CN103501404B - 全景观察镜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了全景观察镜，它包括壳体（4），超球面摄像镜头（1）安装于壳体（4）上部，图像矫正处理组（2）和电源及图像分配板组（3）设置于超球面摄像镜头（1）下方的壳体（4）内，图像矫正处理组（2）包括通过传输线缆连接的成像传感器（5）和图像矫正装置（6），电源及图像分配板组（3）包括电源模块（8）和数字信号处理器（9），图像矫正装置（6）通过传输线缆连接数字信号处理器（9）。本发明的有益效果是：结构紧凑、体积小重量轻、采用单镜头CCD即能对周围360°环境信息进行图像采集，可使在封闭车辆环境中的监控人员获得实时周边环境态势，辅助车辆内的监控人员环境态势感的建立。

Description

全景观察镜

技术领域

本发明涉及360°周视全景视觉技术领域，特别是一种全景观察镜。

背景技术

目前周视观察镜多为带转台式摄像机或为多镜头CCD摄像机，体积大、成本高；安装使用都不方便。随着安全监控应用的发展，摄像机应用范围也不断扩大，由于环境、光线、监控物体的多样性和监控画面不同的复杂程度，现在多摄像机的视频采集芯片（CCD）和镜头技术的要求也在不断提高。

CCD的有效像素从十几万发展到现在的千万级，镜头从普通演变到广角、长焦等多种形式。但是，目前摄像机技术都还只是进行有限视场的视频图像采集，尽管可以进行广角市场的采集，但是由于镜头曲度和视频处理能力有限，仍然有视场死角。

目前实现360°全景的方法主要包括：单摄像头或多摄像头与云台结合；多帧图像直接进行拼接；多帧图像应用柱面坐标进行拼接；应用鱼眼镜头的特殊方位拍摄进行展开。现有360°全景展现技术大都建立于多福图像拼接而成，主要是将多幅图像映射在同一个球形模型上，然后再进行拼接覆盖重复区域，因其算法庞大故较为耗时，而且在大视场中检测也不便。

另外，中国专利201220024846.5，提供了一种安防监控摄像机，其视场角仅可达到170°，存在死角范围。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种结构紧凑、体积小重量轻、采用单镜头CCD即能对周围360°环境信息进行图像采集的全景观察镜，可使在封闭车辆环境中的监控人员获得实时周边环境态势，辅助车辆内的监控人员环境态势感的建立。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：全景观察镜，它包括超球面摄像镜头、图像矫正处理组、电源及图像分配板组和壳体，所述的壳体上方设置有镜头安装座，超球面摄像镜头安装于壳体的镜头安装座内，图像矫正处理组和电源及图像分配板组依次设置于超球面摄像镜头下方的壳体内，所述的图像矫正处理组包括成像传感器和图像矫正装置，成像传感器设置于超球面摄像镜头的垂直正下方，且成像传感器垂直于超球面摄像镜头的中心光轴，成像传感器通过传输线缆连接图像矫正装置，所述的电源及图像分配板组包括电源模块和数字信号处理器，图像矫正装置通过传输线缆连接数字信号处理器。

它还包括充气阀，超球面摄像镜头与壳体间密封，壳体内部形成密闭空间，充气阀安装于壳体的侧壁上，壳体内部填充氮气。

所述的超球面摄像镜头从物面到像面依次包括成像前组、视场光阑和成像后组，成像前组包括上凸下平第一透镜、上凹下凹第二透镜、双凸面第三透镜和上凸下凹第四透镜，成像后组包括双凸面第一胶合透镜、双凸面第二胶合透镜和上凸下平第九透镜。

所述的充气阀由充气阀套、压片、压圈、充气阀盖和气门芯构成。

本发明具有以下优点：本发明采用自主设计的210°广角球面镜头，其视场角210°较之现有技术中的170°视场角增大，更进一步缩小死角范围，单镜头CCD即可进行360°全景图像采集，实现360°周视观察，克服了以往多镜头摄像机观察镜成本高、实时性差、有盲区不足之缺点；通过360°图像矫正方式解决镜头超大视场的畸变问题，消除传统鱼眼镜头“曲面效应”使之符合人眼视觉的要求。视场角增大后相应的图像去畸变难度增大，图像处理越困难，由于本发明采用了SOC作为处理芯片，其图像处理能力更强大，输出的图像为高清SDI图像信号，而现有技术中多为VGA等格式图像输出。本发明输出图像经软件处理后，采用平铺方式在显示器中上下各显示前后180°图像画面，更有利于观察者观察。

