CN103973944A - 半球型全景成像装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半球型全景成像装置及方法，该装置包括：壳体，壳体包括半球面部分；图像采集模块，包括多个摄像头，以从不同角度同时采集多个图像，多个摄像头均匀设置在半球面部分上；以及图像拼接模块，用于将多个图像拼接成一幅全景图像。通过在半球面部分上设置较多数量的摄像头，易于获得高分辨率的全景图像。另一方面，由于多个摄像头均匀分布在半球面部分上，从理论上来说，每个摄像头在图像采集过程中的视角较小。由于采用小视角的摄像头，能够大幅度减轻采集到的图像的桶形形变，甚至该桶形形变可忽略不计，由此可以简化图像处理程序，减少图像处理成本，提高图像处理速度。

Description

半球型全景成像装置及方法

技术领域

本发明涉及成像装置及方法，尤其涉及一种半球型全景成像装置及方法。

背景技术

现有的全景成像装置一般有三类，一类是利用单个摄像头旋转摄录后，拼接成一幅全景图像；第二类是将多个摄像头均匀设置在一个水平圆环上，将摄录图片投影到柱面，再拼接成一幅全景图像，这就是所谓的柱状投影全景；第三类是单摄像头光学投影全景，直接从摄像头获取全景图像。这三类全景成像装置各有优缺点，其中，对于第一类而言，由于全景图像是通过镜头旋转得到的，因此全景图像的采集速率不高，难以满足拍摄的实时性要求。对于第二类而言，柱状投影的缺陷在于，只能摄录到某个平面内360°范围内的景物，对于与该平面以为的景物则无法摄录到。对于第三类而言，虽然单镜头光学投影可以通过适当的光学设计达到半球的景物摄录，但是由于单个摄像头以及镜头的限制，采集得到的图像的分辨率比较低。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中全景图像分辨率低的缺陷，提供一种半球型全景成像装置及方法。

本发明解决其技术问题所利用的技术方案是：提供一种半球型全景成像装置，包括：

壳体，所述壳体包括半球面部分；

图像采集模块，包括多个摄像头，以从不同角度同时采集多个图像，所述多个摄像头均匀设置在所述半球面部分上；以及

图像拼接模块，用于将所述多个图像拼接成一幅全景图像。

在依据本发明实施例的半球型全景成像装置中，所述图像采集模块包括至少5个摄像头。

在依据本发明实施例的半球型全景成像装置中，所述图像采集模块包括13个摄像头。

在依据本发明实施例的半球型全景成像装置中，所述图像拼接模块包括：

图像映射单元，基于所述多个摄像头在所述半球面部分上的位置排布，将所述多个图像从直角坐标系转换到球坐标系；以及

图像拼接单元，根据预先标定的标准图像，分别将所述多个图像裁剪成五边形；再将所述多个图像拼接成一幅半球面全景图像。

在依据本发明实施例的半球型全景成像装置中，所述图像拼接模块进一步包括图像平面显示单元，用于将所述半球全景图像从球坐标系转换到直角坐标系，以形成平面全景图像。

在依据本发明实施例的半球型全景成像装置中，所述图像拼接模块为基于数字芯片的图像拼接模块。

在依据本发明实施例的半球型全景成像装置中，所述数字芯片为FPGA。

在依据本发明实施例的半球型全景成像装置中，所述半球型全景成像装置进一步包括图像传输模块，用于输出所述全景图像。

本发明还提供了一种半球型全景成像方法，包括步骤：

S100、利用多个摄像头从不同角度同时采集多个图像，所述多个摄像头均匀设置在壳体的半球面部分上；以及

S200、将所述多个图像拼接成一幅全景图像。

在依据本发明实施例的半球型全景成像方法中，所述步骤S200进一步包括：

S210、基于所述多个摄像头在所述半球面部分上的位置排布，将所述多个图像从直角坐标系转换到球坐标系；

S220、根据预先标定的标准图像，分别将所述多个图像裁剪成五边形；再将所述多个图像拼接成一幅半球面全景图像。

在依据本发明实施例的半球型全景成像方法中，所述步骤S200进一步包括：

S230、将所述半球全景图像从球坐标系转换到直角坐标系，以形成平面全景图像。

本发明产生的有益效果是：通过在半球面部分上设置较多数量的摄像头，易于获得高分辨率的全景图像。另一方面，由于多个摄像头均匀分布在半球面部分上，从理论上来说，每个摄像头在图像采集过程中的视角较小。由于采用小视角的摄像头，能够大幅度减轻采集到的图像的桶形形变，甚至该桶形形变可忽略不计，由此可以简化图像处理程序，减少图像处理成本，提高图像处理速度。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是依据本发明实施例的半球型全景成像装置的正视图；

