林 靖，田 豐

(1.上海航天信息研究所，上海 201109；2.上海大學(xué) 影視藝術(shù)技術(shù)學(xué)院 影視工程系，上海 200072)

便攜式3D拍攝支架研制

林 靖1，田 豐2

(1.上海航天信息研究所，上海 201109；2.上海大學(xué) 影視藝術(shù)技術(shù)學(xué)院 影視工程系，上海 200072)

為實現(xiàn)便攜可拆卸的移動3D拍攝支架，設(shè)計了一種基于標(biāo)準(zhǔn)攝像配件的3D拍攝支架。針對3D拍攝支架重量大、難以初始架設(shè)等的問題，設(shè)計了3D支架主體、3D跟焦器和3D顯示器模塊。經(jīng)實際應(yīng)用，3D拍攝系統(tǒng)可自由配置并準(zhǔn)確拍攝3D內(nèi)容，且系統(tǒng)能夠在無約束室內(nèi)外環(huán)境中正常使用。

3D拍攝；3D跟焦；3D顯示

立體影視節(jié)目已成為市場新熱點(diǎn)，市場熱潮和3D片源日益增長的需求使各相關(guān)設(shè)備廠家不斷改進(jìn)3D拍攝技術(shù)，推出各類新產(chǎn)品。3D電影放映技術(shù)大體可分為單臺數(shù)字放映機(jī)放映技術(shù)和雙數(shù)字放映機(jī)放映技術(shù)。如何提高3D影視拍攝和播放效果，是產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界探討和實踐的熱點(diǎn)之一[1-5]。

美國導(dǎo)演詹姆斯-卡梅隆通過《阿凡達(dá)》讓全球影迷看到了成熟的3D技術(shù)，從此，影視產(chǎn)業(yè)中的3D技術(shù)進(jìn)入了高速發(fā)展的階段。好萊塢的3D技術(shù)指導(dǎo)Keith Collea研制了現(xiàn)今世上最便捷的3D拍攝支架——Atom。該系統(tǒng)可以配合最小巧EPIC攝影機(jī)，曾在好萊塢3D影片《魔境仙蹤》和《霍比特人：意外之旅》中使用。本系統(tǒng)只需用iPhone手機(jī)，便可通過Atom遠(yuǎn)程遙控掛在搖臂上的攝影機(jī)[6]。《變形金剛4》堪稱業(yè)內(nèi)最先進(jìn)的IMAX 3D數(shù)字?jǐn)z影機(jī)拍攝的商業(yè)大片，在拍攝過程中大量使用IMAX 3D攝影機(jī)，其架設(shè)在各種拍攝平臺上，包括導(dǎo)演用于拍攝追逐場景的保時捷以及可伸縮搖臂，導(dǎo)演通過它們快速移動攝影機(jī)。在視頻中，IMAX攝影機(jī)被綁在吊臂上，從高空自上而下拍攝出激烈的翻滾畫面[7]。

本文作為所內(nèi)自主課題的研究成果，實現(xiàn)便攜可拆卸的移動3D拍攝支架，設(shè)計了一種基于標(biāo)準(zhǔn)攝像配件的3D拍攝支架，最后完成了多組3D實拍視頻。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 原理及組成

如圖1，垂直3D的基礎(chǔ)支架采用圓型導(dǎo)軌支架等自行設(shè)計安裝。圓型導(dǎo)軌采用專業(yè)級材料，底板坐騎功能結(jié)構(gòu)堅固且手感光滑，其具體指標(biāo)為：桿長度為30 cm；管直徑15 mm，兩柱間距離60 mm。垂直3D的基礎(chǔ)支架配置6自由度云臺，使得D800相機(jī)不但擁有水平、垂直、上下滑動的自由度，更擁有3軸旋轉(zhuǎn)自由度。采購D800監(jiān)視器，制作3D監(jiān)視盒。

圖1 3D垂直支架結(jié)構(gòu)總體框架

1.2 3D顯示器設(shè)計

3D顯示器是3D拍攝的逆向光路反演。2臺7 in(1 in=2.54 cm)顯示器90°垂直安裝，50%半反半透玻璃與2臺7 in顯示器都成45°夾角安裝。3D顯示器設(shè)計圖紙如圖2所示。

圖2 3D顯示器機(jī)殼設(shè)計圖

如圖3a和圖3b所示，3D顯示器安裝后極可能出現(xiàn)上下2臺7 in顯示器顯示相同畫面后的圖像并不重合的現(xiàn)象。出現(xiàn)這種現(xiàn)象后，3D顯示器已無法作為標(biāo)準(zhǔn)參考來指導(dǎo)3D攝像機(jī)的6軸調(diào)整。如圖3c和圖3d所示，經(jīng)過對3D顯示器的后期安裝微調(diào)，使得上下2臺7 in顯示器顯示相同畫面能夠完全重合。這樣就能為3D相機(jī)的拍攝位置和角度提供準(zhǔn)確的依據(jù)。

