專利名稱：多模式立體三維攝像頭系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于立體攝影術領域，尤其涉及一種用于可在計算機系統或視頻應用軟件 中生成2D/3D圖像的攝/錄像系統。
背景技術：
三維立體視覺是隨著計算機技術的發展而迅速普及的一項技術，與傳統的二維圖 像相比可以提供更多的空間信息，因此現已廣泛的應用于各個領域。立體視覺技術的發展歷史就是立體成像和顯示技術的發展歷史。現實世界是真正的三維立體世界，為了再現三維的物體，目前大致有四類方法利 用雙目視的體視對技術、計算機圖形學方法、全息圖構造方法、空間立體顯示技術。其中，體視對技術利用雙目視差，對要顯示的物體，構造左右眼圖像對，利用人腦 視神經的處理來實現具有縱向深度的三維圖像。體視對技術是目前3D顯示技術中起源最早、發展得最完善的技術，也是現在應用 最廣泛的3D顯示技術。其中利用立體眼鏡和顯示器結合，就能得到3D效果，其基本原理都 是觀察者戴上立體眼鏡觀察，使進入左眼的光只受左眼鏡片的影響，進入右眼的光只受右 眼鏡片的影響，從而使雙眼獲得具有立體視差的兩幅圖像。根據針孔成像模型，為了通過像點坐標唯一的確定世界三維坐標，就必須通過兩 個或者多個攝像機來共同完成。通過兩個相隔一定距離的攝像機來實現對3D場景成像，就 是雙目成像，也叫立體視覺成像。與人的雙眼觀看3D景物相同，攝像機拍攝景物時，先把兩部攝像機的光軸匯聚于 感興趣的物體上，稱兩部攝像機光軸的交點為匯聚點。匯聚點到攝像機光心連線(基線) 中心的距離為匯聚距離。匯聚距離為無限遠時的雙目立體視覺系統稱為平行式立體視覺模 型；匯聚距離為有限時的立體視覺系統稱為匯聚式立體視覺模型。
公開日為2007年2月14日，公開號為CN 1912736A的中國專利中公開了一種“立
體數碼攝像裝置及方法”，其采用兩套相同規格的數碼相機或數碼攝像機組件組裝在一起 拍攝立體影像，兩控制系統統一控制，兩攝像鏡頭相距6 20公分，平行對準前方。左右兩 組件的電子目鏡取景器分別供左右眼觀看，直接獲得立體影像。兩系統具有視頻播放功能， 可輸出立體視頻信號。綜上所述可見，現有的3D攝像裝置或系統，存在如下問題1)不能實時顯示左右攝像頭所拍攝的圖像；2)不能實時分別調節拍攝的左右圖像；3)各種不同的用戶，其觀看/顯示的設備不同，需要多種顯示方式，而現有技術都 是采用專門的軟件或圖像處理單元對采集圖像進行處理生產單一的3D視頻輸出，采用專 門的設備/裝置，整體成本較高；4)不能與現有的各種實時聊天軟件兼容，不適用于普通使用者。由于現有技術的上述缺陷，限制了其應用范圍的推廣。
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此外，目前國內外市場上電腦攝像頭成的像基本上都是二維的，也就是平面的，沒 有深度的感覺。但是電腦攝像頭的價格不斷下降，圖像清晰度不斷提高，讓電腦攝像頭成為十分 流行的產品。如果能利用現有的低價的攝像頭，實時調節/輸出有深度感覺的、多模式輸出的 立體三維圖像，將有革新性的意義；同時，如能利用現有的各種流行的聊天軟件工具，像MSN LIVE MESSENGER、SKYPE、QQ等等，讓網絡聊天進入三維的空間，讓普通用戶可以錄制自己的 三維錄像，留下美好的回憶，又不需花費大，那么產業化的前景也是十分好的。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種多模式立體三維攝像頭系統，其面向廣大 的普通用戶，采用成本低廉的硬件構成，可實時調節/輸出圖像，多模式輸出，可廣泛適應 各種不同的觀看/顯示設備，可與現有的各種常用聊天軟件無障礙地完美結合。