CN104516189A - Vtm机180度广角拍摄摄像模组及其拍摄方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种VTM机180度广角拍摄摄像模组，其包括上下平行设置的第一PCB板和第二PCB板、一镜头、双数字麦克风、CMOS图像传感器、DSP微处理器、及连接器、输出接口；所述的镜头为广角鱼眼镜头且视场角达到180度。本发明还公开了VTM机双码流摄像模组的拍摄方法，包括通过CMOS图像传感器将光信号、音频信号转变成数字图像信号；通过DSP微处理器进行数字信号处理，通过DSP微处理器完成图像畸变校正；输出获得的小畸变高清影像VTM主机上。本发明可实现超大幅面拍摄、同时可对畸变校正后输出高清摄像、满足VTM机的安防监控。

Description

VTM机180度广角拍摄摄像模组及其拍摄方法

技术领域

本发明涉及拍摄技术领域，特别涉及一种VTM机180度广角拍摄摄像模组及其拍摄方法。

背景技术

VTM机(远程智慧银行)是一种远程金融自助设备，它可以代替银行柜台执行金融服务，它能实现人机交互，这就需要大量人机交互模块，其中摄像模块应用广泛。

然而现有的VTM机在实际拍摄中，往往只能拍摄到中心位置的图像，无法实现远景及周边环境的拍摄，无法远程监控到更广的周边情况，无法为广大VTM机金融交易的人们提供更高的安全保障。通过对公开的现有技术进行了解挖掘，发现目前国内外都没有公开一种VTM机180度广角拍摄摄像模组的拍摄方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于，提供一种可实现超大幅面拍摄、同时可对畸变校正后输出高清摄像、满足VTM机的安防监控的VTM机180度广角拍摄摄像模组。

本发明的另一目的在于，提供前述VTM机180度广角拍摄摄像模组的拍摄方法。

本发明为达到上述目的所采用的技术方案是：

一种VTM机180度广角拍摄摄像模组，其包括上下平行设置的第一PCB板和第二PCB板、一镜头、双数字麦克风、CMOS图像传感器、DSP微处理器及连接器、输出接口，所述的镜头、数字麦克风、CMOS图像传感器集成于第一PCB板上，所述的DSP微处理器、连接器、输出接口集成于第二PCB板上，所述的镜头为广角鱼眼镜头且视场角达到180度。

所述的双数字麦克风为对称设置的MEMS微型硅双数字麦克风。

所述的CMOS图像传感器为大尺寸图像传感器。

一种采用前述的VTM机180度广角拍摄摄像模组的拍摄方法，其包括如下步骤：

(1)通过一镜头将光线会聚到CMOS图像传感器上，将光信号、大畸变转变为数字图像电信号；

(2)通过双数字麦克风录制数字无损音频；

(3)通过DSP微处理器将数字图像电信号和数字无损音频进行数字信号处理，完成图像畸变校正；

(4)将经过(3)处理后获得的小畸变高清影像通过输出接口USB2.0输出到VTM主机上，从而完成拍摄以实现远程监控。

所述的步骤(3)DSP微处理器通过如下算法进行畸变图像校正：

(31)根据鱼眼镜头成像原理中的球面坐标模型，建立XYZ空间直角坐标系，其中，P为入射到鱼眼镜头的光线；f1为鱼眼镜头的焦距；光线P与Z轴的夹角为θ；A(x1,y1)为光线P经过普通镜头理想状态落到x轴y轴组成的平面上的点，与Z轴构成夹角β，与X轴构成夹角ψ,A点与中心点的距离为R；K为鱼眼镜头畸变系数；B(x2,y2)为P经过鱼眼镜头折射后落到x轴y轴组成的平面上的点，与Z轴构成夹角α，与X轴的夹角为ψ,B点与中心点的距离为r；

