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摘要：针对传统摄影成本高、效率低下、拍摄质量不高、局限于平面化等问题，给出了3D自动成像系统的实现方案。以串口通信技术和图像合成技术为主要研究手段，突破传统摄影弊端，从此让产品摄影简单化、全景化。他们只需配备一台电脑和单反相机，系统通过3D自动成像软件控制单反相机及智能旋转平台对产品进行多角度拍摄，便能在短短的几分钟内可合成出html5格式的产品360度展示动画，而做出来的360度展示动画可以上传到他们的网站、网店、还可以给客户发送产品样板的360度全景展示效果，只要客户点开该360度全景展示动画，就能如实地观看到产品的不同角度跟细节，大大提高了用户体验度，从而增加产品销量。
关键词：智能；串口通信；图像合成；360度全景展示
中图分类号： TP273 文献标识码：A 文章编号：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
电子商务、网购的应用日益广泛，网购一族通过互联网进行商品查看已经成为了一种时尚生活方式。那么在电商的浪潮中，如何把握更多机会让自己的产品更吸引消费者的眼球，如何高效、便捷、完美地将商品呈现在消费者面前成了众多商家的难题，如果产品图片质量不高，势必会影响消费者对产品的感受，从而影响产品销量。产品360度全景展示就很好的攻克了这一难题，传统的电商平台产品展示靠静态图片，而360度全景展示它可以使产品360度自由旋转浏览，让消费者网购体验产品一目了然。360度全景展示不但使得产品外貌高清逼真，而且左右拖动鼠标能详细观看产品360度各个面的信息，做到让顾客更直观的去了解网站上所展示的商品。360度全景展示与传统静态图片对比无论是产品与消费者之间互动上，还是在产品外观的展示上，360度全景展示都优于静态图片展示，同时360度全景展示也有利于提高成交率，減少退货量，最大限度的减小消费者的期望误差，大大提升消费者对商家的满意度及好评率。
1 系统总体设计
3D自动成像系统系统结构总框架图如1所示。由系统结构总框架图可知，以3D自动成像软件为控制中心，电脑安装运行3D自动成像软件后，只需用USB数据线将智能旋转平台和单反相机与电脑连接，接上设备电源，调整好单反相机和无影灯箱拍摄环境后，打开电源开关，设置好拍摄参数，然后点击开始拍摄即可由3D自动成像软件对单反相机和微控制器发出控制命令对智能旋转平台上的物品进行多角度拍摄，拍摄后的照片会自动传到电脑本地，拍摄完成后可以点击制作360度全景展示动画。
图1 步行康复训练机器人装置 2 硬件电路设计
2.1供电电源电路设计
对于电源部分，使用12V的DC适配器，通过火车头插头将电源输入，经过78M05-5.0稳压IC将12V稳压到5V以供单片机和外设电路使用。由于原理图中既有数字电路又包含模拟电路，这里通过π型滤波将数字电源5V进行滤波，作为模拟电路的电源（5V），数字地和模拟地通过0欧电阻隔开，用发光二极管显示电源的工作状态，亮时表示电源工作，如图2所示：
图2电源电路图
2 2USB转串口通信电路设计
USB转串口即实现计算机USB接口到通用串口之间的转换。为没有串口的计算机提供快速的通道，而且，使用USB转串口设备等于将传统的串口设备变成了即插即用的USB设备。作为应用最广泛的USB接口，每台电脑必不可少的通讯接口之一，它的最大特点是支持热插拨，即插即用。众所周知现在笔记本上很少带有串口了，而串口又是做电子设计必备的通讯接口之一，好在USB转串口比较方便，为了使通信更加稳定，如图3所示我们采用通过有线USB转串口FT232RL的形式进行数据通信，FT232RL为接口转换芯片，可以实现USB到串行UART接口的转换，也可转换到同步、异步Bit-Bang接口模式。FT232RL工作电压为5V，单片机工作在5V，一旦FT232RL的电压串到单片机中，就会损坏单片机，同时FT232RL的信号会干扰单片机，也可能导致系统工作失误，因此接口器件必须经过光耦的隔离接到单片机。
图3 USB转串口通信电路图
2.3步进电机驱动电路设计
为了让智能旋转平台转起来必须要有电机的带动，我们这里采用二相混合式42步进电机来带动智能旋转平台，步进电机可以实现精准定位控制，其步距角为1.8°，工作电流1.5A。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。
