CN204168378U - 一种全景摄像系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种全景摄像系统，所述系统包括鱼眼镜头、图像传感器、信号传输线、图像处理器、显示设备和电缆，所述鱼眼镜头的输出端口与图像传感器的输入端口连接在一起，图像传感器的输出端口通过信号传输线与图像处理器的输入端口相连接，图像处理器的输出端口通过电缆与显示设备相连接。本系统首先利用一个鱼眼镜头一次性将水平360度，垂直210度视场范围内的景物成像，使视频监控没有盲区的存在，而且无需后期图像拼接合成，结构简单、操作方便、信息处理简单，提高了系统的实时性和可靠性，大大降低了系统的成本。
Description
技术领域
本实用新型属于全景成像及图像处理技术领域，尤其涉及一种只应用一个摄像头、且不需要通过摄像器件的机械旋转即可获得围绕光轴的360度视场、分辨率高且失真很小的全景摄像系统。
背景技术
在越来越多的光学应用领域，如安防监控、全景泊车、行车记录、倒车后视、视频会议等领域中，人们不仅要求非常高的分辨率，同时要求很大的视场。全景成像系统可以满足这一需要，因此它的研究越来越引起人们的关注。
全景成像是采用特殊的成像装置获得水平或垂直方向上的大于180度的半球视场或者360度的视场，它与传统成像探测系统的显著区别在于可以获得超大视场。目前市场上存在的全景成像系统一般通过旋转拼接的方式来实现。旋转拼接方式通常包括两种途径：一种是利用一台普通摄像机围绕固定轴旋转并连续摄像，以获得时间序列图像；一种是围绕固定轴设置多个不同朝向的普通摄像机使其覆盖所有视场，这些摄像机同时摄像以获得空间序列图像。获得的时间或空间序列图像需要通过软件进行拼接以获得全景图像。旋转拼接方式是一种硬件与软件结合、通过人工制造得到全景图像的方法。这种方法存在很大的缺陷。当采用第一种途径时，人们无法在同一时刻观察到360度视场内的景物；而且这种全景成像系统大都存在扫描伺服机构，直接导致系统的实时性降低，增加了系统的结构复杂度和重量，同时，由于旋转马达等机械设备故障还会降低系统的可靠性。当采用第二种途径时，全景成像系统需要同时使用多台摄像机摄像，这种设置有可能导致盲区的存在，而盲区的存在在某些应用领域中是致命的；同时，这种设置将大幅提高系统成本，布线复杂度也将大大提高。另一方面，旋转拼接方式全景成像系统需要图像拼接和信息融合才能获得全景信息，这必将增加信息处理难度，并且进一步降低了系统实时性。
近年来，全景成像领域的研究者提出了一种新的凝视型大视场全景成像技术——鱼眼透镜成像。鱼眼透镜是仿生光学的一种，它通过把鱼眼的前表面与水面构成的一个以水为介质的负透镜提取出来，演化成其前置负透镜来实现水平360度，垂直180度的超广角成像。鱼眼透镜一次性收录前后左右的所有图像信息，不需要图像拼接和信息融合。但是，鱼眼透镜的设计复杂度较高，而且它在获得大视场的同时，会产生严重的畸变，除了图像中心的景物保持不变，其它本应水平或垂直的景物沿各个方向从中心向外辐射。由于鱼眼透镜结构比较复杂，畸变校正具有一定的难度；同时，在设计鱼眼透镜时，大视场的获得往往是以降低分辨率作为代价的。因此鱼眼透镜成像具有一定的局限性。
因此就需要设计出一种无需通过摄像器件的机械旋转即可获得围绕光轴的360度视场、分辨率高且失真很小的全景摄像系统。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种只应用一个摄像头、且无需通过摄像器件的机械旋转即可获得围绕光轴的360度视场、分辨率高且失真很小、使视频监控没有盲区的存在、无需后期图像拼接合成的全景摄像系统。
为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下：
一种全景摄像系统，该系统包括鱼眼镜头、图像传感器、信号传输线、图像处理器、显示设备和电缆，所述鱼眼镜头的输出端口与图像传感器的输入端口连接在一起，鱼眼镜头摄取的360度景像进入图像传感器中，并成像在图像传感器的靶面上，图像传感器将光信号转换成电信号，并将模拟电信号转化成携带图像信息的数字信号；图像传感器的输出端口通过信号传输线与图像处理器的输入端口相连接，图像处理器的输出端口通过电缆与显示设备相连接，图像处理器对携带图像信息的数字信号进行处理，处理过的数字信号再通过电缆传送到显示设备中。
