3D自動成像系統

劉貽圳 吳俊耦 魏嘉裕

摘要：針對傳統攝影成本高、效率低下、拍攝質量不高、局限于平面化等問題，給出了3D自動成像系統的實現方案。以串口通信技術和圖像合成技術為主要研究手段，突破傳統攝影弊端，從此讓產品攝影簡單化、全景化。他們只需配備一臺電腦和單反相機，系統通過3D自動成像軟件控制單反相機及智能旋轉平臺對產品進行多角度拍攝，便能在短短的幾分鐘內可合成出html5格式的產品360度展示動畫，而做出來的360度展示動畫可以上傳到他們的網站、網店、還可以給客戶發送產品樣板的360度全景展示效果，只要客戶點開該360度全景展示動畫，就能如實地觀看到產品的不同角度跟細節，大大提高了用戶體驗度，從而增加產品銷量。

關鍵詞：智能；串口通信；圖像合成；360度全景展示

中圖分類號： TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）10（a）-0000-00

3D Automatic Imaging System

LIU Yizhen，WU Junou，WEI Jiayu

（University of Electronic Science And Technology of China，Zhongshan Institute Computer Institute，Guangdong 528402，China）

Abstract：In view of the problems such as high cost， low efficiency， low quality of shooting and limited to the plane， the implementation scheme of 3D automatic imaging system is given. It uses the serial communication technology as the main research means，breaking through of the traditional photography， and it makes product photography simple and panoramic from now on.They only need to equipped with a computer and Single Lens Reflex camera， the system control Single Lens Reflex camera and intelligent rotating platform for many angles shooting through 3D automatic imaging software， then can synthesize the html5 product that is 360 degrees display animation in a few minutes. And made out of the 360 degree display animation can be uploaded to the website and online shop and the sample of the 360 degrees panoramic display effect can be sent to customers.As long as the customer points to open the 360 degrees panoramic display animation； they can accurately view the product's different angles and details. It greatly improves the user experience， so as to increase product sales.

Key words： intelligence；serial communication；image synthesis；360 degree panoramic display

0 前言

電子商務、網購的應用日益廣泛，網購一族通過互聯網進行商品查看已經成為了一種時尚生活方式。那么在電商的浪潮中，如何把握更多機會讓自己的產品更吸引消費者的眼球，如何高效、便捷、完美地將商品呈現在消費者面前成了眾多商家的難題，如果產品圖片質量不高，勢必會影響消費者對產品的感受，從而影響產品銷量。產品360度全景展示就很好的攻克了這一難題，傳統的電商平臺產品展示靠靜態圖片，而360度全景展示它可以使產品360度自由旋轉瀏覽，讓消費者網購體驗產品一目了然。360度全景展示不但使得產品外貌高清逼真，而且左右拖動鼠標能詳細觀看產品360度各個面的信息，做到讓顧客更直觀的去了解網站上所展示的商品。360度全景展示與傳統靜態圖片對比無論是產品與消費者之間互動上，還是在產品外觀的展示上，360度全景展示都優于靜態圖片展示，同時360度全景展示也有利于提高成交率，減少退貨量，最大限度的減小消費者的期望誤差，大大提升消費者對商家的滿意度及好評率。

1 系統總體設計

3D自動成像系統系統結構總框架圖如1所示。由系統結構總框架圖可知，以3D自動成像軟件為控制中心，電腦安裝運行3D自動成像軟件后，只需用USB數據線將智能旋轉平臺和單反相機與電腦連接，接上設備電源，調整好單反相機和無影燈箱拍攝環境后，打開電源開關，設置好拍攝參數，然后點擊開始拍攝即可由3D自動成像軟件對單反相機和微控制器發出控制命令對智能旋轉平臺上的物品進行多角度拍攝，拍攝后的照片會自動傳到電腦本地，拍攝完成后可以點擊制作360度全景展示動畫。

圖1 步行康復訓練機器人裝置

2 硬件電路設計

2.1供電電源電路設計

對于電源部分，使用12V的DC適配器，通過火車頭插頭將電源輸入，經過78M05-5.0穩壓IC將12V穩壓到5V以供單片機和外設電路使用。由于原理圖中既有數字電路又包含模擬電路，這里通過π型濾波將數字電源5V進行濾波，作為模擬電路的電源（5V），數字地和模擬地通過0歐電阻隔開，用發光二極管顯示電源的工作狀態，亮時表示電源工作，如圖2所示：

圖2電源電路圖

2 2USB轉串口通信電路設計

USB轉串口即實現計算機USB接口到通用串口之間的轉換。為沒有串口的計算機提供快速的通道，而且，使用USB轉串口設備等于將傳統的串口設備變成了即插即用的USB設備。作為應用最廣泛的USB接口，每臺電腦必不可少的通訊接口之一，它的最大特點是支持熱插撥，即插即用。眾所周知現在筆記本上很少帶有串口了，而串口又是做電子設計必備的通訊接口之一，好在USB轉串口比較方便，為了使通信更加穩定，如圖3所示我們采用通過有線USB轉串口FT232RL的形式進行數據通信，FT232RL為接口轉換芯片，可以實現USB到串行UART接口的轉換，也可轉換到同步、異步Bit-Bang接口模式。FT232RL工作電壓為5V，單片機工作在5V，一旦FT232RL的電壓串到單片機中，就會損壞單片機，同時FT232RL的信號會干擾單片機，也可能導致系統工作失誤，因此接口器件必須經過光耦的隔離接到單片機。

