便攜式3D拍攝支架研制

林 靖，田 豐

(1.上海航天信息研究所，上海 201109；2.上海大學 影視藝術技術學院 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 影視藝術技術學院 影視工程系，上海 200072)

為實現便攜可拆卸的移動3D拍攝支架，設計了一種基于標準攝像配件的3D拍攝支架。針對3D拍攝支架重量大、難以初始架設等的問題，設計了3D支架主體、3D跟焦器和3D顯示器模塊。經實際應用，3D拍攝系統可自由配置并準確拍攝3D內容，且系統能夠在無約束室內外環境中正常使用。

3D拍攝；3D跟焦；3D顯示

立體影視節目已成為市場新熱點，市場熱潮和3D片源日益增長的需求使各相關設備廠家不斷改進3D拍攝技術，推出各類新產品。3D電影放映技術大體可分為單臺數字放映機放映技術和雙數字放映機放映技術。如何提高3D影視拍攝和播放效果，是產業界和學術界探討和實踐的熱點之一[1-5]。

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

本文作為所內自主課題的研究成果，實現便攜可拆卸的移動3D拍攝支架，設計了一種基于標準攝像配件的3D拍攝支架，最后完成了多組3D實拍視頻。

1 系統設計

1.1 原理及組成

如圖1，垂直3D的基礎支架采用圓型導軌支架等自行設計安裝。圓型導軌采用專業級材料，底板坐騎功能結構堅固且手感光滑，其具體指標為：桿長度為30 cm；管直徑15 mm，兩柱間距離60 mm。垂直3D的基礎支架配置6自由度云臺，使得D800相機不但擁有水平、垂直、上下滑動的自由度，更擁有3軸旋轉自由度。采購D800監視器，制作3D監視盒。

圖1 3D垂直支架結構總體框架

1.2 3D顯示器設計

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顯示器設計圖紙如圖2所示。

圖2 3D顯示器機殼設計圖

如圖3a和圖3b所示，3D顯示器安裝后極可能出現上下2臺7 in顯示器顯示相同畫面后的圖像并不重合的現象。出現這種現象后，3D顯示器已無法作為標準參考來指導3D攝像機的6軸調整。如圖3c和圖3d所示，經過對3D顯示器的后期安裝微調，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相機的拍攝位置和角度提供準確的依據。

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跟焦器設計

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

圖5 信號接收與舵機驅動模塊裝入控制盒

完整的3D跟焦器如圖6所示，跟焦系統由1套信號發送控制盒與2套信號接收舵機驅動控制盒組成。

圖6 信號發送控制盒、信號接收舵機驅動控制盒

如圖7所示，3D無線跟焦器裝上3D支架，在D800相機鏡頭的變焦環上綁定追焦環，把跟焦齒輪靠緊跟焦齒環就能實現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軸旋轉臺由一個球形云臺構成，其可調節阻尼，大范圍或小角度調整相機的三軸方向。

圖8 6軸云臺標注

如圖9所示，相機架設在6軸云臺之上。

圖9 6軸云臺上的相機架設

2 實驗

根據使用的相機和攝像機的不同，適當修正支架的節段數量，便可拍攝室內3D影像。具體步驟如下：調整上云臺的前后位置和下云臺的上下位置，確保2臺相機與45°反射鏡水平距離一致，并盡可能縮短；調整上云臺的上下位置和下云臺的前后位置，確保2臺相機與45°反射鏡垂直高度一致；通過相機快裝板安裝2臺相機；調整上部相機的左右平移位置，使得上部相機的鏡頭對準遮光罩的半圓形孔洞；調整下部相機的左右平移位置，使得上部相機和下部相機的左右位置相等；使用2條HDMI線連接2組相機和3D顯示器；打開相機和3D顯示器電源，并在3D顯示器內觀察相機拍攝的實時視頻；觀察3D顯示器內的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3軸平移保持一致的條件下，人工微調3軸旋轉云臺，直到3D顯示器內的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)；確定圖像中心區域的3D中景區域。上部相機向左旋轉一個較小的角度，下部相機向左擺相同的一個角度，同時在3D顯示器內觀察中景是否重合，微調3軸旋轉臺，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，越遠的后景視差越大；打開3D跟焦器的3組電源開關，確認旋鈕旋轉能控制跟焦齒環，把跟焦齒環靠緊追焦環；打開相機拍攝開關，開始拍攝。圖10示出了垂直3D拍攝支架整機。

圖10 垂直3D拍攝支架整機

3D拍攝系統構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

針對3D拍攝支架重量大、難以初始架設等的問題，設計了3D支架主體、3D跟焦器和3D顯示器模塊。經實際的室內室外應用，3D拍攝系統可自由配置并準確拍攝3D內容，且系統能夠在無約束室內外環境中正常使用。3D實景拍攝作為特種拍攝的重點技術之一，已成功應用到影視節目的制作過程中，本次取得了預期的成果。

在下一階段，本課題還能對本系統進行結構加固，定制一體化支架，滿足重量較大的攝像機安裝；能夠結合3D圖像配準技術，實現全3D自動配置，滿足3D快速配置和支架轉移的要求；設計無線跟焦記錄器，自動記錄拍攝過程的焦段。本課題還將持續開展，爭取在電視領域取得成績。

[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技術立體畫質全球領先[EB/OL]. [2015-05-01]. http：//news.xinhuanet.com/ent/2013-09/17/c_125399946.htm.

[7] 《變4》發布IMAX幕后視頻首部用IMAX3D攝影機拍攝的商業大片[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“科技創新行動計劃”高新技術領域項目(14511108200)

TN871

A

10.16280/j.videoe.2015.17.012

2015-05-05

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

林 靖(1982— )，主研影視技術研究與應用；

田 豐(1976— )，博士，碩士生導師，主要研究方向為影視技術研究與應用等。

責任編輯：閆雯雯