(32)通过β与θ以及θ与α的换算关系，确定α和β角度；β与θ的换算关系公式为：

sinθ＝sinβ        ①

鱼眼镜头在平面有限范围内的正交投影公式如下：

sinθ＝k*sinα          ②

由公式①和公式②得到

sinβ＝k*sinα      ③

α和β角度为

$\mathrm{\α}={\tan }^{-1}\frac{r}{f_1}$       ④

$\mathrm{\β}={\tan }^{-1}\frac{R}{f_1}$         ⑤

(33)通过步骤(2)中的公式③、④和⑤得到R与r的关系：

$R=f_1*\tan ({\sin }^{-1}(\sin \left({\tan }^{-1}\left(\frac{r}{f_1}\right)\right)*k$      ⑥

(34)将B点从平面坐标转换成极坐标公式：

$r=\sqrt{{\left(x_2\right)}^2+{\left(y_2\right)}^2}$        ⑦

$\mathrm{\ψ}={\tan }^{-1}\left(\frac{y_2}{x_2}\right)$       ⑧

(35)确定光线P在常规镜头拍摄下得到的A(x1,y1)的坐标：

x₁＝R*cos(ψ)         ⑨

y₁＝R*sin(ψ)          ⑩

(36)由公式⑥和公式⑦得到R的距离公式：

$R=f_1*\tan ({\sin }^{-1}(\sin \left({\tan }^{-1}\left(\frac{\sqrt{{\left(x_2\right)}^2+{\left(y_2\right)}^2}}{f_1}\right)\right)*k$

(37)根据公式⑧、⑨、⑩，得到A点和B点的坐标换算关系：

$x_1=(f_1*\tan ({\sin }^{-1}(\sin \left({\tan }^{-1}\left(\frac{\sqrt{{\left(x_2\right)}^2+{\left(y_2\right)}^2}}{f_1}\right)\right)*k)*\cos \left({\tan }^{-1}\left(\frac{y_2}{x_2}\right)\right)$

$y_1=(f_1*\tan ({\sin }^{-1}(\sin \left({\tan }^{-1}\left(\frac{\sqrt{{\left(x_2\right)}^2+{\left(y_2\right)}^2}}{f_1}\right)\right)*k)*\sin \left({\tan }^{-1}\left(\frac{y_2}{x_2}\right)\right)$

(38)通过上述算法实现畸变图像还原成正常图像，变换后经DSP数据处理后输出小畸变图像。

所述的镜头为广角鱼眼镜头且视场角达到180度；

广角H鱼眼镜头H就是像鱼眼一样具有180°视角的H超广角镜头H，鱼眼镜比广角镜的视角更广，周边变形现象更厉害，根据拍摄角度可以使地平线向上或向下弯曲，在接近被摄物体时，可以将地面拍摄成圆形，鱼眼镜头在外形上也跟其他镜头不同，前组镜片像鱼眼一样向外凸出，广角镜头中的超广角镜头，其前组镜片也是凸出的，为了达到180度的超大视角，鱼眼镜头允许桶形畸变的合理存在，其除了画面中心的景物保持不变，其他本应水平或垂直的景物都发生了相应的变化，在得到大幅面的拍摄场景后，需要对远景的大畸变进行校正。

所述的CMOS图像传感器为大尺寸图像传感器；其中大尺寸图像传感器，可以为1.5CMOS，传感器尺寸18.7*14.0mm，或EXR cmos，传感器尺寸2/3英寸，大尺寸的图像传感器如1.5英寸1400万像素的配置，保证了较低的像素密度，可以最大限度的避免各个像素点的互相干扰，大尺寸的图像传感器带来了极高的画质表现。

所述的双数字麦克风为MEMS微型硅双数字麦克风。

MEMS微型硅麦克风采用永偏置电压工作原理，无需贮存电荷，可耐受周边环境的温湿度，产品灵敏度稳定，采用双数字麦克风，能完美实现背景噪音的消除、回声消除、语音识别等功能。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1、本发明的摄像模组设计独特，首次采用广角鱼眼镜头，其视场角达到180度，实现超大幅面拍摄；CMOS图像传感器，为大尺寸图像传感器；数字麦克风，采用双数字麦克风，无损音频录制；DSP微处理器，处理音频，图像处理，进行图像畸变校正。

