专利名称：一种裸视全景立体成像系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及立体成像技术领域，尤其涉及一种裸视全景立体成像系统及方法。
背景技术：
人们在观察一个立体的物体时，生理反应是稍微摆动头部，这样可以取得明显的视差，以准确判断实物的距离。目前一些立体成像系统采用的是双图像系统，观察者只能在固定角度观察到实物图像，无法多角度观察，或者在不同角度观察到的都是同一角度的图像，因此观察者移动时，图像不发生变化。而光栅成像技术属于像素成像，仅能反映一列像素，像素的宽度为光栅的宽度，光栅最小的宽度也有0. 5mm，因此成像较为模糊，也不适合移动观察，移动观察时，图像即跳回相邻像素，因此观察者移动时，图像回到原来的图像。目前的立体电影是通过佩戴双色眼镜或者偏振镜，使两幅图像分别被人的左右眼观察到，从而形成立体图像，尽管图像相对清晰，但实质是定点图像，即人无法通过移动观察不同的角度，因此立体效果有限。中国专利局于2010年12月22日公布的发明专利申请LED显示屏的裸眼立体成像方法及系统(申请号201010252938.4)公开了一种利用柱透镜阵列再现立体影像原理实现LED显示屏的裸眼立体成像方法及系统，通过在已有的LED显示屏上加入柱面透镜的裸眼立体成像方法，利用柱面透镜的折射性及人眼的视觉景深，在人体的左眼和右眼中分别成像，左右眼中成像后在人脑中进行叠加，那么人眼看到的图像就为立体图像。该技术采用的是双图像系统，观察者移动时观察到的是同一图像，立体效果有限；而且只能在极为有限的有效显示区域内才能观察到立体效果。
发明内容为克服上述问题，本实用新型提出一种裸视全景立体成像系统及方法，利用多图像成像系统，真实复原实物光线的传输路径，使观察者不需借助任何工具，即可以像观察实物一样裸眼多角度观察，产生强烈的全景立体感。为达到上述目的，本实用新型所提出的技术方案为一种裸视全景立体成像系统， 包括透光柱镜组、压缩图像组、框架、定位调整机构、保护玻璃板、光源和图片定位玻璃夹板；所述压缩图像组包括一系列直立、连续布置的压缩图像，由图片定位玻璃夹板定位于框架上；所述光源用于照亮压缩图像组；所述透光柱镜组由多个柱镜直立、连续布置，平行设立于压缩图像组前面，每个柱镜与压缩图像一一对应；每个柱镜与其对应的压缩图像的距离K取值为使系统成连续、不间断的清晰的立体图像的距离。优选的，所述每个柱镜与其对应的压缩图像的距离K取值为
F/_
Β / JF2 + (f)2 κ = -χ-K2j，其中F为柱镜焦距，B为柱镜宽度。
SiniArc tan ——l· Arc tan-)
LIF[0007]进一步的，所述柱镜水平剖面为光学曲线，各柱镜宽度B小于或等于人体双眼距离，人体双眼距离为60 70cm，所以各柱镜宽度B小于或等于70cm。优选的，所述光源位于压缩图像组背面、前侧面、上侧面或底侧面。进一步的，所述压缩图像组的每两相邻图像为相似的、有视差的两幅图像。本实用新型提出的制造上述成像系统的技术方案一种裸视全景立体成像方法， 包括如下步骤a)制作透光柱镜组，由多个柱镜直立、连续布置；b)拍摄压缩图像组，包括一系列直立、连续布置的压缩图像；c)由图片定位玻璃夹板将获得的压缩图像组安装于框架上，由光源照亮压缩图像组；d)将步骤a)制得的透光柱镜组平行设立于压缩图像组前面；e)由框架上的定位调整机构调整透光柱镜组与压缩图像组的相对位置，使每个柱镜与压缩图像一一对应；f)调整压缩图像组到透光柱镜组的距离，使系统成连续、不间断的清晰的立体图像，此时每个柱镜与其对应的压缩图像的距离为K，然后锁定二者的位置，透过柱镜观察压缩图像，透光柱镜组将复原实景光线传输路径。