CN101021669A - 全视场成像与显示方法与系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了全视场成像与显示的方法，使用包括成像芯片、成像镜头的成像系统，并设有涵盖整个或接近整个半球空间角2p或者整个360度环带形视场的反射镜将成像反射到镜头；所述反射镜有两面曲面镜构成马鞍状，两面曲面镜相交形成一条隆脊；每面曲面镜分别对应反射半个半球空间角，或者半个360度环带形视场。投影元件可以将图像投射到整个半球形或360度环带形屏幕上。本发明可使矩形(或其它任意形状)成像或显示元件的象素全部有序地映射到半球形或360度环带形视场上而无需如何数字处理，从而大大降低了系统成本，可使此项技术达到实用化和产品化，从根本上更新了全视场成像与显示的传统概念。
Description
一、技术领域
本发明涉及一种成像与显示方法与装置，尤其是光学成像并显示方法与装置。
二、背景技术
现有全视场成像和显示技术如下述：追述到的最早的利用镜面反射技术改变成像系统视场的发明是由Alexander Wolcott提出的(专利US 1,582,1840)。Wolcott用了一只具有圆柱形状的凹面反射镜扭曲了视场。其后165年，有众多的利用镜面反射技术改变成像系统视场的发明被提出，比如美国专利US 994935,(Louis Henry Kleinschmidt，1909)，美国专利US 6,304,285，(Zheng Jason Geng，1998).
比较具有代表性的实用性系统是Zheng Jason Geng于1998年(US 6,304,285)提出的利用普通摄像机镜头加上双曲线形反射镜构成的具有半球形视角的全视场成像系统，和Shree Nayar于1997年(US 6,118,474)提出的利用特殊望远镜头加抛物面反射镜构成的具有半球形视角的全视场成像系统。另外，Pal Greguss于1985年(US 4,566,763)提出的PAL镜，将反射镜与折射镜相结合，可以得到360度环带形视场，也很有特色。
全视场成像和显示技术一直受到广泛重视.但当前现有的技术和专利无法满足市场的要求.这些现有技术的不足是：
(1)只能将半球形或360度环带形全视场的图像映射到矩形成像元件(CCD，CMOS等)的中心部分，形成一个圆形有效成像面。以长宽比4∶3的CCD/CMOS元件为例，整个矩形成像元件的面积是最大圆形有效成像面的1.7倍。因为损失了高达70％的象素，这些现有全视场成像技术所获得的图像清晰度较低(图2)。
(2)由于获取的图像上只有一个圆形有效像面，空间视场被扭曲而不适合于用人眼直接观看和解释。需要另外用计算机系统将被扭曲的图像“展开”。这就使得现有全视场成像系统不能单独工作，无法并入现有视频监控或图像采集系统直接使用，而必须附带计算机设备，大大地增加了系统的实际使用成本。
(3)即使在圆形有效成像面内，图像分辨率也不均匀，往往在圆形有效成像面的边缘区域图像分辨率大大低于中心区域，使得展开后的图像分辨率难以保证。
三、发明内容
本发明目的是提供一系列全视场成像与显示的方法，以及实现这些方法的装置系统和技术.本发明所谓”全视场成像”，是指成像系统的视场涵盖整个(或接近整个)半球空间角(2p)，或者整个(或接近整个)360度环带形视场范围。整个半球形或360度环带形视场范围内的所有景物均可被该成像系统所获取。全视场成像系统无需采用任何运动部件。视场内景物可被按设计的方式映射到成像元件(CCD，CMOS，或其它成像元件)的整个像面，无需额外的“展开”软件数字化处理。所谓”全视场显示”，是指显示系统的视场涵盖整个(或接近整个)半球空间角(2p)，或者整个(或接近整个)360度环带形视场范围。投影元件可以将图像投射到整个半球形或360度环带形屏幕上。
