СИСТЕМА ПОЛУЧЕНИЯ СНИМКОВ ОБЪЕКТОВ ДЛЯ ГЕНЕРАЦИИ ТРЕХМЕРНЫХ ВИЗУАЛИЗАЦИЙ УЛУЧШЕННОГО КАЧЕСТВА

Настоящее техническое решение относится к области регистрации изображений с помощью таких электронных устройств как, предпочтительно, зеркальные цифровые фотокамеры, а именно к системе получения снимков и координат множества перспектив объекта для последующей обработки и трехмерных визуализации отснятого объекта, которые могут быть перенесены на светочувствительные листы, присоединенные к экранам с лентикулярным рельефом, обеспечивающим совместно с обработанным изображением трехмерный эффект при восприятии зрителем.
Из уровня техники известна система получения и восстановления объемного изображения, содержащая плоский экран, который выполнен в виде сдвоенной матрицы, внешняя матрица которого выполнена из управляемых ячеек, обладающих свойством попеременно пропускать свет от объекта съемки, а внутренняя матрица выполнена непосредственно отображающей объект съемки, причем каждая ячейка внешней матрицы представляет собой управляемую на основе жидкокристаллической или иной структуры микроскопическую линзу или отверстие малого диаметра, реализующее эффект камеры-обскуры, отличающаяся тем, что внутренняя матрица выполнена в виде прозрачного матового экрана, с функцией проецирования на него множества элементарных ракурсов исходного изображения, формируемых с помощью линзового растра, расположенного перед внешней матрицей, а за матовым экраном расположена видеокамера, функцией которой является фиксирование многоракурсного изображения, формируемого на матовом экране, причем каждый кадр подобран равным одному состоянию внешней матрицы, состоящей из управляемых ячеек, которые либо пропускают свет от объекта съемки, либо не пропускают; причем первые расположены с шагом, размер которого постоянен и равен размеру элементарного ракурса, а на внешней матрице с помощью ячеек, которые пропускают свет от объекта съемки, образованы вертикальные щели, с функцией прохода через них света, и образующие в каждой строке пикселей ряд элементарных ракурсов (RU 91442 U1, G02B 27/22, 10.02.2010).
Из уровня техники также известна система для производства и репродуцирования трехмерного стереоскопического изображения и способ его производства, обеспечивающие возможность воспроизведения трехмерного стереоскопического изображения даже при небольших объемах памяти электронного устройства. Две камеры фотографируют объект с разных точек. Изображения записываются и обрабатываются в данной памяти с получением стереоскопического изображения (KR 20090025835 A, H04N 13/00, 03.11.2009).
Задача, на решение которой направлено настоящее техническое решение, заключается в создании системы, упрощающей процесс трехмерной съемки и обеспечивающей существенное по сравнению с существующими устройствами и методами улучшение качества обрабатываемых и получаемых визуализации, предпочтительно, экстраполируемых на носители изображений и проявляющих оптические трехмерные эффекты.
Поставленная задача решается за счет того, что система получения снимков объектов для генерации трехмерных визуализации содержит основание и камеры, оптические центры объективов которых расположены рядами на основании со смещениями рядов относительно друг друга в двух взаимно перпендикулярных направлениях, таким образом, что камеры одного ряда расположены между камерами другого ряда, а отношение величин смещений рядов лежит в пределах от 0 до 1/2 не включая крайние значения и, предпочтительно, составляет 1/3, при этом камеры имеют крепления, которые выполнены с возможностью точной юстировки камер до положения соответствующего пересечению их оптических осей.
Камеры могут быть снабжены юстировочными механизмами, обеспечивающими поворот камер, по меньшей мере, в двух плоскостях и центрирование их оптических осей, предпочтительно, с точностью до 1 мм.
Преимущественно, оптические оси всех камер системы пересекаются в одной области соответствующей центру снимаемого объекта или сцены и, предпочтительно, сходятся в одной точке.
Система может содержать два ряда камер - нижний ряд и расположенный над ним верхний ряд.
Оптические центры объективов камер могут быть расположены в вершинах условных треугольников, предпочтительно, равнобедренных.
