劉貽圳 吳俊耦 魏嘉裕

摘要：針對傳統(tǒng)攝影成本高、效率低下、拍攝質(zhì)量不高、局限于平面化等問題，給出了3D自動成像系統(tǒng)的實現(xiàn)方案。以串口通信技術(shù)和圖像合成技術(shù)為主要研究手段，突破傳統(tǒng)攝影弊端，從此讓產(chǎn)品攝影簡單化、全景化。他們只需配備一臺電腦和單反相機(jī)，系統(tǒng)通過3D自動成像軟件控制單反相機(jī)及智能旋轉(zhuǎn)平臺對產(chǎn)品進(jìn)行多角度拍攝，便能在短短的幾分鐘內(nèi)可合成出html5格式的產(chǎn)品360度展示動畫，而做出來的360度展示動畫可以上傳到他們的網(wǎng)站、網(wǎng)店、還可以給客戶發(fā)送產(chǎn)品樣板的360度全景展示效果，只要客戶點開該360度全景展示動畫，就能如實地觀看到產(chǎn)品的不同角度跟細(xì)節(jié)，大大提高了用戶體驗度，從而增加產(chǎn)品銷量。

關(guān)鍵詞：智能；串口通信；圖像合成；360度全景展示

中圖分類號： TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）10（a）-0000-00

3D Automatic Imaging System

LIU Yizhen，WU Junou，WEI Jiayu

（University of Electronic Science And Technology of China，Zhongshan Institute Computer Institute，Guangdong 528402，China）

Abstract：In view of the problems such as high cost， low efficiency， low quality of shooting and limited to the plane， the implementation scheme of 3D automatic imaging system is given. It uses the serial communication technology as the main research means，breaking through of the traditional photography， and it makes product photography simple and panoramic from now on.They only need to equipped with a computer and Single Lens Reflex camera， the system control Single Lens Reflex camera and intelligent rotating platform for many angles shooting through 3D automatic imaging software， then can synthesize the html5 product that is 360 degrees display animation in a few minutes. And made out of the 360 degree display animation can be uploaded to the website and online shop and the sample of the 360 degrees panoramic display effect can be sent to customers.As long as the customer points to open the 360 degrees panoramic display animation； they can accurately view the product's different angles and details. It greatly improves the user experience， so as to increase product sales.

Key words： intelligence；serial communication；image synthesis；360 degree panoramic display

0 前言

電子商務(wù)、網(wǎng)購的應(yīng)用日益廣泛，網(wǎng)購一族通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行商品查看已經(jīng)成為了一種時尚生活方式。那么在電商的浪潮中，如何把握更多機(jī)會讓自己的產(chǎn)品更吸引消費(fèi)者的眼球，如何高效、便捷、完美地將商品呈現(xiàn)在消費(fèi)者面前成了眾多商家的難題，如果產(chǎn)品圖片質(zhì)量不高，勢必會影響消費(fèi)者對產(chǎn)品的感受，從而影響產(chǎn)品銷量。產(chǎn)品360度全景展示就很好的攻克了這一難題，傳統(tǒng)的電商平臺產(chǎn)品展示靠靜態(tài)圖片，而360度全景展示它可以使產(chǎn)品360度自由旋轉(zhuǎn)瀏覽，讓消費(fèi)者網(wǎng)購體驗產(chǎn)品一目了然。360度全景展示不但使得產(chǎn)品外貌高清逼真，而且左右拖動鼠標(biāo)能詳細(xì)觀看產(chǎn)品360度各個面的信息，做到讓顧客更直觀的去了解網(wǎng)站上所展示的商品。360度全景展示與傳統(tǒng)靜態(tài)圖片對比無論是產(chǎn)品與消費(fèi)者之間互動上，還是在產(chǎn)品外觀的展示上，360度全景展示都優(yōu)于靜態(tài)圖片展示，同時360度全景展示也有利于提高成交率，減少退貨量，最大限度的減小消費(fèi)者的期望誤差，大大提升消費(fèi)者對商家的滿意度及好評率。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

3D自動成像系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總框架圖如1所示。由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總框架圖可知，以3D自動成像軟件為控制中心，電腦安裝運(yùn)行3D自動成像軟件后，只需用USB數(shù)據(jù)線將智能旋轉(zhuǎn)平臺和單反相機(jī)與電腦連接，接上設(shè)備電源，調(diào)整好單反相機(jī)和無影燈箱拍攝環(huán)境后，打開電源開關(guān)，設(shè)置好拍攝參數(shù)，然后點擊開始拍攝即可由3D自動成像軟件對單反相機(jī)和微控制器發(fā)出控制命令對智能旋轉(zhuǎn)平臺上的物品進(jìn)行多角度拍攝，拍攝后的照片會自動傳到電腦本地，拍攝完成后可以點擊制作360度全景展示動畫。