本發明的技術方案是提供一種多模式立體三維攝像頭系統，包括計算機、安裝在 計算機中的操作系統和至少兩個攝像頭，其特征是當所述的三維攝像頭系統啟動后，進行 相應的選擇/預設定和系統初始化，啟動初始化時所選中的攝像頭，通過計算機操作系統 底層程序的調用，將所選中的兩個攝像頭生成一個虛擬攝像設備，并生成/加載相應的虛 擬攝像設備驅動程序，再分別對兩個所選中的攝像頭進行同步圖像采集，分別生成相對應 的左、右眼三色原圖，將所采集的三色原圖暫存在計算機內存的指定地址中，按照預設定的 視頻輸出模式對三色原圖進行相應的圖像數據處理，合成所需要的輸出圖像并輸出。前述的攝像頭采用USB或FireWire/IEEE1394方式與計算機連接。前述的選擇/預設定至少包括攝像頭的選擇/視頻輸出模式的預設定。前述的預設定的視頻輸出模式至少包括只有左攝像頭圖、只有右攝像頭圖、左右 兩邊同圖、上下兩邊同圖、圖中圖、彩色3D、灰色3D、真實3D、2D in 3D,3D in 2D或雙邊圖。前述的計算機操作系統包括Windows操作系統。前述的系統底層程序的調用包括基于Directshow的Filter，其在用戶模式下在 包裝Filter內部完成與硬件驅動程序的交互和內核模式下的數據傳輸。在所述的初始化時如未對攝像頭進行選擇，則自動選取系統默認的攝像頭。進一步地，所述的圖像數據處理在左右兩邊同圖、上下兩邊同圖或雙邊圖視頻輸 出模式中至少包括，在計算機內存中開辟一塊與原圖大小相同的內存區域，左攝像頭圖和 右攝像頭圖分別同時被對應縮小后，將縮小后的左攝像頭圖拷貝到對應于原圖左邊或上部 所對應的內存區域，將縮小后的右攝像頭圖拷貝到對應于原圖右邊或下部所對應的內存區 域，然后合成輸出顯示圖形。或者，所述的圖像數據處理在2D in 3D視頻輸出模式中至少包括，在計算機內存 中開辟一塊與原圖大小相同的內存區域，將左攝像頭圖的紅成分圖和右攝像頭圖的藍成分 圖，合成為與原圖大小相同的紅青圖；然后，將左攝像頭原圖縮小后，拷貝到紅青圖中某一 區域所對應的內存中，然后合成輸出顯示圖形。或者，所述的圖像數據處理在圖中圖視頻輸出模式中至少包括，在計算機內存中 開辟一塊與原圖大小相同的內存區域，將左攝像頭圖縮小后拷貝到右攝像頭圖中某一區域
4所對應的內存中，然后合成輸出顯示圖形。此外，所述的攝像頭在水平面方向和距離可任意調節，以獲得不同的深度感和/ 或聚焦不同物件。與現有技術比較，本發明的優點是1.通過計算機操作系統底層程序的調用，將所選中的兩個攝像頭生成一個虛擬攝 像設備，將攝取的圖像、處理過程中的圖像以及待輸出圖像暫存在計算機的內存中，大大加 快了圖像處理的時間，使得實時圖像顯示/調節成為可能；2.具有多種輸出模式，可廣泛適應各種不同的觀看/顯示設備；3.利用現有的低價的攝像頭和現有的各種流行的聊天軟件工具，讓網絡視頻/聊 天進入三維的空間。
具體實施例方式下面對本發明做進一步說明。本發明所述的多模式立體三維攝像頭系統，包括計算機、安裝在計算機中的操作 系統和至少兩個攝像頭，當所述的三維攝像頭系統啟動后，進行相應的選擇/預設定和系 統初始化，啟動初始化時所選中的攝像頭，通過計算機操作系統底層程序的調用，將所選中 的兩個攝像頭生成一個虛擬攝像設備，并生成/加載相應的虛擬攝像設備驅動程序，再分 別對兩個所選中的攝像頭進行同步圖像采集，分別生成相對應的左、右眼三色原圖，將所采 集的三色原圖暫存在計算機內存的指定地址中，按照預設定的視頻輸出模式對三色原圖進 行相應的圖像數據處理，合成所需要的輸出圖像并輸出。前述的攝像頭采用USB或FireWire/IEEE1394方式與計算機連接。前述的選擇/預設定至少包括攝像頭的選擇/視頻輸出模式的預設定。前述的預設定的視頻輸出模式至少包括只有左攝像頭圖、只有右攝像頭圖、左右 兩邊同圖、上下兩邊同圖、圖中圖、彩色3D、灰色3D、真實3D、2D in 3D,3D in 2D或雙邊圖。