[发明专利]一种基于压电陶瓷的立体拍摄光学误差纠偏装置及纠偏方法

说明书

技术领域

本发明涉及立体实拍实显领域，具体涉及一种基于压电陶瓷的立体拍摄光学误差纠偏装置及纠偏方法。

背景技术

立体拍摄系统是利用左右间距一定距离的两台摄像机，拍摄外部场景，形成有水平视差的左右图像，如图1所示。观察者通过立体眼镜观看立体显示器上的左右图像，在大脑中形成与真实场景具有相似纵深感的立体场景。

在立体拍摄系统中，左右两台摄像机由于固定方式、温度波动、振动冲击等因素会造成光轴的空间位置变化，从而使得输出的左右画面存在倾斜、俯仰等光学误差，如图2所示。根据日本脑机能研究所开展的生理试验证明，俯仰误差和倾斜误差会显著增加人眼长时间观看立体视频时的疲劳度。

压电陶瓷材料存在压电效应与逆压电效应，即当沿一定方向施力而使其变形时，在表面上会产生充放电现象；反之，在极化方向上对其施加电场，这些材料会产生机械变形或机械应力（电致伸缩效应）。采用压电陶瓷的电致伸缩效应作微位移器具有结构紧凑、微位移分辨高、控制简单、无发热、可靠性高等显著特点，可以广泛应用于航空航天、舰船、坦克车辆等装备中精密微位移控制领域。

发明内容

为了解决已有技术在立体拍摄系统中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于压电陶瓷的立体拍摄光学误差纠偏装置；本发明误差纠偏装置通过控制器的图像分析软件计算出光学误差，利用压电陶瓷电致伸缩效应纠正光学误差，保证了机载、车载环境下人眼长时间观看立体视频的舒适度。

本发明的另一目的在于提供使用该装置的误差纠偏方法。

本发明的发明目的是通过如下技术方案实现的：

一种基于压电陶瓷的立体拍摄光学误差纠偏装置，包括控制器、压电陶瓷机构，所述控制器具有视频采集、图像分析处理、误差计算、驱动电压生成等功能。所述摄像机云台通过周边四角对称布置的4个压电陶瓷机构与底座连接。所述控制器采集左右两台摄像机的视频进行数字化后，通过图像分析软件及几何算法实时计算出左右画面的倾斜误差和俯仰误差，并依据误差大小产生两路控制电压输入到压电陶瓷机构，压电陶瓷长度变化带动摄像机座以铰链为支点作滚转运动，在控制器驱动下实时纠正误差。

所述图像分析软件找到画面上的至少3个共同点，根据3个共同点构建的三角形A、三角形B之间的相对位置关系，用几何算法实时计算出左右画面的倾斜误差和俯仰误差。所述压电陶瓷长度变化与控制电压成一定的比例关系，该比例关系可通过事先校准标定。压电陶瓷材料长度变化带动摄像机云台作滚转运动，在控制器驱动下实时纠正俯仰或倾斜误差。

所述底座上四角对称布置的4个压电陶瓷机构支持摄像机的云台，4个压电陶瓷机构直线伸缩运动的联动或差动可以实现对摄像机的倾斜、俯仰角度的单独调整或混合调整。

使用基于压电陶瓷的立体拍摄光学误差纠偏装置的误差纠偏方法，包括如下步骤：

1）、标定压电陶瓷机构的电压-变化长度关系曲线；

2）、压电陶瓷机构的布置安装和初始调平；

3)、对左右摄像机拍摄的画面进行图像分析处理，找到画面上至少3个特征共同点，立体匹配后构架出2个相似三角形，利用几何算法计算相似三角形的空间位置关系，得出左右画面的倾斜误差和俯仰误差；

4）、根据图像处理得出的倾斜误差和俯仰误差，按照电压-变化长度关系曲线生成相应幅值的驱动电压；

5）、驱动电压控制压电陶瓷机构长度变化，通过4个压电陶瓷机构直线运动的联动或差动逐渐消除摄像机云台的倾斜、俯仰误差。

本发明通过控制器对左右摄像机图像进行图像分析，计算出左右画面之间的倾斜、俯仰误差，根据误差大小产生电压控制信号，驱动固定在摄像机云台上的压电陶瓷伸缩机构，利用压电陶瓷的电致伸缩效应对左右摄像机空间位置进行调整，实现光学误差的纠偏消除，保证了人眼长时间观看立体视频的舒适度。本发明采用价格低廉、可靠性高的压电陶瓷作为动作执行机构，避免了采用电动机和齿轮机构作为执行元件时带来的可靠性差、环境适应性差、价格高、重量重等缺点，从而具有良好的经济效益和较强的市场竞争性。

附图说明

图1为立体拍摄示意图；

图2为立体拍摄中光学误差示意图；

图3为本发明基于压电陶瓷的立体拍摄光学误差纠偏装置示意框图；

图4为本发明中图像分析的示意图；

图5为本发明装置中误差调整机构的布置示意图；

图6为本发明装置中倾斜误差调整机构运作示意图。

具体实施方式

下面结合附图，进一步说明本发明是如何实现的。