林 靖，田 丰

(1.上海航天信息研究所，上海 201109；2.上海大学 影视艺术技术学院 影视工程系，上海 200072)

便携式3D拍摄支架研制

林 靖1，田 丰2

(1.上海航天信息研究所，上海 201109；2.上海大学 影视艺术技术学院 影视工程系，上海 200072)

为实现便携可拆卸的移动3D拍摄支架，设计了一种基于标准摄像配件的3D拍摄支架。针对3D拍摄支架重量大、难以初始架设等的问题，设计了3D支架主体、3D跟焦器和3D显示器模块。经实际应用，3D拍摄系统可自由配置并准确拍摄3D内容，且系统能够在无约束室内外环境中正常使用。

3D拍摄；3D跟焦；3D显示

立体影视节目已成为市场新热点，市场热潮和3D片源日益增长的需求使各相关设备厂家不断改进3D拍摄技术，推出各类新产品。3D电影放映技术大体可分为单台数字放映机放映技术和双数字放映机放映技术。如何提高3D影视拍摄和播放效果，是产业界和学术界探讨和实践的热点之一[1-5]。

美国导演詹姆斯-卡梅隆通过《阿凡达》让全球影迷看到了成熟的3D技术，从此，影视产业中的3D技术进入了高速发展的阶段。好莱坞的3D技术指导Keith Collea研制了现今世上最便捷的3D拍摄支架——Atom。该系统可以配合最小巧EPIC摄影机，曾在好莱坞3D影片《魔境仙踪》和《霍比特人：意外之旅》中使用。本系统只需用iPhone手机，便可通过Atom远程遥控挂在摇臂上的摄影机[6]。《变形金刚4》堪称业内最先进的IMAX 3D数字摄影机拍摄的商业大片，在拍摄过程中大量使用IMAX 3D摄影机，其架设在各种拍摄平台上，包括导演用于拍摄追逐场景的保时捷以及可伸缩摇臂，导演通过它们快速移动摄影机。在视频中，IMAX摄影机被绑在吊臂上，从高空自上而下拍摄出激烈的翻滚画面[7]。

本文作为所内自主课题的研究成果，实现便携可拆卸的移动3D拍摄支架，设计了一种基于标准摄像配件的3D拍摄支架，最后完成了多组3D实拍视频。

1 系统设计

1.1 原理及组成

如图1，垂直3D的基础支架采用圆型导轨支架等自行设计安装。圆型导轨采用专业级材料，底板坐骑功能结构坚固且手感光滑，其具体指标为：杆长度为30 cm；管直径15 mm，两柱间距离60 mm。垂直3D的基础支架配置6自由度云台，使得D800相机不但拥有水平、垂直、上下滑动的自由度，更拥有3轴旋转自由度。采购D800监视器，制作3D监视盒。

图1 3D垂直支架结构总体框架

1.2 3D显示器设计

3D显示器是3D拍摄的逆向光路反演。2台7 in(1 in=2.54 cm)显示器90°垂直安装，50%半反半透玻璃与2台7 in显示器都成45°夹角安装。3D显示器设计图纸如图2所示。

图2 3D显示器机壳设计图

如图3a和图3b所示，3D显示器安装后极可能出现上下2台7 in显示器显示相同画面后的图像并不重合的现象。出现这种现象后，3D显示器已无法作为标准参考来指导3D摄像机的6轴调整。如图3c和图3d所示，经过对3D显示器的后期安装微调，使得上下2台7 in显示器显示相同画面能够完全重合。这样就能为3D相机的拍摄位置和角度提供准确的依据。

图3 3D显示测试平台及3D图像重合情况

如图4所示，通过微调6自由度拍摄云台，2组拍摄画面输入3D显示器后组成了视差图像。

图4 正确的3D拍摄显示

1.3 3D跟焦器设计

2台3D同步跟焦器由1块信号发送板和2块信号接收与舵机驱动组成。信号发送模块包括1个控制旋钮、1个单片机控制板、1个无线信号发射模块、1根天线、1块锂电池。信号接收与舵机驱动模块包括1个单片机控制板、1个无线信号接收模块、1根天线、1块锂电池、1个舵机。如图5所示，把2套信号接收与舵机驱动模块装入塑料控制盒。

