CN109410684B - 一种摄像实训系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种摄像实训系统，涉及实训教学领域，该系统利用摄像机阵列中不同拍摄效果的摄像机可以直观模拟不同摄像机参数对拍摄画面的影响，利用可带动摄像机阵列升降的相机升降架可以模拟不同拍摄角度对拍摄画面的影响，利用可调节的灯光阵列可以模拟不同照明效果对拍摄画面的影响；利用显示阵列可以直观显示因素不同所带来的拍摄效果的差异，利用控制台的操控可以使得教师自定义各项因素的变化以进行针对性的教学，本系统使得教师可以对摄像学习课程进行实训教学，优化了摄像学习的教学模式，提高了教学过程中的实践操作性、针对性和直观性，有助于优化教学效果。

Description

一种摄像实训系统

技术领域

本发明涉及实训教学领域，尤其是一种摄像实训系统。

背景技术

摄像学习课程是一门复杂的课程，这是因为摄像效果会受到很多因素的影响，比如摄像机的参数设定、外界光照强弱以及外界光线角度等等，因此学生在摄像学习课程的过程中就需要知悉这些因素对拍摄效果的影响，从而才能掌握在不同情况下都能拍摄效果较好的画面的能力。但是目前的摄像学习大多是利用文字、图案和视频等形式的教学材料为主，学生的实践性较差，而且这些教学材料是没有针对性的，教学直观性也较差，教学效果不够理想。

发明内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种摄像实训系统，该系统使得教师可以对摄像学习课程进行实训教学，可以针对性的对不同因素对拍摄效果的影响进行直观展示，优化了教学方式。

本发明的技术方案如下：

一种摄像实训系统，该摄像实训系统包括教室主体以及设置在教室主体中的控制台、摄像机阵列、相机升降架、驱动装置、视频矩阵、网络硬盘录像机NVR和显示阵列，教室主体中具有一块包含预定区域的实景场地，实景场地中容纳有静止和/或移动的实体元素；

相机升降架设置在实景场地的周围，相机升降架包括纵向立架和横向排架，纵向立架上设置有竖直方向的滑轨，横向排架跨设在纵向立架上且置于滑轨中，驱动装置连接并驱动横向排架沿着滑轨在竖直方向上升降；

摄像机阵列包括至少两个摄像机，至少两个摄像机的拍摄效果各不相同，各个摄像机平行排列并固定在横向排架上，各个摄像机均朝向实景场地并采集实景场地的视频数据；

摄像机阵列中的各个摄像机分别连接视频矩阵，视频矩阵连接NVR，NVR连接显示阵列，显示阵列用于显示各个摄像机采集到的视频数据；

视频矩阵和NVR的控制盘分别集成在控制台中，控制台还连接并控制驱动装置。

其进一步的技术方案为，摄像机阵列中的各个摄像机的视场角、分辨率、支持的数据制式、光圈大小、焦距效果、感光度、感光类型以及成像颜色中的至少一项参数不同。

其进一步的技术方案为，摄像机阵列中包括直接设置在横向排架的摄像机以及通过云台设置在横向排架的摄像机。

其进一步的技术方案为，摄像实训系统还包括灯光阵列，灯光阵列设置在实景场地的周围，灯光阵列包括若干个照明光源，各个照明光源分别朝向实景场地，控制台分别连接并独立控制各个照明光源，使得灯光阵列为实景场地提供相应的照明效果。

其进一步的技术方案为，教室主体的开设有窗户的侧墙均挂设有可开合的遮光窗帘，教室主体中还安装有日常照明灯，教室主体的侧墙、底面和顶面均涂刷为黑色，控制台和相机升降架均呈黑色外观；在教室主体中未进行摄像实训教学时，遮光窗帘打开和/或日常照明灯打开；在教室主体中进行摄像实训教学时，遮光窗帘闭合且日常照明灯关闭。

