CN105678693B - 全景视频浏览播放方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全景视频浏览播放方法。包括获得720°全景图像,构建虚拟立体球形场景,通过设定720°全景图像到球形场景的映射关系,从而通过图像映射及图像插值得到全景立体球形图像,将全景立体球形图像经过透视投影变换得到屏幕显示的图像。本发明实现模拟机械云台全景监控;实现全景视频监控的全景视频立体交互观看效果;适应传统安防中多视角多画面的模式,并且实现任意指定方位的监控;通过本发明可以使得全景相机在安防监控领域有更强的适用性;通过与单一图像传感器全景图像采集系统的结合,本发明处理更能展现均匀、连贯、一体式的立体全景场景画面,并且模拟观测视角更能接近人眼。
Description
技术领域
本发明涉及一种全景视频浏览播放器,尤其是针对具有水平360°视角、垂直360°视角全景的720°全景视频的浏览播放,特别涉及一种720°全景视频的分屏浏览播放器。
背景技术
目前,在安防行业中为了实现对监控点周围的720°全景画面进行全面直接监控,广泛地采用了多路摄像机采集不同方位角的图像画面,进而通过观看多路摄像机采集的多路画面同时显示完成全景监控,但是除了多路摄像机安装造成监控成本的上升之外,多路摄像机安装位置固定,对于相邻相机之间的共同监控的画面区域往往不能有效(不完整或不清晰)地显示;另外,可以采用安装球机的方式,通过控制云台移动摄像头来针对感兴趣的方位区域进行有效监控,但无法记录未对准方位上视频信息,不能实现真正意义的实时全景监控。针对这些问题一种解决方法是引入全景相机到安防视频监控中,产生的720°全景画面一般为长宽比为2:1(360°×180°)的画面,实时记录720°全视角画面实现全景监控的目的,但是对于长宽比为2:1的全景画面把720°画面信息集中到二维平面画面中,必然造成了画面中图像的扭曲而且对浏览观看而言,很难在画面中对方位有清晰的概念。
发明内容
本发明根据现有技术的不足公开了一种全景视频浏览播放方法。本发明为了克服720°全景图像浏览时有扭曲及浏览方位不明确的弊端,并且更好的实现全景监控,提出了一种特殊的全景浏览模式,通过三维投影及图像畸变矫正技术实现全景图像立体浏览及实时分视窗浏览。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是:
全景视频浏览播放方法包括:
获得720°全景图像;
构建虚拟立体球形场景,通过设定720°全景图像到球形场景的映射关系,从而通过图像映射及图像插值得到全景立体球形图像;
将全景立体球形图像经过透视投影变换得到屏幕显示的图像。
所述720°全景图像还通过内置陀螺仪进行姿态调整。
所述构建虚拟立体球形场景是:将720°全景图像中点P1(x1,y1,z1)通过以下计算式(1)映射到全景立体球形图像球体坐标系中P'1(lon,lat)实现:
式(1)。
所述将全景立体球形图像经过透视投影变换得到屏幕显示的图像是通过投影矩阵进行的;投影矩阵的定义为:把视锥体投影为设定立方体,对于从任一视锥体点P(x,y,z)投影到观察体中一点P'(x',y',z')通过以下计算式(2)得到:
P'=MP 式(2);
其中,M通过以下计算式(3)得到:
式(3);
F、N为远近视截面的距离;L、R为投影面左右边界坐标;T、B为投影面上下边界坐标。