为了驱动步进电机需要驱动电路，如图4所示是42步进电机的驱动电路，经过查找资料和综合考虑之后我们决定采用带转换器和过流保护的DMOS微步驱动器A4982。A4982是一款完全的微步电动机驱动器，带有内置转换器，易于操作。该产品可在完整、1/2、1/4及1/16步进模式时操作双极步进电动机，输出驱动性能为 35 V 及 ±2 A。A4982包括一个固定停机时间电流稳压器，该稳压器可在慢或混合衰减模式下操作。ET 封装在关键输出、感应及电源管脚间添加无连接管脚，满足客户对无烟无火 （NSNF） 设计的要求。因此，即使管脚与邻近管脚间发生短路，该器件也不会冒烟或着火。此外，即使任何管脚与接地短路或开路，该器件也不会冒烟或着火。转换器是A4982易于实施的关键。只要在“步进”输入中输入一个脉冲，即可驱动电动机产生微步。无须进行相位顺序表、高频率控制行或复杂的界面编程。A4982界面非常适合复杂的微处理器不可用或过载的应用。在微步运行时，A4982内的斩波控制可自动选择电流衰减模式（慢或混合）。在混合衰减模式下，该器件初始设置为在部分固定停机时间内快速衰减，然后在余下的停机时间慢速衰减。混合衰减电流控制方案能减少可听到的电动机噪音、增加步进精确度并减少功耗。提供内部同步整流控制电路，以改善脉宽调制 （PWM） 操作时的功率消耗。内部电路保护包括：带滞后的过热关机、欠压锁定及交叉电流保护，不需要特别的通电排序。
图4 步进电机驱动电路图
3 系统软件设计
3D自动成像系统软件设计部分主要包括了微控制器与3D自动成像软件间通信协议设计实现、智能旋转平台控制器软件设计和3D自动成像软件软件设计。
3.1系统通信协议设计实现
通信协议（Communications Protocol）是指双方实体完成通信或服务所必须遵循的规则和约定。协议定义了数据单元使用的格式，信息单元应该包含的信息与含义，连接方式，信息发送和接收的时序，从而确保网络中数据顺利地传送到确定的地方。
本设计的通信协议设计参考串口通信协议的设计模块自定义了通信数据包格式，如图5所示是一帧数据包的配置协议格式图，配置协议指的是3D自动成像软件根据协议格式通过数据处理转发发送给智能旋转平台控制器的配置信息。其主要由数据包头和包尾的标志、包长、数据以及校验和等几部分组成。
图5 通信数据包格式图
3.2智能旋转平台控制器软件设计
在智能旋转平台控制器软件设计当中主要是根据定义的通信协议进行软件编码，其程序流程框图如6所示。
图6智能旋转平台控制器软件设计流程图
3.3 3D自动成像软件软件设计
将单反相机与电脑通过USB数据线连接，打开并运行3D自动成像软件，注意此时3D自动成像软件选择相机框中一定要出现可以选择相机的选项，并且能够点击“打开相机”按钮将相机打开，才能将两者相连起来。然后再根据实际需求来设置相机对应的参数，设置好相机参数后可查看实时模式，可以在实时模式下进行跟踪拍照。拍好的照片直接传送到电脑的指定路径上，免去了要拆下相机内存卡读照片的过程，拍摄完成后无需做任何图片处理，一键点击轻松制作3D动画。3D自动成像软件软件设计流程图如图7所示。
图7 3D自动成像软件软件设计流程图
4 结束语
近几年来产品360度全景展示在网络上逐渐受到关注，相比传统的产品展示方式360产品展示给人耳目一新的产品展示方式，产品可以360度自动旋转，用鼠标还能左右拖动，放大高清观看都没问题。毫无疑问，在当今互联网时代，电子商务有着重要一席，那么在这浪潮中，怎么抓住先机，赢得主动，360度产品全景展示值得首选，在传统的产品展示中，很多方面已经跟不上时代的变迁，360度产品展示的普及成为必然趋势，赶快让你的产品动起来，生意“转”起来吧。3D自动成像技术是全新的智能摄影技术，开启互动体验新时代，使现代生活更进一步，在社会生活的各方各面作用越来越明显，对人们生活的进一步优化、对社会的进步也起到不可质疑的作用。技术的不断优化发展，对我们的生活质量的提高具有巨大的推进作用。相信在不远的将来这项技术会有更宽广的前景。
参考文献：
[1]王文泉.基于SerialPort的串口通信系统实现[J].计算机应用技术，2011，30（05）：22-23.
[2]马潮.AVR单片机嵌入式系统原理与应用实践（第2版）[M].北京：北京航天航空大学出版社，2011.
[3]周润景，江思敏. PADS logic/layout原理图与电路板设计[M].北京：机械工业出版社，2011.
[4]罗福强，杨剑，张敏辉.C#程序设计经典教程[M].北京：清华大学出版社，2014.
[5]龙马工作室.精通JavaScript+jQuery：100%动态网页设计密码[M].北京：人民邮电出版社，2014.
