專利名稱：包括用于校準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)幾個不同視角捕捉圖像，需要幾個照相機和鏡頭。立體效果可依賴于兩個圖像，一個左圖像和一個右圖像；或者依賴于一組幾個圖像，其中，取決于觀看者在投影裝置前的位置，僅僅一對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，他看到顯示的物體像現(xiàn)實中一樣移動。
背景技術(shù)：
“3D”視覺對應于大腦為了在空間中給物體分配位置而對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，圖像必須同步(在同一瞬間及時拍攝)，從而兩個左右圖像之間接連發(fā)生的物體的運動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)包括兩個照相機。支撐照相機的機械元件以及它們的調(diào)整轉(zhuǎn)臺在這些圖中沒有示出。每個照相機10包括三個主要的子組件，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；-光學鏡頭12，其通常為變焦鏡頭。關(guān)于這種類型的光學部件，至少三個參數(shù)可調(diào)焦距、聚焦和孔徑。-機電裝置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)的第一實施例。在這個第一實施例中，照相機10簡單地并排放置，鏡頭12的光軸在相同的平面中。這兩個光軸小是必須平行的。圖I中的系統(tǒng)的缺點是分開鏡頭的兩個光軸的距離d必須具有與光學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)不具有這個缺點。它包括關(guān)于彼此垂直設置的兩個照相機，并且這兩個照相機被與鏡頭12的光軸成45度設置的半反射板14分開。圖2示出這個系統(tǒng)的主視圖并且圖3示出頂視圖。在這個結(jié)構(gòu)中，機械限制消失，并且如可在圖3中看到的，可按期望距離d分開光軸，但是由于半反射板而有以下代價光度衰減以及在一個通道上的光路中的微小差異。如果照相機/鏡頭組件不具有相同的特性(例如巾貞場(framed field)或者覆蓋的(covered)場、“放大率”、通道的對準、聚焦等)，大腦不再能比較過于相異的兩個圖像。當拍攝3D電影或者獲取3D照片時，攝影師必須選擇焦平面，并且這個平面還可為了跟隨場景的移動而在圖像捕捉期間移動。攝影師必須因此更改所使用的所有鏡頭的調(diào)焦距離。為了維持由多個照相機獲取的圖像之間的一致性，該更改必須同一時刻在所有鏡頭上進行，該更改必須因此時間上以及功能上同步并且通過單個控制命令控制。當攝影師更改系統(tǒng)聚焦位置的單個控制命令時，所有鏡頭聚焦在同樣的調(diào)焦距離。當他在調(diào)焦距離上停止時，所有鏡頭同時在相同的調(diào)焦距離處停止。對于幀場、聚焦和鏡頭的光圈的孔徑，這個性能必須相同，其取決于照相機敏感性上的差異。但是，鏡頭和照相機的靜態(tài)和動態(tài)特性在照相機之間或者鏡頭之間不同。為了解決這個問題，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組合以及聚焦和變焦功能所需的移動機制上都實際上一致。這依賴于組成這個系統(tǒng)的機械和/或光學元件的制造的精度以及“可重復性”。還使用鏡頭的分類，以這種方式從而識別和關(guān)聯(lián)通常來自同一制造批量的具有相似性能的鏡頭。這個解決方案中的缺點是-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)線開始時最優(yōu)化，但是它們的性能隨著機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、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校準副鏡頭。由于這個程序復雜，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是-鏡頭被在工廠匹配，該事實產(chǎn)生售后服務的困難。主鏡頭和一個或多個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、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)線開始時最優(yōu)化，但是它們的性能隨著機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，當鏡頭位于半反射鏡的兩側(cè)(eitherside)時，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。