圖3 3D顯示測試平臺及3D圖像重合情況

如圖4所示，通過微調(diào)6自由度拍攝云臺，2組拍攝畫面輸入3D顯示器后組成了視差圖像。

圖4 正確的3D拍攝顯示

1.3 3D跟焦器設(shè)計

2臺3D同步跟焦器由1塊信號發(fā)送板和2塊信號接收與舵機(jī)驅(qū)動組成。信號發(fā)送模塊包括1個控制旋鈕、1個單片機(jī)控制板、1個無線信號發(fā)射模塊、1根天線、1塊鋰電池。信號接收與舵機(jī)驅(qū)動模塊包括1個單片機(jī)控制板、1個無線信號接收模塊、1根天線、1塊鋰電池、1個舵機(jī)。如圖5所示，把2套信號接收與舵機(jī)驅(qū)動模塊裝入塑料控制盒。

圖5 信號接收與舵機(jī)驅(qū)動模塊裝入控制盒

完整的3D跟焦器如圖6所示，跟焦系統(tǒng)由1套信號發(fā)送控制盒與2套信號接收舵機(jī)驅(qū)動控制盒組成。

圖6 信號發(fā)送控制盒、信號接收舵機(jī)驅(qū)動控制盒

如圖7所示，3D無線跟焦器裝上3D支架，在D800相機(jī)鏡頭的變焦環(huán)上綁定追焦環(huán)，把跟焦齒輪靠緊跟焦齒環(huán)就能實現(xiàn)3D同步無線跟焦。

圖7 3D同步無線跟焦

1.4 3D拍攝快速配置方法

6軸云臺包括3軸平移和3軸旋轉(zhuǎn)功能。云臺底座支持升降，云臺快裝板支持前后平移，另加一個平移臺即組成了3軸平移臺。3軸旋轉(zhuǎn)臺由一個球形云臺構(gòu)成，其可調(diào)節(jié)阻尼，大范圍或小角度調(diào)整相機(jī)的三軸方向。

圖8 6軸云臺標(biāo)注

如圖9所示，相機(jī)架設(shè)在6軸云臺之上。

圖9 6軸云臺上的相機(jī)架設(shè)

2 實驗

根據(jù)使用的相機(jī)和攝像機(jī)的不同，適當(dāng)修正支架的節(jié)段數(shù)量，便可拍攝室內(nèi)3D影像。具體步驟如下：調(diào)整上云臺的前后位置和下云臺的上下位置，確保2臺相機(jī)與45°反射鏡水平距離一致，并盡可能縮短；調(diào)整上云臺的上下位置和下云臺的前后位置，確保2臺相機(jī)與45°反射鏡垂直高度一致；通過相機(jī)快裝板安裝2臺相機(jī)；調(diào)整上部相機(jī)的左右平移位置，使得上部相機(jī)的鏡頭對準(zhǔn)遮光罩的半圓形孔洞；調(diào)整下部相機(jī)的左右平移位置，使得上部相機(jī)和下部相機(jī)的左右位置相等；使用2條HDMI線連接2組相機(jī)和3D顯示器；打開相機(jī)和3D顯示器電源，并在3D顯示器內(nèi)觀察相機(jī)拍攝的實時視頻；觀察3D顯示器內(nèi)的2幅圖像是否重合。一般情況下，初始2幅圖像相差較大。在2臺相機(jī)3軸平移保持一致的條件下，人工微調(diào)3軸旋轉(zhuǎn)云臺，直到3D顯示器內(nèi)的2幅圖像基本重合；在2幅圖像盡可能重合的條件下，向右移動下部相機(jī)云臺，大致范圍在3～6 cm之間(視場景大小而定)；確定圖像中心區(qū)域的3D中景區(qū)域。上部相機(jī)向左旋轉(zhuǎn)一個較小的角度，下部相機(jī)向左擺相同的一個角度，同時在3D顯示器內(nèi)觀察中景是否重合，微調(diào)3軸旋轉(zhuǎn)臺，直到中景重合，前景和后景將保持視差，越近的前景視差越大，越遠(yuǎn)的后景視差越大；打開3D跟焦器的3組電源開關(guān)，確認(rèn)旋鈕旋轉(zhuǎn)能控制跟焦齒環(huán)，把跟焦齒環(huán)靠緊追焦環(huán)；打開相機(jī)拍攝開關(guān)，開始拍攝。圖10示出了垂直3D拍攝支架整機(jī)。