图5 信号接收与舵机驱动模块装入控制盒

完整的3D跟焦器如图6所示，跟焦系统由1套信号发送控制盒与2套信号接收舵机驱动控制盒组成。

图6 信号发送控制盒、信号接收舵机驱动控制盒

如图7所示，3D无线跟焦器装上3D支架，在D800相机镜头的变焦环上绑定追焦环，把跟焦齿轮靠紧跟焦齿环就能实现3D同步无线跟焦。

图7 3D同步无线跟焦

1.4 3D拍摄快速配置方法

6轴云台包括3轴平移和3轴旋转功能。云台底座支持升降，云台快装板支持前后平移，另加一个平移台即组成了3轴平移台。3轴旋转台由一个球形云台构成，其可调节阻尼，大范围或小角度调整相机的三轴方向。

图8 6轴云台标注

如图9所示，相机架设在6轴云台之上。

图9 6轴云台上的相机架设

2 实验

根据使用的相机和摄像机的不同，适当修正支架的节段数量，便可拍摄室内3D影像。具体步骤如下：调整上云台的前后位置和下云台的上下位置，确保2台相机与45°反射镜水平距离一致，并尽可能缩短；调整上云台的上下位置和下云台的前后位置，确保2台相机与45°反射镜垂直高度一致；通过相机快装板安装2台相机；调整上部相机的左右平移位置，使得上部相机的镜头对准遮光罩的半圆形孔洞；调整下部相机的左右平移位置，使得上部相机和下部相机的左右位置相等；使用2条HDMI线连接2组相机和3D显示器；打开相机和3D显示器电源，并在3D显示器内观察相机拍摄的实时视频；观察3D显示器内的2幅图像是否重合。一般情况下，初始2幅图像相差较大。在2台相机3轴平移保持一致的条件下，人工微调3轴旋转云台，直到3D显示器内的2幅图像基本重合；在2幅图像尽可能重合的条件下，向右移动下部相机云台，大致范围在3～6 cm之间(视场景大小而定)；确定图像中心区域的3D中景区域。上部相机向左旋转一个较小的角度，下部相机向左摆相同的一个角度，同时在3D显示器内观察中景是否重合，微调3轴旋转台，直到中景重合，前景和后景将保持视差，越近的前景视差越大，越远的后景视差越大；打开3D跟焦器的3组电源开关，确认旋钮旋转能控制跟焦齿环，把跟焦齿环靠紧追焦环；打开相机拍摄开关，开始拍摄。图10示出了垂直3D拍摄支架整机。

图10 垂直3D拍摄支架整机

3D拍摄系统构建并测试后立即投入3D影片拍摄与后期制作中。如图11为户外3D拍摄原片，图12为后期3D合成的影片(上下3D格式)。

图11 户外3D拍摄原片

图12 后期3D合成的影片(上下3D格式)

3 小结

针对3D拍摄支架重量大、难以初始架设等的问题，设计了3D支架主体、3D跟焦器和3D显示器模块。经实际的室内室外应用，3D拍摄系统可自由配置并准确拍摄3D内容，且系统能够在无约束室内外环境中正常使用。3D实景拍摄作为特种拍摄的重点技术之一，已成功应用到影视节目的制作过程中，本次取得了预期的成果。

在下一阶段，本课题还能对本系统进行结构加固，定制一体化支架，满足重量较大的摄像机安装；能够结合3D图像配准技术，实现全3D自动配置，满足3D快速配置和支架转移的要求；设计无线跟焦记录器，自动记录拍摄过程的焦段。本课题还将持续开展，争取在电视领域取得成绩。

[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技术立体画质全球领先[EB/OL]. [2015-05-01]. http：//news.xinhuanet.com/ent/2013-09/17/c_125399946.htm.

[7] 《变4》发布IMAX幕后视频首部用IMAX3D摄影机拍摄的商业大片[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“科技创新行动计划”高新技术领域项目(14511108200)

TN871

A

10.16280/j.videoe.2015.17.012

2015-05-05

【本文献信息】林靖，田丰.便携式3D拍摄支架研制[J].电视技术,2015，39(17).

林 靖(1982— )，主研影视技术研究与应用；

田 丰(1976— )，博士，硕士生导师，主要研究方向为影视技术研究与应用等。

责任编辑：闫雯雯