2、本发明的VTM机摄像模组的拍摄方法进行创新，采用一个180度广角摄像头，可实现超大幅面拍摄，同时其可以对畸变进行校正，输出高清摄像，能满足VTM机的安防监控要求。

上述是发明技术方案的概述，以下结合附图与具体实施方式，对本发明做进一步说明。

附图说明

图1为本发明的摄像模组的整体示意图；

图2为本发明的摄像模组的第二PCB板示意图；

图中：1、第一PCB板；2、第二PCB板；3、麦克风；4、CMOS图像传感器；5、DSP微处理器；6、镜头；7、连接器；8、输出接口；

图3为本发明的摄像模组拍摄方法的流程图。

具体实施方式：

参见图1-3，本实施例提供的VTM机180度广角拍摄摄像模组，其包括上下平行设置的第一PCB板1和第二PCB板2、一镜头6、双数字麦克风3、CMOS图像传感器4、DSP微处理器5、及连接器7、输出接口8，所述的镜头6、双数字麦克风3、CMOS图像传感器4集成于所述的第一PCB板1，所述的DSP微处理器5、连接器7、输出接口8集成于所述的第二PCB板2；所述的镜头6为广角鱼眼镜头且视场角达到180度；所述的CMOS图像传感器4为大尺寸图像传感器；所述的双数字麦克风3为对称设置的MEMS微型硅双数字麦克风；所述的DSP微处理器5，处理音频、图像，进行图像畸变校正。

一种采用前述的VTM机180度广角拍摄摄像模组的拍摄方法，其包括如下步骤：

(1)通过一镜头将光线会聚到CMOS图像传感器上，将光信号、大畸变转变为数字图像电信号；

(2)通过双数字麦克风录制数字无损音频；

(3)通过DSP微处理器将数字图像电信号和数字无损音频进行数字信号处理，完成图像畸变校正；

(4)将经过(3)处理后获得的小畸变高清影像通过输出接口USB2.0输出到VTM主机上，从而完成拍摄以实现远程监控。

所述的步骤(3)DSP微处理器通过如下算法进行畸变图像校正：

(31)根据鱼眼镜头成像原理中的球面坐标模型，建立XYZ空间直角坐标系，其中，P为入射到鱼眼镜头的光线；f1为鱼眼镜头的焦距；光线P与Z轴的夹角为θ；A(x1,y1)为光线P经过普通镜头理想状态落到x轴y轴组成的平面上的点，与Z轴构成夹角β，与X轴构成夹角ψ,A点与中心点的距离为R；K为鱼眼镜头畸变系数；B(x2,y2)为P经过鱼眼镜头折射后落到x轴y轴组成的平面上的点，与Z轴构成夹角α，与X轴的夹角为ψ,B点与中心点的距离为r；

(32)通过β与θ以及θ与α的换算关系，确定α和β角度；β与θ的换算关系公式为：

sinθ＝sinβ        ①

鱼眼镜头在平面有限范围内的正交投影公式如下：

sinθ＝k*sinα       ②

由公式①和公式②得到

sinβ＝k*sinα       ③

α和β角度为

$\mathrm{\α}={\tan }^{-1}\frac{r}{f_1}$           ④

$\mathrm{\β}={\tan }^{-1}\frac{R}{f_1}$           ⑤

(33)通过步骤(2)中的公式③、④和⑤得到R与r的关系：

$R=f_1*\tan ({\sin }^{-1}(\sin \left({\tan }^{-1}\left(\frac{r}{f_1}\right)\right)*k$      ⑥