圖1 步行康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人裝置

2 硬件電路設(shè)計

2.1供電電源電路設(shè)計

對于電源部分，使用12V的DC適配器，通過火車頭插頭將電源輸入，經(jīng)過78M05-5.0穩(wěn)壓IC將12V穩(wěn)壓到5V以供單片機(jī)和外設(shè)電路使用。由于原理圖中既有數(shù)字電路又包含模擬電路，這里通過π型濾波將數(shù)字電源5V進(jìn)行濾波，作為模擬電路的電源（5V），數(shù)字地和模擬地通過0歐電阻隔開，用發(fā)光二極管顯示電源的工作狀態(tài)，亮?xí)r表示電源工作，如圖2所示：

圖2電源電路圖

2 2USB轉(zhuǎn)串口通信電路設(shè)計

USB轉(zhuǎn)串口即實現(xiàn)計算機(jī)USB接口到通用串口之間的轉(zhuǎn)換。為沒有串口的計算機(jī)提供快速的通道，而且，使用USB轉(zhuǎn)串口設(shè)備等于將傳統(tǒng)的串口設(shè)備變成了即插即用的USB設(shè)備。作為應(yīng)用最廣泛的USB接口，每臺電腦必不可少的通訊接口之一，它的最大特點是支持熱插撥，即插即用。眾所周知現(xiàn)在筆記本上很少帶有串口了，而串口又是做電子設(shè)計必備的通訊接口之一，好在USB轉(zhuǎn)串口比較方便，為了使通信更加穩(wěn)定，如圖3所示我們采用通過有線USB轉(zhuǎn)串口FT232RL的形式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，F(xiàn)T232RL為接口轉(zhuǎn)換芯片，可以實現(xiàn)USB到串行UART接口的轉(zhuǎn)換，也可轉(zhuǎn)換到同步、異步Bit-Bang接口模式。FT232RL工作電壓為5V，單片機(jī)工作在5V，一旦FT232RL的電壓串到單片機(jī)中，就會損壞單片機(jī)，同時FT232RL的信號會干擾單片機(jī)，也可能導(dǎo)致系統(tǒng)工作失誤，因此接口器件必須經(jīng)過光耦的隔離接到單片機(jī)。

圖3 USB轉(zhuǎn)串口通信電路圖

2.3步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計

為了讓智能旋轉(zhuǎn)平臺轉(zhuǎn)起來必須要有電機(jī)的帶動，我們這里采用二相混合式42步進(jìn)電機(jī)來帶動智能旋轉(zhuǎn)平臺，步進(jìn)電機(jī)可以實現(xiàn)精準(zhǔn)定位控制，其步距角為1.8°，工作電流1.5A。步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。

為了驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)需要驅(qū)動電路，如圖4所示是42步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電路，經(jīng)過查找資料和綜合考慮之后我們決定采用帶轉(zhuǎn)換器和過流保護(hù)的DMOS微步驅(qū)動器A4982。A4982是一款完全的微步電動機(jī)驅(qū)動器，帶有內(nèi)置轉(zhuǎn)換器，易于操作。該產(chǎn)品可在完整、1/2、1/4及1/16步進(jìn)模式時操作雙極步進(jìn)電動機(jī)，輸出驅(qū)動性能為 35 V 及 ±2 A。A4982包括一個固定停機(jī)時間電流穩(wěn)壓器，該穩(wěn)壓器可在慢或混合衰減模式下操作。ET 封裝在關(guān)鍵輸出、感應(yīng)及電源管腳間添加無連接管腳，滿足客戶對無煙無火 （NSNF） 設(shè)計的要求。因此，即使管腳與鄰近管腳間發(fā)生短路，該器件也不會冒煙或著火。此外，即使任何管腳與接地短路或開路，該器件也不會冒煙或著火。轉(zhuǎn)換器是A4982易于實施的關(guān)鍵。只要在“步進(jìn)”輸入中輸入一個脈沖，即可驅(qū)動電動機(jī)產(chǎn)生微步。無須進(jìn)行相位順序表、高頻率控制行或復(fù)雜的界面編程。A4982界面非常適合復(fù)雜的微處理器不可用或過載的應(yīng)用。在微步運(yùn)行時，A4982內(nèi)的斬波控制可自動選擇電流衰減模式（慢或混合）。在混合衰減模式下，該器件初始設(shè)置為在部分固定停機(jī)時間內(nèi)快速衰減，然后在余下的停機(jī)時間慢速衰減?；旌纤p電流控制方案能減少可聽到的電動機(jī)噪音、增加步進(jìn)精確度并減少功耗。提供內(nèi)部同步整流控制電路，以改善脈寬調(diào)制 （PWM） 操作時的功率消耗。內(nèi)部電路保護(hù)包括：帶滯后的過熱關(guān)機(jī)、欠壓鎖定及交叉電流保護(hù)，不需要特別的通電排序。

