CN105223767A - 一种5目全景成像系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种5目全景成像系统以及与所述成像系统相对应的5目全景成像方法，5目全景成像系统包括相机系统、与相机系统相连接的电路系统、以及分别与相机系统和电路系统相连接的机械系统；相机系统包括五台广角镜头以及一一对应连接的五台相机，五台广角镜头中的一台设置于保护壳垂直向上的侧面上，剩余四台所述广角镜头分别设置于保护壳外周的四个侧面上；电路系统包括相机控制子系统和图像前处理子系统，其中，相机控制子系统通过发送控制信号同步控制所述五台相机；图像前处理子系统与相机系统相连接，用于处理五台相机拍摄的图像。本发明提供一种5目全景成像系统及方法，可以解决现有技术中的成像系统成本高、成像实时性差的问题。

Description

一种5目全景成像系统及方法

技术领域

本发明涉及一种全景成像系统及方法，尤其涉及一种5目全景成像系统及方法。

背景技术

全景成像技术是一种利用特殊的成像装置获得水平或者垂直方向上的大于180°半球视场或者360°全景视场的成像技术。目前，全景成像技术已广泛应用于地理测绘、街景拍摄以及安防监控等多种领域，并且随着图像传感器和数字图像处理技术的不断发展、完善，全景成像技术的应用范围将不断扩大。目前，全景成像技术包括圆柱投影法、鱼眼透镜法、旋转拼接成像法、折反射全景成像法、单反射全景成像法以及二次折反射全景成像法等。随着计算机和数字图像处理技术的发展，旋转拼接成像法日益走向成熟，并获得了广泛应用。

旋转拼接成像法通常采用常规光学镜头，绕与光轴垂直的固定轴旋转，或者围绕垂直光轴的固定点安装多个常规光学镜头构成成像系统，将得到的序列图像进行拼接，获得人工制造的全景图像。目前，围绕垂直光轴的固定点安装多个常规光学镜头构成成像系统的现有技术中，光学镜头的安装个数通常为6-8个，其中，垂直向上的方向上安装一个镜头，剩余5-7个镜头平均分布在水平方向上，每个光学镜头对应一台CMOS相机或者单反相机，从而实现水平方向上360度范围内无死角拍摄。6-8目全景成像系统中，所有相机同时或者按照一定的时间顺序拍摄图像，所有图像经过压缩处理后输出到PC机中，通过PC机中的上位机软件进行图像拼接和图像的后期处理，最终获得全景图像。

由于现有的6-8目全景成像系统所需的镜头和相机数量较多，导致了成像系统自身重量较大、成本较高，在一些高端场合的应用受到极大的限制。同时，由于现有6-8目全景成像系统拍摄的图像需上传至PC机进行后期处理，处理时间较长，经处理获得的图像实时性较差，无法满足实时观看全景图像的要求。

发明内容

本发明提供一种5目全景成像系统及方法，以解决现有技术中的成像系统成本高、成像实时性差的问题。

本发明提供一种5目全景成像系统，所述5目全景成像系统包括相机系统、与所述相机系统相连接的电路系统、以及分别与所述相机系统和所述电路系统相连接的机械系统，其中，所述机械系统设有保护壳，所述电路系统设置于所述保护壳内部；所述相机系统包括五台广角镜头以及分别与所述五台广角镜头一一对应连接的五台相机，所述五台广角镜头中的一台设置于所述保护壳垂直向上的侧面上，剩余四台所述广角镜头分别设置于所述保护壳外周的四个侧面上，且所述广角镜头的中心线与所述保护壳侧面的中心线重合，所述五台相机设置于所述保护壳内部；所述电路系统包括相机控制子系统和图像前处理子系统，其中，所述相机控制子系统通过发送控制信号同步控制所述五台相机；所述图像前处理子系统与所述相机系统相连接，用于处理所述五台相机拍摄的图像。

优选的，所述图像前处理子系统还包括：与相机相连接的原始图像采集模块；与所述原始图像采集模块相连接的原始图像处理模块；与所述原始图像处理模块相连接的图像输出模块。

优选的，所述原始图像处理模块还包括图像压缩子模块和图像拼接子模块，其中，所述图像压缩子模块与所述原始图像采集模块电连接；所述图像拼接子模块与所述图像压缩子模块电连接。

