CN104506761B - 一种360度全景立体摄像机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种360度全景立体摄像机，至少包括支架以及外壳，所述的外壳由其中心处固定在支架的顶部，所述的外壳的中心处设有GPS模块，外壳的侧壁上设置有USB数据接口和外接电源接口，外壳的下底板上安装有电源开关和摄像速度调节器以及声音采集模块，外壳的内部还设有中央控制与图形处理器、电池以及音频处理器；所述外壳由其中心处划分为至少四个大小相同的单元模块，每个单元模块的侧面上均安装有两个镜头；每个镜头均具有各自独立的面阵CCD成像单元。本发明提供的全景立体摄像机解决了背景技术中的不足，该摄像机结构简单、制造和使用方便。
Description
技术领域
本发明涉及相机领域、计算机视觉领域和虚拟现实领域，尤其是设计一种全景立体摄像机。
背景技术
目前随着3D虚拟现实、物联网、智能交通、智慧城市等新兴领域的大力发展，全景360度立体摄像机将扮演重要的实时视屏影像数据获取的手段之一。
当前世面上的立体摄像机几乎都不具备获取360度的立体全景影像的功能，在某一时刻这能获取一定视场范围内的立体影像。少数的立体全景摄像机都是利用两个镜头构成镜头对，沿着一个环形进行机械运动，通过推扫的方式获取360度的立体全景影像，但是这种摄像机无法在同一时刻获取360度全景立体影像，因此不具备真正意义上的实时全景立体摄影机特性。与此同时，这种全景立体摄像机存在机械系统复杂，运行速度和非匀速等因素，所产生的影像中动态目标模糊与夜间获取的影像质量较差等。由于这些缺陷，限制了全景立体摄像机在相关领域中的应用，尤其是虚拟现实中实时全景立体虚拟视觉头盔中的应用等。
基于多镜头的全景摄像机，不仅可获取实时全景立体影像，并且具有成像一体化、360°大视场、旋转不变性等优点，因此在计算机视觉、虚拟现实、测绘科学、人工智能等相关领域中逐步得到应用。
发明内容
本发明提供了一种360度全景立体摄像机，解决了背景技术中的不足，该摄像机结构简单、制造和使用方便。
实现本发明上述目的所采用的技术方案为：
一种360度全景立体摄像机，至少包括支架以及外壳，所述的外壳由其中心处固定在支架的顶部，所述的外壳呈棱柱状，其侧棱至少设有四根，棱柱的侧面均为向内凹陷的圆柱曲面或弯折面，所述外壳由其中心处划分为至少四个大小相同的单元模块，每一侧面均与一个单元模块相对应，每一个单元模块中均包含有两个镜头，所述的两个镜头安装于该单元模块所对应的侧面上，且每个镜头的朝向均与该镜头所位于的侧壁的表面相垂直；
所述的外壳的中心处设有GPS模块，用于获取摄像机的中心的三维空间坐标，以及每个镜头中心的三维空间坐标，GPS模块的相位天线与外壳上顶面的中心重合；利用这些三维空间坐标和影像数据，通过影像处理器计算获取360°范围内物方空间内的任意点的三维空间点云。
外壳的侧壁上设置有USB数据接口和外接电源接口，还设置有用于放置数据存储卡的卡槽，外壳的下底板上安装有电源开关和摄像速度调节器以及声音采集模块，外壳的内部还设有中央控制与图形处理器、电池以及音频处理器，所述声音采集模块用于采集与视屏数据同步的音频数据，声音采集模块与音频处理器连接，并通过音频处理器获得高保真的音频数据；
每个镜头均具有各自独立的面阵CCD成像单元，所述的面阵CCD成像单元由镜片组、CCD影像感测器和影像数据存储单元组成，上述镜头均通过面阵CCD成像单元与中央控制与图形处理器连接；所述的单元模块中的一个镜头与相邻模块中的一个镜头共同构成一组空间立体镜头对，从而获取物方空间范围内具有部分重叠区域的视屏影像，通过上述方式获取的立体视屏影像的视场之和大于或等于360度。利用这种交叉结构组成的立体摄像系统可以在较小的体积结构中，增加每个立体镜头对之间的间距，通过较大的间距可以有效提高立体影像的3D视觉效果。
所述的支架与外壳之间设置有升降杆，所述的升降杆安装于外壳下底板中心的下方，用于调节外壳的垂直高度。
所述的外壳划分为六个大小相同的单元模块。
所述的外壳的顶部还安装有用于获取全景立体视频影像的实时方位的地磁仪器。