它包括校準裝置，所述校正裝置允許系統(tǒng)在真實情形中，在圖像捕捉的情況下，以及在緊接著圖像捕捉之前的時間中被校準，從而避免了圖像捕捉期間的任何后來的偏移。更精確地，本發(fā)明的主題是包括至少第一照相機和第二照相機的立體圖像捕捉系統(tǒng)，該第一照相機包括第一鏡頭，所述第一鏡頭包括至少一個光學參數(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電裝置，該第二照相機包括第二鏡頭，所述第二鏡頭包括同樣光學參數(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電裝置，其特征在于每個機電裝置包括兩個操作模式“存儲”模式，在該存儲模式中存儲裝置記錄該第一調(diào)整裝置的調(diào)整設定點，每個設定點對應于光學參數(shù)的預定值，所述值對于兩個照相機是共同的；“圖像捕捉”模式，在該圖像捕捉模式中選擇光學參數(shù)值，通過對應的機電裝置，對應于所述光學參數(shù)的值的每個調(diào)整設定點被應用到相應的調(diào)整裝置。有利地，該光學參數(shù)是鏡頭的聚焦和/或焦距。有利地，該存儲裝置包括針對同樣參數(shù)的多個設定點值。該存儲裝置包括配置為根據(jù)該存儲的設定點值計算中間設定點值的裝置，因此允許光學參數(shù)在它的整個變化范圍上被連續(xù)閉環(huán)控制。有利地，該照相機并排安裝，鏡頭的光軸在同一平面內(nèi)，或者該照相機設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，會更好地理解本發(fā)明并且其他優(yōu)點會變得明顯，在附圖中已經(jīng)討論過的圖1，示出具有兩個照相機的立體系統(tǒng)的第一實施例；已經(jīng)討論過的圖2和3，示出具有兩個照相機的立體系統(tǒng)的第二實施例；圖4示出根據(jù)本發(fā)明的立體圖像捕捉系統(tǒng)。
具體實施例方式通過非限制例子，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IOA和第二照相機10B。當然，本發(fā)明可應用于圖像捕捉系統(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照相機的結(jié)構(gòu)。還可延伸到包括多于兩個照相機的裝配。每個照相機IOA或者IOB包括照片檢測單元IlA或者11B、光學鏡頭12A或者12B以及控制用于調(diào)整鏡頭12A和12B的裝置的機電裝置13A或者13B。通常而言,鏡頭12A和12B為光學變焦鏡頭，其聚焦、焦距值以及孔徑光闌可調(diào)整。通過鏡頭或者鏡頭組的內(nèi)部移動來調(diào)整聚焦和焦距。兩個照相機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IOA和IOB的機械元件以及它們的調(diào)整轉(zhuǎn)臺在該圖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。機電裝置13A和13B包括存儲調(diào)整第一鏡頭12A和第二鏡頭12B的裝置的設定點值的裝置。第一鏡頭12A的每個設定點值CA與第二鏡頭12B的設定點值CB以這種方式關(guān)聯(lián)當兩個調(diào)整設定點CA和CB應用于鏡頭時，第一鏡頭12A的光學參數(shù)值與第二鏡頭12B的相同光學參數(shù)值一致。作為光學參數(shù)的例子，可提及聚焦或者焦距值。因此，當控制裝置15發(fā)送參數(shù)值以應用到鏡頭12A和12B時，第一機電裝置13A控制第一鏡頭12A上的調(diào)整設定點CA，第二機電裝置13B控制與其相應的調(diào)整設定點CB，以這樣的方式使得兩個鏡頭12A和12B的光學參數(shù)相同。換言之，于是兩個鏡頭12A和12B具有相同的放大率、相同的聚焦和相同的相對孔徑?？刂蒲b置可設置在控制手柄內(nèi)，從而便于操作者使用圖像捕捉系統(tǒng)，其包括兩個操作模式，校準或存儲模式以及使用或圖像捕捉模式。裝置的操作功能對于操作者非常簡單。在第一步驟中，操作者在照相機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)于想要拍攝的場景的具有銳聚焦的期望成幀(framing)。這個操作通過控制機電裝置13A的控制手柄15執(zhí)行。一旦完成調(diào)整，對應于鏡頭12A的這一配置的設定點(其可包括一個或者多個光學參數(shù))被存儲。這些參數(shù)例如是鏡頭12A的聚焦和焦距值。在第三步驟中，操作者仍通過控制手柄15和機電裝置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的光學參數(shù)一致的鏡頭12B的光學參數(shù)。存儲對應于這個配置的設定點。這些設定點值可與照相機IOA的設定點值不同。不言而喻，為了記錄對應于例如幾個不同焦距的鏡頭12A和12B的幾個匹配配置，