本发明的技术解决方案是：
全视场成像与显示的方法，使用包括成像芯片、成像镜头的成像系统，并设有涵盖整个或接近整个半球空间角(2p)，或者整个(或接近整个)360度环带形视场的反射镜将成像反射到镜头；所述反射镜有两面曲面镜构成马鞍状，两面曲面镜相交形成一条隆脊；每面曲面镜分别对应反射半个半球空间角，或者半个360度环带形视场。
每面曲面镜的曲面具有这样的表达：局部曲面的法线方向和反射镜表面点的位置确定出一个通过该点而又满足映射关系，每一个曲面点的位置(x，y，z)，通过确定出从芯片像面上的下一个象素穿过的“象素射线”，此射线与局部曲面相交的交点便是下一个满足映射关系的局部曲面上的点(x，y，z)；所有满足映射关系的局部曲面上的点，这些点的集合构成了所求的全视场反射镜的曲面。
两面曲面镜相交形成一条隆脊；让360°环形场景映射到成像芯片上的两个矩形长条区域内，每一个长条区域代表180°环形视场，每面曲面镜对应将180°环形视场反射至一个矩形长条区域。
成像元件的投影模型是透视模型或正交模型；透视模型，在成像芯片内侧的象素被映射到b角为正的环形视场的上沿，而在成像芯片外侧的象素被映射到b角为负的环形视场的下沿。在沿x轴正方向最外边的象素点被映射到a角为180°的环形视场处，而沿x轴负方向最外边的象素点被映射到a角为0°的环形视场处。
正交模型中，在成像芯片内侧的象素被映射到b角为负的环形视场的下沿，而在成像芯片外侧的象素被映射到b角为正的环形视场的上沿。在沿x轴正方向最外边的象素点被映射到a角为0°的环形视场处，而沿x轴负方向最外边的象素点被映射到a角为180°的环形视场处。我们提出的设计方法可以计算出适用于此情况的反射镜曲面形状。
在成像芯片内侧的象素被映射到b角为负的环形视场的下沿，而在成像芯片外侧的象素被映射到b角为正的环形视场的上沿。在沿x轴正方向最外边的象素点被映射到a角为180°的环形视场处，而沿x轴负方向最外边的象素点被映射到a角为0°的环形视场处。我们提出的设计方法可以计算出适用于此情况的反射镜曲面形状。
全视场成像与显示的系统，包括成像芯片、成像镜头的成像系统，并设有涵盖整个或接近整个半球空间角(2p)，或者整个(或接近整个)360度环带形视场的反射镜；所述反射镜有两面曲面镜构成马鞍状，两面曲面镜相交形成一条隆脊；隆脊是中央凹处的弧线，成像镜头设在隆脊上中央凹处垂直向上的直线上。
全视场显示系统无需采用任何运动部件。图1展示了一种全视场反射镜成像系统工作原理.本发明在全视场成像与显示技术上的一项关键突破在于提供了可以将传统的矩形成像或显示元件的所有象素映射到全视场整个半球形或360度环带形视场上的光学转换方法，可使矩形(或其它任意形状)成像或显示元件的象素全部有序地映射到半球形或360度环带形视场上而无需如何数字处理，从而大大降低了系统成本，可使此项技术达到实用化和产品化.其特点包括：
(1)可以直接将任意形状的视场映射到矩形成像元件的整个像面上，充分利用了成像元件的象素和分辨率，从而可以获得较高清晰度的全视场图像；
(2)输出图像已经被光学“展开”，无需通过额外的计算机设备进行数字化处理，系统成本大大降低；
(3)图像分辨率在全视场内分布均匀。
(4)利用反射镜而不是折射透镜，无需采用多级折射透镜去消除光学像差，降低了光学系统复杂性和成本。
(5)本发明提出的一系列全视场成像与显示的方法，从根本上更新了全视场成像与显示的传统概念，具有极高的商业价值.
四、附图说明
图1是本发明全视场反射镜成像系统工作原理.
