CN104246598A

CN104246598A - 用于3d显示终点摄影图像的装置

Info

Publication number: CN104246598A
Application number: CN201380010526.1A
Authority: CN
Inventors: P·理查德
Original assignee: Swiss Timing Ltd
Current assignee: Swiss Timing Ltd
Priority date: 2012-02-22
Filing date: 2013-02-11
Publication date: 2014-12-24
Also published as: JP2015515605A; HK1204084A1; US20150015675A1; US9774842B2; JP6110883B2; CA2865015C; AU2013224324B2; EP2817675A2; WO2013124180A2; AU2013224324A1; WO2013124180A3; EP2817675B1; CA2865015A1

Abstract

一种用于终点摄影类型系统的成像装置，其包括在终点线(0)上对齐的第一照相机(C1)，还包括第二照相机(C2)，其也在所述终点线(0)上对齐，并以第一高度(h)相对所述第一照相机(C1)偏移，该方法用于显示三维立体图像。

Description

用于3D显示终点摄影图像的装置

技术领域

本发明涉及运动竞赛期间计时数据的显示，更具体地，涉及在终点线的终点摄影类型显示。

背景技术

在计时运动比赛或竞赛中，特别是在田径比赛中，计时装置一般利用声信号的发射以同步方式启动，并在每个竞争者分别越过终点线时针对每个竞争者停止。然而，可能发生这样的情况：计时系统的分辨率(例如，典型为百分之一秒)不足以在测量时间相同的两个竞赛者之间相区分。为此，需要辅助装置以协助计时，存在手动操作的系统用于此目的，该系统基于由非常精确地位于终点线中心的高清照相机依次拍摄的图像的视觉识别。在竞争者已经完成比赛后，操作者以异步方式分析在给定时间拍摄、从而对应于测量时间的图像序列；因此，该分析使得为每个竞争者确定更准确的例如千分之一秒的越线时间，并以可靠方式排列竞争者成为可能。这种类型的辅助计时显示通常被称为“终点摄影”装置。

这种类型的辅助显示系统已被知晓比较长时间了，例如，被公开在涉及狗比赛的美国专利No.3502009中。终点摄影装置使得使用位于计时装置中心上的第一镜头而获得的时间值能够被叠加到使用位于终点线中心上的第二镜头的竞争者的图像上。因此，显影的胶片使得有可能确定越过线的第一只狗及其单圈时间或者结束时间。

为了克服竞争者遮蔽彼此的难题，该难题可妨碍操作者围绕有争议的测量时间执行图像序列的相关分析，终点摄影系统很经常使用多个照相机。然而，由于终点线上所要求的精确对齐，所使用的照相机不能横向移位以解决这个遮蔽问题；这就是为什么所采用的两个照相机分别位于终点线两侧的任一侧。

还存在已知的用于显示三维图像的立体光学系统，其提供了更加用户友好和直观的呈现以用于人观看图像。该立体系统是基于以与大脑相同的方式来构建凸版图像，即，通过分析沿不同视轴线拍摄的两个平面图像。因此，该立体系统通常使用双镜头照相机，镜头之间的间隔对应于例如平均两眼间间隔，即，约75至80毫米。然而，该光学系统不幸地不适合于终点摄影系统，因为照片拍摄轴之间要求横向偏移，拍摄轴不能同时在终点线上对齐，因此，该系统不可能以可靠和准确的方式克服计时系统的缺点。

所以，需要没有这些已知限制的辅助计时系统。

发明内容

本发明的一个目标是提供一种用于显示三维终点摄影图像的装置和方法。

本发明的另一目标是提供一种易于实现并廉价的这种类型的装置和方法。

特别地，这些目标通过用于终点摄影系统的成像装置而实现，所述成像装置包括在终点线上对齐的第一照相机，其特征在于，所述装置包括第二照相机，所述第二照相机也在终点线上对齐，并以第一高度相对第一照相机偏移，以用于显示三维立体图像。

这些目标也通过用于形成三维终点摄影图像的第一方法而实现，其特征在于，包括步骤：定义拍摄持续时间T；使得在终点线上对齐并以高度h偏移的第一和第二照相机在基准时间To上时间同步；对于基准时间To由第一照相机形成第一图像，对于相同的基准时间To由第二照相机形成第二图像；然后，聚合这两个图像以形成立体图像。