进一步的，所述拍摄压缩图像组的方法为，以柱镜宽度B为间距平行移动取相器对同一视场进行多次拍摄，对拍得的图像按照柱镜的放大比例进行横向压缩，获得与每个柱镜一一对应的压缩图像。进一步的，所述柱镜水平剖面为光学曲线，各柱镜宽度B小于或等于人体双眼距离；所述压缩图像组的每两相邻图像为相似的、有视差的两幅图像。本实用新型的有益效果本实用新型的全景立体成像不需要佩戴专门的眼镜，有利于生活中的应用和推广，较现有的技术更具真实感；且观察者在不同角度观察到的是有角度差异的立体图像，与观察实物时一致，因此具有强烈的立体感和真实感；本实用新型成像属于图像成像，是连续的图形，不仅观察图像清晰，且随着观察者的移动而呈现不同观察角度的图像。
图1为本实用新型的裸视全景立体成像系统示意图；图2为本实用新型裸视全景立体成像原理示意图；图3为本实用新型透光镜组与压缩图像位置关系示意图。主要组件标号说明1透光柱镜组；101，102透光柱镜；2压缩图像组；3框架；4光源；5双眼；6立体虚像；P1,P2......Pn压缩图像。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
，对本实用新型做进一步说明。本实用新型利用柱镜虚像成像原理，在各柱镜后面放置按柱镜宽度距离平行平移拍摄的压缩图像，使通过透光柱镜形成的虚像与实物光线进入观察者双眼的角度一致，实现实景光线传输路径的复原，形成高仿真的立体图像。
4[0026]本实用新型提出的一种裸视全景立体成像系统，如图1所示，包括透光柱镜组1、 压缩图像组2、框架3、定位调整机构、保护玻璃板、光源4和图片定位玻璃夹板；所述压缩
图像组2包括一系列直立、连续布置的压缩图像P1，P2......Pn，由图片定位玻璃夹板(图
中未画出)定位于框架3上；所述光源4位于压缩图像组2背面、前侧面、上侧面或底侧面等可照亮压缩图像组2的位置；所述透光柱镜组1由多个柱镜直立、连续布置，平行设立于压缩图像组2前面，每个柱镜与压缩图像一一对应；每个柱镜与其对应的压缩图像的距离K取值为使系统成连续、不间断的清晰的立体图像的距离。优选的，K取值为K取值为
K = ^x-“ +(f)其中F为柱镜焦距，B为柱镜宽度。所述透光柱镜组1
Sin{Arc tan ——h Arc tan —) L1^F
是由透光材料制成的高放大倍数的凸透镜，由多个柱镜直立、连续布置，柱镜水平剖面为光学曲线，每个柱镜宽度B小于或等于人体双眼的距离，人体双眼距离为60 70cm，考虑到儿童观察者的双眼距离，又柱镜宽度越大成本越低，考虑降低成本，故本实施例中柱镜宽度 B取值以60cm为佳。柱镜垂直剖面的外表面为直线，其高度不限，但如果太高，应考虑观察角度形成的放大倍数变化，采取相应的措施消除两端放大倍数变大的影响。本实用新型原理柱镜的一个特点是，不同角度的光线经过柱镜时，其光轴均经过柱镜的中心点。本实用新型就是利用这一特点，在一定条件下使双眼观察到不同的图像，通过图像参数设计，可以复原真实物体光线的传输路径，从而在人的大脑合成立体图像。如图 2所示，双眼5通过柱镜101，102观察压缩图像Pl，P2时，在选定的焦距F后，将压缩图像组2与透光柱镜组1保持一定距离K时，双眼5观察到的压缩图像Pl，P2是相邻的。