(34)将B点从平面坐标转换成极坐标公式：

$r=\sqrt{{\left(x_2\right)}^2+{\left(y_2\right)}^2}$       ⑦

$\mathrm{\ψ}={\tan }^{-1}\left(\frac{y_2}{x_2}\right)$           ⑧

(35)确定光线P在常规镜头拍摄下得到的A(x1,y1)的坐标：

x₁＝R*cos(ψ)           ⑨

y₁＝R*sin(ψ)                ⑩

(36)由公式⑥和公式⑦得到R的距离公式：

$R=f_1*\tan ({\sin }^{-1}(\sin \left({\tan }^{-1}\left(\frac{\sqrt{{\left(x_2\right)}^2+{\left(y_2\right)}^2}}{f_1}\right)\right)*k$

(37)根据公式⑧、⑨、⑩，得到A点和B点的坐标换算关系：

$x_1=(f_1*\tan ({\sin }^{-1}(\sin \left({\tan }^{-1}\left(\frac{\sqrt{{\left(x_2\right)}^2+{\left(y_2\right)}^2}}{f_1}\right)\right)*k)*\cos \left({\tan }^{-1}\left(\frac{y_2}{x_2}\right)\right)$

$y_1=(f_1*\tan ({\sin }^{-1}(\sin \left({\tan }^{-1}\left(\frac{\sqrt{{\left(x_2\right)}^2+{\left(y_2\right)}^2}}{f_1}\right)\right)*k)*\sin \left({\tan }^{-1}\left(\frac{y_2}{x_2}\right)\right)$

(38)通过上述算法实现畸变图像还原成正常图像，变换后经DSP数据处理后输出小畸变图像。

所述的镜头为广角鱼眼镜头且视场角达到180度；广角H鱼眼镜头H就是像鱼眼一样具有180°视角的H超广角镜头H，鱼眼镜比广角镜的视角更广，周边变形现象更厉害，根据拍摄角度可以使地平线向上或向下弯曲，在接近被摄物体时，可以将地面拍摄成圆形，鱼眼镜头在外形上也跟其他镜头不同，前组镜片像鱼眼一样向外凸出，广角镜头中的超广角镜头，其前组镜片也是凸出的，为了达到180度的超大视角，鱼眼镜头允许桶形畸变的合理存在，其除了画面中心的景物保持不变，其他本应水平或垂直的景物都发生了相应的变化，在得到大幅面的拍摄场景后，需要对远景的大畸变进行校正。

所述的CMOS图像传感器为大尺寸图像传感器；所述的双数字麦克风为MEMS微型硅双数字麦克风；所述的DSP微处理器，处理音频、图像，进行图像畸变校正。

本发明的摄像模组设计独特，首次采用广角鱼眼镜头，其视场角达到180度，实现超大幅面拍摄；CMOS图像传感器，为大尺寸图像传感器；数字麦克风，采用双数字麦克风，无损音频录制；DSP微处理器，处理音频，图像处理，进行图像畸变校正；可实现超大幅面拍摄，同时其可以对畸变进行校正，输出高清摄像，能满足VTM机的安防监控要求。

本发明并不限于上述实施方式，采用与本发明上述实施例相同或近似的结构、方法，而得到的其他VTM机180度广角拍摄摄像模组及其拍摄方法，均在本发明保护范围之内。

Claims (7)

1.一种VTM机180度广角拍摄摄像模组，其特征在于，包括上下平行设置的第一PCB板和第二PCB板、一镜头、双数字麦克风、CMOS图像传感器、DSP微处理器及连接器、输出接口，所述的镜头、数字麦克风、CMOS图像传感器集成于第一PCB板上，所述的DSP微处理器、连接器、输出接口集成于第二PCB板上，所述的镜头为广角鱼眼镜头且视场角达到180度。