本发明的具体实施方案在从属权利要求中限定。

本发明的一个优点是以简单的方式产生凸版终点摄影图像，而不需要复杂的图像处理工具，并可以容易地显示给在运动竞技场中出席的或者在其电视屏幕前的观众。

该解决方案的另一个优点是提供了一种用于实现立体显示系统和方法的模块化体系结构，其对用于终点摄影系统的普通现有基础设施只需要很少的修改。

附图说明

本发明的有利示例实现在说明书中给出，并在所附的附图中示出：

图1A和B分别示出在本发明的优选实施例中所使用的多个照相机的沿终点线轴线的前视图和俯视图；

图2示出根据本发明的优选实施例用于产生立体图像的所用照相机和图像管理系统的图；

图3示出根据本发明的优选实施例用于形成和显示图像的各种处理步骤的图。

具体实施方式

图1A示出在本发明的优选实施例中使用的多个照相机的沿终点线轴线的前视图。该图示出了各个赛道L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8，其是田径跑道的正常赛道，还示出了以一定高度设置在田径跑道的两侧的四个照相机C1、C2、C3、C4。根据该优选实施例，由彼此竖直偏移的两个照相机在相同参考时刻拍摄的两个图像形成立体图像。因此，在终点线上对齐的第一照相机C1和第二照相机C2以第一高度h彼此偏移，同样，在终点线上对齐的第三照相机C3和第四照相机C4以第二高度h’彼此偏移。将两对照相机排列在终点线两侧的各一侧(即，形成对C1-C2和对C3-C4)的优点在于，能够根据终点线上各竞争者的位置来选择最优照相机对，以避免任何遮蔽。第一照相机对，例如，对C1-C2，可被赋予主对状态的属性，即，由本发明的成像装置使用的默认照相机对，而第二照相机对C3-C4可仅当竞争者在从第一照相机对C1-C2获取的图像中被遮蔽时作为辅助对使用。图1B示出相同的八个赛道L1-L8和终点线0，还示出四个照相机C1、C2、C3、C4在终点线0上的对齐，及其它们分组为在终点线0两侧的对C1-C2和对C3-C4。每对的照相机用轻微的轴向偏移示出，以便它们能够更容易地相互区分。

由于实际原因，每对的照相机之间的高度偏移被选择为远大于两眼间间隔，以便于照相机的定位。在实践中，可以选择优选在40至50厘米之间的第一间隔h和第二间隔h'，以在对中的第一照相机已被安放到位后留出足够的空间来安装对中的第二照相机，并同时使得每对照相机之间的距离相对于平均两眼间间隔的乘数因子能够通过缩放作用校正，即，通过修改照相机镜头的焦距来校正。然而，第一间隔h和第二间隔h'不一定需要是相等的，其可根据竞争发生的地点的约束来调整，以避免要求对已有基础设施进行任何调整，并从而最小化所提出的成像系统的空间约束。

图2示出根据本发明优选实施例的用于终点摄影系统的成像装置的图，详细示出了在上图1B中所示的两个照相机C1和C2的物理体系结构，及其与计时系统6和立体显示系统3的交互。

两个照相机C1和C2的每一个包括在镜头组件的端部的镜头(对于各自照相机分别标注为10和20)，以用于经由线扫描电荷耦合元件(LS-CCD)或CMOS(对于每个照相机C1和C2分别标注为11和21)，形成高度H和宽度I的窄条形图像(对于各自照相机分别标注为1和2，也通常称为“帧”)，其大小可达几千个像素。镜头组件优选在终点线上调整以显示预定高度H的图像，这通过使用在下图3A和3B中可见的数量N的矩阵的像素来实现。LS-CCD/CMOS传感器可以优选由单列像素的矩阵构成，以使得帧1和2的相应宽度I完全由图像的高度H和所述传感器的列的像素数目N决定。根据变型，可以使用具有若干列的CCD/CMOS矩阵传感器，其中只有一个预定义的列用于形成终点线的图像。

图像采样器/控制器(在每个照相机C1、C2上分别标注为15-25)以规则的时间间隔，分别检测每个LS-CMOS传感器11-21的光照水平，然后使用增益控制放大器(在每个照相机C1-C2上分别标注为12和22)将输出信号放大，使用模拟数字转换器(A/D，对于每个照相机C1和C2，分别标注为13-23)将上述信号数字地转换，并将它们保存在缓冲区中(对于每个照相机C1和C2分别标注为14-24)。从而，由每个照相机C1和C2拍摄的一系列帧1和2分别以像素列101和102的形式保存(参见以下图3A中所示)，其采样频率优选高于或等于1000，以使得对应于基准时间且最大分隔千分之一秒的图像可通过聚合不同的像素列101、102来形成。采样频率由此限定了计时精度。缓冲区优选包括若干百兆字节的RAM，例如，SDRAM(同步动态随机存取存储器)，用于包括若干小时的图像。

为了保证在相对基准时间上，即，相对于比赛的开始，而不仅仅是绝对时间，照相机C1和C2之间的同步，每个照相机都将被连接到计时系统6。对应于基准时间的每个所传输的像素列可与对应于基准时间的标记一起保存，从而允许更容易的后续数据处理。