其进一步的技术方案为，摄像实训系统还包括投影仪，投影仪挂设在教室主体的顶部且朝向教室主体的侧墙进行画面投影，投影仪连接控制台。

其进一步的技术方案为，相机升降架包括两个平行设置的纵向立架和跨设在两个纵向立架上的横向排架，两个纵向立架上分别设置有竖直方向的滑轨，横向排架的两端分别置于两个纵向立架的滑轨中；驱动装置包括两个驱动电机，每个驱动电机分别连接并驱动横向排架的一端在相应的滑轨中升降。

本发明的有益技术效果是：

本申请公开了一种摄像实训系统，该系统使得教师可以对摄像学习课程进行实训教学，利用摄像机阵列中不同拍摄效果的摄像机可以直观模拟不同摄像机参数对拍摄画面的影响，利用可带动摄像机阵列升降的相机升降架可以模拟不同拍摄角度对拍摄画面的影响，利用可调节的灯光阵列可以模拟不同照明效果对拍摄画面的影响；利用显示阵列可以直观显示因素不同所带来的拍摄效果的差异，利用控制台的操控可以使得教师自定义各项因素的变化以便进行针对性的教学，本系统优化了摄像学习的教学模式，提高了教学过程中的实践操作性、针对性和直观性，有助于优化教学效果。

附图说明

图1是本申请公开的摄像实训系统的系统结构图。

图2是本申请公开的摄像实训系统的电路连接图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

本申请公开了一种摄像实训系统，请参考图1所示的该系统的结构图和图2所示的该系统的电控图，该系统包括教室主体以及设置在教室主体中的控制台、摄像机阵列1、相机升降架2、驱动装置、视频矩阵、NVR(Network Video Recorder，网络硬盘录像机)和显示阵列。教室主体中具有一块实景场地，该实景场地是一块包含预定区域的任意面积大小的区域，实景场地中容纳有静止和/或移动的实体元素，实体元素可以是人、物体等实体，实体可以是静物形态，也可以是运动形态，比如人物走路、绕场跑步和骑车等形态，再比如模型小车运转等形态。

摄像机阵列1包括至少两个摄像机11，这至少两个摄像机11的拍摄效果各不相同，具体的，摄像机阵列1中的至少两个摄像机11的视场角、拍摄像素、支持的数据制式、光圈大小、焦距效果、感光度、感光类型以及成像颜色中的至少一项参数不同。其中，摄像机的视场角包括长焦、广角和鱼眼等类别；摄像机的分辨率比如可以是360P、720P、1080P等取值；摄像机支持的数据制式主要包括数字制式和模拟制式；摄像机的光圈大小比如可以是f/1.4、f/2.8、f/4、f/11、f/16、f/22等取值；摄像机的焦距效果包括定焦和变焦；摄像机的感光度比如可以是ISO100、ISO200、ISO400、ISO800等取值；摄像机的感光类型主要包括可见光和红外线等类别；摄像机的成像颜色包括彩色和黑白等类别。拍摄像素、支持的数据制式、感光度、感光类型以及成像颜色由摄像机本身的特性决定，视场角、光圈大小以及焦距效果由摄像机配备的镜头的特性决定。

摄像机阵列1中包括的摄像机11的数量以及各个摄像机11的参数配置根据实际需要自定义。实际应用时，为了方便对比学习各个要素对拍摄效果的影响，可以根据摄像实训教学的课程需要，按照以下各项要素进行不同的组合:(1)、视场角要素：长焦、广角、鱼眼；(2)、分辨率要素：高清、标清；(3)、数据制式要素：数字、模拟；(4)、光圈要素：光圈大小不同；(5)、感光度要素：感光度大小不同；(6)、焦距要素：定焦和变焦；(7)、色彩要素：彩色、黑白；(8)、低照度要素：红外。

摄像机阵列1中的至少两个摄像机11除了摄像机参数配置不同之外，与横向排架的连接方式也可以存在差异，摄像机阵列1中一部分的摄像机直接设置在横向排架上、另一部分摄像机通过云台设置在横向排架上，这两类可以分别模拟摄像机在不同场景中的应用。在摄像机应用于诸如广场之类的场合中时，需要摄像机进行全方位的监控，因此需要摄像机旋转监控，通过云台安装在横向排架上的摄像机可以模拟这一场景中的应用。在摄像机应用于诸如走廊、门口等场合中时，只需摄像机进行定点监视，不需要旋转，因此直接安装在横向排架上的摄像机可以模拟这一场景中的应用。