左右双眼5独立观察柱镜101，102时，各个柱镜101，102对应的压缩图像Pl，P2的虚像在左右双眼5均独立形成了连续的图像。由于上述特定的拍摄方法，左眼形成的连续图像与右眼形成的连续图像按照视差重叠，在大脑内合成立体虚像6，与观察实物时的光线路径一致， 具有强烈的立体效果。如图1所示，本实用新型的一种裸视全景立体成像方法，包括如下步骤a)制作透光柱镜组1，由多个柱镜直立、连续布置，柱镜水平剖面为光学曲线，每个柱镜焦距为F，宽度为B，B小于或等于人体双眼距离；因为人体双眼距离为60 70cm，考虑到儿童观察者的双眼距离，又柱镜宽度越大成本越低，考虑降低成本，故本实施例中柱镜宽度B取值以60cm为佳；柱镜焦距F取值越小，可实现立体观察的区域越广，但是焦距若过小，压缩图像组的位置就接近于焦点位置，使成像虚化严重，焦距F取值在能使系统清晰成像的条件下尽量小，本实施例中F取值为120cm ；b)拍摄压缩图像组2，以柱镜宽度B为间距平行移动取相器对同一视场进行多次拍摄，对拍得的图像按照柱镜的放大比例进行横向压缩，获得与每个柱镜一一对应的压缩图像组2 ；c)由图片定位玻璃夹板将获得的压缩图像2组安装于框架3上，压缩图像组2背面或前侧面等可照亮压缩图像的位置设置有光源4 ；d)将步骤a)制得的透光柱镜组1平行设立于压缩图像组2前面；e)由框架3上的定位调整机构调整透光柱镜组1与压缩图像组2的相对位置，使每个柱镜与压缩图像一一对应；[0034]f)调整压缩图像组2到透光柱镜组1的距离，使系统成连续、不间断的清晰的立体图像，此时每个柱镜与其对应的压缩图像的距离为K，然后锁定二者的位置，透过柱镜观察压缩图像，透光柱镜组将复原实景光线传输路径。上述步骤b)拍摄压缩图像组1，具体的，从观察者方向看，每个柱镜的后面各有一
幅经过压缩的图像P1、P2......Pn，每个图像是在不同位置拍摄的同一视场，要求相机以柱
镜宽度B为间距平行移动，从不同位置拍得每个柱镜对应的图像，拍得的图像按照柱镜的放大比例(展开比)进行横向压缩，压缩图像与柱镜一一对应。受图像区域限制，在柱镜很多的情况下，可以截取有效区域制作压缩图像。压缩图像与柱镜一一对应，也就是有多少个柱镜就有多少个压缩图像，每张压缩图像均是在不同位置独立拍摄的同一视场的图像，因此相邻压缩图像均是相似的、有视差的两幅图像。上述透光柱镜组1与压缩图像组2的距离K与柱镜的放大的比例(焦距)相关， 即为确保双眼观察图像时，所形成的虚像连续、不断开也不重叠，在柱镜焦距F—定时，该距离K有一最佳取值。该最佳取值的确定方法如图3所示，可以采用作图法，也可采用计算法。作图法如图3中，B为人双眼距离，与柱镜宽度一致，最佳取值为60cm ；L为观察者与透光柱镜组1的距离，根据观察者的活动范围确定；F为柱镜焦距，由于焦距过小时， K值接近F值，虚像虚化严重，需要采用非球面镜或镜组设计，因此本实施例中F取值为 120cm。其作图步骤如下1)按比例画出柱镜宽度B的直线AOC ；2)以0为圆心，焦距F为半径作圆弧；幻计算出观察者在距透光柱镜组L远处时双眼视角的夹角θ ；4)作出三角形ABlC和AB2C ；5)找出ΑΒ2与CBl的交点Ε，测量E与直接AOC的距离，即为透光柱镜组1与压缩图像组2的唯一确定的距离K。即压缩图像的位置应设置在左右两眼5观察区域刚好相邻、既不重叠也不分离的位置，如此，才能满足左眼和右眼观察到的图像是连续的清晰的立体图像。如图3中的ElE 和ΕΕ2处，三角形ABlC和三角形AB2C分别为左眼和右眼透过柱镜的观察区域，位置ElE和 ΕΕ2正好是左右两眼观察区域刚好相邻、既不重叠也不分离的位置，即压缩图像组2应置于直线Ε1Ε2位置处。计算法根据图3中所示，压缩图像组2与透光柱镜1的最佳距离K可由如下公式