上述获得720°全景图像是通过单一图像传感器的全景图像采集系统得到。所述单一图像传感器的全景图像采集系统是一种单传感器的全景图像采集系统,该图像采集系统只需要一片传感器芯片就可使实现对全景图像的采集,有效地克服了不同传感器成像差异的缺陷;由于没有成像差异的缺陷,在本发明构建虚拟立体球形场景获得全景立体球形图像,进一步经过透视投影变换得到屏幕显示的图像时,本发明更能展现均匀、连贯、一体式的立体全景场景画面,在观看时不会出现监控视角缺失及画面断裂现象,并且模拟观测视角更能接近人眼,观察者在观测场景中有直观方位的体验。本发明所采用的单一图像传感器全景图像采集系统已于中国专利2015106005041公开。
所述将全景立体球形图像经过透视投影变换得到屏幕显示的图像包括一窗口浏览方式和多窗口浏览方式。
一窗口浏览方式是经过透视投影变换得到屏幕显示的图像为单一视窗口,该单一视窗口通过人工交互来对图像进行指定位置的图像显示,在启动自动浏览模式时,单一视窗口显示的图像以水平方向转动,依次显示四周画面。
多窗口浏览方式包括四窗口浏览方式,在该模式下,屏幕显示为四个均分的视窗部分,四个视窗均匀在水平方向截取画面,每个单独画面,均可以对其所对准的视角进行调整。
多窗口浏览方式还包括六窗口浏览方式,在该模式下,屏幕显示为六个均分的视窗部分,六个视窗均匀在水平方向和上下方向截取画面,每个单独画面,均可以对其所对准的视角进行调整。
本发明通过构建虚拟立体球形场景,设定720°全景图像到球形的映射关系,从而通过图像映射及图像插值得到立体全景图像。针对得到的立体全景图像,本发明方案还设计了三种浏览模式。
本发明的有益效果是,本发明实现模拟机械云台全景监控;实现全景视频监控的全景视频立体交互观看效果;适应传统安防中多视角多画面的模式,并且实现任意指定方位的监控;通过本发明可以使得全景相机在安防监控领域有更强的适用性;通过与单一图像传感器全景图像采集系统的结合,本发明处理更能展现均匀、连贯、一体式的立体全景场景画面,并且模拟观测视角更能接近人眼。
附图说明
图1是构建虚拟立体球形场景示意图;
图2是全景立体球形图像经过透视投影变换得到屏幕图像示意图;
图3是视锥体三视图及其中参数说明;
图4是视锥体观测示意图;
图5是本发明全景视频浏览播放的三种方法;
图6是本发明方法流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进一步说明,具体实施方式是对本发明原理的进一步说明,不以任何方式限制本发明,与本发明相同或类似技术均没有超出本发明保护的范围。
结合附图。
全景视频浏览播放方法包括:
获得720°全景图像;
构建虚拟立体球形场景,通过设定720°全景图像到球形场景的映射关系,从而通过图像映射及图像插值得到全景立体球形图像;
将全景立体球形图像经过透视投影变换得到屏幕显示的图像。
上述720°全景图像还通过内置陀螺仪进行姿态调整。
构建虚拟立体球形场景是:将720°全景图像中点P1(x1,y1,z1)通过以下计算式(1)映射到全景立体球形图像球体坐标系中P'1(lon,lat)实现:
式(1)。
将全景立体球形图像经过透视投影变换得到屏幕显示的图像是通过投影矩阵进行的;投影矩阵的定义为:把视锥体投影为设定立方体,对于从任一视锥体点P(x,y,z)投影到观察体中一点P'(x',y',z')通过以下计算式(2)得到:
P'=MP 式(2);
其中,M通过以下计算式(3)得到:
式(3);
F、N为远近视截面的距离;L、R为投影面左右边界坐标;T、B为投影面上下边界坐标。
上述获得720°全景图像是通过单一图像传感器的全景图像采集系统得到。单一图像传感器全景图像采集系统在中国专利2015106005041中公开。
本发明将全景立体球形图像经过透视投影变换得到屏幕显示的图像包括一窗口浏览方式和多窗口浏览方式。
下面结合附图进行具体说明:
图1是构建虚拟立体球形场景示意图,把图像数据绘制到球体上,绘制图像的方式为:对于图1中点P1(x1,y1,z1)映射到球体坐标系中P'1(lon,lat)通过以下公式得到