本发明特别适合于封闭的车辆内使用，可使车长、操作指挥者在封闭的环境中获得实时周边环境态势，辅助车内观察者在封闭的环境中获得周边实时环境态势，让车内人员有身处外部环境的感觉以及可及时对付突发情况。

本发明采用SOC作为处理芯片，实现360度视角210度范围内的图像采集和处理，小巧、轻便，安装方便，适用和使用范围广泛。

附图说明

图1 为本发明的结构示意图

图2 为本发明的超球面摄像镜头的结构示意图

图3 为超球面摄像镜头光学系统的结构示意图

图4 为本发明的图像矫正处理组的结构示意图

图5 为本发明的图像矫正处理组的俯视结构示意图

图6 为本发明的电源及图像分配板组的结构示意图

图7 为本发明的电源及图像分配板组的俯视结构示意图

图8 为本发明的充气阀的结构示意图

图9 为本发明的安装使用结构示意图

图中，1-超球面摄像镜头，2-图像矫正处理组，3-电源及图像分配板组，4-壳体，5-成像传感器，6-图像矫正装置，7-过渡板，8-电源模块，9- 数字信号处理器，10-安装座，11-充气阀，12-充气阀套，13-压片，14-压圈，15-充气阀盖，16-气门芯，17-上凸下平第一透镜，18-上凹下凹第二透镜，19-双凸面第三透镜，20-上凸下凹第四透镜，21-视场光阑，22-双凸面第一胶合透镜，23-双凸面第二胶合透镜，24-上凸下平第九透镜。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述：

如图1所示，全景观察镜，它包括超球面摄像镜头1、图像矫正处理组2、电源及图像分配板组3和壳体4，所述的壳体4上方设置有镜头安装座10，超球面摄像镜头1通过细牙螺纹安装于壳体4的镜头安装座10内，图像矫正处理组2和电源及图像分配板组3沿从上到下的方向依次设置于超球面摄像镜头1下方的壳体4内，如图4、图5所示，所述的图像矫正处理组2包括成像传感器5和图像矫正装置6，成像传感器5设置于超球面摄像镜头1的垂直正下方，且成像传感器5垂直于超球面摄像镜头1的中心光轴，即成像传感器5的接收靶面垂直于超球面摄像镜头1的中心光轴，成像传感器5通过传输线缆连接图像矫正装置6，成像传感器5和图像矫正装置6均安装于过渡板7上，过渡板7固定安装于壳体4内，如图6、图7所示，所述的电源及图像分配板组3包括电源模块8和数字信号处理器9，图像矫正装置6通过传输线缆连接数字信号处理器9，电源模块8和数字信号处理器9均安装于安装座10上，安装座10固定安装于壳体4内，电源模块8通过电缆连接26V直流电源，数字信号处理器9通过视频输出线缆分别连接控制计算机和操控计算机。所述的数字信号处理器9为SDI分配板。全景观察镜通过电缆外接输入的26V电源经电源模块8转换成12V直流电为图像矫正处理组2和数字信号处理器9供电。

如图1所示，它还包括充气阀11，超球面摄像镜头1与壳体4间密封，壳体4内部形成密闭空间，充气阀11安装于壳体4的侧壁上，壳体4的侧壁上设置有安装孔，充气阀11安装于壳体4的安装孔内，充气阀11封隔壳体4内部空间与壳体4外部空间，壳体4内部填充氮气。全景观察镜的壳体4上安装了两个充气阀11。两个充气阀11实现对产品充氮，保护光学镜头不发霉以及温差大时防生水汽。如图8所示，所述的充气阀11由充气阀套12、压片13、压圈14、充气阀盖15和气门芯16构成，充气阀套12安装于壳体4的侧壁上，气门芯16安装于充气阀套12内，且气门芯16与充气阀套12之间安装有压片13，气门芯16由安装于充气阀套12内的压圈14压紧固定，充气阀盖15安装于压圈外侧的充气阀套12内。