优选的，所述机械系统还包括导热装置，所述导热装置的一端连接所述相机系统和所述电路系统，所述导热装置的另一端连接所述保护壳。

优选的，所述5目全景成像系统还包括外接系统，所述外接系统通过外接接口与所述电路系统相连接。

优选的，所述5目全景成像系统还包括图像后处理系统，所述图像后处理系统包括图像采集模块和图像后处理模块，其中，所述图像采集模块与所述图像输出模块相连接，用于采集所述图像输出模块输出的图像；所述图像后处理模块与所述图像采集模块相连接，用于处理图像采集模块采集的图像。

本发明提供一种5目全景成像方法，所述5目全景成像方法包括：相机控制子系统发送相机控制指令，同步控制五台相机的触发，以便所述五台相机同时获取对应的图像；图像前处理子系统处理所述五台相机拍摄的图像。

优选的，所述图像前处理子系统处理所述五台相机拍摄的图像包括：原始图像采集模块实时采集所述五台相机获取的原始图像；原始图像处理模块处理所述原始图像，获取全景图像；图像输出模块输出所述全景图像，以便实时查看所述全景图像。

优选的，所述原始图像处理模块处理所述原始图像，获取全景图像包括：图像压缩子模块压缩所述实时采集的原始图像，获取压缩图像；图像拼接子模块拼接所述压缩图像，获取全景图像。

优选的，所述5目全景成像方法还包括：图像后处理系统采集并优化所述输出的全景图像。

本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本发明提供一种5目全景成像系统，所述5目全景成像系统包括相机系统、与所述相机系统相连接的电路系统、以及分别与所述相机系统和所述电路系统相连接的机械系统，其中，所述机械系统设有保护壳，所述相机系统和所述电路系统设置于所述保护壳内部；所述相机系统包括五台广角镜头以及分别与所述五台广角镜头一一对应连接的五台相机，所述五台广角镜头中的一台设置于所述保护壳垂直向上的侧面上，剩余四台所述广角镜头分别设置于所述保护壳外周的四个侧面上，且所述广角镜头的中心线与所述保护壳侧面的中心线重合；所述电路系统包括相机控制子系统和图像前处理子系统，其中，所述相机控制子系统通过发送控制信号同步控制所述五台相机；所述图像前处理子系统与所述相机系统相连接，用于处理所述五台相机拍摄的图像。

与上述5目全景成像系统相对应的，本发明还提供一种5目全景成像方法，所述5目全景成像方法包括：相机控制子系统发送相机控制指令，同步控制五台相机的触发，以便所述五台相机同时获取对应的图像；图像前处理子系统实时采集所述五台相机获取的原始图像；图像前处理子系统处理所述原始图像，获取全景图像；图像前处理子系统输出所述全景图像，以便实时查看所述全景图像。

本发明提供的5目全景成像系统在水平方向上设置四台广角镜头，所述四台广角镜头分别位于保护壳外周的四个侧面上，在垂直方向上设置一台广角镜头，设置于保护壳垂直向上的侧面上，本方案将优化的镜头分布方式与广角镜头大视角的特性相结合，从而实现全景360度(水平)*270度(垂直)光学成像。与现有技术中提供的6-8目全景成像系统相比，本方案利用五台广角镜头以及分别与所述五台广角镜头一一对应连接的五台相机即可实现全景成像，有效减少现有全景成像系统中所使用的相机数量，从而降低全景成像系统的成本以及全景成像系统自身的重量。同时，本方案通过5目全景成像系统内部的电路系统完成对相机的同步控制以及对五台相机拍摄的图像的处理，无需将相机拍摄的图像上传至PC机中，进一步利用PC机中软件来完成图片处理，大大节约了图片的处理速度，经过电路系统处理的图片，可以直接进行输出，从而满足实时观看全景图像的要求。

由此可知，本发明提供一种5目全景成像系统及方法，可以解决现有技术中的成像系统成本高、成像实时性差的问题。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