第一照相机C1和第二照相机C2各自被连接到诸如计算机服务器的图像管理系统4，其包括处理器41和存储单元42，用于处理在照相机C1和C2的缓存区14-24的输出处取回的数据以形成立体图像30。图像管理系统4还被连接到监控屏幕5，以在将图像经由例如广播线路的传输线路31传输到电视接收器(例如，经由符合DVB标准的数字赫兹网络)或者经由IP多播网络传输到连接到互联网的计算机组之前，允许操作者查看图像。

这样，在图2中示出的包括图像管理系统4以及与传输线路31的连接的立体显示系统3可以首先由从照相机C1和C2接收的帧形成立体图像30，并将该图像传输以用于在远程接收器(未在该图中示出)上显示。

可以理解，与图2中描述的物理体系结构相似的物理体系结构将优选用于设置在终点线的相反侧上的照相机C3和C4，其也被连接到计算机图像管理系统4和计时系统6上。取决于要连接的装置之间的距离和所要求的数据传输流，该连接可以基于Wi-Fi类型无线技术；出于紧凑性的原因，寻求在不必要的时候避免使用电缆。

图3示出用于产生立体终点摄影图像3的方法的优选变型。用于形成三维空间中的终点摄影图像的方法包括定义拍摄持续时间(T)的初步步骤(A)，该拍摄持续时间确定了被要求显示的图像的尺寸，或者更具体地，其整体的宽度L。事实上，如果每个图像条或帧具有统一的宽度I，则采样频率(例如，每千分之一秒)以及拍摄持续时间T(其被选择为千分之一的倍数，例如一秒)确定了像素M的数量，该数量限定了相应图像的整体宽度L。在这些图中，时间轴t从所选的基准时刻To起从右延伸到左，该To是最右边的帧被拍摄的时刻，所有其它已拍摄的帧都接续在该参考时刻之后。然而，将理解的是，如果使用照相机C3和C4，从而比赛的方向反转，则时间轴t会从左延伸到右，即，仍然是与比赛的方向相反的方向。

如在图3中所见，由第一和第二照相机C1和C2所拍摄的第一和第二图像分别被标注为I1和I2；它们以像素矩阵N*M的形式数字化，对应于高度H和宽度L。像素矩阵是通过聚合分别对应于帧1和2的各种像素列101和102而得到的。

为了让每个照相机C1和C2的每个图像I1和I2对应于相同的时刻To，必须在第一照相机C1和第二照相机C2上执行时间同步步骤(B0)；两个照相机在能够形成立体图像30之前都在终点线0上对齐，因为，根据该优选实施例，形成立体图像的每个图像必须对应于每个眼睛同时所看到的。一旦该同步由于每个照相机与计时系统6的连接而得到执行，就会在步骤B1和B2形成对于所述基准时间To从所述第一照相机C1获得的第一图像I1和对于所述基准时间To从所述第二照相机C2获得的第一图像I2，其由图像管理系统4交替或同时产生。

在聚合第一图像和第二图像(I1，I2)以形成立体图像30之前，可执行附加的图像整流步骤C，以使得所显示图像更容易阅读。事实上，两个照相机C1、C2的轴线-也即，在终点线的相反侧上的照相机C3、C4的轴线-在终点线的平面中是竖直的，它确定了眼睛感知立体图像的方向的线。换言之，立体图像的形成犹如第一照相机C1是左眼或右眼，而第二照相机C2是另一只眼睛，在没有任何其它初步图像处理的情况下，这将迫使电视观众将他的头向右或向左旋转90度以适当地看到由图像L1和L2形成的立体图像30。因此，根据本发明的优选变型，附加的图像整流步骤C将被执行，当整流操作由计算机图像处理系统4执行时，其包括，例如，反向堆栈C'和矩阵转置C″的子步骤。排序子步骤C'通过在新的数据堆栈中以LIFO模式(后进先出)保存对应于图像I1和I2的帧的所有像素列来允许中心轴对称得以实现，而矩阵转置操作包括反转矩阵的行和列。可容易领会的是，先C'然后C″的步骤顺序允许每个图像以逆时针方向旋转90度，而先C″然后C'的步骤顺序允许每个图像以顺时针方向旋转90度。因此，选择一个或另一个顺序的选择实际上是将一个照相机分配给一只眼睛并确定观看的轴：先步骤C'然后是步骤C″将把第一照相机C1与右眼关联在一起，并整流图像I1和I2以产生具有竞争者的前视图的立体图像30；相反的顺序，即，先步骤C″然后步骤C'则将第一相机C'与左眼关联在一起，采用竞争者的后视图。这就是为什么在整流步骤C后所获得的图像在图2中被标注为I1/I2和I2/I1，其取决于所选择的顺序。