操作者可重復第二和第三步驟幾次。在圖像捕捉時刻，當操作者命令包括一個或者多個參數(shù)的配置時，自動產(chǎn)生正確的設定點，從而在記錄時在兩個照相機上獲得相同的參數(shù)。因此，以同步的方式，兩個鏡頭 總是具有相同的聚焦、相同的孔徑和相同的焦距。這個解決方案的優(yōu)點是多方面的。以下將提及-鏡頭生產(chǎn)簡化。在工廠中的調(diào)整限于在全部使用范圍的少數(shù)點來校準鏡頭。即使兩個鏡頭不完全一致，操作者仍可重定位這兩個鏡頭；在安裝之前匹配它們不再必需；-售后服務簡化。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防；-性能不會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致的缺陷；-鏡頭易于適應于各種類型的照相機或各種安裝結(jié)構(gòu)，這些照相機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)就校準鏡頭，它們關(guān)于聚焦以及幀場(framed field)等的性能完全一致并且補償由照相機、反射鏡、光學濾光器等引起的所有缺陷；-重定位簡化。僅需要重置操作者實際使用的位置，而不是在全部使用范圍上的鏡頭;-使用便利。由于鏡頭能在對于圖像捕捉有用的幾個點處被校準，所以當圖像捕捉發(fā)生時修改變焦或者聚焦操作是可能的，這是因為在任何時刻鏡頭都是閉環(huán)控制、同步的并且針對焦距或者聚焦控制命令而在校準范圍內(nèi)校正。單個焦距手柄和單個聚焦手柄控制所有的鏡頭，因此這些鏡頭在同樣的時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和第二照相機， 該第一照相機包括第一鏡頭，所述第一鏡頭包括至少一個光學參數(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電裝置， 該第二照相機包括第二鏡頭，所述第二鏡頭包括同樣光學參數(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電裝置， 其中，每個機電裝置包括兩個操作模式 “存儲”模式，在該存儲模式中存儲裝置記錄該第一調(diào)整裝置的調(diào)整設定點，每個設定點對應于光學參數(shù)的預定值，所述值對于兩個照相機是共同的； “圖像捕捉”模式，在該圖像捕捉模式中選擇光學參數(shù)值，通過對應的機電裝置，對應于所述光學參數(shù)的值的每個調(diào)整設定點被應用到相應的調(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)，其中該存儲裝置包括針對同樣參數(shù)的幾個設定點值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的立體圖像捕捉系統(tǒng)，其中該存儲裝置包括配置為根據(jù)存儲的設定點值計算中間設定點值的裝置，因此允許光學參數(shù)在它的整個變化范圍上被連續(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)，其中照相機被設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)包括兩個照相機，每個照相機包括鏡頭和允許該鏡頭的調(diào)整被控制的機電裝置。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)包括校準裝置和控制裝置，該校準裝置包括存儲操作使用時由操作者確定的調(diào)整設定點的裝置，該控制裝置允許第一鏡頭的調(diào)整設定點和第二鏡頭的調(diào)整設定點被閉環(huán)控制，以這種方式使得第一和第二鏡頭的光學參數(shù)一致。
文檔編號G03B35/00GK102890399SQ201210319470
公開日2013年1月23日 申請日期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 申請人:泰勒斯公司