一种虚拟现实摄像系统的制作方法

本发明涉及虚拟现实技术领域，尤其是一种虚拟现实摄像系统。

背景技术：

虚拟现实技术是一种将真实世界信息与虚拟信息“无缝”集成的新技术。虚拟现实系统要求较高的实时性，通常虚拟现实系统运行过程中需要完成譬如跟踪、图像处理、图形处理和显示等任务。虚拟现实技术的应用涉及到如何将计算机所产生的虚拟对象按用户要求实时叠加到视频流中去，在将三维虚拟物体放入用户环境的过程中，首先要确定虚拟物体在三维场景中的准确位置，然后当摄像机位置改变时，虚拟物体应相对相机做正确的投影，而现有的虚拟现实摄像系统无法解决这些问题。而这些问题的本质是：如何描述摄像机的运动，使虚拟物体能够准确、快速地加入到用户环境中去。

技术实现要素：

本发明提出的一种虚拟现实摄像系统，方法简单实用，鲁棒性高。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种虚拟现实摄像系统，包括上位机和下位机，所述上位机与所述下位机通过接口转换器连接，所述上位机包括硬件系统和软件系统，所述硬件系统包括个人电脑、摄像机和图像采集卡，所述软件系统包括视频图像捕获模块、视频图像处理模块、虚拟物体注册模块及摄像机运动控制模块；所述下位机包括单片机、步进电机驱动器、步进电机及云台构成，所述摄像机安装固定在所述云台上。

作为优选，所述云台为电动云台。

作为优选，所述虚拟物体注册模块包括虚拟物体静态定位模块和虚拟物体动态定位模块。

作为优选，所述步进电机包括水平电机和垂直电机，所述步进电机驱动器包括水平电机驱动器和垂直电机驱动器。

本发明通过提供的虚拟现实摄像系统，其有益效果在于：系统能够较好对安装在云台上的摄像机进行标定，精确控制载有摄像机的云台的运动，很好的实现了三维注册和向视频流中添加虚拟物体。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明虚拟现实摄像系统的构架图；

图2本发明虚拟现实摄像系统中下位机的构架图；

图3为本发明虚拟现实摄像系统的工作原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本实施例提供的一种虚拟现实摄像系统，包括上位机和下位机，上位机与所述下位机通过接口转换器连接。

上位机包括硬件系统和软件系统，硬件系统包括个人电脑、摄像机和图像采集卡，软件系统包括完成原始图像捕获和处理的视频图像捕获模块及视频图像处理模块，用于系统定位的虚拟物体注册模块和用于远程通信的摄像机运动控制模块组成。

本实施例的摄像机选用索尼SSC-E453P摄像机，主要参数如下：有效像素：752×582；信号制式：PAL标准，50线/秒；水平分辨率：540电视线；镜头装配：CS口；自动增益控制：增强/关可切换；CCD光圈：开关可切换；信噪比：高于50dB；自动光圈镜头：DC伺服。

图像采集卡是控制摄像机拍照，完成图像采集与数字化，协调整个系统的重要设备。本实施例中图像采集卡采用维视公司的MV600型号的图像采集卡，其主要参数如下：1.采用9位数模转换芯片，更适合于高精度、高速运动图像采集、处理，图像采集分辨率可达1024*768；2.支持标准视频信号输入(PAL、NTSC)，具有高清晰度S-VIDEO接口；3.最多可连接两路路组合视频，一路S-VIDEO，可编程实现多画面分割；4.图像采集显示分辨率∶最大768×576，可自由定义采集窗口大小；5.可真彩、黑白采集两用，支持VGA所有显示方式及9种图像采集格式，如YUV411、YUV422、RGB32、RGB24、RGB16、Y8等；6.亮度、对比度、色度、饱和度以及画面大小比例，均可软件调节(A/D之前)；7.支持多通道实时采集。

如图2所示，下位机包括单片机、步进电机驱动器、步进电机及云台构成，下位机主要功能是与上位机进行通信，响应上位机对载有摄像机的云台的控制，并实时传回载有摄像机的云台的运动参数。其中，云台是安装、固定摄像机的支撑设备，它分为固定和电动云台两种。固定云台适用于监视范围不大的情况，在固定云台上摄像机的水平和俯仰的角度是事先设置的。而在电动云台上摄像机的水平和俯仰的角度是可以实时控制的，故本实施例选用电动云台。步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(即步进角)。可以通过控制脉冲个数来控制位移量，从而达到准确定位的目的。为了能够精确的得到载有摄像机的云台的运动参数，我们使用了内部采用步进电机的直流型室外电动云台，从而使得云台的转动角度精确可控，同时为了对步进电机进行驱动我们选用了PWM型方式，工作电压范围宽、效率高、相电流以及细分数可调的步进电机驱动器。本实施例选用AT89S52单片机作为系统的下位机处理系统，由于传输的数据量并不是很大，所以AT89S52单片机就完全可以达到要求。AT89S52是美国ATMEL公司生产的低功耗、高性能的CMOS 8位单片机，提供的主要性能有：4K字节的在线系统编程闪存；128×8字节的内部RAM； 32个可编程I/O口线；3个16位定时/计数器；2个外部中断，2个定时器中断和1个串行中断；全双工串行UART通道；内置看门狗(WDT)；双数据指针。在单片机片内存储器中的特殊功能寄存器(80H-FFH)是单片机的状态字和控制字寄存器，包含了与芯片引脚有关的特殊功能寄存器P0—P3，以及用于芯片内部控制的寄存器，如算术寄存器A，B，PSW，堆栈指示器SP，数据指示器DPTR，中断源总控制，定时/计数器控制，串口控制，串行数据缓存器和电源控制等等。这样就可以通过程序控制单片机的口线，或者主要部件如定时器、串口等的工作情况。

图3所示，摄像机和图像采集卡负责采集画面，利用模拟的现实中的一些标志物，结合下位机传来的云台运动参数，通过系统定位算法，进行虚拟物体的注册。摄像视频最后经过上位机的虚拟视频软件进行虚拟物体的放置和处理，最终在显示器上显示出在指定位置“无缝”插入了虚拟物体的视频流。系统构造简单，成本低廉，用户操作界面简单明了。

通过摄像机和采集卡，在真实场景中半自动精确提取目标物所成的像，经过两次云台转动，得到任意时刻摄像机的射影矩阵。然后在用户指定的位置，将虚拟信息进行注册并实时加载到视频中。这样最终呈现给使用者的就是经过了视频虚拟现实系统处理之后，带有虚拟信息的视频画面。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。