前述的計算機操作系統包括Windows操作系統。前述的系統底層程序的調用包括基于Directshow的Filter，其在用戶模式下在 包裝Filter內部完成與硬件驅動程序的交互和內核模式下的數據傳輸。在所述的初始化時如未對攝像頭進行選擇，則自動選取系統默認的攝像頭。進一步地，所述的圖像數據處理在左右兩邊同圖、上下兩邊同圖或雙邊圖視頻輸 出模式中至少包括，在計算機內存中開辟一塊與原圖大小相同的內存區域，左攝像頭圖和 右攝像頭圖分別同時被對應縮小后，將縮小后的左攝像頭圖拷貝到對應于原圖左邊或上部 所對應的內存區域，將縮小后的右攝像頭圖拷貝到對應于原圖右邊或下部所對應的內存區 域，然后合成輸出顯示圖形。或者，所述的圖像數據處理在2D in 3D視頻輸出模式中至少包括，在計算機內存 中開辟一塊與原圖大小相同的內存區域，將左攝像頭圖的紅成分圖和右攝像頭圖的藍成分 圖，合成為與原圖大小相同的紅青圖；然后，將左攝像頭原圖縮小后，拷貝到紅青圖中某一 區域所對應的內存中，然后合成輸出顯示圖形。或者，所述的圖像數據處理在圖中圖視頻輸出模式中至少包括，在計算機內存中 開辟一塊與原圖大小相同的內存區域，將左攝像頭圖縮小后拷貝到右攝像頭圖中某一區域
5所對應的內存中，然后合成輸出顯示圖形。此外，所述的攝像頭在水平面方向和距離可任意調節，以獲得不同的深度感和/ 或聚焦不同物件。DirectShow是微軟公司在ActiveMovie和Video for Windows的基礎上推出的新 一代基于COM的流媒體處理的開發包，與DirectX開發包一起發布。目前，DirectX最新版 本為9. 0。DirectShow為多媒體流的捕捉和回放提供了強有力的支持。運用DirectShow，我 們可以很方便地從支持WDM驅動模型的采集卡上捕獲數據，并且進行相應的后期處理乃至 存儲到文件中。它廣泛地支持各種媒體格式，包括4#、1^叩^“、0￥、1^3、1￡^5等等，使得 多媒體數據的回放/存取變得更加方便。另外，DirectShow 還集成了 DirectX 其它部分(比如 DirectDraw、DirectSound) 的技術，直接支持DVD的播放，視頻的非線性編輯，以及與數字攝像機的數據交換。DirectShow使得媒體重放、格式轉換和捕捉的任務變得簡單。同時，它為需要自定 義的解決方案的應用程序提供了對底層流控制結構的訪問。本立體三維攝像頭驅動程序實際上是一虛擬攝像頭。安裝好了以后，可當真的攝 像頭使用，其從上述兩只實質存在的攝像中取實時的圖像，進行合成處理，輸出多種(目前 12種)不同的視頻混合效果，如左眼錄像，右眼錄像，圖中圖，邊靠邊，彩色3D錄像，灰色3D 錄像和真實3D錄像，2D in 3D, 3D in 2D，上下錄像等等；適用于不同的三維觀看方式，如紅 青眼鏡觀看方式，對眼無眼鏡觀看方式，2D和3D共存觀看方式等等。除了作三維攝像頭外，如拆開，利用軟件的二維的輸出模式，如圖中圖，邊靠邊，也 可做多人和多角度的聊天工具。本發明的獨特性在于其能將一對普通的攝像頭轉成立體三維攝像頭，用于視頻聊 天，和許多聊天軟件兼容，也可用于錄制3D錄像。由于該立體三維攝像頭系統在水平面方向和距離可調，使用者可有許多的自由度 去調不同的深度感和聚焦不同物件。綜上所述，由于本發明的技術方案面向廣大的普通用戶，采用成本低廉的硬件構 成，可實時調節/輸出圖像，具有多種輸出模式，可廣泛適應各種不同的觀看/顯示設備，可 與現有的各種常用聊天軟件無障礙地完美結合。本發明可廣泛用于2D/3D圖像攝錄/處理/輸出領域。
權利要求