圖3 USB轉串口通信電路圖

2.3步進電機驅動電路設計

為了讓智能旋轉平臺轉起來必須要有電機的帶動，我們這里采用二相混合式42步進電機來帶動智能旋轉平臺，步進電機可以實現精準定位控制，其步距角為1.8°，工作電流1.5A。步進電機是將電脈沖信號轉變為角位移或線位移的開環控制元步進電機件。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數，而不受負載變化的影響，當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。

為了驅動步進電機需要驅動電路，如圖4所示是42步進電機的驅動電路，經過查找資料和綜合考慮之后我們決定采用帶轉換器和過流保護的DMOS微步驅動器A4982。A4982是一款完全的微步電動機驅動器，帶有內置轉換器，易于操作。該產品可在完整、1/2、1/4及1/16步進模式時操作雙極步進電動機，輸出驅動性能為 35 V 及 ±2 A。A4982包括一個固定停機時間電流穩壓器，該穩壓器可在慢或混合衰減模式下操作。ET 封裝在關鍵輸出、感應及電源管腳間添加無連接管腳，滿足客戶對無煙無火 （NSNF） 設計的要求。因此，即使管腳與鄰近管腳間發生短路，該器件也不會冒煙或著火。此外，即使任何管腳與接地短路或開路，該器件也不會冒煙或著火。轉換器是A4982易于實施的關鍵。只要在“步進”輸入中輸入一個脈沖，即可驅動電動機產生微步。無須進行相位順序表、高頻率控制行或復雜的界面編程。A4982界面非常適合復雜的微處理器不可用或過載的應用。在微步運行時，A4982內的斬波控制可自動選擇電流衰減模式（慢或混合）。在混合衰減模式下，該器件初始設置為在部分固定停機時間內快速衰減，然后在余下的停機時間慢速衰減?；旌纤p電流控制方案能減少可聽到的電動機噪音、增加步進精確度并減少功耗。提供內部同步整流控制電路，以改善脈寬調制 （PWM） 操作時的功率消耗。內部電路保護包括：帶滯后的過熱關機、欠壓鎖定及交叉電流保護，不需要特別的通電排序。

圖4 步進電機驅動電路圖

3 系統軟件設計

3D自動成像系統軟件設計部分主要包括了微控制器與3D自動成像軟件間通信協議設計實現、智能旋轉平臺控制器軟件設計和3D自動成像軟件軟件設計。

3.1系統通信協議設計實現

通信協議（Communications Protocol）是指雙方實體完成通信或服務所必須遵循的規則和約定。協議定義了數據單元使用的格式，信息單元應該包含的信息與含義，連接方式，信息發送和接收的時序，從而確保網絡中數據順利地傳送到確定的地方。

本設計的通信協議設計參考串口通信協議的設計模塊自定義了通信數據包格式，如圖5所示是一幀數據包的配置協議格式圖，配置協議指的是3D自動成像軟件根據協議格式通過數據處理轉發發送給智能旋轉平臺控制器的配置信息。其主要由數據包頭和包尾的標志、包長、數據以及校驗和等幾部分組成。

圖5 通信數據包格式圖

3.2智能旋轉平臺控制器軟件設計

在智能旋轉平臺控制器軟件設計當中主要是根據定義的通信協議進行軟件編碼，其程序流程框圖如6所示。

圖6智能旋轉平臺控制器軟件設計流程圖

3.3 3D自動成像軟件軟件設計

將單反相機與電腦通過USB數據線連接，打開并運行3D自動成像軟件，注意此時3D自動成像軟件選擇相機框中一定要出現可以選擇相機的選項，并且能夠點擊“打開相機”按鈕將相機打開，才能將兩者相連起來。然后再根據實際需求來設置相機對應的參數，設置好相機參數后可查看實時模式，可以在實時模式下進行跟蹤拍照。拍好的照片直接傳送到電腦的指定路徑上，免去了要拆下相機內存卡讀照片的過程，拍攝完成后無需做任何圖片處理，一鍵點擊輕松制作3D動畫。3D自動成像軟件軟件設計流程圖如圖7所示。

圖7 3D自動成像軟件軟件設計流程圖

4 結束語

近幾年來產品360度全景展示在網絡上逐漸受到關注，相比傳統的產品展示方式360產品展示給人耳目一新的產品展示方式，產品可以360度自動旋轉，用鼠標還能左右拖動，放大高清觀看都沒問題。毫無疑問，在當今互聯網時代，電子商務有著重要一席，那么在這浪潮中，怎么抓住先機，贏得主動，360度產品全景展示值得首選，在傳統的產品展示中，很多方面已經跟不上時代的變遷，360度產品展示的普及成為必然趨勢，趕快讓你的產品動起來，生意“轉”起來吧。3D自動成像技術是全新的智能攝影技術，開啟互動體驗新時代，使現代生活更進一步，在社會生活的各方各面作用越來越明顯，對人們生活的進一步優化、對社會的進步也起到不可質疑的作用。技術的不斷優化發展，對我們的生活質量的提高具有巨大的推進作用。相信在不遠的將來這項技術會有更寬廣的前景。

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