图2是依据本发明实施例的半球型全景成像装置的俯视图；

图3示出了依据本发明实施例的半球型全景成像装置的逻辑框图；

图4示出了依据本发明实施例的半球型全景成像方法的流程图；

图5示出了图4中步骤S200的子步骤的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

依据本发明实施例的半球型全景成像装置包括壳体、图像采集模块以及图像拼接模块。其中，图像采集模块包括多个摄像头，可从不同角度同时采集多个图像，图像拼接模块可将采集的多个图像拼接成一幅全景图像。下面将结合附图阐述半球型全景成像装置的各个组成部分，本领域的技术人员应当知晓，以下描述的各个部分既可以单独应用于半球型全景成像装置，也可以任意的组合应用于半球型全景成像装置。

图1和2分别示出了依据本发明实施例的半球型全景成像装置的正视图和俯视图。如图1和2所示，壳体100至少包括一半球面部分。图像采集装置包括多个摄像头200₁、200₂、…、200_k，一般至少5个摄像头，其均匀设置在上述壳体100的半球面部分上。优选地，图像采集装置包括13个摄像头。应当注意的是，图1和2中只示例性地标出了数个摄像头，其它摄像头并没有一一标出，但是本领域的技术人员应当知晓其也同为摄像头。

图3示出了依据本发明实施例的半球型全景成像装置的逻辑框图，如图3所示，图像采集模块200的输出端与图像拼接模块300的输入端连接，从而将多个摄像头采集的多个图像传输至图像拼接模块300，以拼接形成一幅全景图像。

具体而言，该图像拼接模块300包括图像映射单元310，通常地，半球面部分上设置的每个摄像头摄录的图像均为平面图像（例如为方形平面图像），因此无法直接对所摄录的多个平面图像进行直接拼接来形成全景图像，所以首先采用图像映射单元310，基于多个摄像头在半球面部分上的位置排布，将多个平面图像从直角坐标系转换到球坐标系，从而将多个图像分别映射到一个半球面上，使得每个摄录的图像成为一个半球面图像的一部分。在坐标转换过程中，图像的光学中心点保持不变。

图像拼接模块300进一步包括图像拼接单元320。由于所摄录的图像在上述一个半球面图像上有相互重叠的部分，为了形成一幅无缝全景图像，图像拼接单元320根据预先标定的标准图像尺寸，分别将多个图像裁剪成五边形，优选为正五边形。裁剪过程中，保持图像的光学中心点不变，并仍以该光学中心点为中心来进行裁剪。在本实施例中，图像拼接模块300为基于数字芯片的图像拼接模块300，数字芯片优选为FPGA。下面将详细描述该图像裁剪过程。

当半球面部分确定之后，可根据上述多个摄像头的数量和位置排布标定每个摄像头所摄录的图像在一幅半球面图像中的标准组成图像，包括该标准组成图像的形状、尺寸以及方位，例如，可选用的标准组成图像为正五边形，数量为13个。其中，该标定方法可以是手动逼近法；或者是在使用手动逼近法的同时，结合相机在外部通过网格标定等辅助方法。本领域的技术人员应当知晓，上述标定方法仅用作举例，并不是对本发明的限制，在不脱离本发明的保护范围的前提下，可采用任意适合的图像标定方法来进行标定。

在该实施例中，可例如采用缓存器的方式实现裁剪。以第i个摄像头为例，根据第i个摄像头在该半球面部分的位置，可确定该摄像头的光学中心点的坐标，同时根据预先标定的标准五边形图像，包括标准五边形图像的尺寸和方位，可以确定以第i个摄像头的光学中心点为中心的五边形，即五边形五个顶点的坐标。相应地，五边形的五条边的坐标即可确定，即该五边形的边界即可确定。设置缓存器用来存储图像，在该缓存器中只存储第i个摄像头摄录的图像在五边形边界范围内的像素点，从而通过存储实现了对该图像的裁剪。当所有摄像头所摄录的图像全部存储到缓存器中后，因为半球面部分的坐标是连续的，因此所存储的多个图像可拼接形成一幅连续的半球形全景图像，从而进一步通过存储实现了图像拼接。