Преимущественно, оптические центры объективов камер расположены в углах условной ломаной линии, предпочтительно, составленной из отрезков равной длины, расположенных под одинаковыми углами по отношению один к другому.
Оптические центры объективов камер, по меньшей мере, одного, а предпочтительно, всех рядов могут быть расположены на прямой, при этом ряды камер, предпочтительно, параллельны.
Оптические центры объективов камер, по меньшей мере, одного ряда, а, предпочтительно, всех рядов могут быть расположены с постоянным шагом.
Общее количество камер, предпочтительно, не менее шестнадцати.
Преимущественно, камеры представляют собой фотокамеры и/или видеокамеры и/или фото-видеокамеры.
Преимущественно, камеры могут представлять собой цифровые зеркальные фотокамеры.
Система может быть оснащена подсистемой синхронизации, обеспечивающей синхронную работу всех камер.
Система может быть дополнительно снабжена, по меньшей мере, одним источником импульсного света, соединенным с системой синхронизации.
Подсистема синхронизации может включать управляющий передатчик и/или управляющий пульт.
Подсистема синхронизации может включать, по меньшей мере, один приемник-синхронизатор, который принимает сигнал, поступающий от передатчика и/или управляющего пульта и обеспечивает синхронное и/или одновременное срабатывание всех камер системы.
Система может включать, по крайней мере, один приемник-синхронизатор управляющих сигналов, по крайней мере, один передатчик и/или пульт, причем преемник-синхронизатор имеет связь с интерфейсом, по крайней мере, одной, а, предпочтительно, с интерфейсами всех камер системы.
Система может включать, по крайней мере, один приемник управляющих сигналов, передатчик и/или пульт, причем преемник-синхронизатор соединен с интерфейсом, по крайней мере, одной камеры, а система дополнительно снабжена, по меньшей мере, одним, предпочтительно, импульсным источником света, который также соединен с приемником-синхронизатором, причем подсистема синхронизации, в частности преемник-синхронизатор, обеспечивает возможность синхронного и/или одновременного срабатывания камер и/или, по меньшей мере, одного источника импульсного света.
Взаимодействие системы и подсистемы синхронизации может осуществляться посредством проводной и/или беспроводной связи, предпочтительно, радиосвязи, например, с помощью Bluetooth и/или Wi-Fi и/или иных радиоустройств, подключенных к камерам и/или интегрированных в камеры и/или в устройства подсистемы синхронизации.
Преимущественно, основание выполнено в виде несущей, предпочтительно, каркасной конструкций, преимущественно, из легких пластиковых и/или металлических и/или композитных материалов, причем основание содержит несущую балку и, по крайней мере, две, а предпочтительно, три опоры, которые выполнены с возможностью регулировки их высоты, при этом основание выполнено разборным и/или составным, предпочтительно, из трех частей.
Предпочтительно, одна из опор может быть соединена с балкой основания посредством выносной консоли.
Предпочтительно, несущая балка основания имеет отверстия для пропуска крепежных элементов предназначенных для фиксации на основании камер и/или креплений камер нижнего ряда.
Предпочтительно, несущая балка основания имеет отверстия для пропуска крепежных элементов предназначенных для фиксации на основании приспособлений для установки верхнего ряда камер с превышением между камерами нижнего ряда.
Система дополнительно может содержать блок обработки полученных изображений камер, который состоит, по меньшей мере, из одного электронно-вычислительного устройства, предпочтительно, компьютера, оснащенного программным обеспечением для обработки результатов съемки и подготовки их к печати.
Система может включать, по меньшей мере, одно устройство для вывода на печать обработанных результатов съемки, например, плоттер, причем упомянутое устройство соединено с компьютером посредством проводной и/или беспроводной связи.
По меньшей мере, одна, а предпочтительно, все камеры системы могут быть оснащены памятью, предпочтительно, энергонезависимой для сохранения результатов съемки.
По меньшей мере, одна камера может быть выполнена с возможностью передачи отснятых камерами кадров в блок обработки информации по каналам проводной и/или беспроводной связи и/или посредством перемещаемой съемной энергонезависимой карты памяти, типа «флеш» и устройства считывания информации с этой карты, которое подсоединено к блоку обработки информации или интегрировано в него.
