单反相机立体摄取镜头的研制

    0 引言

    目前，双目体视的立体图像获取是由不同位置的2 台或者1 台相机经过移动或旋转拍摄同一幅场景，获取立体图像对。它是直接模拟人类双眼来记录三维景物的一种方式，具有可靠简便、场景真实、立体感强等特点，在许多领域均极具应用价值［1］。但由于镜头光路不对称及两视差图像的摄取位置误差，在重构立体图像时如果视差分离不完全会产生较严重的重影，长时间观看会出现视觉疲劳、头晕等现象，不分离视差时图像无法裸眼观看，不利于立体照相技术的推广。

    针对上述立体照相技术的不足，笔者提出了一种用于单反数码相机的立体镜头。在相机快门信号的控制下，对镜头光路对称分割，利用镜头光瞳局部成像实现双目视差立体图像对的摄取［2］。

    1 立体镜头的实现方案

    立体镜头的实现方案如图1 所示，它主要由立体光圈、聚焦物镜组件、控制电路三大部份构成。立体光圈的左、右子光圈将镜头光路对称分割，镜头工作时，物镜组件通过子光圈将场景聚焦成像于CCD 上，利用单反相机连拍时输出的快门信号，通过控制电路控制立体光圈工作于不同方式，分时复用相机摄取左、右眼视差图像及红青互补色立体图像。

    2 立体光圈设计

    立体光圈结构如图2 所示，它主要由支架，左、右子光圈，红、青滤色片及旋转电磁铁构成［3］。为确保左、右眼视差图像景深一致，左、右子光圈应具有相同的直径 d。当左、右子光圈外侧间距 D 确定时，左、右眼视差图像的景深( 即立体图像景深) 随 d/D 的增大而减小，合成图像的无重影景深随 d/D 的增大而增大，当 d = D/3 时，可得到立体光圈工作时，旋转电磁铁在控制信号的驱动下，最大立体景深的无重影画面［4］。

    立体光圈工作时，旋转电磁铁在控制信号的驱动下，带动与之相连接的红、青滤色片转动。由于红、青滤色片具有完全互补的滤光特性，当两滤色片分别覆盖两个子光圈可摄取红青互补色立体图像; 当两滤色片同时覆盖左、右光圈，可获得右、左立体视差图像。

    3 控制电路设计

    3． 1 主控制器

    控制电路中的微处器采用 ATtiny13A 单片机，它是一款高性能、低功耗的 8 位 AVR 微处理器，片内有 64 byte的 SRAM，一个独立的8 位定时器/计数器及两条 PWM 通道，独立片内振荡器的可编程看门狗定时器，具有低功耗空闲模式、噪声抑制模式、省电模式和增强型上电复位功能。该单片机可满足相机的节能要求。

    3． 2 硬件电路设计

    立体光圈的控制电路如图 3 所示，图中电源电压 VCC取自数码相机内5 V 的 VBAT 电压。当图像摄取设备工作时输出的快门信号SH，经电阻 R1 和 R2 分压后送入单片机 U1 的3 脚，在单片机内部程序的控制下从 U1 的 5，6，7，2 脚分别输出如图 4 所示的 PB0，PB1，PB2 和 PB3 脉冲序列，这些脉冲序列经 U2 内部电路放大后分别从 3，8，13，18 脚输出，驱动立体光圈中与左、右子光圈相连接的旋转电磁铁 L3 和 L4 转动。