圖4 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

3D自動成像系統(tǒng)軟件設(shè)計部分主要包括了微控制器與3D自動成像軟件間通信協(xié)議設(shè)計實現(xiàn)、智能旋轉(zhuǎn)平臺控制器軟件設(shè)計和3D自動成像軟件軟件設(shè)計。

3.1系統(tǒng)通信協(xié)議設(shè)計實現(xiàn)

通信協(xié)議（Communications Protocol）是指雙方實體完成通信或服務(wù)所必須遵循的規(guī)則和約定。協(xié)議定義了數(shù)據(jù)單元使用的格式，信息單元應(yīng)該包含的信息與含義，連接方式，信息發(fā)送和接收的時序，從而確保網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)順利地傳送到確定的地方。

本設(shè)計的通信協(xié)議設(shè)計參考串口通信協(xié)議的設(shè)計模塊自定義了通信數(shù)據(jù)包格式，如圖5所示是一幀數(shù)據(jù)包的配置協(xié)議格式圖，配置協(xié)議指的是3D自動成像軟件根據(jù)協(xié)議格式通過數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)送給智能旋轉(zhuǎn)平臺控制器的配置信息。其主要由數(shù)據(jù)包頭和包尾的標(biāo)志、包長、數(shù)據(jù)以及校驗和等幾部分組成。

圖5 通信數(shù)據(jù)包格式圖

3.2智能旋轉(zhuǎn)平臺控制器軟件設(shè)計

在智能旋轉(zhuǎn)平臺控制器軟件設(shè)計當(dāng)中主要是根據(jù)定義的通信協(xié)議進(jìn)行軟件編碼，其程序流程框圖如6所示。

圖6智能旋轉(zhuǎn)平臺控制器軟件設(shè)計流程圖

3.3 3D自動成像軟件軟件設(shè)計

將單反相機(jī)與電腦通過USB數(shù)據(jù)線連接，打開并運(yùn)行3D自動成像軟件，注意此時3D自動成像軟件選擇相機(jī)框中一定要出現(xiàn)可以選擇相機(jī)的選項，并且能夠點擊“打開相機(jī)”按鈕將相機(jī)打開，才能將兩者相連起來。然后再根據(jù)實際需求來設(shè)置相機(jī)對應(yīng)的參數(shù)，設(shè)置好相機(jī)參數(shù)后可查看實時模式，可以在實時模式下進(jìn)行跟蹤拍照。拍好的照片直接傳送到電腦的指定路徑上，免去了要拆下相機(jī)內(nèi)存卡讀照片的過程，拍攝完成后無需做任何圖片處理，一鍵點擊輕松制作3D動畫。3D自動成像軟件軟件設(shè)計流程圖如圖7所示。

圖7 3D自動成像軟件軟件設(shè)計流程圖

4 結(jié)束語

近幾年來產(chǎn)品360度全景展示在網(wǎng)絡(luò)上逐漸受到關(guān)注，相比傳統(tǒng)的產(chǎn)品展示方式360產(chǎn)品展示給人耳目一新的產(chǎn)品展示方式，產(chǎn)品可以360度自動旋轉(zhuǎn)，用鼠標(biāo)還能左右拖動，放大高清觀看都沒問題。毫無疑問，在當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)時代，電子商務(wù)有著重要一席，那么在這浪潮中，怎么抓住先機(jī)，贏得主動，360度產(chǎn)品全景展示值得首選，在傳統(tǒng)的產(chǎn)品展示中，很多方面已經(jīng)跟不上時代的變遷，360度產(chǎn)品展示的普及成為必然趨勢，趕快讓你的產(chǎn)品動起來，生意“轉(zhuǎn)”起來吧。3D自動成像技術(shù)是全新的智能攝影技術(shù)，開啟互動體驗新時代，使現(xiàn)代生活更進(jìn)一步，在社會生活的各方各面作用越來越明顯，對人們生活的進(jìn)一步優(yōu)化、對社會的進(jìn)步也起到不可質(zhì)疑的作用。技術(shù)的不斷優(yōu)化發(fā)展，對我們的生活質(zhì)量的提高具有巨大的推進(jìn)作用。相信在不遠(yuǎn)的將來這項技術(shù)會有更寬廣的前景。

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