而且，所述鱼眼镜头是由多片透镜组成的透镜组，视场角为水平360度，垂直210度，分辨率为30万像素～500万像素。
而且，所述图像传感器为CCD图像传感器或CMOS图像传感器。
而且，所述CCD图像传感器为SONYICX445系列、SONYICX618系列、SONYICX81X系列、SONYICX67X系列、SHARPiSHCCD系列或SHARPiSHCCDⅡ系列。
而且，所述CMOS图像传感器为采用MICRONMT9D131系列、OV7960系列、OV7955系列或OV10626系列。
而且，所述图像传感器的分辨率为30万像素～500万像素。
而且，所述图像处理器采用DSP或FPGA可编程器件。
本实用新型的优点和积极效果是：
1、本系统首先利用一个鱼眼镜头一次性将水平360度，垂直210度视场范围内的景物成像，使视频监控没有盲区的存在，而且无需后期图像拼接合成，结构简单、操作方便、信息处理简单，提高了系统的实时性和可靠性，大大降低了系统的成本。
2、本系统无需通过摄像器件的机械旋转即可获得围绕光轴的360度视场图像，且分辨率高，失真很小。这种全景摄像系统，只需要使用一个摄像头，大大降低了系统的结构复杂度和成本，提高了系统的实时性和可靠性，还可以降低施工布线难度，并节省后续维护费用。这些优点使本系统可以完全取代传统摄像系统，满足人们高分辨率、大视场的需求，因此在安防监控、行车记录、倒车后视、视频会议等领域中有着广阔的应用前景。此外，这种全景摄像系统能够真实快速地表现360度范围内场景的全部图像信息，给浏览者带来身临其境的感觉，在多种应用场景中，具有明显优势。除了在监控行业，在产品展示、视频教学、影音娱乐、虚拟现实等方面，也可发挥巨大作用。
3、本系统采用DSP或FPGA可编程器件，利用软件编程，采用校正的同心圆环近似展开法以及图像插值运算的方法，实现图像处理功能，对鱼眼镜头摄取的圆形畸变全景图像进行坐标变换、图像校正、图面展开等处理，使之转化为适合于人眼观看的矩形全景图像，且失真很小。还通过软件编程实现虚拟PTZ的功能，可以对图像进行随意移动、旋转、放大和缩小，进一步可使用户可以监看各个角落细节的图像。
附图说明
图1为本实用新型全景摄像系统的结构连接示意图；
图2为本实用新型的图像处理流程示意图；其中，图2-1为360度全景圆形图像图，图2-2为转换坐标并做图像增强处理后的处理图，图2-3为图像校正图；
图3为本实用新型的图像展开效果图；其中，图3-1为360度全景圆形图像图，图3-2为展开后的适合于人眼观看的360度全景矩形图像图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本实用新型进一步说明；下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本实用新型的保护范围。
一种全景摄像系统，如图1所示，包括鱼眼镜头2、图像传感器3、信号传输线1、图像处理器4、电缆5和显示设备6，鱼眼镜头的输出端口与图像传感器的输入端口安装(如固装)在一起，鱼眼镜头摄取的360度景像进入图像传感器中，并成像在图像传感器的靶面上，同时图像传感器将光信号转换成电信号，并将模拟电信号转化成携带图像信息的数字信号；图像传感器的输出端口通过信号传输线与图像处理器的输入端口相连接，图像处理器的输出端口通过电缆与显示设备相连接，图像处理器对携带图像信息的数字信号进行处理，处理过的数字信号再通过电缆传送到显示设备中，从显示设备中显示出围绕光轴360度视场范围内的、分辨率高且失真很小的景物图像。
所述鱼眼镜头是由多片透镜组成的透镜组，它一次性将水平360度，垂直210度视场范围内的景物成像，且具有高分辨率；利用图像处理器，通过软件编程，采用校正的同心圆环近似展开法以及图像插值运算的方法，对圆形畸变全景图像进行坐标变换、图像校正、图面展开等处理，将鱼眼镜头摄取的圆形畸变全景图像校正为适合于人眼观看的失真较小的矩形全景图像，图像传感器可为CCD图像传感器或CMOS图像传感器。