图2是本发明新型全视场反射镜有效地利用了图像传感器或投影仪上的所有象素
图3是本发明一个从成像芯片映射到场景的例子(透视投影)
图4是本发明计算全视场反射镜曲面形状的程序流程图
图5是本发明全视场反射镜设计例子(环形视场)：定义从成像芯片到场景的映射
图6是本发明全视场反射镜设计例子(环形视场)：反射镜曲面几何形状
图7是本发明全视场反射镜设计例子(环形视场)：从成像芯片到场景的映射关系的第一种变化
图8是本发明全视场反射镜设计例子(环形视场)：从成像芯片到场景的映射关系的第二种变化
图9是本发明全视场反射镜设计例子(环形视场)：从成像芯片到场景的映射关系的第三种变化
图10是本发明全视场摄像机：P-型
图11是本发明全视场摄像机：H-型
图12是本发明全视场监控“看家狗“
五、具体实施方式
图1展示了全视场反射镜成像系统工作原理.全视场反射镜的设计始于定义成像芯片到全景视场的映射关系。利用透视投影或正交投影成像原理的传感器或投影仪，将环形或半球形视场投射到图像传感器或投影仪芯片的所有象素上
图2新型全视场反射镜有效地利用了图像传感器或投影仪上的所有象素，传统的鱼眼镜头或抛物线双曲线反射镜只能产生圆形图像，只占用整个图像传感器或投影仪芯片的中心区域。全视场反射镜有效像素比鱼眼镜所产生的有效像素多70％
图3给出了一种一般的成像芯片到全景视场的映射。对于具体应用，一套完整的从每一个象素到全视场场景一一对应关系必须首先建立。比如，我们可以让360°环形场景映射到成像芯片上的两个矩形长条区域内，每一个长条区域代表180°环形视场。成像元件的投影模型也必须事先确定。典型的投影模型包括透视模型或正交模型。
与其试图建立起一个包罗万象的用于计算全视场反射镜几何形状的理论模型，我们在此提出一个简单实用，适用面很广而又能达到很高精度的反射镜曲面计算方法。这种方法可以适用于任意形状的反射镜设计。图4展示了这种计算方法的流程图。
本发明提出的计算方法从一个已知的反射镜表面点的位置(x0，y0，z0)开始。这个已知点通常可以由系统设计参数来确定，例如物距，镜面尺寸，等。计算程序由此可以根据预先定义的从成像芯片到全景视场的映射关系及镜面反射原理计算处在此表面点的局部曲面的法线方向。局部曲面的法线方向和反射镜表面点的位置可以确定出一个通过该点而又满足映射关系的局部曲面。为了计算出下一个曲面点的位置(x，y，z)，计算程序可以确定出从芯片像面上的下一个象素穿过的“象素射线”。此射线与局部曲面相交的交点便是下一个满足映射关系的局部曲面上的点(x，y，z)。计算程序应用同样的方法可以计算出所有满足映射关系的局部曲面上的点，这些点的集合构成了所求的全视场反射镜的几何曲面。
图5展示了一个应用上述方法设计出的全视场反射镜的例子。以在成像芯片的平面为XY平面座标，且以镜向芯片方向延伸的轴为Z轴。则XY平面以上即Z轴为正的视场是b(图中β)角为正的环形视场，Z轴为负的视场是b(图中β)角为负的环形视场，每面马鞍状曲面镜构成成像对应反射到成像芯片上的一个矩形长条区域内，视场的对内侧的象素被映射到b(图中β)角为正的环形视场的上沿，而在成像芯片外侧的象素被映射到b角为负的环形视场的下沿。