图2是全景立体球形图像经过透视投影变换得到屏幕图像示意图,全景立体球形图像经过透视投影变换得到屏幕显示的图像,投影计算是通过投影矩阵来进行的。投影矩阵的定义为:把视锥体投影为设定立方体,如图2中对于从任一视锥体点P(x,y,z)投影到观察体中一点P'(x',y',z')
P'=MP
其中
各个符号定义如图3所示:F、N为远近视截面的距离,L、R(L=R)为投影面左右边界坐标,T、B(T=B)为投影面上下边界坐标,fov为视场角,通过N、L、R、T、B计算获得。
投影过程中首先设定观察所在视点的位置及观察的水平、垂直视场角以及远近端切面F、N,如图3所示。当对立体球形全景图像进行立体浏览时,是通过改变立体全景球的转动姿态位置来改变投影矩阵,进而产生对应状态下的投影图像,继而实现了在不同角度的立体全景图像浏览,如图5(a)。
如图4所示,视点位于坐标系z轴上。当对立体球形全景图像分四个初始视窗显示时,初始视窗投影图像通过对赤道线上均分的四个方位角为对准视点的方向,透过投影矩阵得到赤道线附近的四个画面;当通过改变立体全景球的转动姿态位置,即可通过投影矩阵独立计算出各个视窗的投影图像,如图5(b)。
如图4所示,当对立体球形全景图像分为六视窗浏览时,初始视窗投影以立体球形全景图像上、下、左、右、前、后均分为六部分进行视点对准投影,得到六个视窗投影图像;当改变全景球体的方位值时,对应同时改变六个视窗的对应投影视点位置,进而更新六个视窗的图像的显示,如图5(c)。
对图像进行缩放是通过改变视点与球心的距离,即改变视点的位置来改变投影球形图像在视锥体中的部分来实现对球形图像指定部分的放大或缩小,如图4所示。
本发明方法的流程为:生成球体模型、获取全景图像、绘制立体球形全景、单/四/六视窗显示、人工交互显示等几个部分,流程图如图6所示。
实施例1
对于长宽比为2:1(360°*180°)的全景图像,首先设定立体球形场景参数:球体半径R、球体姿态角(包含滚转角Φc、偏航角Ψc、俯仰角θc)。把全景画面绘制到立体球形场景中,参照式(1)。
对于立体球形全景画面,在平面显示设备中显示时,采用透视投影的方法来对各个角度的画面进行显示。初始状态下,如图4所示,视点位置位于z轴上,坐标eye(0,0,Ze=2R),设定水平方向视角大小为fovh=60°,根据显示设备的长宽比,设定垂直方向视角为
设定视锥体中远视截面F=50R,近视截面N=0.05R,得到初始位置下投影矩阵,进而得到初始投影画面。当通过输入设备(如鼠标、触摸屏)等通过人工交互改变观测视角时,根据输入设备屏幕坐标改变信息(xd,yd)与现实设备像素尺寸(WS,HS)及视点坐标Ze,转换为球体转动角度(只针对x轴和y轴转动)
根据计算得到的的球体转动角度会作用到球体姿态角中,改变视点正对的球体方位,即改变当前姿态角为(Φc-anglex,Ψc-angley,θc),进而通过投影改变观测视角对应的画面。
由于拍摄时相机的姿态角造成成像画面的角度偏移,进而造成全景图像倾斜,因而需要去除该部分的影响。对于相机的姿态信息通过内置陀螺仪获得姿态角(Φg,Ψg,θg),对应的在设置球体姿态时设置姿态角为(Φc-Φg,Ψc-Ψg,θc-θg),从而抵消相机姿态偏差造成的观测画面的影响。实施例2、3均采用此方法消除相机姿态偏差。
通过改变视点坐标Ze,进而改变球形画面在视锥体截断部分的大小,进而投影到显示观察体中(如图4示),从而实现立体全景画面的缩放。实施例2、3均采用此方法实现立体全景画面的缩放。
实施例2
四视窗浏览模式由一视窗浏览模式衍生而来,其实施特点为在初始状态下,在同一个视点下,分别设定球体姿态角为
(Φc1=Φc,Ψc1=Ψc,θc1=θc)
(Φc2=Φc,Ψc2=Ψc+90°,θc2=θc)
(Φc3=Φc,Ψc3=Ψc+180°,θc3=θc)