Технический результат, достигаемый посредством описываемого устройства, заключается в снижении трудозатрат фотографа и существенном повышении качества визуализации при конвергированной съемке за счет нивелирования и уменьшения аффинных искажений, сглаживания дисторсий объективов, различной яркости кадров и других искажений, что обеспечивается обработкой и построением изображений, в том числе интерполяцией по множеству точек, снятым с разных камер, причем при построении изображения анализируют три кадра снятых с точек с известными координатами образующих условный треугольник, что существенно снижает вероятность ошибок в поиске сопряженных точек в отличие от обычной стереоскопичной съемки, где для тех же целей используют всего два кадра.
Техническое решение поясняется чертежами, которые не охватывают и, тем более, не ограничивают весь объем притязаний данного технического решения, а являются лишь иллюстрацией частного случая его выполнения.
На фиг.1 фронтальный вид основания с установленными на нем камерами.
На фиг.2 схема расположения точек соответствующих оптическим центрам камер с образованием условной ломанной линии.
На фиг.3 показан отдельный условный треугольник образованный оптическими центрами двух соседних камер нижнего ряда и оптическим центром одной, расположенной над ними камеры верхнего ряда.
На фиг.4, 5 показаны прикручиваемые к основанию приспособления для установки камер верхнего ряда - вид спереди и вид сбоку соответственно.
На фиг.6 вид сверху основания с расположенными на нем камерами, установленными в рабочее положение с пересечением их осей в одной точке.
На фиг.7 изометрический вид основания с установленными на нем камерами.
На фиг.8 схема взаимодействия компонентов системы.
В настоящее время многоракурсная съемка реализуется путем перемещения одной камеры вдоль снимаемой сцены и последовательной съемки объекта. Этот метод в большей степени применим для съемки неподвижных объектов и статических сцен, в то время как со съемкой динамических сцен возникают сложности - непроизвольные движения, дуновение ветра, изменение естественного освещения, непроизвольные движения во время портретной съемки, которые снижают качество фотографии и создают дополнительную работу по обработке отдельных кадров. Таким образом, съемка и обработка изображений оказывается неудобной, а иногда невозможной для неопытных любителей фотографии, и утомительным процессом для профессионалов. Мгновенная съемка благодаря синхронизированной системе фотокамер решает эту проблему, тем самым не только увеличивая качество конечного продукта, но и экономя время и трудозатраты фотографа.
1
2
Указанная система получения снимков и координат объектов для генерации трехмерных визуализации улучшенного качества содержит основание 1 и камеры 2, оптические центры 3 объективов которых расположены рядами 4, 5 на основании 1 со смещениями рядов относительно друг друга в двух взаимно перпендикулярных направлениях ΔХ и ΔY, таким образом, что камеры одного ряда 4 расположены между камерами другого ряда 5, а отношение величин смещений рядов Δ=ΔY/ΔХ (фиг.2), лежит в пределах от 0 до /, не включая крайние значения и учитывая, в том числе физические размеры камер, предпочтительно, составляет 1/3, при этом камеры имеют крепления (условно не показаны), которые выполнены с возможностью точной юстировки камер до положения соответствующего пересечению их оптических осей 6.
Камеры 2 системы снабжены котировочными механизмами (условно не показаны), обеспечивающих поворот камер, по меньшей мере, в двух плоскостях и центрирование их оптических осей, предпочтительно, с точностью до 1 мм.
Оптические оси 6 всех камер 2 системы пересекаются в одной области соответствующей центру снимаемого объекта или сцены и, предпочтительно, сходятся в одной точке 7. (фиг.6)
Система содержит два ряда камер - нижний ряд 5 и расположенный над ним верхний ряд 4, размещенные один на другим таким образом, что оптические центры 3 объективов камер расположены в вершинах условных треугольников 8 (фиг.3), предпочтительно, равнобедренных и/или в углах условной ломаной линии (фиг.2), составленной из отрезков 9 равной длины, расположенных под одинаковыми углами β по отношению один к другому.
а
Оптические центры объективов камер верхнего и нижнего рядов расположены по прямой с постоянным шагом «».