在沿x轴正方向最外边的象素点被映射到a(α)角为180°的环形视场处，而沿x轴负方向最外边的象素点被映射到a(α)角为0°的环形视场处。图5中这一例子将成像芯片分为两部分映射到360°圆筒型环形视场，每一个矩形长条涵盖180°环形区域。投影模型用的是透视模型。在成像芯片内侧的象素被映射到b角为正的环形视场的上沿，而在成像芯片外侧的象素被映射到b角为负的环形视场的下沿。在沿x轴正方向最外边的象素点被映射到a角为180°的环形视场处，而沿x轴负方向最外边的象素点被映射到a角为0°的环形视场处。利用前面所提供的全视场反射镜曲面计算方法，我们可以获得一个反射镜曲面几何形状，如图6所示。这一全视场反射镜的工作原理由图一来说明。
值得一提的是，即使对于同样形状的映射区域和关系，映射次序的不同也可导致不同的反射镜曲面形状。我们提出的设计方法可以适用与所有不同形状和次序的映射关系。
图7展示了一个与图5相同区域但不同次序的映射关系，是图5例子的一个变种。在成像芯片内侧的象素被映射到b角为负的环形视场的下沿，而在成像芯片外侧的象素被映射到b角为正的环形视场的上沿。在沿x轴正方向最外边的象素点被映射到a角为0°的环形视场处，而沿x轴负方向最外边的象素点被映射到a角为180°的环形视场处。我们提出的设计方法可以计算出适用于此情况的反射镜曲面形状。
图8展示了又一个与图5相同区域但不同次序的映射关系，是图5例子的又一个变种。在成像芯片内侧的象素被映射到b角为负的环形视场的下沿，而在成像芯片外侧的象素被映射到b角为正的环形视场的上沿。在沿x轴正方向最外边的象素点被映射到a角为180°的环形视场处，而沿x轴负方向最外边的象素点被映射到a角为0°的环形视场处。我们提出的设计方法可以计算出适用于此情况的反射镜曲面形状。
图9展示了又一个与图5相同区域但不同次序的映射关系，是图5例子的又一个变种。在成像芯片内侧的象素被映射到b角为正的环形视场的上沿，而在成像芯片外侧的象素被映射到b角为负的环形视场的下沿。在沿x轴正方向最外边的象素点被映射到a角为0°的环形视场处，而沿x轴负方向最外边的象素点被映射到a角为180°的环形视场处。我们提出的设计方法可以计算出适用于此情况的反射镜曲面形状。
同样的设计方法可以用于实现其它任意成像芯片到场景映射关系的反射镜面设计。例如，如果将b角的范围变成0°到180°，则我们可以得到将半球形视场分为两部分映射到将成像芯片上两个矩形长条区域的反射镜，每一个长条涵盖180°环形区域。这样的反射镜可以实现半球形成像或投影系统。
图10是本发明全视场摄像机：P-型由全视场摄像机输出视频信号，全频视频流由两个180度环形视窗组成图11是本发明全视场摄像机：H-型，由全视场摄像机输出视频信号，全频视频流由两个180度半球形视窗组成
图12是本发明全视场监控“看家狗“，利用嵌入式DSP平台360度图像处理，目标监测，自动跟踪报警，360度全景图像连续监控全景空间，所有活动一览无余。由高速球获取的高清晰图像，自动跟踪被测目标。
本发明中的描述仅供说明之用.在本领域的同行可以根据本发明提供的原理进行各种明显可见的改进和变种，但是这些改进和变种都在本发明的涵盖范围之内.