所述的外壳的内部安装有用于获取车载或处于运动状态下的全景立体视频影像的实时运动速度的陀螺仪。
本发明提供的360度全景立体摄像机通过利用多个镜头对构建成的一个环形镜头阵列，将这些分布于环形镜头阵列中的镜头分为奇数和偶数序号。所有奇数序号的镜头在同一时间获取一组影像数据，于此同时偶数序号的镜头也获取一组数据，通过高精度的影像拼接技术分别将奇数序号和偶数的镜头获取的影像拼接成两张360度全景影像。利用红绿、偏振、极化等立体显示方法将两张全景影像形成360度全景立体影像。
与现有技术相比，本发明是利用多个镜头构建的全景360度立体摄像机。这种结构的全景摄像机中，每两个镜头按一定指向夹角构成一组镜头对模块，每个镜头对中一个镜头的主光轴与相邻镜头对中的某一主光轴在物方空间具有焦点的镜头同时获取同一时刻的影像构成具有一定重叠度的立体像对，通过快速实时影像处理器对同一时刻获取一组多张影像进行处理，从而得到某一时刻的两张全景360度影像，利用这两张具有一定重叠范围的全景影像生成出某一时刻的全景立体影像。该发明利用镜头之间夹角的结构在较小空间体积内增大了获取立体像对的镜头对之间的基线间距，大大提高了3D视觉效果；通过多镜头结构省去了复杂的镜头旋转机械装置，结构简单制造难度较低；使用外壳底部的高灵敏声音采集器获取与全景立体视觉影像同步的声音数据；通过利用安置与相机中心的GPS构建出各个镜头透视中心在空间中三维坐标，结合3600全景立体影像可方便快捷地实现了360度范围内的三维可视化和空间三维信息的获取。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的全景立体摄像机的结构示意图；
图2为本发明实施例1提供的全景立体摄像机的外壳底部图；
图3为本发明提供的全景立体摄像机的外壳的内部结构示意图；
图4为本发明实施例1提供的全景立体摄像机的工作原理示意图；
图5为本发明实施例2提供的全景立体摄像机的外壳的结构示意图；
图中：1-支架，2-升降杆，3-GPS模块，4-外壳，5-镜头，6-单元模块，7-声音采集模块，8-外接电源接口，9-摄像速度调节器,10-音频处理器，11-电源开关，12-USB数据接口，13-中央控制与图形处理器，14-电池，15-地磁仪器，16-陀螺仪。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做详细具体的说明，但是本发明的保护范围并不局限于以下实施例。
实施例1
本实施例中所提供的360度全景立体摄像机的结构如图1所示，至少包括支架1以及外壳4，所述的外壳4由其中心处固定在支架1的顶部，所述的支架1与外壳4之间设置有升降杆2，所述的升降杆2安装于外壳4下底板中心的下方，用于调节外壳的垂直高度。
所述的外壳4呈棱柱状，其侧棱至少设有四根，棱柱的侧面均为向内凹陷的圆柱曲面，所述外壳由其中心处划分为至少四个大小相同的单元模块6，在本实施例中单元模块6设置有六个，每一侧面均与一个单元模块相对应，每一个单元模块中均包含有两个镜头5，所述的两个镜头5安装于该单元模块所对应的侧面上，且每个镜头5的朝向均与该镜头所位于的侧壁的表面相垂直。
所述的外壳4的中心处设有GPS模块3，用于获取摄像机的中心的三维空间坐标，以及每个镜头中心的三维空间坐标，GPS模块3的相位天线与外壳上顶面的中心重合；利用这些三维空间坐标和影像数据，通过影像处理器计算获取360°范围内物方空间内的任意点的三维空间点云。
外壳的结构如图2和图3所示，外壳的顶部安装有用于获取全景立体视频影像的实时方位的地磁仪器15。其侧壁上设置有USB数据接口12和外接电源接口8，还设置有用于放置数据存储卡的卡槽，外壳的下底板上安装有电源开关11和摄像速度调节器9以及声音采集模块7，外壳的内部还设有中央控制与图形处理器13、电池14以及音频处理器10，所述声音采集模块7用于采集与视屏数据同步的音频数据，声音采集模块7与音频处理器10连接，并通过音频处理器10获得高保真的音频数据。外壳的内部安装有用于获取车载或处于运动状态下的全景立体视频影像的实时运动速度的陀螺仪16。