Для обеспечения наилучшего качества получаемых визуализации общее количество камер 2 составляет не менее шестнадцати штук.
В предпочтительном варианте выполнения камеры представляют собой цифровые зеркальные фотокамеры.
Система дополнительно оснащена подсистемой 10 синхронизации, обеспечивающей синхронную работу всех, участвующих в съемке камер и отвечающую за одновременное срабатывание их затворов, а также источников 11 импульсного света, если их использование необходимо в процессе съемки, например, в условиях недостаточной освещенности.
Для обеспечения дистанционного управления подсистема синхронизации включает управляющий передатчик 12 и/или управляющий пульт 13, который находится в руках оператора съемки.
Подсистема синхронизации включает приемник-синхронизатор 14, который принимает сигнал, поступающий от передатчика 12 и/или управляющего пульта 13 и синхронно передает команды на камеры 2 системы через соответствующие интерфейсы 15 камер, например, интерфейс USB или IEEE1394.
Импульсные источники света 11 также соединены с приемником-синхронизатором 14, причем камеры и источники света выполнены с возможностью одновременного срабатывания, обеспечиваемой системой синхронизации, в частности преемником-синхронизатором. В момент срабатывания затворов камер синхронная вспышка от источников импульсного света освещает снимаемый объект или снимаемую сцену.
Взаимодействие системы и подсистемы синхронизации осуществляется посредством проводной и/или беспроводной связи 16 с помощью радиоустройств (условно не показаны), подключенных к камерам 2 или интегрированных в камеры и в устройства подсистемы синхронизации.
Основание 1 выполнено в виде несущей, предпочтительно, каркасной конструкций, преимущественно, из легких пластиковых, металлических, или композитных материалов.
Основание включает несущую балку 17 и, по крайней мере, две, а предпочтительно, три опоры 18, которые выполнены с возможностью регулировки их высоты, при этом основание 1 выполнено разборным или составным, предпочтительно, из трех частей (условно не показаны).
Для большей устойчивости одна из опор может быть соединена с балкой основания посредством выносной консоли 19.
Несущая балка 17 основания имеет отверстия для пропуска крепежных элементов 20 для фиксации на основании камер и/или креплений камер нижнего ряда 5. А также отверстия для пропуска крепежных элементов для фиксации на основании 1 приспособлений 21 для установки верхнего ряда камер с превышением между камерами нижнего ряда. Для фиксации камер на этих приспособлениях они содержат отверстия 23.
Система дополнительно содержит блок 24 обработки полученных изображений камер, который состоит из компьютера 25, оснащенного программным обеспечением для обработки результатов съемки и подготовки их к печати. Для управления и отображения результатов компьютер оснащен клавиатурой 26, манипулятором 27 типа «мышь» и монитором 28.
Система может включать устройство для вывода на печать обработанных результатов съемки, например, плоттер 29, который соединен с компьютером посредством проводной и/или беспроводной связи через соответствующий проводной или беспроводной интерфейс.
Для сохранения результатов съемки, по меньшей мере, одна камера оснащена памятью, предпочтительно, энергонезависимой памятью, например, флеш-картой формата SD (условно не показана).
Для передачи информации с камер в блок обработки информации, интерфейс каждой камеры или общий интерфейс всех камер выполнен с возможностью передачи отснятых камерами кадров в блок обработки информации по каналам проводной и/или беспроводной связи 16 и/или посредством перемещаемой упомянутой съемной энергонезависимой карты памяти, типа «флеш» (условно не показана).
Устройство 30 считывания информации с карт памяти (карт-ридер) подсоединено к компьютеру или интегрировано в него.
Работа устройства осуществляется следующим, предпочтительным, образом.