实现方案
1、)全视场摄像机-360°全景无畸变视频摄像头
传统CCTV摄像头的视场角有限，只能看到摄像头前方很一小部分的场景。对于视频监控和网络视频会议等众多应用，用户需要看到实时360°全景图像，以便统观全局，高屋建瓴，监测跟踪所有可疑目标，作出正确反应和决策。
根据世界视频监控和网络视频会议市场需求，我们推出了全视场摄像头技术，能够方便地为用户输送360°全景无畸变视频图像。这种全视场摄像头独特的功能，新颖的产品造型，简便的使用方法，安全可靠的性能，和极高的性价比，使它成为视频监控和网络视频会议等众多应用场合的首选设备。
全视场摄像头的特点
(1)直接输出360°无畸变视频流：神眼TM摄像机的视频输出是满屏无畸变的360°图像。这从根本上区别于现有的一些广角视频采集技术。这些现有方法只能得到畸变严重的圆形图像。神眼TM摄像机输出的满屏无畸变360°图像易于理解，便于直接应用。
(2)连续实时采集360°视频流，无需多幅图像拼接软件：神眼TM摄像机能够连续实时采集360°视频流。图像视场涵盖整个半球形视场(H型神眼摄像头)或环形360°视场(P型神眼摄像头)而无需依赖多幅图像拼接软件做非实时事后处理。
(3)自成体系，独立工作，无需外加电脑：神眼摄像机具有内置图像处理元件，可独立工作，无需外接电脑。视频输出信号可选NTSC或PAL格式，类似于普通摄像头，可直接送入显示器或并入视频监控系统中。
(4)象素分部均匀，方便全场目标监测：神眼摄像头将360°半球形或环形视场均匀地映射到成像元件上，使得同一物体在视场的任何地方均能产生同样大小的图像，极大地方便了自动目标监测，提高了系统的实用性和准确性。
(5)设计新颖，无任何机械移动部件，运行可靠，性价比高：神眼摄像头设计融合了光学，电子，材料，精密机械，图像处理软件硬件等尖端技术，使其功能强大，外形新颖，运行可靠，性价比高。
为了适应不同应用需求，全视场摄像头提供两种型号，即P型和H型，按不同类型的360°视场角，使用者可根据不同应用场合做出最优选择。
P型全视场摄像头：“P”代表“环形视场(panoramic FOV)”. 如图10所示，P型神眼摄像头的可视范围能够涵盖以它中轴心为准的环形视场。水平视场角为360°视场角，垂直视场角从-20°(下垂)到+40°(上扬).其它视场范围也可用同样设计方法来实现。
H型全视场摄像头：H”代表“半球形视场(hemispherical FOV)”.如图11所示，H型全视场摄像头的可视范围能够涵盖以镜头为中心的半球形视场(2p空间角)。水平视场角为360°视场角，垂直视场角从0°到90°.其它视场范围也可用同样设计方法来实现。
2、)全视场自动跟踪智能球相机-360°全景自动跟踪
全视场自动跟踪智能球相机具有独特的360°同时观察，真正全景范围无盲点，并能在360°纵观全局而有你明察秋毫全景自动搜寻和跟踪目标的强大功能。它的出现标志着监控相机智能化的一场革命，具有以下特点：
1.同时连续监控360°全景空间，所有人员和活动一览无遗，不会漏掉或错过突发事件，真正无盲点。
2.高性能嵌入式DSP硬件平台，实现自动目标侦测和跟踪，无需另外加“控制主机”。
3.灵巧快球可获高清晰度图像，跟随目标移动，便于目标识别。
4.全视场智能球一体化设计，安装简单明了，没有复杂的电缆线连接或笨重的”控制计算机”，类似于安装标准的高速球。
5.标准视频输出格式(NTSC或PAL)，可以作为一个独立的系统使用，或者作为大规模CCTV系统的一个组成部分安装。
6.360°全景图像提供对目标的大范围覆盖和监测，灵巧快球提供高分辨率的目标跟踪图像。聚焦到某一物体目标时，仍能保持对全景的不间断的监控，并跟踪多个目标。
7.用户能够直接看到不失真的360°视频，不必用复杂的“展开软件”或对多个图像进行缝合。
节省浏览已发生事件的时间，提高了目标确认速度。
