該存儲(chǔ)裝置包括針對(duì)同樣參數(shù)的幾個(gè)設(shè)定點(diǎn)值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的立體圖像捕捉系統(tǒng)，其中該存儲(chǔ)裝置包括配置為根據(jù)存儲(chǔ)的設(shè)定點(diǎn)值計(jì)算中間設(shè)定點(diǎn)值的裝置，因此允許光學(xué)參數(shù)在它的整個(gè)變化范圍上被連續(xù)閉環(huán)控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的立體圖像捕捉系統(tǒng)，其中照相機(jī)并排安裝，鏡頭的光軸在同一平面內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的立體圖像捕捉系統(tǒng)，其中照相機(jī)被設(shè)置在薄半反射平面板的兩側(cè)上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種包括用于校準(zhǔn)圖像捕捉鏡頭的裝置的立體圖像捕捉系統(tǒng)。本發(fā)明的一般領(lǐng)域是立體圖像捕捉系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括兩個(gè)照相機(jī)，每個(gè)照相機(jī)包括鏡頭和允許該鏡頭的調(diào)整被控制的機(jī)電裝置。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)包括校準(zhǔn)裝置和控制裝置，該校準(zhǔn)裝置包括存儲(chǔ)操作使用時(shí)由操作者確定的調(diào)整設(shè)定點(diǎn)的裝置，該控制裝置允許第一鏡頭的調(diào)整設(shè)定點(diǎn)和第二鏡頭的調(diào)整設(shè)定點(diǎn)被閉環(huán)控制，以這種方式使得第一和第二鏡頭的光學(xué)參數(shù)一致。
文檔編號(hào)G03B35/00GK102890399SQ201210319470
公開(kāi)日2013年1月23日 申請(qǐng)日期2012年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月22日
發(fā)明者D·帕特里克, M·埃爾維爾 申請(qǐng)人:泰勒斯公司