[6]冯庆东，杨丽.C#项目開发全程实录（第3版）[M].北京：清华大学出版社，2013.
[7]谭浩强.C程序设计（第三版）[M].北京：清华大学出版社，2005.
[8]汤小丹，梁红兵，哲风屏，汤子瀛.计算机操作系统（第三版）[M].西安：西安电子科技大学出版社.2007.
关键词：智能；串口通信；图像合成；360度全景展示
中图分类号： TP273 文献标识码：A 文章编号：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
电子商务、网购的应用日益广泛，网购一族通过互联网进行商品查看已经成为了一种时尚生活方式。那么在电商的浪潮中，如何把握更多机会让自己的产品更吸引消费者的眼球，如何高效、便捷、完美地将商品呈现在消费者面前成了众多商家的难题，如果产品图片质量不高，势必会影响消费者对产品的感受，从而影响产品销量。产品360度全景展示就很好的攻克了这一难题，传统的电商平台产品展示靠静态图片，而360度全景展示它可以使产品360度自由旋转浏览，让消费者网购体验产品一目了然。360度全景展示不但使得产品外貌高清逼真，而且左右拖动鼠标能详细观看产品360度各个面的信息，做到让顾客更直观的去了解网站上所展示的商品。360度全景展示与传统静态图片对比无论是产品与消费者之间互动上，还是在产品外观的展示上，360度全景展示都优于静态图片展示，同时360度全景展示也有利于提高成交率，減少退货量，最大限度的减小消费者的期望误差，大大提升消费者对商家的满意度及好评率。
1 系统总体设计
3D自动成像系统系统结构总框架图如1所示。由系统结构总框架图可知，以3D自动成像软件为控制中心，电脑安装运行3D自动成像软件后，只需用USB数据线将智能旋转平台和单反相机与电脑连接，接上设备电源，调整好单反相机和无影灯箱拍摄环境后，打开电源开关，设置好拍摄参数，然后点击开始拍摄即可由3D自动成像软件对单反相机和微控制器发出控制命令对智能旋转平台上的物品进行多角度拍摄，拍摄后的照片会自动传到电脑本地，拍摄完成后可以点击制作360度全景展示动画。
图1 步行康复训练机器人装置 2 硬件电路设计
2.1供电电源电路设计
对于电源部分，使用12V的DC适配器，通过火车头插头将电源输入，经过78M05-5.0稳压IC将12V稳压到5V以供单片机和外设电路使用。由于原理图中既有数字电路又包含模拟电路，这里通过π型滤波将数字电源5V进行滤波，作为模拟电路的电源（5V），数字地和模拟地通过0欧电阻隔开，用发光二极管显示电源的工作状态，亮时表示电源工作，如图2所示：
图2电源电路图
2 2USB转串口通信电路设计
USB转串口即实现计算机USB接口到通用串口之间的转换。为没有串口的计算机提供快速的通道，而且，使用USB转串口设备等于将传统的串口设备变成了即插即用的USB设备。作为应用最广泛的USB接口，每台电脑必不可少的通讯接口之一，它的最大特点是支持热插拨，即插即用。众所周知现在笔记本上很少带有串口了，而串口又是做电子设计必备的通讯接口之一，好在USB转串口比较方便，为了使通信更加稳定，如图3所示我们采用通过有线USB转串口FT232RL的形式进行数据通信，FT232RL为接口转换芯片，可以实现USB到串行UART接口的转换，也可转换到同步、异步Bit-Bang接口模式。FT232RL工作电压为5V，单片机工作在5V，一旦FT232RL的电压串到单片机中，就会损坏单片机，同时FT232RL的信号会干扰单片机，也可能导致系统工作失误，因此接口器件必须经过光耦的隔离接到单片机。
图3 USB转串口通信电路图
2.3步进电机驱动电路设计
为了让智能旋转平台转起来必须要有电机的带动，我们这里采用二相混合式42步进电机来带动智能旋转平台，步进电机可以实现精准定位控制，其步距角为1.8°，工作电流1.5A。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。