8.视频输出有多种格式选择，用户可选择五种图像格式的标准合成输出。
9.由于有了自动目标监测跟踪报警功能，监控人员的劳动强度大大降低。
10.节省了硬件投资(360°全时全景，无需安装多台相机)、人工操作成本(自动跟踪和报警能力)、和额外的控制器成本(具有板载DSP，无需外接PC)。
本发明全视场智能球包含了三项核心设计(图12)：
1.一体化微型360°全景探头：使全视场智能球能够在任何时间都能在360°度周围场景内看到任何事情，无论何时、无需移动。
2.灵敏快球：能够灵活搜索和跟踪目标无需人工干预，实现自动对360°所有方向的目标进行监测，并且可以对单个目标放大供高清晰度图像供仔细观察。
3.同时利用嵌入式数字图像处理(DSP)的软件硬件平台和智能监控算法：把”大脑”加入到了它的“眼睛”中，能够自动进行目标搜索，行为监测，跟踪，和报警。
全视场智能球使7/24全时人工监控的时代成为历史。 再也不会出现因为高速球形照相机观察其它方向而错过发生的事件，神眼智能球能纵观全局而又明察秋毫：它能够自动跟踪在360°观察区域内所有的可疑对象并且对潜在的危险提供报警。全视场智能球，解决当前视频监控的难题
目前使用的高速球相机大都是有“眼”无“脑”-它们本身不具有自动跟踪目标的智能，而需要依赖于繁杂的人工操作，无法在360°全景视场内自动寻找并且跟踪可疑的目标和事件。不仅这种人工7天24小时监控方式成本高昂，这种操作模式也极不可靠：专业调查表明在CCTV监控人员仅仅监视两个监视器的情况下，10分钟之后就将错过45％的行为，并且22分钟之后将错过95％的行为。
此外，高速球相机有视角(FOV)的限制：他们不能同时观察到360°全景，因此会由于相机观察其它的方向而错过同时发生的事件。
全视场智能球利用360°探头和高速转球相机的独特组合来获取实时全景视频流，实现了宏观与微观监控的完美结合，360°全景范围内真正无盲点。最先进的数字信号处理技术硬件平台可以实时实现高性能智能监控算法，提供在360°全景范围内可靠的目标监测和跟踪。本发明全视场智能球利用360°探头和高速转球相机的独特组合来获取实时全景视频流，视频智能监控装置，包括采用第一视频图像信息和第二视频图像信息获得装置，其中一只摄像头为一个全视场成像与显示摄像头，第二视频图像信息获得装置为旋转或俯仰驱动的高分辨率可变焦相机，第一视频图像信息和第二视频图像信息获得装置共用一图像显示装置，检测到的可疑区域的方位信息被用来控制旋高分辨率转球相机的聚焦，使高分辨率相机能够自动跟踪可疑区域的运动，实现全方位自动监控。
全视场智能球能够作为一个单独的视频监控系统使用，也可以作为一套CCTV系统中的关键组件去提供大面积覆盖和智能监控的功能，从而节省了硬件投资(360覆盖面积)、人工操作成本(自动跟踪和报警能力)、和额外的计算固定成本(板载DSP处理器)。
全视场智能球输出标准复合视频信号，包含360°全景和灵巧快球的视频输出，以及控制参数，例如时间戳和监测目标的方向/场所等。
全视场智能球系统是一套即兼容现有传统监控，又有别于传统监控、全新的、功能强大、操控方便的智能化监控系统。神眼转球具有360°同时观察和自动搜寻和跟踪目标的能力，罪犯在神眼智能球中无所盾形。
Claims (10)
1、全视场成像与显示的方法，使用包括成像芯片、成像镜头的成像系统，并设有涵盖整个或接近整个半球空间角2p或者整个360度环带形视场的反射镜将成像反射到镜头；所述反射镜有两面曲面镜构成马鞍状，两面曲面镜相交形成一条隆脊；每面曲面镜分别对应反射半个半球空间角，或者半个360度环带形视场。
2、由权利要求1所述的全视场成像与显示的方法，其特征是每面曲面镜的曲面具有这样的表达：局部曲面的法线方向和反射镜表面点的位置确定出一个通过该点而又满足映射关系，每一个曲面点的位置(x，y，z)，通过确定出从芯片像面上的下一个象素穿过的“象素射线”，此射线与局部曲面相交的交点便是下一个满足映射关系的局部曲面上的点(x，y，z)；所有满足映射关系的局部曲面上的点，这些点的集合构成了所求的全视场反射镜的曲面。