圖10 垂直3D拍攝支架整機(jī)

3D拍攝系統(tǒng)構(gòu)建并測試后立即投入3D影片拍攝與后期制作中。如圖11為戶外3D拍攝原片，圖12為后期3D合成的影片(上下3D格式)。

圖11 戶外3D拍攝原片

圖12 后期3D合成的影片(上下3D格式)

3 小結(jié)

針對3D拍攝支架重量大、難以初始架設(shè)等的問題，設(shè)計了3D支架主體、3D跟焦器和3D顯示器模塊。經(jīng)實際的室內(nèi)室外應(yīng)用，3D拍攝系統(tǒng)可自由配置并準(zhǔn)確拍攝3D內(nèi)容，且系統(tǒng)能夠在無約束室內(nèi)外環(huán)境中正常使用。3D實景拍攝作為特種拍攝的重點(diǎn)技術(shù)之一，已成功應(yīng)用到影視節(jié)目的制作過程中，本次取得了預(yù)期的成果。

在下一階段，本課題還能對本系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固，定制一體化支架，滿足重量較大的攝像機(jī)安裝；能夠結(jié)合3D圖像配準(zhǔn)技術(shù)，實現(xiàn)全3D自動配置，滿足3D快速配置和支架轉(zhuǎn)移的要求；設(shè)計無線跟焦記錄器，自動記錄拍攝過程的焦段。本課題還將持續(xù)開展，爭取在電視領(lǐng)域取得成績。

[1] ILHAM J， CHUNG W Y. Semi-automatic 3D stereoscopic camera rig system for home user[C]//Proc. 2013 IEEE 2nd Global Conference on Consumer Electronics (GCCE). [S.l.]：IEEE Press， 2013： 147-148.

[2] KIM D S， CHAE H Y， JO S H， et al. A 2D-3D switchable driving method for reducing power consumption of thin-film transistor liquid crystal display tv with film-type patterned retarder[J]. Journal of Display Technology， 2014， 10(4)：299-307.

[3] LAI Y K， LAI Y F， CHEN Y C. An effective hybrid depth-generation algorithm for 2D-to-3D conversion in 3D displays[J]. Journal of Display Technology，2013，9(3)：154-161.

[4] WANG Z， WANG R， DONG S， et al. Depth template based 2D-to-3D video conversion and coding system[C]// Proc. 2012 IEEE International Conference on Multimedia and Expo (ICME). [S.l.]：IEEE Press，2012：308-313.

[5] KIM H G， SONG B C. Automatic object-based 2D-to-3D conversion[C]// Proc. IEEE 11th IVMSP Workshop. [S.l.]：IEEE Press，2013：1-4.

[6] 《白狐》采用2013最新3D技術(shù)立體畫質(zhì)全球領(lǐng)先[EB/OL]. [2015-05-01]. http：//news.xinhuanet.com/ent/2013-09/17/c_125399946.htm.

[7] 《變4》發(fā)布IMAX幕后視頻首部用IMAX3D攝影機(jī)拍攝的商業(yè)大片[EB/OL]. [2015-05-03]. http：//news.mtime.com/2014/06/27/1528763.html.

Development of Portable 3D Shooting Stand

LIN Jing1, TIAN Feng2

(1.ShanghaiAerospaceInstituteInformation,Shanghai201109,China； 2.InstituteofFilm&TVArtsandTechnologyinShanghaiUniversity,Shanghai200072,China)

To achieve portability detachable mobile 3D shooting stand, a standards camera accessory -based 3D shoot bracket is designed. To the problems of big weight of 3D shooting stand, difficult initial erection, 3D stent body, 3D follow focus and 3D display module are designed. By the practical applications, 3D capture system can be freely configured and accurately shoot 3D content, and the system can be used in unconstrained normal indoor and outdoor environments.

3D shooting; 3D follow focus; 3D display

上海市科委“科技創(chuàng)新行動計劃”高新技術(shù)領(lǐng)域項目(14511108200)

TN871

A

10.16280/j.videoe.2015.17.012

2015-05-05

【本文獻(xiàn)信息】林靖，田豐.便攜式3D拍攝支架研制[J].電視技術(shù),2015，39(17).

林 靖(1982— )，主研影視技術(shù)研究與應(yīng)用；

田 豐(1976— )，博士，碩士生導(dǎo)師，主要研究方向為影視技術(shù)研究與應(yīng)用等。

責(zé)任編輯：閆雯雯