CN103095990A - 具有分布式图像采集单元的超高清摄像机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有分布式图像采集单元的超高清摄像机，涉及视频图像处理技术领域。本发明由前后连接的图像采集单元组和图像处理单元组成；图像采集单元组包括第1、2……N图像采集单元；图像采集单元包括依次连接的镜头、图像传感器、采集控制模块和信号传输模块；图像处理单元由前后连接的信号接收模块组和数字信号处理模块组成；信号接收模块组包括第1、2……N信号接收模块。本发明能实现普通单台摄像机无法实现的完整的超高清全景视频监控；不存在合成图像因待拼接图像时间不匹配导致的运动物体错位、重叠等问题；适用于重点区域的连片超高清视频监控应用。

Description

具有分布式图像采集单元的超高清摄像机

技术领域

本发明涉及视频图像处理技术领域，尤其涉及一种具有分布式图像采集单元的超高清摄像机。 

背景技术

随着安防视频监控行业的发展，网络化、高清化成为这个行业的发展趋势。 

在现有技术条件下，要实现重点监控区域的连片高清网络监控，例如一条城市主干道路的连片监控，一般采用布置多个高清网络摄像机的方式，例如相隔30到50米设置一台高清网络摄像机，每台高清网络摄像机传输到监控中心的视频是相互独立的，其监控区域即使依次重叠，也不能投射形成一幅完整的视频图像。目前有采用通过中心端服务器将前端多台网络摄像机采集的依次交叠的实时视频进行后端合成处理后形成完整全景图像的实现方式，但因为不同的网络摄像机采集视频图像通过网络传输后存在时延不等，容易产生合成图像因待拼接图像时间不匹配导致的运动物体错位、重叠等问题。 

发明内容

本发明的目的就在于克服现有技术存在缺点和不足，提供了一种具有分布式图像采集单元的超高清摄像机，即提供一种可分布部署多个图像采集单元，并将多个图像采集单元采集的图像合成处理并输出一幅完整的超高清视频图像的超高清摄像机。 

本发明的技术方案为： 

一、具有分布式图像采集单元的超高清摄像机（简称摄像机）

本摄像机由前后连接的图像采集单元组和图像处理单元组成；

图像采集单元组包括第1、2……N图像采集单元，2≤N≤64；

图像采集单元包括依次连接的镜头、图像传感器、采集控制模块和信号传输模块；

图像处理单元由前后连接的信号接收模块组和数字信号处理模块组成，信号接收模块组包括第1、2……N信号接收模块，2≤N≤64。

二、具有分布式图像采集单元的超高清摄像方法（简称摄像方法） 

本摄像方法包括下列步骤： 

①N个图像采集单元分别采集原始视频图像； 

②图像处理单元接收N个图像采集单元采集的原始视频图像； 

③图像处理单元对N个图像采集单元采集的原始视频图像进行图像特征点提取； 

④图像处理单元对第1个图像采集单元采集的原始视频图像和第2个图像采集单元采集的原始视频图像进行图像特征点配准，如果特征点匹配度低于阈值，则删除低于阈值的部分特征点，得到匹配点集； 

⑤图像处理单元对第1个图像采集单元采集的原始视频图像和第2个图像采集单元采集的原始视频图像根据两幅原始图像保留的特征点计算出两幅图像的投影坐标差异，并对第2幅图像进行投影坐标校正； 

⑥图像处理单元对第N个图像采集单元采集的原始视频图像和第N-1个经过投影坐标校正后的图像进行图像特征点配准，如果特征点匹配度低于阈值，则删除低于阈值的部分特征点，得到匹配点集； 

⑦图像处理单元对第N个图像采集单元采集的原始视频图像和第N-1个经过投影坐标校正后的图像保留的特征点计算出两幅图像的投影坐标差异，并对第N个图像采集单元采集的原始视频图像进行投影坐标校正； 

⑧图像处理单元将全部N-1个经过投影坐标校正的图像删除相似特征点部分，并与第一幅图像采集单元采集的原始视频图像合并成一幅完整的超高清视频图像； 

⑨图像处理单元将合成后的超高清视频图像序列进行视频压缩编码，形成一路超高清视频图像输出。 

本发明具有以下优点和积极效果： 

1、能实现普通单台摄像机无法实现的完整的超高清全景视频监控；

3、与采用多个网络摄像机再通过后端平台进行拼接合成的方案相比，由于每个图像采集单元采集到的原始高清视频数据直接传输到图像处理单元，每个图像采集单元采集到的图像传输到图像处理单元无时延，不存在合成图像因待拼接图像时间不匹配导致的运动物体错位、重叠等问题。