如图1、图2、图3所示，所述的超球面摄像镜头1从物面到像面依次包括成像前组、视场光阑21和成像后组，成像前组包括上凸下平第一透镜17、上凹下凹第二透镜18、双凸面第三透镜19和上凸下凹第四透镜20，成像后组包括双凸面第一胶合透镜22、双凸面第二胶合透镜23和上凸下平第九透镜24。光学CCD镜头系统采用210°视场，实现360°图像信息的采集处理。

使用时，如图9所示，将全景观察镜垂直向上安装于车辆顶部离地面高2.8米左右，在离车体10.5米的目标都可以在210°视场的CCD镜头中成像，这样360°范围的目标都能在CCD中成像，实现观察360°范围目标的指标要求。用于采集车辆所处周围360度的环境图像信息，输出采集到的视频信号至车辆内显示器中。可使车特别是封闭车辆内观察者在封闭的环境中获得周边实时环境态势，辅助车内人员环境态势感的建立。让车内人员有身处外部环境的感觉以及对付突发情况。也可装在警察巡逻车及公交车内的监视系统，地铁客车内的监视系统等。本全景观察镜采用单镜头实现360度视角210度范围内的图像采集和处理，小巧、轻便，安装方便，适用和使用范围广泛。

全景观察镜通过垂直向上安装实现车身周围360°的信息采集处理，这样360°范围的目标都能成像在CCD中。所成图像经图像矫正装置6处理，再经数字信号处理器9进行数字信号处理，输出符合人眼视觉要求的高清SDI视频图像，通过外接电缆输出两路SDI视频信号，分别提供给控制计算机和操控计算机使用。

全景观察镜采用多光学镜片复合成像技术，将镜头的圆周360度视角210度范围内的图像通过光波的多次折射后，传输到成像传感器5芯片CCD上成像。CCD采集的图像，通过SOC（System on Chip）前处理系统，实时将采集图像通过图像矫正装置6进行矫正和处理。将采集的原始图像通过空间变换及坐标变换的方式，展宽成全景宽幅图像，同时也可以在图像上划分区域，以实现全景画面的多画面分割。本发明产品其图像矫正后经软件处理输出前后各180度的分割画面，有利于观察者的方向感和对特定目标的观察。

图像处理的核心技术为鱼眼图像扭曲矫正功能，能将特定镜头所成图像扭曲补偿的数学演算法直接烧结在硅晶片上，因此可以达到实时的图像输出。本发明是全数字技术的全景成像产品：实现了单镜头无机械驱动的全景360度视频画面采集，由于采用SOC作为处理芯片，因此小巧、轻便、安装方便，使用和适用范围广泛，是现有监视观察摄像机产品中的领先产品。

Claims (3)

1.全景观察镜，其特征在于：它包括超球面摄像镜头（1）、图像矫正处理组（2）、电源及图像分配板组（3）和壳体（4），所述的壳体（4）上方设置有镜头安装座（10），超球面摄像镜头（1）安装于壳体（4）的镜头安装座（10）内，图像矫正处理组（2）和电源及图像分配板组（3）依次设置于超球面摄像镜头（1）下方的壳体（4）内，所述的图像矫正处理组（2）包括成像传感器（5）和图像矫正装置（6），成像传感器（5）设置于超球面摄像镜头（1）的垂直正下方，且成像传感器（5）垂直于超球面摄像镜头（1）的中心光轴，成像传感器（5）通过传输线缆连接图像矫正装置（6），所述的电源及图像分配板组（3）包括电源模块（8）和数字信号处理器（9），图像矫正装置（6）通过传输线缆连接数字信号处理器（9）；

所述的全景观察镜还包括充气阀（11），超球面摄像镜头（1）与壳体（4）密封连接，壳体（4）内部形成密闭空间，充气阀（11）安装于壳体（4）的侧壁上，壳体（4）内部填充有氮气。

2.根据权利要求1所述的全景观察镜，其特征在于：所述的超球面摄像镜头（1）从物面到像面依次包括成像前组、视场光阑（21）和成像后组，成像前组包括上凸下平第一透镜（17）、上凹下凹第二透镜（18）、双凸面第三透镜（19）和上凸下凹第四透镜（20），成像后组包括双凸面第一胶合透镜（22）、双凸面第二胶合透镜（23）和上凸下平第九透镜（24）。

3.根据权利要求2所述的全景观察镜，其特征在于：所述的充气阀（11）由充气阀套（12）、压片（13）、压圈（14）、充气阀盖（15）和气门芯（16）构成。