图1是本发明实施例中提供的第一种5目全景成像系统的示意图；

图2是本发明实施例中提供的5目全景成像系统结构的示意图；

图3是本发明实施例中提供的图像前处理子系统的示意图；

图4是本发明实施例中提供的原始图像处理模块的示意图；

图5是本发明实施例中提供的第二种5目全景成像系统的示意图；

图6是本发明实施例中提供的第三种5目全景成像系统的示意图；

图7是本发明实施例中提供的第一种5目全景成像方法的流程图；

图8是本发明实施例中提供的步骤S12的流程图；

图9是本发明实施例中提供的步骤S22的流程图；

图10是本发明实施例中提供的第二种5目全景成像方法的流程图；

图11是本发明实施例中提供的5目全景成像系统的整体示意图；

符号表示：

1-保护壳，2-广角镜头，3-相机。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置的例子。

请参考图1和图2，所示分别为本发明实施例中提供的5目全景成像系统的示意图和本发明实施例中提供的5目全景成像系统结构的示意图。

由图1和图2可知，本发明提供的第一种5目全景成像系统，所述5目全景成像系统包括相机系统、与所述相机系统相连接的电路系统、以及分别与所述相机系统和所述电路系统相连接的机械系统，其中，所述机械系统设有保护壳1，所述电路系统设置于所述保护壳1内部；所述相机系统包括五台广角镜头以及分别与所述五台广角镜头一一对应连接的五台相机，所述五台广角镜头中的一台设置于所述保护壳垂直向上的侧面上，剩余四台所述广角镜头分别设置于所述保护壳外周的四个侧面上，且所述广角镜头的中心线与所述保护壳侧面的中心线重合，所述五台相机设置于所述保护壳内部。

本实施例中提供的所述广角镜头2为鱼眼镜头，由于鱼眼镜头具有接近或等于180°的超大视角，因此，在水平方向上设置四台鱼眼镜头完全可以满足水平方向360度的全景拍摄要求，当然，本方案中的广角镜头2也可以是视角大于标准镜头且小于鱼眼镜头的其他广角镜头2，四台水平设置的广角镜头2只需满足水平方向360度的全景拍摄要求即可。本实施例中提供的五台相机3不仅需要较高分辨率，良好的成像质量，还需具备自动曝光、自动增益、自动白平衡等功能。

本实施例中提供的保护壳1满足IP66防护等级，即完全防止外物侵入，且可完全防止灰尘进入，承受猛烈的海浪冲击或强烈喷水时，电器的进水量应不致达到有害的影响。同时，还可以在保护壳1的相机底座处增加阻尼缓冲件，防止在振动环境下系统损坏导致不能正常成像的现象。

本实施例中提供的电路系统包括相机3控制子系统和图像前处理子系统，其中，所述相机3控制子系统通过发送控制信号同步控制所述五台相机3；所述图像前处理子系统与所述相机系统相连接，用于处理所述五台相机3拍摄的图像。同时，电路系统还为相机系统供电，使得相机系统可以顺利完成拍摄、传输等操作。所述相机3控制子系统通过发送控制信号同步控制所述五台相机3，具体的，包括同步控制所述五台相机3的触发、曝光时间、增益设置以及其他相机3控制操作，使得五台相机3同步拍摄并获取原始图像。所述原始图像经过图像前处理子系统的处理后，可直接输出，实时查看。

本发明提供的5目全景成像系统在水平方向上设置四台广角镜头2，所述四台广角镜头2分别位于保护壳1外周的四个侧面上，在垂直方向上设置一台广角镜头2，设置于保护壳1垂直向上的侧面上，本方案将优化的镜头分布方式与广角镜头2大视角的特性相结合，从而实现全景360度(水平)*270度(垂直)光学成像。与现有技术中提供的6-8目全景成像系统相比，本方案利用五台广角镜头2以及分别与所述五台广角镜头2一一对应连接的五台相机3即可实现全景成像，有效减少现有全景成像系统中所使用的相机3数量，从而降低全景成像系统的成本以及全景成像系统自身的重量。同时，本方案通过5目全景成像系统内部的电路系统完成对相机3的同步控制以及对五台相机3拍摄图像的处理，无需将相机3拍摄的图像上传至PC机中，进一步利用PC机中软件来完成图片处理，大大节约了图片的处理速度，经过电路系统处理的图片，可以直接进行输出，从而满足实时观看全景图像的要求。

请参考图3，所示为本发明实施例中提供的图像前处理子系统的示意图。

如图3所示，本图像前处理子系统还包括：与相机相连接的原始图像采集模块；与所述原始图像采集模块相连接的原始图像处理模块；与所述原始图像处理模块相连接的图像输出模块。其中，原始图像采集模块用于采集五台相机拍摄的图像，即将相机信号进行LVDS信号解串操作；原始图像处理模块用于对原始图像采集模块获取的图像进行处理，使得五台相机同步拍摄的图像合成为高清的全景图像；图像输出模块用于将原始图像处理模块获得的全景图像压缩并打包串化输出。