图像拼接模块300进一步包括图像平面显示单元330，可将该半球形全景图像中的像素点从球坐标系转换到直角坐标系，从而形成平面全景图像。

依据本发明实施例的半球型全景成像装置进一步包括图像传输模块400，该图像传输模块400包括合适的逻辑、电路和/或接口，用来输出全景图像。例如，可直接输出半球形全景图像，也可输出半球形全景图像转换后的平面全景图像。其中，该图像传输模块400可例如包括以太网接口，用以将全景图像快速传输至其它装置，例如显示装置。

图4示出了依据本发明实施例的采用上述任意一种半球型全景成像装置实施半球型全景成像方法的流程图，下面将按步骤描述该半球型全景成像方法。

S100、采用多个摄像头从不同角度同时采集多个图像，多个摄像头均匀设置在壳体100的半球面部分上。此处所述的多个摄像头包括半球型全景成像装置中的多个摄像头的任意或全部技术特征。

S200、采用图像拼接模块300将多个图像拼接成一幅全景图像，该图像拼接模块300包括半球型全景成像装置中的图像拼接模块300的任意或全部技术特征。其中，步骤S200进一步包括以下子步骤，图5示出了各个子步骤的流程图。

S210、基于多个摄像头在半球面部分上的位置排布，将多个图像从直角坐标系转换到球坐标系，从而将多个图像分别映射到半球面部分上。

S220、根据预先标定的标准图像（包括标准图像的形状、尺寸和方位），分别将多个图像裁剪成五边形；再将多个图像拼接成一幅半球面全景图像。

S230、将半球全景图像从球坐标系转换到直角坐标系，以形成平面全景图像。该步骤为可选步骤。

从以上可以看出，在依据本发明的半球型全景成像装置及方法中，设置在半球面部分上是摄像头数量较多（例如13个），因此易于获得高分辨率的全景图像。例如，如果采用100万像素的摄像头，则可获得分辨率高达1300万像素的全景图像。实际应用中，基于对整体硬件成本的考虑，可采用30万像素的摄像头，获得390万像素的全景图像，几乎是1080P的两倍。另一方面，由于多个摄像头均匀分布在半球面部分上，从理论上来说，每个摄像头在图像采集过程中的视角只有36～45°。而在采用4～6个摄像头的柱状投影全景图像采集中，每个摄像头的视角为90～120°。由于采用小视角的摄像头，能够大幅度减轻采集到的图像的桶形形变，甚至该桶形形变可忽略不计，由此可以简化图像处理程序，减少图像处理成本，提高图像处理速度。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种半球型全景成像装置，其特征在于，包括：

壳体，所述壳体包括半球面部分；

图像采集模块，包括多个摄像头，以从不同角度同时采集多个图像，所述多个摄像头均匀设置在所述半球面部分上；以及

图像拼接模块，用于将所述多个图像拼接成一幅全景图像。

2.根据权利要求1所述的半球型全景成像装置，其特征在于，所述图像采集模块包括至少5个摄像头。

3.根据权利要求2所述的半球型全景成像装置，其特征在于，所述图像采集模块包括13个摄像头。

4.根据权利要求1所述的半球型全景成像装置，其特征在于，所述图像拼接模块包括：

图像映射单元，基于所述多个摄像头在所述半球面部分上的位置排布，将所述多个图像从直角坐标系转换到球坐标系；以及

图像拼接单元，根据预先标定的标准图像，分别将所述多个图像裁剪成五边形；再将所述多个图像拼接成一幅半球面全景图像。

5.根据权利要求4所述的半球型全景成像装置，其特征在于，所述图像拼接模块进一步包括图像平面显示单元，用于将所述半球全景图像从球坐标系转换到直角坐标系，以形成平面全景图像。

6.根据权利要求1所述的半球型全景成像装置，其特征在于，所述图像拼接模块为基于数字芯片的图像拼接模块。

7.根据权利要求6所述的半球型全景成像装置，其特征在于，所述数字芯片为FPGA。

8.一种半球型全景成像方法，其特征在于，包括步骤：

S100、利用多个摄像头从不同角度同时采集多个图像，所述多个摄像头均匀设置在壳体的半球面部分上；以及

S200、将所述多个图像拼接成一幅全景图像。

9.根据权利要求8所述的半球型全景成像方法，其特征在于，所述步骤S200进一步包括：

S210、基于所述多个摄像头在所述半球面部分上的位置排布，将所述多个图像从直角坐标系转换到球坐标系；

S220、根据预先标定的标准图像，分别将所述多个图像裁剪成五边形；再将所述多个图像拼接成一幅半球面全景图像。

10.根据权利要求9所述的半球型全景成像方法，其特征在于，所述步骤S200进一步包括：

S230、将所述半球全景图像从球坐标系转换到直角坐标系，以形成平面全景图像。