CN103813102A - 一种用于细节成像的车载可变焦全景监控系统 - Google Patents

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一种用于细节成像的车载可变焦全景监控系统，属于视屏监控技术领域。所述系统包括6组均布在同一水平圆周上的可变焦镜组、红外照明模块、车载伺服稳定平台、视频采集与处理模块、全景显示模块，6组可变焦镜组固定安装在用于消除系统受到扰动影响的车载伺服稳定平台上，可变焦镜组将视场范围内的光束成像后被送至视频采集与处理模块中进行实时拼接处理，被拼接处理后的图像送至全景显示模块中供车内人员观察，视频采集与处理模块根据图像灰度值控制红外照明模块的开启。在满足360°全景监控的前提下，通过视场切换可以对目标进行高分辨率的识别，不受环境限制能够实现昼夜全时段的监控，同时可以隔离车辆姿态的扰动完成全视场监控的功能。

Description

一种用于细节成像的车载可变焦全景监控系统
技术领域
本发明属于视屏监控技术领域，主要涉及一种用于细节成像的车载可变焦全景监控系统，该系统能够为车辆提供实时稳定的昼夜全景图像。
背景技术
车载全景监控系统融合了伺服稳定、光学成像等领域的前沿技术，它真正实现了全空间范围内无死角、细节成像的监控方式，大大提高了车辆的监控能力。
当前先进的车辆监控系统所具有的全景观察能力，都是基于云台的旋转来完成360°的全景成像。这种方式同一时刻只能看到某一角度的画面，监控时不可避免会出现盲区，极大的影响了车辆实时监控的能力。
专利号201110317469.4、公开日2011年10月1日、发明创造名称为“一种360度全景监控系统”公开了一种采用十一路位于球体表面的摄像头，该十一路摄像头规则分布在球体的上、下表面，交互结合组成了360度的全景无死角的监控网络。其不足之处是不具备稳像功能，无法在车辆上使用。
申请号201010580740.9、公开日2010年12月9日、发明创造名称为“一种车载全景监控系统”公开了地理信息定位与全景视频为一体，可见光、红外和全景视频的多模态探测、远程设备控制并支持图像越界报警的功能。其不足之处是没有变焦功能，导致细节成像能力不够，不能对感兴趣的目标进行放大观察。
基于以上所述，现在没有技术能解决基于细节成像的车载可变焦全景监控系统问题。
发明内容
本发明为了克服现有技术的不足，提供了一种可快速切换视场的变焦全景监控系统，在满足360°全景监控的前提下，通过视场切换可以对目标进行高分辨率的识别，不受环境限制能够实现昼夜全时段的监控，同时可以隔离车辆姿态的扰动完成全视场监控的功能。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种用于细节成像的车载可变焦全景监控系统，包括6组位于同一水平基面的可变焦镜组、红外照明模块、车载伺服稳定平台、视频采集与处理模块、全景显示模块，其中：每组可变焦镜组的水平视场为60°，一共六组均布在360°的水平圆周上，6组可变焦镜组固定安装在车载伺服稳定平台上，红外照明模块安放在每组可变焦镜组的两侧，可变焦镜组将视场范围内的光束成像后被送至视频采集与处理模块中进行实时拼接处理，被拼接处理后的图像送至全景显示模块中供车内人员观察。所述可变焦镜组1在光线不足的情况下，由视频采集与处理模块4判断图像灰度值后控制红外照明模块开启，系统进入红外工作模式；所述系统被放置在车辆上，当车辆运动产生横摇、纵颠、侧倾等对成像系统的扰动，车载伺服稳定平台进行闭环稳定控制，以消除系统受到的扰动的影响，在视频采集与处理模块判断感兴趣目标出现时，可变焦镜组迅速将大视场模式切换至小视场模式，进行高清晰度的细节成像监控。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、现有技术都是基于云台实现的，不能有效隔离扰动，导致不能正常成像，而本发明的车载伺服稳定平台可以隔离车辆的角度扰动，使得全景监控系统可以不受干扰的成像，不会出现画面抖动、倾斜、模糊等影响后续视频采集与处理模块的图像；
2、在发现感兴趣目标后可以通过快速变焦对准目标，对目标进行高清晰度的细节成像。
附图说明
图1是本发明车载可变焦全景监控系统的三维结构示意图；
图2是本发明可变焦镜组的光学结构图；
图3是本发明可变焦镜组的机械结构示意图；
图4是本发明模块的原理图；
图中，1：可变焦镜组、2：红外照明模块、3：车载伺服稳定平台、4：视频采集与处理模块、5：全景显示模块，1-1：前固定镜片、1-2：主镜筒、1-3：变焦镜片、1-4：变焦凸轮、1-5：后固定镜组、1-6：变焦电机、1-7：高速CMOS成像器件、1-8：保持架。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限如此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
如图1所示，本发明提供的用于细节成像的车载可变焦全景监控系统，包括6组位于同一水平基面的可变焦镜组1、红外照明模块2、车载伺服稳定平台3、视频采集与处理模块4、全景显示模块5，其中：
系统中各可变焦镜组1的垂直视场等于45度，对应的水平视场分别为0°~60°、60°~120°、120°~180°、180°~240°、240°~300°、300°~360°，即可变焦镜组1的水平视场为60°，一共六组均布在360°的水平圆周上。六组可变焦镜组1产生的图像经视频采集与处理模块4拼接处理后，得到360°的全景监控图像显示在全景显示模块5中。
上述可变焦镜组1包括前固定镜片1-1、主镜筒1-2、变焦镜片1-3、变焦凸轮1-4、后固定镜组1-5、变焦电机1-6、高速CMOS成像器件1-7和保持架1-8。
不同视场范围的成像光束分别入射到可变焦镜组1中，经光学系统聚焦成像到像面处，被高速CMOS成像器件1-7接收成像。可变焦镜组1使用USB3.0接口的高速CMOS成像器件1-7。
白天，高速CMOS成像器件1-7接收景物反射的自然光成像；夜间，安放在每组可变焦镜组1两侧的红外照明模块2均匀照明监控视场，高速CMOS成像器件1-7接收景物反射的近红外光线成像。
全景监控时，变焦镜片1-3处于大视场模式下；当监控的视场中有需要作进一步识别的目标时，视频采集与处理模块4发出指令控制变焦电机1-6快速推动变焦镜片1-3做视场切换，从而实现系统的小视场细节成像。
上述六组可变焦镜组1通过机械结构固定安装在车载伺服稳定平台3上，用以保持整体光轴水平，六个光学子系统的光轴处于同一平面，车载伺服稳定平台3保证这一平面与重力轴的垂直。以与重力轴垂直的地平面为平面参考，本发明中的车载伺服稳定平台3采用两台伺服电机分别控制相对地平面的两个方向滚转，每个伺服电机都加装有角加速度传感器再配合加装在与光轴平面平行的结构面上的高精度陀螺仪实现闭环控制反馈系统，可实现全自动自平衡稳像，这样在复杂地形且运动条件下大视场全景搜索可以达到极其稳定的成像输出效果；同时在对远景小视场条件下的目标进行细节成像时伺服平台可以有人工和智能两种控制方式。因此整套系统的成像是由光学采集部分配合控制伺服平台调整画面角度，保持目标始终在画面内合适的位置。
结合图2、图3说明本发明在小视场模式下切换至大视场模式的工作过程：
可变焦镜组1各部分元件整体安装在保持架1-8上，前固定镜片1-1、后固定镜组1-5在变焦时保持位置不变。
小视场模式下，变焦镜片1-3距离前固定镜片1-1的距离L=48mm，视场6.2°*4.65°。变焦凸轮1-4通过变焦电机1-6齿轮带动旋转，变焦镜片1-3在变焦凸轮1-4带动下沿着主镜筒1-2做直线运动至图2中虚线表示的位置（即变焦镜片1-3距离前固定镜片1-1的距离L=4.68mm，视场60°*45°）处，完成向大视场模式的快速切换过程。
在小视场成像时，高速CMOS成像器件1-7的总像素数为320万、像素尺寸2.5um、帧频60Hz，其单个像素对应的最小空间角分辨率为0.052mrad，足可以分辨出人脸的细节部分。
如图4所示，整个系统的工作流程如下：
（1）可变焦镜组1采集图像输入至视频采集与处理模块4进行全景拼接，拼接后的图像输出至全景显示模块5用以观察者进行监视。
（2）当车辆有震动时，车载伺服稳定平台3开始工作稳定可变焦镜组1的光轴。
（3）白天，图像经过视频采集与处理模块4处理灰度值后，判定光线足够，视频采集与处理模块4控制红外照明模块2不开启；晚间，图像经过视频采集与处理模块4处理灰度值后，判定光线不足够，视频采集与处理模块4控制红外照明模块2开启。