请参考图4，所示为本发明实施例中提供的原始图像处理模块的示意图。

如图4所示，原始图像处理模块还包括图像压缩子模块和图像拼接子模块，其中，所述图像压缩子模块与所述原始图像采集模块电连接；所述图像拼接子模块与所述图像压缩子模块电连接。所述图像压缩子模块用于压缩所述原始图像，所述图像拼接子模块用于将上述压缩图像拼接为高清的全景图像，以便后续将所述全景图像输出。

请参考图5，所示为本发明实施例中提供的第二种5目全景成像系统的示意图。

如图5所示，机械系统还包括导热装置，所述导热装置的一端连接所述相机系统和所述电路系统，另一端连接所述保护壳。由于本5目全景成像系统满足IP66防护等级，在此防护等级下，系统的密闭程度较高，使得系统内部的热量易累积，无法及时排出，从而导致系统工作无法正常工作的现象。本实施例提供一种导热装置，通过导热装置将五台相机与电路系统的热量导出到机壳，从而将热量排放到系统外部。本实施例中的导热装置为散热管，利用热管技术将系统内部的热量排放至系统外部，当然，也可以是其他可以导热的装置。

进一步的，本实施例中提供的5目全景成像系统还包括外接系统，所述外接系统通过外接接口与所述电路系统相连接。本实施例中所述的外接系统为GPS外接系统，GPS外接系统通过串联接口与电路系统电连接。GPS外接系统将采集的地理位置信息通过串联接口发送至电路系统，电路系统接收上述地理位置信息，并与相对应的全景图片一并输出。

请参考图6，所示为本发明实施例中提供的第三种5目全景成像系统的示意图。

如图6所示，所述5目全景成像系统还包括图像后处理系统，所述图像后处理系统包括图像采集模块和图像后处理模块，其中，所述图像采集模块与所述图像输出模块相连接，用于采集所述图像输出模块输出的图像；所述图像后处理模块与所述图像采集模块相连接，用于处理图像采集模块采集的图像。本系统通过电路系统处理合成的全景图像基本可以满足观看需求，但是，图像灰度的一致性以及拼接处的处理并不是非常完美，可能存在图像灰度不一致以及拼接处具有瑕疵的现象，图像后处理系统中的图像后处理模块将电路系统输出的全景图像做进一步处理，使得本5目全景成像系统获得的全景图像更加清晰、完整。

请参考图7，所示为本发明实施例中提供的第一种5目全景成像方法的流程图。

如图7所示，本发明还提供一种5目全景成像方法，所述5目全景成像方法包括：相机控制子系统发送相机控制指令，同步控制五台相机的触发，以便所述五台相机同时获取对应的图像；图像前处理子系统处理所述五台相机拍摄的图像。具体的，图像前处理子系统对五台相机拍摄的图像的处理包括采集、处理以及输出等操作。经过图像前处理子系统处理后的图像，无需再利用PC机中软件做进一步处理即可满足实时观看全景图像的要求。

请参考图8，所示为本发明实施例中提供的步骤S12的流程图。

如图8所示，所述图像前处理子系统处理所述五台相机拍摄的图像包括：原始图像采集模块实时采集所述五台相机获取的原始图像；原始图像处理模块处理所述原始图像，获取全景图像；图像输出模块输出所述全景图像，以便实时查看所述全景图像。

请参考图9，所示为本发明实施例中提供的步骤S22的流程图。

如图9所示，所述原始图像处理模块处理所述原始图像，获取全景图像包括：图像压缩子模块压缩所述实时采集的原始图像，获取压缩图像；图像拼接子模块拼接所述压缩图像，获取全景图像。

具体的，所述拼接所述压缩图像包括：计算相邻两个所述相机重叠像素的个数；裁剪所述重叠像素；根据所述重叠像素计算相邻两幅图像的灰度差，并根据所述灰度差调整相机亮度。

请参考图10，所示为本发明实施例中提供的第二种5目全景成像方法的流程图。

如图10所示，所述5目全景成像方法还包括：图像后处理系统采集并优化所述输出的全景图像。具体的，图像后处理系统中的图像采集模块采集所述图像输出模块输出的全景图像；图像后处理系统中的图像后处理模块优化所述全景图像。