所述图像处理器可以采用DSP或FPGA可编程器件，利用软件编程，采用校正的同心圆环近似展开法以及图像插值运算的方法，对圆形畸变全景图像进行坐标变换、图像校正、图面展开等处理，将其校正为适合于人眼观看的失真较小的矩形全景图像；图像处理器还通过软件编程实现虚拟PTZ的功能，可以对图像进行随意移动、旋转、放大和缩小。图像处理流程示意图参见图2，在图像处理过程中，首先将鱼眼镜头拍摄得到的具有畸变的360度全景圆形图像进行坐标变换，然后对关注区域进行图像增强，最后对图像进行校正，得到失真较小的图像。图像展开效果图参见图3，将鱼眼镜头拍摄得到的具有畸变的360度全景圆形图像展开成为360度视场范围内的、分辨率高且适合于人眼观看的失真较小的矩形全景图像。
本实用新型中采用的图像传感器、图像处理器和显示设备等部件已为现有技术，因此没有给出这些部件的具体结构；相关的编程方法也可以为本技术领域中的常规的方法。
本实用新型的全景摄像系统无需通过摄像器件的机械旋转即可获得围绕光轴的360度视场，分辨率高且失真很小，可以广泛应用于安防监控、行车记录、倒车后视、视频会议等领域中，满足人们高分辨率、大视场的要求。系统中只用一个摄像头，且广角鱼眼镜头一次性将水平360度，垂直210度视场范围内的景物成像，因此系统的结构复杂度和成本较低，实时性和可靠性很高。这种全景摄像系统除了在监控领域中，在产品展示、视频教学、影音娱乐、虚拟现实等方面，也可发挥巨大作用。
本实用新型的工作原理是：
本实用新型将全景成像与图像处理相结合，利用设计得到的鱼眼镜头，一次性将水平360度，垂直210度视场范围内的景物成像，使视频监控没有盲区的存在，且成像清晰度高。又采用DSP或FPGA可编程器件实现图像处理功能，对鱼眼镜头摄取的圆形畸变全景图像进行坐标变换、图像校正、图面展开等处理，提供360度视场范围内的、分辨率高且适合于人眼观看的失真较小的矩形全景图像。还可以通过软件编程实现虚拟PTZ的功能，从而对图像进行随意移动、旋转、放大和缩小。
本实用新型的范围并不限于以上所述之实施方式，还包括将鱼眼镜头、图像传感器、信号传输线、图像处理器、显示设备和电缆等按照不同方式组合所形成的全景摄像系统。凡依照本实用新型之原理、结构所做的变化均包含在本实用新型的保护范围内。
Claims (7)
1.一种全景摄像系统，该系统包括鱼眼镜头、图像传感器、信号传输线、图像处理器、显示设备和电缆，其特征在于：所述鱼眼镜头的输出端口与图像传感器的输入端口连接在一起，鱼眼镜头摄取的360度景像进入图像传感器中，并成像在图像传感器的靶面上，图像传感器将光信号转换成电信号，并将模拟电信号转化成携带图像信息的数字信号；图像传感器的输出端口通过信号传输线与图像处理器的输入端口相连接，图像处理器的输出端口通过电缆与显示设备相连接，图像处理器对携带图像信息的数字信号进行处理，处理过的数字信号再通过电缆传送到显示设备中。
2.根据权利要求1所述的全景摄像系统，其特征在于：所述鱼眼镜头是由多片透镜组成的透镜组，视场角为水平360度，垂直210度，分辨率为30万像素～500万像素。
3.根据权利要求1所述的全景摄像系统，其特征在于：所述图像传感器为CCD图像传感器或CMOS图像传感器。
4.根据权利要求3所述的全景摄像系统，其特征在于：所述CCD图像传感器为SONYICX445系列、SONYICX618系列、SONYICX81X系列、SONYICX67X系列、SHARPiSHCCD系列或SHARPiSHCCDⅡ系列。
5.根据权利要求3所述的全景摄像系统，其特征在于：所述CMOS图像传感器为采用MICRONMT9D131系列、OV7960系列、OV7955系列或OV10626系列。
6.根据权利要求1至5任一项所述的全景摄像系统，其特征在于：所述图像传感器的分辨率为30万像素～500万像素。
7.根据权利要求1所述的全景摄像系统，其特征在于：所述图像处理器采用DSP或FPGA可编程器件。
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