Монтируют основание 1 установки, выполненное, преимущественно, в виде составной профильной балки 17, стыкуя между собой составляющие ее части. Преимущественно, балка состоит из трех частей скрепленных между собой, например, болтовыми соединениями. Далее устанавливают балку 17 основания 1 на опоры 18, в качестве которых используют треноги, например, аналогичные опорам, используемым в геодезических приборах. Далее на балку основания монтируют приспособления 21 для установки верхнего ряда 4 камер 2. После чего на собранное основание монтируют камеры 2. Как правило, установка содержит не менее шестнадцати цифровых камер установленных в два ряда, причем второй ряд устанавливают с превышением над первым, используя, в качестве приспособлений для установки камер верхнего ряда профильные однотипные подставки, которые также закреплены на составной профильной балке, предпочтительно, с помощью болтов пропущенных в соответствующие отверстия, выполненные в балке и в подставках. Размещение приспособлений 21 (подставок) для установки верхнего ряда обеспечивает расположение камер рядов на одинаковом расстоянии друг от друга с равным шагом «а». После установки камер каждая из них юстируется с точностью до 1 мм таким образом, что оптические оси 6 всех камер 2 сходятся в одной области, предпочтительно, в одной точке 7. В случае недостаточного освещения или необходимости дополнительного за камерами или сбоку от них устанавливают нужное количество, предпочтительно, импульсных источников освещения (вспышек).
Далее камеры и, в случае их наличия, источники освещения соединяют с приемником-синхронизатором 14, имеющим в своем составе радио-модуль для приема сигнала от передатчика 12 и/или пульта 13. В случае съемки объектов небольших габаритов их помещают в центр области или точку 7, в которой сходятся оси 6, а в случае съемки крупногабаритных объектов или композиций система монтируется таким образом, чтобы точка пересечения осей находилась примерно в центре объекта или композиции.
Данные от камер к компьютеру поступают либо по каналам проводной и/или беспроводной связи 16 через соответствующие интерфейсы камер и компьютера 25, либо переносятся с помощью съемных карт памяти, на которые сохраняются результаты съемки, после чего они извлекаются из камер и вставляются в соответствующие их формату слоты устройств для чтения карт памяти, так называемых карт-ридеров 30. Далее карт-ридеры 30 считывают информацию с карт, после чего она загружается в программу, в качестве которой, преимущественно, используется оригинальное программное обеспечение для компьютера - «DDDphoto Lenticular editor».
В операционной системе компьютера, которой, предпочтительно, является одна из операционных систем семейства Windows инсталлировано оригинальное программное обеспечение «DDDphoto Lenticular editor», св-во о регистрации программы ЭВМ №2009612399, оптимизированное именно под описываемую систему для получения снимков, которое обрабатывает результаты одновременной съемки объектов с разных ракурсов и интерполирует множества каждых трех точек, расположенных в вершинах условных треугольников 8. В результате обработки по алгоритмам программы уменьшаются различные виды искажений объекта, а конечным результатом обработки является информационный массив точек, который может быть нанесен любым известным способом на любой применяемый в данной области техники носитель, например бумажный или пластиковый лист, присоединенный к двояковыпуклому экрану для последующей трехмерной визуализации отснятых объектов.
Упомянутая трехмерная визуализация обеспечивается лентикулярным рельефом экрана, разделяющим отражения от изображения носителя, причем особенности упомянутого рельефа также учитываются указанным программным обеспечением генерирующим изображение на основе данных камер таким образом, чтобы оно совместно с экраном создавало визуализацию улучшенного качества с минимально возможным количеством искажений. Отражения под разными углами разделенные экраном и под разными углами попадающие на сетчатку глаза стороннего наблюдателя воспринимаются им как трехмерные.
Был проведен эксперимент в программе Мауа с использованием 16 виртуальных камер, в которой были проверены различные геометрии расположения камер и величины смещений. В линию через равные расстояния, в линию через расстояния отличающиеся на 20% один над другим были установлены два ряда из камер. По результатам испытаний выяснилось, что оптимальная геометрия, которая позволяет схватывать объем представляет собой зигзагообразную конфигурацию расположения, изображенную на фиг.2, на которой условно показаны места расположения фотокамер в вершинах условных треугольников, оптимальное отношение высот четных камер над нечетными к расстоянию между камерами по горизонтали составляло 1/3. Если же камеры располагались выше отметок, соответствующих значениям отношения смещений равным 1/3, то качество начинало ухудшаться, при этом минимально приемлемые результаты соответствовали точке с отношением 1/2.
Теоретические результаты компьютерного моделирования были успешно подтверждены испытаниями физической модели системы.