Claims (5)

1.一种用于细节成像的车载可变焦全景监控系统，其特征在于所述系统包括6组均布在同一水平圆周上的可变焦镜组、红外照明模块、车载伺服稳定平台、视频采集与处理模块、全景显示模块，其中：6组可变焦镜组固定安装在车载伺服稳定平台上，红外照明模块安放在每组可变焦镜组的两侧，可变焦镜组将视场范围内的光束成像后被送至视频采集与处理模块中进行实时拼接处理，被拼接处理后的图像送至全景显示模块中供车内人员观察。
2.根据权利要求1所述的用于细节成像的车载可变焦全景监控系统，其特征在于所述可变焦镜组在光线不足的情况下，由视频采集与处理模块判断图像灰度值后控制红外照明模块开启，系统进入红外工作模式；当系统受到扰动影响时，车载伺服稳定平台进行闭环稳定控制，在视频采集与处理模块判断感兴趣目标出现时，可变焦镜组迅速将大视场模式切换至小视场模式，进行高清晰度的细节成像监控。
3.根据权利要求1所述的用于细节成像的车载可变焦全景监控系统，其特征在于所述可变焦镜组包括前固定镜片、主镜筒、变焦镜片、变焦凸轮、后固定镜组、变焦电机、高速CMOS成像器件和保持架。
4.根据权利要求1所述的用于细节成像的车载可变焦全景监控系统，其特征在于所述可变焦镜组使用USB3.0接口的高速CMOS成像器件。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的用于细节成像的车载可变焦全景监控系统，其特征在于所述可变焦镜组的水平视场为60°，垂直视场等于45度。
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