2.根据权利要求1所述的VTM机180度广角拍摄摄像模组，其特征在于，所述的双数字麦克风为对称设置的MEMS微型硅双数字麦克风。

3.根据权利要求1所述的VTM机180度广角拍摄摄像模组，其特征在于，所述的CMOS图像传感器为大尺寸图像传感器。

4.一种采用权利要求1-3所述的VTM机180度广角拍摄摄像模组的拍摄方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)通过一镜头将光线会聚到CMOS图像传感器上，将光信号、大畸变转变为数字图像电信号；

(2)通过双数字麦克风录制数字无损音频；

(3)通过DSP微处理器将数字图像电信号和数字无损音频进行数字信号处理，完成图像畸变校正；

(4)将经过(3)处理后获得的小畸变高清影像通过输出接口输出到VTM主机上，从而完成拍摄以实现远程监控。

5.根据权利要求4所述的VTM机180度广角拍摄摄像模组的拍摄方法，其特征在于，所述的镜头为广角鱼眼镜头且视场角达到180度。

6.根据权利要求4所述的VTM机180度广角拍摄摄像模组的拍摄方法，其特征在于，所述的CMOS图像传感器为大尺寸图像传感器；所述的双数字麦克风为MEMS微型硅双数字麦克风。

7.根据权利要求4所述的VTM机180度广角拍摄摄像模组的拍摄方法，其特征在于，所述的步骤(3)DSP微处理器通过如下算法进行畸变图像校正：

(31)根据鱼眼镜头成像原理中的球面坐标模型，建立XYZ空间直角坐标系，其中，P为入射到鱼眼镜头的光线；f1为鱼眼镜头的焦距；光线P与Z轴的夹角为θ；A(x1,y1)为光线P经过普通镜头理想状态落到x轴y轴组成的平面上的点，与Z轴构成夹角β，与X轴构成夹角ψ,A点与中心点的距离为R；K为鱼眼镜头畸变系数；B(x2,y2)为P经过鱼眼镜头折射后落到x轴y轴组成的平面上的点，与Z轴构成夹角α，与X轴的夹角为ψ,B点与中心点的距离为r；

(32)通过β与θ以及θ与α的换算关系，确定α和β角度；β与θ的换算关系公式为：

sinθ＝sinβ  ①

鱼眼镜头在平面有限范围内的正交投影公式如下：

sinθ＝k*sinα  ②

由公式①和公式②得到

sinβ＝k*sinα  ③

α和β角度为

$\mathrm{\α}={\tan }^{-}\frac{r}{f_1}$   ④

$\mathrm{\β}={\tan }^{-1}\frac{R}{f_1}$   ⑤

(33)通过步骤(2)中的公式③、④和⑤得到R与r的关系：

  ⑥

(34)将B点从平面坐标转换成极坐标公式：

$r=\sqrt{{\left(x_2\right)}^2+{\left(y_2\right)}^2}$   ⑦

$\mathrm{\ψ}={\tan }^{-1}\left(\frac{y_2}{x_2}\right)$   ⑧

(35)确定光线P在常规镜头拍摄下得到的A(x1,y1)的坐标：

x₁＝R*cos(ψ)  ⑨

y₁＝R*sin(ψ)  ⑩

(36)由公式⑥和公式⑦得到R的距离公式：

$R=f_1*\tan ({\sin }^{-1}(\sin \left({\tan }^{-1}\left(\frac{\sqrt{{\left(x_2\right)}^2+{\left(y_2\right)}^2}}{f_1}\right)\right)*k$

(37)根据公式⑧、⑨、⑩，得到A点和B点的坐标换算关系：

$y_1=(f_1*\tan ({\sin }^{-1}(\sin \left({\tan }^{-1}\left(\frac{\sqrt{{\left(x_2\right)}^2+{\left(y_2\right)}^2}}{f_1}\right)\right)*k)*\sin \left({\tan }^{-1}\left(\frac{y_2}{x_2}\right)\right)$

(38)通过上述算法实现畸变图像还原成正常图像，变换后经DSP数据处理后输出小畸变图像。