[发明专利]一种移轴立体摄像机

说明书

本发明公开了一种移轴立体摄像机。一个移轴立体摄像机中左右两个平行设置的镜头组1和2采集的一个位于立体摄像机中心轴线上的关注物体5的左右两个影像分别在左右两个图像传感器成像表面3和4上成像。关注物体5移动时，一个同屏芯片通过对左右两个镜头组1和2沿着水平方向上同步地平移使关注物体5的左右两个影像分别成像在左右两个图像传感器成像表面3和4的中心。左右两个镜头组1和2被平移后，关注物体5的立体影像会聚点保持在屏幕上，关注物体5的立体深度与关注物体5的立体影像会聚点的立体深度之间满足一组线性数学公式。本发明解决了立体影像的非线性畸变、出屏和眼睛的焦点平面与立体影像的像平面分离的问题，应用于内窥镜、腔镜、立体测量、立体摄像机、立体影像处理、其他立体影像制作和应用领域。

技术领域

本发明涉及一种双镜头立体摄像机、立体影像线性光学技术、立体影像采集和播放 技术、立体影像定位、追踪和测量技术。

背景技术

两种传统的立体影像拍摄方法都存在无法避免的梯形畸变、非线性畸变和出屏的问 题。会聚法获得的立体影像效果与眼睛通过转动眼球观察一个关注物体的方式和效果相同。但是 当关注物移动时，左右两个摄像机无法通过向内角或外角方向的同步转动方式追踪移动中的关注 物体，并将左右两个镜头中心线会聚和保持在关注物体上，获得的左右两个影像存在着梯形畸变。 平行法获得的立体影像效果与眼睛观察一个位于无穷远处的关注物体的方式和效果相同。但是当 关注物体距离立体摄像机有限远时，关注物体的立体影像存在的非线性畸变和会聚点的出屏效果 使眼睛感觉不自然和不舒服。上述任何一种拍摄方法，实景中一个关注物体的立体深度与对应的 立体影像会聚点之间都不是线性关系。

市场中主流的立体播放器都是一种基于平面屏幕的立体显示技术，包括VR和AR眼镜。 平面屏幕立体显示技术的核心问题是眼睛的焦点平面与立体影像的像平面是分离的，这与眼睛的 日常观看习惯、经验和模式完全不同。这是眼睛观看立体影像一段时间后感觉疲劳、眩晕和生理 不适的最主要的原因之一。到目前为止，这个问题的有效解决方案仍然没有被找到。

本发明提出的一种移轴立体摄像机解决了立体成像和立体影像重建过程中存在的上 述两个核心问题；第一个是眼睛的焦点平面与立体影像会聚点的像平面分离的问题；第二个是传 统的立体影像拍摄方法存在的梯形畸变、非线性畸变和出屏的问题。移轴立体摄像机具有操作简 单、成本较低、易于推广和普及的特点。

发明内容

本发明的目的是提供一种移轴立体摄像机，首先，解决了实景中一个关注物体的立 体深度与关注物体的立体影像会聚点的立体深度之间满足一组线性数学关系式的技术问题；第二， 解决了眼睛的焦点平面与立体影像会聚点的像平面分离的技术问题；第三，解决了实景中一个关 注物体的立体影像存在梯形畸变、非线性畸变和出屏的技术问题。本发明应用于内窥镜、腔镜、 立体测量、立体摄像机、立体影像处理、立体影像制作和应用领域。

一个移轴立体摄像机是由两个彼此独立、相同、中心线彼此平行设置的镜头组、一个或两个相同的图像传感器CCD或CMOS、一个移轴装置、一个影像处理器和一个同屏芯片组成。权利要求书和说明书中一个移轴立体摄像机是由左右两个镜头组组成。当一个移轴立体摄像 机使用左右两个图像传感器时，左右两个镜头组也可以是左右两个分别拥有各自独立的图像传感 器的摄像机。

一个移轴立体摄像机中两个镜头组完全相同，包括(不限于)镜头组的焦距、视角、光圈、镜头组光学中心，镜片设计和类型、镜片数量、镜片材料、镜片表面镀膜、分辨率、镜头模组外壳内表面涂层、光学设计、结构设计及其他参数。

一个移轴立体摄像机中两个镜头组初始设定时中心线之间的距离t称为移轴立体摄 像机的初始视间距t。初始视间距t在3毫米至300毫米之间。