3、与采用多个网络摄像机再通过后端平台进行拼接合成的方案相比具有成本较低的优点； 

适用于重点区域的连片超高清视频监控应用。

附图说明

    图1 为摄像机的结构方框图； 

图2 为图像采集单元的结构方框图；

图3 为图像处理单元的结构方框图；

图4 为数字信号处理模块的结构方框图；

图5 为特征点匹配流程图。

图中： 

100—图像采集单元组，

  110、120、……1N0—第1、2……第N图像采集单元，2≤N≤64； 

  111—镜头，112—图像传感器，113采集控制模块，114—信号传输模块；

200—图像处理单元，

  210—信号接收模块组，

211、212……21N—第1、2……第N信号接收模块，2≤N≤64。

220—数字信号处理模块， 

    221—图像特征点提取模块，222—特征点配准模块，

223—图像变换模块，      224—图像融合模块，

225—图像编码压缩模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明： 

一、总体

如图1，本摄像机由前后连接的图像采集单元组100和图像处理单元200组成；

图像采集单元组100包括第1、2……N图像采集单元1N0，2≤N≤64；

二、功能部件

1、图像采集单元组100

1）第1图像采集单元110

如图2，第1图像采集单元110包括依次连接的镜头111、图像传感器112、采集控制模块113和信号传输模块114。

（1）镜头111采用安防行业通用的镜头。 

（2）图像传感器112为通用的高清数字图像传感器。 

（3）采集控制模块113为与图像传感器112配套的图像信号传感器控制器。 

（4）信号传输模块114为通用的SDI信号转换驱动芯片。 

第1图像采集单元110的工作机理： 

镜头111将采集的实景图像投射在图像传感器112上，图像传感器112将实景图像通过光电转换形成的原始RAW格式的视频图像传输到采集控制模块113上，采集控制模块113一方面负责图像传感器112的时序产生及参数配置，另一方面负责将原始的RAW格式的视频图像转换为BT.1120格式的视频数据并传递给信号传输模块114，信号传输模块114负责对信号进行串并转换并进行信号的预加重等处理。

2）第2图像采集单元120……N图像采集单元1N0和第1图像采集单元110的结构、功能相同。 

2、图像处理单元200 

如图3，图像处理单元200由前后连接的信号接收模块组210和数字信号处理模块220组成；

信号接收模块组210包括第1、2……第N信号接收模块211、212……21N，分别负责对应接收来自第1、第2……N图像采集单元221、222……22N采集的视频数据；

数字信号处理模块220负责接收N个原始视频图像并将其合成处理并输出一幅完整的超高清视频图像。

数字信号处理模块220其硬件配置是：通用的高性能数字信号处理器为核心的最小系统。 

如图4，数字信号处理模块220其软件是由依次交互的图像特征点提取模块211、特征点配准模块212、图像变换模块213、图像融合模块214和图像编码压缩模块215组成。 

1）图像特征点提取模块211负责对图像的关键特征点进行提取，提取的关键特征点将作为两幅图像进行融合匹配的基础信息；采用通用的SUSAN角点检测算法提取。 

2）特征点配准模块212负责对图像特征点根据相对坐标信息进行比对从而得到两幅图像的匹配点集；采用特征向量的距离和点之间的相似性策略对特征点进行匹配；具体采用通用的最大相关法；在得到初步匹配点集后，将采用通用的RANSAC算法对数据进行拟合，从而去除低于匹配阈值的点，得到最优匹配点集。 

具体地，如图5，特征点配准模块212的工作流程是： 

①采用最大相关法取得初步匹配点集1；

②采用RANSAC算法进行拟合2； 

③判断匹配度是否低于阈值3，是则进入步骤④，否则从匹配点集中删除5；

④得到最优匹配点集，流程结束。

3）图像变换模块213负责根据配准的匹配点集将匹配图像向参考图像进行投影，得到校正后图像；采用通用的坐标变换法进行。 

4）图像融合模块214负责将校正后图像去除匹配区域图像后并与参考图像拼接；拼接线采用通用的加权平滑法进行处理。 

5）图像编码压缩模块215负责将图像序列进行编码压缩；采用目前常用的H.264编码压缩算法。 

以上所述，仅是本发明的较佳实例，本发明所主张的权利范围并不局限于此。本发明还有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，该领域技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。     

Claims (2)

1.一种具有分布式图像采集单元的超高清摄像机，其特征在于： 

由前后连接的图像采集单元组（100）和图像处理单元（200）组成； 

图像采集单元组（100）包括第1、2……N图像采集单元(110、120……1N0)，2≤N≤64；图像采集单元包括依次连接的镜头（111）、图像传感器（112）、采集控制模块（113）和信号传输模块（114）； 

图像处理单元(200)由前后连接的信号接收模块组(210)和数字信号处理模块(220)组成；信号接收模块组(210)包括第1、2……N信号接收模块(211、212……21N),2≤N≤64。 

2.按权利要求1所述的具有分布式图像采集单元的超高清摄像机的摄像方法，其特征在于包括下列步骤： 

①N个图像采集单元分别采集原始视频图像； 

②图像处理单元接收N个图像采集单元采集的原始视频图像； 

③图像处理单元对N个图像采集单元采集的原始视频图像进行图像特征点提取； 

④图像处理单元对第1个图像采集单元采集的原始视频图像和第2个图像采集单元采集的原始视频图像进行图像特征点配准，如果特征点匹配度低于阈值，则删除低于阈值的部分特征点，得到匹配点集； 

⑤图像处理单元对第1个图像采集单元采集的原始视频图像和第2个图像采集单元采集的原始视频图像根据两幅原始图像保留的特征点计算出两幅图像的投影坐标差异，并对第2幅图像进行投影坐标校正； 

⑥图像处理单元对第N个图像采集单元采集的原始视频图像和第N-1个经过投影坐标校正后的图像进行图像特征点配准，如果特征点匹配度低于阈值，则删除低于阈值的部分特征点，得到匹配点集； 

⑦图像处理单元对第N个图像采集单元采集的原始视频图像和第N-1个经过投影坐标校正后的图像保留的特征点计算出两幅图像的投影坐标差异，并对第N个图像采集单元采集的原始视频图像进行投影坐标校正； 

⑧图像处理单元将全部N-1个经过投影坐标校正的图像删除相似特征点部分，并与第一幅图像采集单元采集的原始视频图像合并成一幅完整的超高清视频图像； 

⑨图像处理单元将合成后的超高清视频图像序列进行视频压缩编码，形成一路超高清视频图像输出。 

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