(Φc4=Φc,Ψc4=Ψc-90°,θc4=θc)
即沿视角水平方向一周均匀设点视角方向,把显示设备划分为如图5(b)所示的四部分,并对每一部分分别显示得到实时四视窗画面。对于每一视窗部分,进行单独的姿态角标记,并实现各个视窗独立的通过输入设备人工交互指定任意视角观测,每个视窗实现同实施例1。
实施例3
六视窗浏览模式实施特点为在初始状态下,在同一个视点下,分别设定球体姿态角为
(Φc1=Φc,Ψc1=Ψc,θc1=θc)
(Φc2=Φc,Ψc2=Ψc+90°,θc2=θc)
(Φc3=Φc,Ψc3=Ψc+180°,θc3=θc)
(Φc4=Φc,Ψc4=Ψc-90°,θc4=θc)
(Φc1=Φc+90°,Ψc1=Ψc,θc1=θc)
(Φc1=Φc-90°,Ψc1=Ψc,θc1=θc)
即沿球体上下、前后、左右方向一周均匀设点视角方向,把显示设备划分为如图5(c)所示的六部分,并对每一部分分别显示得到实时六视窗画面。不同于实施例2中所述独立调整视窗模式,六视窗模式下六个方位视角之间保持相对位置固定,即通过调整初始球体坐标(Φc,Ψc,θc),相应同步改变六视窗中显示画面。
Claims (7)
1.全景视频浏览播放方法,其特征在于:
获得720°全景图像;
构建虚拟立体球形场景,通过设定720°全景图像到球形场景的映射关系,从而通过图像映射及图像插值得到全景立体球形图像;
所述构建虚拟立体球形场景是:对于720°全景图像在平面图像坐标系中的一点P1(x1,y1)通过以下计算式(1)计算全景立体球形图像球体坐标系中对应的点P1'(lon1,lat1)的坐标:
其中,x1,y1表示在二维图像坐标系中对应像素的坐标值;width表示平面画面宽度,height表示平面画面高度;而lon1,lat1表示对应在全景图像球体坐标系中的球面经纬度坐标;
将全景立体球形图像经过透视投影变换得到屏幕显示的图像;
所述将全景立体球形图像经过透视投影变换得到屏幕显示的图像是通过投影矩阵进行的;投影矩阵的定义为:把视锥体投影为设定立方体,对于从任一视锥体点P(x,y,z)投影到观察体中一点P'(x',y',z')通过以下计算式(2)得到:
P'=MP 式(2);
其中,M通过以下计算式(3)得到:
F、N为远近视截面的距离;L、R为投影面左右边界坐标;T、B为投影面上下边界坐标。
2.根据权利要求1所述的全景视频浏览播放方法,其特征在于:所述720°全景图像还通过内置陀螺仪进行姿态调整。
3.根据权利要求1或2所述的全景视频浏览播放方法,其特征在于:所述获得720°全景图像是通过单一图像传感器的全景图像采集系统得到。
4.根据权利要求3所述的全景视频浏览播放方法,其特征在于:所述将全景立体球形图像经过透视投影变换得到屏幕显示的图像包括一窗口浏览方式和多窗口浏览方式。
5.根据权利要求4所述的全景视频浏览播放方法,其特征在于:所述一窗口浏览方式是经过透视投影变换得到屏幕显示的图像为单一视窗口,该单一视窗口通过人工交互来对图像进行指定位置的图像显示,在启动自动浏览模式时,单一视窗口显示的图像以水平方向转动,依次显示四周画面。
6.根据权利要求4所述的全景视频浏览播放方法,其特征在于:所述多窗口浏览方式包括四窗口浏览方式,在该模式下,屏幕显示为四个均分的视窗部分,四个视窗均匀在水平方向截取画面,每个单独画面,均可以对其所对准的视角进行调整。
7.根据权利要求4述的全景视频浏览播放方法,其特征在于:所述多窗口浏览方式包括六窗口浏览方式,在该模式下,屏幕显示为六个均分的视窗部分,六个视窗均匀在水平方向和垂直方向截取画面,每个单独画面,均可以对其所对准的视角进行调整。
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