摄像机阵列1设置在相机升降架2上，具体的，本申请中的相机升降架2包括纵向立架和横向排架，纵向立架上设置有竖直方向的滑轨，横向排架跨接在纵向立架上，横向排架置于滑轨中。各个摄像机11平行排列并固定在横向排架上，各个摄像机均朝向实景场地并采集实景场地的视频数据。驱动装置连接并驱动横向排架沿着滑轨在竖直方向上升降，驱动装置可以采用电机驱动丝杆的丝杆驱动装置。由于本申请中的横向排架上需要承载多台摄像机，其数量甚至可能有20多台，因此本申请中的相机升降架2包括两个平行设置的纵向立架和跨设在两个纵向立架上的横向排架，两个纵向立架上分别设置有竖直方向的滑轨，横向排架的两端分别置于两个纵向立架的滑轨中，则本申请中的驱动装置实际包括两个驱动电机，每个驱动电机分别连接并驱动横向排架的一端在相应的滑轨中升降。采用双电机驱动的结构可以使得横向排架的两端均由驱动电机驱动主动升降，从而保证驱动力和驱动稳定性。

摄像机阵列1中的各个摄像机11分别连接视频矩阵，一个M×N的视频矩阵表示可以同时支持M路图像输入和N路图像输出，视频矩阵的每一路图像输入就是摄像机阵列中每个摄像机采集到的视频数据，视频矩阵为现有的市售设备，可以根据所需的数据路数选购合适的型号，本申请不对产品型号进行限定。视频矩阵连接NVR，NVR连接显示阵列，视频矩阵将摄像机阵列中各个摄像机采集到的视频数据处理分配后传输给NVR，NVR对视频数据进行存储并将视频数据发送给显示阵列进行显示，本申请中的显示阵列包括至少一台显示屏，本申请采用LCD显示屏。视频矩阵和NVR都由各自的控制盘控制，这是视频矩阵和NVR的固有工作属性，本申请不详细展开。视频矩阵和NVR的控制盘分别集成在本申请中的控制台中，控制台通过内部集成的控制盘可以实现如下功能：1、调整摄像机的视场角、焦距和光圈等参数；2、实现对任一台摄像机的视频图像记录和画面抓拍；3、实现对摄像机连接的云台的旋转控制；4、控制显示阵列的显示方式，比如控制在一个显示屏上采用分割画面显示多个摄像机采集到的视频数据；再比如控制在一个显示屏上全屏显示一个摄像机采集到的视频数据，通过按键切换显示不同摄像机采集到的视频数据；再比如显示阵列包括多个显示屏，控制在各个显示屏上分别显示各个摄像机采集到的视频数据，每个显示屏均采用全屏显示的方式，等等。

可选的，该摄像实训系统还包括灯光阵列3，灯光阵列设置在实景场地的周围，灯光阵列3中包括若干个照明光源30，各个照明光源30分别朝向实景场地。具体的，本申请中的灯光阵列3可以包括设置在摄像机阵列1相对于实景场地的同一侧并与摄像机11的朝向同向的前光灯阵列31、设置在摄像机阵列1相对于实景场地的另一侧并与摄像机11对向设置的背光灯阵列32，以及设置在实景场地两侧的侧光灯阵列33。

控制台除了集成有视频矩阵和NVR的控制盘之外，还提供了控制面板供教师进行人工控制，具体的，控制台连接并控制驱动装置，通过操作控制面板可以控制驱动装置的正转、反转，从而驱动横向排架升降。控制台还分别连接并独立控制各个照明光源30，使得通过操作控制面板可以控制其中部分照明光源30点亮，当灯光阵列3中照明光源30的点亮数量不同、点亮的照明光源30的位置不同时，灯光阵列3为实景场地提供不同亮度和不同照射角度的光线，从而为实景场地提供不同的照明效果。