每个镜头5均具有各自独立的面阵CCD成像单元，所述的面阵CCD成像单元由镜片组、CCD影像感测器和影像数据存储单元组成，上述镜头均通过面阵CCD成像单元与中央控制与图形处理器13连接；所述的单元模块6中的一个镜头与相邻模块中的一个镜头共同构成一组空间立体镜头对，从而获取物方空间范围内具有部分重叠区域的视屏影像，通过上述方式获取的立体视屏影像的视场之和大于或等于360度，如图4所示。利用这种交叉结构组成的立体摄像系统可以在较小的体积结构中，增加每个立体镜头对之间的间距，通过较大的间距可以有效提高立体影像的3D视觉效果。
本发明提供的360度全景立体摄像机通过利用多个镜头对构建成的一个环形镜头阵列，将这些分布于环形镜头阵列中的镜头分为奇数和偶数序号。所有奇数序号的镜头在同一时间获取一组影像数据，于此同时偶数序号的镜头也获取一组数据，通过高精度的影像拼接技术分别将奇数序号和偶数的镜头获取的影像拼接成两张360度全景影像。利用红绿、偏振、极化等立体显示方法将两张全景影像形成360度全景立体影像。
实施例2
本实施例中提供的360度全景立体摄像机的结构基本上与实施例1中相同，所不同的是在本实施例中棱柱的侧面均为向内凹陷的弯折面，外壳的整体呈六角星状，如图5所示。当然，在本发明中，出于不同的需求所致，如当镜头视角较小时，外壳还可以分为更多个单元模块，如7个单元模块或8个单元模块，以上设计均基于本发明之构思，均落入本发明保护范围之内。
Claims (1)
1.一种360度全景立体摄像机，至少包括支架以及外壳，所述的外壳由其中心处固定在支架的顶部，其特征在于：所述的外壳呈棱柱状，其侧棱至少设有四根，棱柱的侧面均为向内凹陷的圆柱曲面或弯折面，所述外壳由其中心处划分为至少四个大小相同的单元模块，每一侧面均与一个单元模块相对应，每一个单元模块中均包含有两个镜头，所述的两个镜头安装于该单元模块所对应的侧面上，且每个镜头的朝向均与该镜头所位于的侧壁的表面相垂直；
所述的外壳的中心处设有GPS模块，用于获取摄像机的中心的三维空间坐标，以及每个镜头中心的三维空间坐标，GPS模块的相位天线与外壳上顶面的中心重合；外壳的侧壁上设置有USB数据接口和外接电源接口，还设置有用于放置数据存储卡的卡槽，外壳的下底板上安装有电源开关和摄像速度调节器以及声音采集模块，外壳的内部还设有中央控制与图形处理器、电池以及音频处理器，所述声音采集模块用于采集与视屏数据同步的音频数据，声音采集模块与音频处理器连接，并通过音频处理器获得高保真的音频数据；
每个镜头均具有各自独立的面阵CCD成像单元，所述的面阵CCD成像单元由镜片组、CCD影像感测器和影像数据存储单元组成，上述镜头均通过面阵CCD成像单元与中央控制与图形处理器连接；所述的单元模块中的一个镜头与相邻模块中的一个镜头共同构成一组空间立体镜头对，从而获取物方空间范围内具有部分重叠区域的视屏影像，通过上述方式获取的立体视屏影像的视场之和大于或等于360度；利用交叉结构组成的立体摄像系统在较小的体积结构中，所述侧面为弧形，所述单元模块中的一个镜头与相邻模块中的远端的镜头组成一组空间立体镜头对，用于增加每个立体镜头对之间的间距，通过较大的间距可以有效提高立体影像的3D视觉效果；
所述的支架与外壳之间设置有升降杆，所述的升降杆安装于外壳下底板中心的下方，用于调节外壳的垂直高度；所述的外壳的顶部还安装有用于获取全景立体视频影像的实时方位的地磁仪器；所述的外壳的内部安装有用于获取车载或处于运动状态下的全景立体视频影像的实时运动速度的陀螺仪；
所述的外壳划分为六个大小相同的单元模块；
所述360度全景立体摄像机通过利用多个镜头对构建成的一个环形镜头阵列，将这些分布于环形镜头阵列中的镜头分为奇数和偶数序号；所有奇数序号的镜头在同一时间获取一组影像数据，偶数序号的镜头也获取一组数据，通过高精度的影像拼接技术分别将奇数序号和偶数的镜头获取的影像拼接成两张360度全景影像；利用红绿、偏振、极化立体显示方法将两张全景影像形成360度全景立体影像。
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