请参考图11，所示为本发明实施例中提供的5目全景成像系统的整体示意图。

如图11所示，本实施例提供的5目全景成像系统包括相机系统、电路系统、机械系统、外接系统以及图像后处理系统。其中，所述相机系统又包括五台广角镜头以及分别与所述五台广角镜头一一对应连接的五台相机。所述机械系统又包括保护壳和导热装置，所述保护壳设置在相机系统和电路系统的外周，所述导热装置的一端连接所述相机系统和所述电路系统，所述导热装置的另一端连接所述保护壳。所述电路系统又包括图像前处理子系统和相机控制子系统，所述相机控制子系统通过控制信号控制相机，所述图像前处理子系统与相机电连接，接收并处理相机数据；所述图像前处理子系统又包括原始图像采集模块、原始图像处理模块和图像输出模块，三者依次电连接，且原始图像采集模块与相机电连接。所述原始图像处理模块又包括图像压缩子模块和图像拼接子模块，二者电连接，且所述图像压缩子模块与相机电连接。所述图像后处理系统又包括图像采集模块和图像后处理模块，二者电连接，且所述图像采集模块与图像输出模块电连接。与以上5目全景成像系统相对应的，本实施例还提供一种5目全景成像方法，本方法在上述实施例中均有涉及，这里不再赘述。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本发明时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

可以理解的是，本发明可用于众多通用或专用的计算系统环境或配置中。例如：个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、置顶盒、可编程的消费电子设备、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括以上任何系统或设备的分布式计算环境等等。

本发明可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本发明，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种5目全景成像系统，其特征在于，所述5目全景成像系统包括相机系统、与所述相机系统相连接的电路系统、以及分别与所述相机系统和所述电路系统相连接的机械系统，其中，

所述机械系统设有保护壳，所述电路系统设置于所述保护壳内部；

所述相机系统包括五台广角镜头以及分别与所述五台广角镜头一一对应连接的五台相机，所述五台广角镜头中的一台设置于所述保护壳垂直向上的侧面上，剩余四台所述广角镜头分别设置于所述保护壳外周的四个侧面上，且所述广角镜头的中心线与所述保护壳侧面的中心线重合，所述五台相机设置于所述保护壳内部；

所述电路系统包括相机控制子系统和图像前处理子系统，其中，

所述相机控制子系统通过发送控制信号同步控制所述五台相机；

所述图像前处理子系统与所述相机系统相连接，用于处理所述五台相机拍摄的图像。

2.根据权利要求1所述的5目全景成像系统，其特征在于，所述图像前处理子系统还包括：

与相机相连接的原始图像采集模块；

与所述原始图像采集模块相连接的原始图像处理模块；

与所述原始图像处理模块相连接的图像输出模块。

3.根据权利要求2所述的5目全景成像系统，其特征在于，所述原始图像处理模块还包括图像压缩子模块和图像拼接子模块，其中，

所述图像压缩子模块与所述原始图像采集模块电连接；

所述图像拼接子模块与所述图像压缩子模块电连接。

4.根据权利要求1所述的5目全景成像系统，其特征在于，所述机械系统还包括导热装置，所述导热装置的一端连接所述相机系统和所述电路系统，所述导热装置的另一端连接所述保护壳。

5.根据权利要求1所述的5目全景成像系统，其特征在于，所述5目全景成像系统还包括外接系统，所述外接系统通过外接接口与所述电路系统相连接。

6.根据权利要求1所述的5目全景成像系统，其特征在于，所述5目全景成像系统还包括图像后处理系统，所述图像后处理系统包括图像采集模块和图像后处理模块，其中，

所述图像采集模块与所述图像输出模块相连接，用于采集所述图像输出模块输出的图像；

所述图像后处理模块与所述图像采集模块相连接，用于处理图像采集模块采集的图像。

7.一种5目全景成像方法，所述5目全景成像方法应用于如权利要求1所述的5目全景成像系统，其特征在于，所述5目全景成像方法包括：

相机控制子系统发送相机控制指令，同步控制五台相机的触发，以便所述五台相机同时获取对应的图像；

图像前处理子系统处理所述五台相机拍摄的图像。

8.根据权利要求7所述的5目全景成像方法，其特征在于，所述图像前处理子系统处理所述五台相机拍摄的图像包括：

原始图像采集模块实时采集所述五台相机获取的原始图像；

原始图像处理模块处理所述原始图像，获取全景图像；

图像输出模块输出所述全景图像，以便实时查看所述全景图像。

9.根据权利要求8所述的5目全景成像方法，其特征在于，所述原始图像处理模块处理所述原始图像，获取全景图像包括：

图像压缩子模块压缩所述实时采集的原始图像，获取压缩图像；

图像拼接子模块拼接所述压缩图像，获取全景图像。

10.根据权利要求7所述的5目全景成像方法，其特征在于，所述5目全景成像方法还包括：图像后处理系统采集并优化所述输出的全景图像。