可选的，该摄像实训系统还包括投影仪，投影仪挂设在教室主体的顶部且朝向教室主体的侧墙进行画面投影，投影仪电性连接控制台，在利用本申请公开的系统进行摄像实训教学时，可以同步将教学课件投影到教室主体的侧墙上。

图1示出了本申请公开的系统的常规布局俯视图，控制台设置在教室主体的前部区域，通常还实现成为教师的讲台，教师可以一边进行教学一边在控制台处对各个组件进行人工控制。实景场地位于教室主体的后部区域，灯光阵列3设置在实景场地的周围，摄像机阵列1和相机升降架2设置在控制台与实景场地之间且摄像机正对实景场地，投影仪悬挂在教室主体的吊顶上且投影至教室主体后方墙面上，也即摄像机阵列1对面的墙上，图1中未示出投影仪。

该教室主体的侧墙上通常开设有窗户，保证整个教室主体的正常采光，开设有窗户的侧墙均挂设有可开合的遮光窗帘，教室主体中还安装有日常照明灯，同时，教室主体的侧墙、底面和顶面均涂刷为黑色，控制台和相机升降架也均呈黑色外观，这个结构可以使得教室主体同时兼容普通授课和摄像实训教学的功能，当不需要在教室主体中进行摄像实训教学、仅需要普通授课时，可以遮光窗帘打开和/或打开日常照明灯，提供普通授课所需的照明；当需要在教室主体中进行摄像实训教学时，关闭遮光窗帘和日常照明灯，打开灯光阵列3提供照明，可以在教室主体中营造一个类似摄影棚的效果，由灯光阵列3进行照明模拟，避免外界光线的影响，为摄像实训教学提供一个良好的光照模拟环境，而教室主体内黑色的部件可以减少部件表面产生的光线干扰，从而更好地进行摄像照明模拟。

教师利用本申请公开的摄像实训系统进行摄像实训的应用如下：

1、可以对采用不同拍摄效果的摄像机拍摄的画面进行横向对比。具体的，教师根据摄像实训教学的课程需要，按照不同要素组合摄像机，通过控制台设定相应的照明效果和横向排架的位置，然后控制各个不同拍摄效果的摄像机同时采集实景场地的视频数据，然后在显示阵列上同时显示各个摄像机采集到的视频数据，此时可以直观的展现在同一个实景场地、相同照明效果和相同拍摄角度的情况下，不同摄像机参数所带来的摄像效果的差异。

比如，一个实例中的4个摄像机的要素组合情况可以如下：

标号	视场角要素	色彩要素	光圈要素
				1	长焦	彩色	f/1.4
2	广角	彩色	f/1.4
				3	长焦	黑白	f/1.4
4	长焦	黑白	f/22

则可以通过标号1和2拍摄的图像对比学习视场角要素对拍摄效果的影响，通过将标号1和3拍摄的图像对比学习色彩要素对拍摄效果的影响，通过将标号3和4拍摄的图像对比学习光圈要素对拍摄效果的影响。

2、可以对不同照明效果下的拍摄画面进行横向对比。具体的，教师通过控制台设定相应的照明效果和横向排架位置，控制摄像机采集实景场地的视频数据，然后通过控制台改变照明光源的亮灭使得灯光阵列提供不同的照明效果，利用同一摄像机再次采集实景场地的视频数据，然后在显示阵列上显示同一摄像机两次采集到的视频数据，此时可以直观的展现同一相机在同一个实景场地和相同拍摄角度的情况下，照明效果不同所带来的摄像效果的差异。

3、可以对不同的拍摄角度下拍摄的画面进行横向对比。具体的，教师通过控制台设定相应的照明效果和横向排架位置，控制摄像机采集实景场地的视频数据，然后通过控制台控制驱动装置驱动横向排架升降，使得摄像机阵列处于不同的拍摄高度，利用同一摄像机再次采集实景场地的视频数据，然后在显示阵列上显示同一摄像机两次采集到的视频数据，此时可以直观的展现同一相机在同一个实景场地和相同照明效果的情况下，拍摄高度(也即拍摄角度)的不同所带来的摄像效果的差异。