3、由权利要求1或2所述的全视场成像与显示的方法，其特征是两面曲面镜相交形成一条隆脊；让360°环形场景映射到成像芯片上的两个矩形长条区域内，每一个长条区域代表180°环形视场，每面曲面镜对应将180°环形视场反射至一个矩形长条区域。
4、由权利要求1所述的全视场成像与显示的方法，其特征是成像元件的投影的方法是：是透视模型或正交模型；透视模型中：以在成像芯片的平面为XY平面座标，且以镜向芯片方向延伸的轴为Z轴；则XY平面以上即Z轴为正的视场是b角为正的环形视场，Z轴为负的视场是b角为负的环形视场，每面马鞍状曲面镜构成成像对应反射到成像芯片上的一个矩形长条区域内，视场的对内侧的象素被映射到b角为正的环形视场的上沿，而在成像芯片外侧的象素被映射到b角为负的环形视场的下沿。；在沿x轴正方向最外边的象素点被映射到a角为180°的环形视场处，而沿x轴负方向最外边的象素点被映射到a角为0°的环形视场处。在成像芯片内侧的象素被映射到b角为正的环形视场的上沿，而在成像芯片外侧的象素被映射到b角为负的环形视场的下沿。在沿x轴正方向最外边的象素点被映射到a角为180°的环形视场处，而沿x轴负方向最外边的象素点被映射到a角为0°的环形视场处。
5、由权利要求1或2所述的全视场成像与显示的方法，其特征是正交模型中，在成像芯片内侧的象素被映射到b角为负的环形视场的下沿，而在成像芯片外侧的象素被映射到b角为正的环形视场的上沿。在沿x轴正方向最外边的象素点被映射到a角为0°的环形视场处，而沿x轴负方向最外边的象素点被映射到a角为180°的环形视场处。我们提出的设计方法可以计算出适用于此情况的反射镜曲面形状。
6、由权利要求1或2所述的全视场成像与显示的方法，其特征是在成像芯片内侧的象素被映射到b角为负的环形视场的下沿，而在成像芯片外侧的象素被映射到b角为正的环形视场的上沿。在沿x轴正方向最外边的象素点被映射到a角为180°的环形视场处，而沿x轴负方向最外边的象素点被映射到a角为0°的环形视场处。
7、由权利要求1或2所述的全视场成像与显示的方法，其特征是在成像芯片内侧的象素被映射到b角为正的环形视场的上沿，而在成像芯片外侧的象素被映射到b角为负的环形视场的下沿。在沿x轴正方向最外边的象素点被映射到a角为0°的环形视场处，而沿x轴负方向最外边的象素点被映射到a角为180°的环形视场处。如果将b角的范围变成0°到180°，则我们可以得到将半球形视场分为两部分映射到将成像芯片上两个矩形长条区域的反射镜，每一个长条涵盖180°环形区域。这样的反射镜可以实现半球形成像或投影系统。
8、全视场成像与显示的系统，包括成像芯片、成像镜头的成像系统，并设有涵盖整个或接近整个半球空间角(2p)，或者整个(或接近整个)360度环带形视场的反射镜；所述反射镜有两面曲面镜构成马鞍状，两面曲面镜相交形成一条隆脊；隆脊是中央凹处的弧线，成像镜头设在隆脊上中央凹处垂直向上的直线上。
9、由权利要求8所述的全视场成像与显示的系统，其特征是采用权利要求6或7所述成像与显示的方法的反射镜。
10、由权利要求9所述的全视场成像与显示的系统，其特征是全视场智能球采用360°探头和高速转球相机的组合来获取实时全景视频流，视频智能监控装置，包括采用第一视频图像信息和第二视频图像信息获得装置，其中一只摄像头为一个全视场成像与显示摄像头，第二视频图像信息获得装置为旋转或俯仰驱动的高分辨率可变焦相机，第一视频图像信息和第二视频图像信息获得装置共用一图像显示装置，检测到的可疑区域的方位信息被用来控制高分辨率转球相机的聚焦，使高分辨率相机能够自动跟踪可疑区域的运动，实现全方位自动监控。
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