计算得出足=f X-"Fb +(f)，式中，K为压缩图像组2与透光柱镜组1的
Sin{Arc tan ——h Arc tan —) L1^F
距离；B为柱镜宽度；F为柱镜焦距；L为观察者与透光柱镜组1的距离。本实用新型首创了多图像成像系统，信息量远高于双图像立体成像系统，能够真实复原实物光线的传输路径，可以像观察实物一样多角度观察。因此，观察者在摆动头部， 或者在一定范围内移动时，均可复原不同角度的观察图像，产生强烈的立体感。尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上对本实用新型做出的各种变化，均为本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种裸视全景立体成像系统，其特征在于，包括透光柱镜组、压缩图像组、框架、定位调整机构、保护玻璃板、光源和图片定位玻璃夹板；所述压缩图像组包括一系列直立、连续布置的压缩图像，由图片定位玻璃夹板定位于框架上；所述光源用于照亮压缩图像组； 所述透光柱镜组由多个柱镜直立、连续布置，平行设立于压缩图像组前面，每个柱镜与压缩图像一一对应；每个柱镜与其对应的压缩图像的距离K取值为使系统成连续、不间断的清晰的立体图像的距离。
2.如权利要求1所述的一种裸视全景立体成像系统，其特征在于所述每个柱镜与其对应的压缩图像的距离K取值为足
3.如权利要求1所述的一种裸视全景立体成像系统，其特征在于所述柱镜水平剖面为光学曲线，各柱镜宽度B小于或等于人体双眼距离。
4.如权利要求3所述的一种裸视全景立体成像系统，其特征在于所述各柱镜宽度B 小于或等于70cm。
5.如权利要求1所述的一种裸视全景立体成像系统，其特征在于所述光源位于压缩图像组背面、前侧面、上侧面或底侧面。
6.如权利要求1所述的一种裸视全景立体成像系统，其特征在于所述压缩图像组的每两相邻图像为相似的、有视差的两幅图像。
专利摘要本实用新型公开了一种裸视全景立体成像系统，包括透光柱镜组、压缩图像组、框架、定位调整机构、保护玻璃板、光源和图片定位玻璃夹板；所述压缩图像组包括一系列直立、连续布置的压缩图像，由图片定位玻璃夹板定位于框架上；所述光源用于照亮压缩图像组；所述透光柱镜组由多个柱镜直立、连续布置，平行设立于压缩图像组前面，每个柱镜与压缩图像一一对应；每个柱镜与其对应的压缩图像的距离K取值为使系统成连续、不间断的清晰的立体图像的距离，利用多图像成像系统，真实复原实物光线的传输路径，使观察者不需借助任何工具，即可以像观察实物一样裸眼多角度观察，产生强烈的全景立体感。利用平行移动相机对同一视场进行多次拍摄获取一组相似的、有视差的压缩图像组，通过与压缩图像组一一对应的透光柱镜组观察压缩图像，观察者在不同角度观察到的是有角度差异的立体图像，与观察实物时一致，随着观察者得移动而呈现不同观察角度的图像，具有强烈的立体感和真实感。
文档编号H04N13/00GK202077150SQ20112019923
公开日2011年12月14日 申请日期2011年6月14日 优先权日2011年6月14日
发明者刘继跃 申请人:刘继跃