一種多模式立體三維攝像頭系統，包括計算機、安裝在計算機中的操作系統和至少兩個攝像頭，其特征是當所述的三維攝像頭系統啟動后，進行相應的選擇/預設定和系統初始化，啟動初始化時所選中的攝像頭，通過計算機操作系統底層程序的調用，將所選中的兩個攝像頭生成一個虛擬攝像設備，并生成/加載相應的虛擬攝像設備驅動程序，再分別對兩個所選中的攝像頭進行同步圖像采集，分別生成相對應的左、右眼三色原圖，將所采集的三色原圖暫存在計算機內存的指定地址中，按照預設定的視頻輸出模式對三色原圖進行相應的圖像數據處理，合成所需要的輸出圖像并輸出。
2.按照權利要求1所述的多模式立體三維攝像頭系統，其特征是所述的攝像頭采用 USB或Firewire/IEEE1394方式與計算機連接。
3.按照權利要求1所述的多模式立體三維攝像頭系統，其特征是所述的選擇/預設定 至少包括攝像頭的選擇/視頻輸出模式的預設定。
4.按照權利要求1所述的多模式立體三維攝像頭系統，其特征是所述的預設定的視頻 輸出模式至少包括只有左攝像頭圖、只有右攝像頭圖、左右兩邊同圖、上下兩邊同圖、圖中 圖、彩色3D、灰色3D、真實3D、2D in 3D,3D in 2D或雙邊圖。
5.按照權利要求1所述的多模式立體三維攝像頭系統，其特征是所述的計算機操作系 統包括Windows操作系統；所述的系統底層程序的調用包括基于Directshow的Filter，其 在用戶模式下在包裝Filter內部完成與硬件驅動程序的交互和內核模式下的數據傳輸。
6.按照權利要求1所述的多模式立體三維攝像頭系統，其特征是在所述的初始化時如 未對攝像頭進行選擇，則自動選取系統默認的攝像頭。
7.按照權利要求1或4所述的多模式立體三維攝像頭系統，其特征是所述的圖像數據 處理在左右兩邊同圖、上下兩邊同圖或雙邊圖視頻輸出模式中至少包括，在計算機內存中 開辟一塊與原圖大小相同的內存區域，左攝像頭圖和右攝像頭圖分別同時被對應縮小后， 將縮小后的左攝像頭圖拷貝到對應于原圖左邊或上部所對應的內存區域，將縮小后的右攝 像頭圖拷貝到對應于原圖右邊或下部所對應的內存區域，然后合成輸出顯示圖形。
8.按照權利要求1或4所述的多模式立體三維攝像頭系統，其特征是所述的圖像數據 處理在2D in 3D視頻輸出模式中至少包括，在計算機內存中開辟一塊與原圖大小相同的內 存區域，將左攝像頭圖的紅成分圖和右攝像頭圖的藍成分圖，合成為與原圖大小相同的紅 青圖；然后，將左攝像頭原圖縮小后，拷貝到紅青圖中某一區域所對應的內存中，然后合成 輸出顯示圖形。
9.按照權利要求1或4所述的多模式立體三維攝像頭系統，其特征是所述的圖像數據 處理在圖中圖視頻輸出模式中至少包括，在計算機內存中開辟一塊與原圖大小相同的內存 區域，將左攝像頭圖縮小后拷貝到右攝像頭圖中某一區域所對應的內存中，然后合成輸出 顯示圖形。
10.按照權利要求1所述的多模式立體三維攝像頭系統，其特征是所述的攝像頭在水 平面方向和距離可任意調節，以獲得不同的深度感和/或聚焦不同物件。
全文摘要
一種多模式立體三維攝像頭系統，屬立體攝影術領域。包括計算機、安裝在計算機中的操作系統和至少兩個攝像頭，當三維攝像頭系統啟動后，啟動初始化時所選中的攝像頭，將選中的兩個攝像頭生成一個虛擬攝像設備，分別對兩個所選中的攝像頭進行同步圖像采集，分別生成相對應的左、右眼三色原圖，將所采集的三色原圖暫存在計算機內存的指定地址中，按照預設定的視頻輸出模式對三色原圖進行相應的圖像數據處理，合成所需要的輸出圖像并輸出。其采用成本低廉的硬件構成，可實時調節/輸出圖像，具有多種輸出模式，可廣泛適應各種不同的觀看/顯示設備，可與現有的各種常用聊天軟件無障礙地結合。可廣泛用于2D/3D圖像攝錄/處理/輸出領域。
文檔編號H04N13/02GK101854559SQ20091004877
公開日2010年10月6日 申請日期2009年4月3日 優先權日2009年4月3日
發明者何長纓 申請人:銳選自動化科技(上海)有限公司