为了驱动步进电机需要驱动电路，如图4所示是42步进电机的驱动电路，经过查找资料和综合考虑之后我们决定采用带转换器和过流保护的DMOS微步驱动器A4982。A4982是一款完全的微步电动机驱动器，带有内置转换器，易于操作。该产品可在完整、1/2、1/4及1/16步进模式时操作双极步进电动机，输出驱动性能为 35 V 及 ±2 A。A4982包括一个固定停机时间电流稳压器，该稳压器可在慢或混合衰减模式下操作。ET 封装在关键输出、感应及电源管脚间添加无连接管脚，满足客户对无烟无火 （NSNF） 设计的要求。因此，即使管脚与邻近管脚间发生短路，该器件也不会冒烟或着火。此外，即使任何管脚与接地短路或开路，该器件也不会冒烟或着火。转换器是A4982易于实施的关键。只要在“步进”输入中输入一个脉冲，即可驱动电动机产生微步。无须进行相位顺序表、高频率控制行或复杂的界面编程。A4982界面非常适合复杂的微处理器不可用或过载的应用。在微步运行时，A4982内的斩波控制可自动选择电流衰减模式（慢或混合）。在混合衰减模式下，该器件初始设置为在部分固定停机时间内快速衰减，然后在余下的停机时间慢速衰减。混合衰减电流控制方案能减少可听到的电动机噪音、增加步进精确度并减少功耗。提供内部同步整流控制电路，以改善脉宽调制 （PWM） 操作时的功率消耗。内部电路保护包括：带滞后的过热关机、欠压锁定及交叉电流保护，不需要特别的通电排序。
图4 步进电机驱动电路图
3 系统软件设计
3D自动成像系统软件设计部分主要包括了微控制器与3D自动成像软件间通信协议设计实现、智能旋转平台控制器软件设计和3D自动成像软件软件设计。
3.1系统通信协议设计实现
通信协议（Communications Protocol）是指双方实体完成通信或服务所必须遵循的规则和约定。协议定义了数据单元使用的格式，信息单元应该包含的信息与含义，连接方式，信息发送和接收的时序，从而确保网络中数据顺利地传送到确定的地方。
本设计的通信协议设计参考串口通信协议的设计模块自定义了通信数据包格式，如图5所示是一帧数据包的配置协议格式图，配置协议指的是3D自动成像软件根据协议格式通过数据处理转发发送给智能旋转平台控制器的配置信息。其主要由数据包头和包尾的标志、包长、数据以及校验和等几部分组成。
图5 通信数据包格式图
3.2智能旋转平台控制器软件设计
在智能旋转平台控制器软件设计当中主要是根据定义的通信协议进行软件编码，其程序流程框图如6所示。
图6智能旋转平台控制器软件设计流程图
3.3 3D自动成像软件软件设计
将单反相机与电脑通过USB数据线连接，打开并运行3D自动成像软件，注意此时3D自动成像软件选择相机框中一定要出现可以选择相机的选项，并且能够点击“打开相机”按钮将相机打开，才能将两者相连起来。然后再根据实际需求来设置相机对应的参数，设置好相机参数后可查看实时模式，可以在实时模式下进行跟踪拍照。拍好的照片直接传送到电脑的指定路径上，免去了要拆下相机内存卡读照片的过程，拍摄完成后无需做任何图片处理，一键点击轻松制作3D动画。3D自动成像软件软件设计流程图如图7所示。
图7 3D自动成像软件软件设计流程图
4 结束语
近几年来产品360度全景展示在网络上逐渐受到关注，相比传统的产品展示方式360产品展示给人耳目一新的产品展示方式，产品可以360度自动旋转，用鼠标还能左右拖动，放大高清观看都没问题。毫无疑问，在当今互联网时代，电子商务有着重要一席，那么在这浪潮中，怎么抓住先机，赢得主动，360度产品全景展示值得首选，在传统的产品展示中，很多方面已经跟不上时代的变迁，360度产品展示的普及成为必然趋势，赶快让你的产品动起来，生意“转”起来吧。3D自动成像技术是全新的智能摄影技术，开启互动体验新时代，使现代生活更进一步，在社会生活的各方各面作用越来越明显，对人们生活的进一步优化、对社会的进步也起到不可质疑的作用。技术的不断优化发展，对我们的生活质量的提高具有巨大的推进作用。相信在不远的将来这项技术会有更宽广的前景。
参考文献：
[1]王文泉.基于SerialPort的串口通信系统实现[J].计算机应用技术，2011，30（05）：22-23.
[2]马潮.AVR单片机嵌入式系统原理与应用实践（第2版）[M].北京：北京航天航空大学出版社，2011.
[3]周润景，江思敏. PADS logic/layout原理图与电路板设计[M].北京：机械工业出版社，2011.
[4]罗福强，杨剑，张敏辉.C#程序设计经典教程[M].北京：清华大学出版社，2014.
[5]龙马工作室.精通JavaScript+jQuery：100%动态网页设计密码[M].北京：人民邮电出版社，2014.
[6]冯庆东，杨丽.C#项目開发全程实录（第3版）[M].北京：清华大学出版社，2013.
[7]谭浩强.C程序设计（第三版）[M].北京：清华大学出版社，2005.
[8]汤小丹，梁红兵，哲风屏，汤子瀛.计算机操作系统（第三版）[M].西安：西安电子科技大学出版社.2007.