一旦执行了该整流步骤，可由计算机图像管理系统4通过在聚合步骤D中聚合两个所整流的图像来形成立体图像30，然后，在随后的步骤E中，立体显示系统3可以在例如广播网络的传输网络31上发射立体图像30，以用于操作者在监控屏幕上核实之后在远程接收器(例如电视)上远程显示。将清楚的是，为确定基准时间To，终点摄影系统操作者可以在监控屏幕5上执行初步显示迭代；该初步步骤也可在第一照相机C1上建立任何遮蔽并需要切换到在终点线的相反侧上的第三和第四照相机C3、C4对。

因此，根据所示的优选实施例，数字处理装置用于在经由计算机图像管理系统4形成立体图像之前整流图像；根据可选实施例，有可能通过使用具有45度反射的潜望镜类型的光学装置实现正视，其可消除对于数据处理步骤的需要。为了避免对终点线上所用的照相机的现有结构的任何修改，可使用以模块化方式安装在镜头上的潜望镜镜片。

虽然，用于形成立体图像的解决方案已参照田径竞赛描述，但将理解的是，如上所述的该装置和方法在不脱离本发明的范围的情况下可用于其它类型的运动，例如，自行车、速度滑冰或划船。

上述装置和方法还具有这样的优点，即只要求对现有终点摄影系统的物理体系结构做非常少量的修改，而仅仅可能增加用于从其它角度捕获图像的额外照相机。因此，采用用于后处理由终点线上的一个或多个照相机获得的常规终点摄影图像的附加模块，以及用于形成三维图像的特定立体显示装置，所提出的该系统和方法的整个信息情报在基础设施的后端中，即在对观众不可见的部分中，进行转换。

Claims

1.一种用于终点摄影类型系统的成像装置，其包括在终点线(0)上对齐的第一照相机(C1)，其特征在于，所述装置包括：

第二照相机(C2)，其也在所述终点线(0)上对齐，并以第一高度(h)相对所述第一照相机(C1)偏移，以用于显示三维立体图像。

2.根据前述权利要求所述的用于终点摄影系统的成像装置，其特征在于，所述第一和第二照相机(C1，C2)之间的所述高度偏移(h)比两眼间间隔更大。

3.根据权利要求2所述的用于终点摄影系统的成像装置，其特征在于，所述装置包括：第三照相机(C3)和第四照相机(C4)，其中，所述第三照相机(C3)也在所述终点线(0)上对齐，并被布置在所述终点线(0)的相对于所述第一照相机(C1)的相反侧，所述第四照相机(C4)也在所述终点线(0)上对齐，并被布置在所述终点线(0)的与所述第三照相机(C3)相同的一侧，所述第四照相机(C4)以第二高度(h')相对所述第三照相机(C3)偏移。

4.根据权利要求1所述的用于终点摄影系统的成像装置，其特征在于，所述装置进一步包括图像整流装置，所述图像整流装置是光学或数字处理类型装置。

5.根据任意前述权利要求所述的用于终点摄影系统的成像装置，其特征在于，所述第一和第二照相机(C1，C2)使用线扫描(LS-CCD/CMOS)传感器(11,21)。

6.根据权利要求5所述的用于终点摄影系统的成像装置，其特征在于，所述装置包括计算机图像管理系统(4)，在一个方面，所述计算机图像管理系统(4)被连接到所述第一和第二照相机(C1，C2)的每一个上以形成立体图像(30)，在另一个方面，其被连接到监控屏幕(5)和传输网络(31)上。

7.一种用于形成三维终点摄影图像的方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

-(A)定义拍摄持续时间(T)；

-(B0)使在终点线(0)上对齐的第一照相机(C1)和在所述终点线(0)上对齐的第二照相机(C2)在基准时间To上时间同步，其中，所述第一和第二照相机(C1，C2)在所述终点线(0)上以高度(h)偏移；

-(B1)对于所述基准时间To形成从所述第一照相机(C1)获得的第一图像(I1)；

-(B2)对于所述基准时间To形成从所述第二照相机(C2)获得的第二图像(I2)；

-(D)聚合所述第一和第二图像(I1，I2)以形成立体图像(30)。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法包括附加的图像整流步骤(C)。

9.根据权利要求8所述的方法，所述图像整流步骤(C)包括第一反向堆栈子步骤(C')和第二矩阵转置子步骤(C″)。

10.根据权利要求7至9的任意权利要求所述的方法，其特征在于，所述方法包括附加步骤：

-(E)在传输网络(31)上传输所述立体图像(30)以用于在远程接收器上远程显示。