以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种摄像实训系统，其特征在于，所述摄像实训系统包括教室主体以及设置在所述教室主体中的控制台、摄像机阵列、相机升降架、驱动装置、视频矩阵、网络硬盘录像机NVR和显示阵列，所述教室主体中具有一块包含预定区域的实景场地，所述实景场地中容纳有静止和/或移动的实体元素；

所述相机升降架设置在所述实景场地的周围，所述相机升降架包括纵向立架和横向排架，所述纵向立架上设置有竖直方向的滑轨，所述横向排架跨设在所述纵向立架上且置于所述滑轨中，所述驱动装置连接并驱动所述横向排架沿着所述滑轨在竖直方向上升降；

所述摄像机阵列包括至少两个摄像机，所述至少两个摄像机的拍摄效果各不相同，各个所述摄像机平行排列并固定在所述横向排架上，各个所述摄像机均朝向所述实景场地并采集所述实景场地的视频数据；

所述摄像机阵列中的各个所述摄像机分别连接所述视频矩阵，所述视频矩阵连接所述NVR，所述NVR连接所述显示阵列，所述显示阵列用于显示各个所述摄像机采集到的视频数据；

所述视频矩阵和所述NVR的控制盘分别集成在所述控制台中，所述控制台还连接并控制所述驱动装置；

所述摄像机阵列中的各个所述摄像机的视场角、分辨率、支持的数据制式、光圈大小、焦距效果、感光度、感光类型以及成像颜色中的至少一项参数不同；

所述摄像机阵列中包括直接设置在所述横向排架的摄像机以及通过云台设置在所述横向排架的摄像机；

所述摄像实训系统还包括灯光阵列，所述灯光阵列设置在所述实景场地的周围，所述灯光阵列包括若干个照明光源，各个所述照明光源分别朝向所述实景场地；所述灯光阵列包括设置在所述摄像机阵列相对于所述实景场地的同一侧并与摄像机的朝向同向的前光灯阵列、设置在所述摄像机阵列相对于所述实景场地的另一侧并与摄像机对向设置的背光灯阵列，以及设置在所述实景场地两侧的侧光灯阵列；所述控制台分别连接并独立控制各个所述照明光源，使得所述灯光阵列为所述实景场地提供相应的照明效果；

所述教室主体的开设有窗户的侧墙均挂设有可开合的遮光窗帘，所述教室主体中还安装有日常照明灯，所述教室主体的侧墙、底面和顶面均涂刷为黑色，所述控制台和所述相机升降架均呈黑色外观；在所述教室主体中未进行摄像实训教学时，所述遮光窗帘打开和/或所述日常照明灯打开；在所述教室主体中进行摄像实训教学时，所述遮光窗帘闭合且所述日常照明灯关闭；

利用所述摄像实训系统进行摄像实训的应用包括：按照不同要素组合摄像机，通过控制台设定相应的照明效果和横向排架的位置，控制各个不同拍摄效果的摄像机同时采集实景场地的视频数据，在所述显示阵列上同时显示各个摄像机采集到的视频数据，对采用不同拍摄效果的摄像机拍摄的画面进行横向对比，展示在同一个实景场地、相同照明效果和相同拍摄角度的情况下，不同摄像机参数所带来的摄像效果的差异。

2.根据权利要求1所述的摄像实训系统，其特征在于，所述摄像实训系统还包括投影仪，所述投影仪挂设在所述教室主体的顶部且朝向所述教室主体的侧墙进行画面投影，所述投影仪连接所述控制台。

3.根据权利要求1所述的摄像实训系统，其特征在于，所述相机升降架包括两个平行设置的纵向立架和跨设在两个所述纵向立架上的横向排架，两个所述纵向立架上分别设置有竖直方向的滑轨，所述横向排架的两端分别置于两个所述纵向立架的滑轨中；所述驱动装置包括两个驱动电机，每个所述驱动电机分别连接并驱动所述横向排架的一端在相应的滑轨中升降。