CN105867064B - 一种全景成像系统的镜头排列方式及全景相机、投影仪 - Google Patents

一种全景成像系统的镜头排列方式及全景相机、投影仪 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种全景成像系统的镜头排列方式及应用该镜头排列方式的全景相机和投影仪，包括第一镜头组和第二镜头组，镜头组均由四枚广角镜头组成，镜头排布在同一个球面上，第一镜头组包括由镜头围绕球心排布形成的第一圆周面，第一圆周面上排布的相邻镜头之间的圆心夹角为65°～75°，第二镜头组包括由镜头围绕球心排布形成的第二圆周面，第二圆周面上排布的相邻镜头之间的圆心夹角为65°～75°，第一圆周面的圆心与第二圆周面的圆心在球心位置重合，第一圆周面和第二圆周面互相垂直。本发明旨在采用两组广角镜头的垂直交叉排布，充分利用每个镜头的CMOS图像传感器面积实现了全天球的全向覆盖拍摄，结构简单，成像清晰度高。

Description

一种全景成像系统的镜头排列方式及全景相机、投影仪
技术领域
本发明涉及一种全景成像系统的镜头排列方式及应用该镜头排列方式的全景相机和投影仪。
背景技术
全景图像，实际上涉及到两个概念：一个概念是Omnidiectional Image，直译为“全向图像”，指的是在水平方向囊括了360°视场角，而在竖直方向的视场角也可以达到360°的图像，意即为全天球全景图像；另一个概念是Panorama，直译为“全景图像”，指的是水平方向360°柱面内或立方体面内的全景图像，通常是由面向水平面内多个方向的一组摄像机共同拍摄，或者由单一摄像机在水平面内旋转拍摄到的。严格地说，Panorama是Omnidiectional Image的一个特例。
随着计算机和数字图像处理技术的发展,越来越多的全景相机采用了旋转拼接式全景成像原理，即采用常规光学镜头,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成像系统,将得到的序列图像进行拼接,得到合成的全景图像。
为了覆盖全天球的影像，目前的常用方案是采用多颗鱼眼镜头组合拼接的方式实现。但是由于鱼眼镜头比较笨重并且会引入较大的畸变，在一些应用中需要采用多颗非鱼眼镜头覆盖全天球的影像，然而由于每个镜头的CMOS感光芯片大多数为宽高比4:3或16:9的矩形区域，如何将多颗非鱼眼镜头按照最优方式排列以用最少数量的镜头覆盖全景，是行业内正在积极探索的问题。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种多镜头全景成像系统镜头空间排列方式，旨在采用成本较低的微广角镜头实现全天球全景覆盖，获得低畸变、高清晰度的全景图像。
为实现上述目的，本发明的技术方案提出的一种全景成像系统的镜头排列方式，能最高效率的利用每颗镜头中的CMOS感光芯片的有效面积，实现了八颗微广角镜头覆盖360度全天球的全景覆盖。所述全景成像系统镜头的排列方式包括两组镜头，即第一镜头组和第二镜头组，所述第一镜头组由四枚镜头组成，所述第二镜头组由四枚镜头组成，所述镜头为视场角75°～115°的广角镜头，所述镜头均排布在同一个球面上，所述第一镜头组包括由所述镜头围绕球心排布形成的第一圆周面，所述第一圆周面上排布的第一镜头和第二镜头之间的圆心夹角为65°～75°，第二镜头和第三镜头之间的圆心夹角为65°～75°，第三镜头和第四镜头之间的圆心夹角为65°～75°，所述第二镜头组包括由所述镜头围绕球心排布形成的第二圆周面，所述第二圆周面上排布的第五镜头和第六镜头之间的圆心夹角为65°～75°，第六镜头和第七镜头之间的圆心夹角为65°～75°，第七镜头和第八镜头之间的圆心夹角为65°～75°，所述第一圆周面的圆心与第二圆周面的圆心在球心位置重合，所述第一圆周面和第二圆周面互相垂直。
优选的，所述镜头为水平视场角100°、垂直视场角80°的微广角镜头。
优选的，所述第一镜头组中的4枚镜头依次周向排布，其中，第一镜头和第二镜头的夹角为70°、第二镜头和第三镜头的夹角为70°、第三镜头和第四镜头的夹角为70°，第一镜头和第四镜头的夹角为150°；所述第二镜头组中的4枚镜头依次周向排布，其中，第五镜头和第六镜头的夹角为70°、第六镜头和第七镜头的夹角为70°、第七镜头和第八镜头之间的夹角为70°，第五镜头和第八镜头的夹角为150°，所述第一镜头组设置于第五镜头和第八镜头之间，所述第二镜头组设置于第一镜头和第四镜头之间。
本发明提供一种全景相机，所述全景相机包括设置有镜头孔的球形壳体及全景成像系统，所述全景成像系统应用如上所述的镜头排列方式，所述壳体为中空的网球状结构，包括两个相等的上壳体和下壳体，所述上壳体和下壳体以卡扣或粘结方式连接，所述镜头孔的尺寸与镜头的大小适配，所述镜头孔与镜头保持0.2∽0.02mm的间隙。
本发明还提供一种投影仪，包括设置有镜头孔的球形壳体、图像形成装置及全景成像系统，所述全景成像系统应用如上所述的镜头排列方式，所述图象形成装置设置于壳体的球心位置，所述镜头孔的尺寸与镜头的大小适配，所述镜头孔与镜头保持0.2∽0.02mm的间隙。
本发明技术方案中，采用两组广角镜头的垂直交叉排布，充分利用每个镜头的CMOS图像传感器面积实现了全天球的全向覆盖拍摄，结构简单，成本较低，同时图像的失真较少，成像清晰度高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明实施例中第一镜头组排布结构的示意图；
图2为本发明实施例中第二镜头组排布结构的示意图；
图3为本发明实施例镜头排布结构的全景成像原理图；
图4为本发明全景相机结构的分解示意图。
附图标号说明：
标号 名称 标号 名称
1 第一镜头组 212 第六镜头
111 第一镜头 213 第七镜头
112 第二镜头 214 第八镜头
113 第三镜头 3 壳体
114 第四镜头 31 上壳体
2 第二镜头组 32 下壳体
211 第五镜头
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
请参照图1至图2，本发明提供的一种全景成像系统的镜头排列方式，包括两组镜头，即第一镜头组1和第二镜头组2，所述第一镜头组1由四枚镜头组成，所述第二镜头组2由四枚镜头组成，所述镜头为视场角75°～115°的广角镜头，所述镜头均排布在同一个球面上，所述第一镜头组1包括由所述镜头围绕球心排布形成的第一圆周面，所述第一圆周面上排布的第一镜头111和第二镜头112之间的圆心夹角为65°～75°，第二镜头112和第三镜头113之间的圆心夹角为65°～75°，第三镜头113和第四镜头114之间的圆心夹角为65°～75°，所述第二镜头组2包括由所述镜头围绕球心排布形成的第二圆周面，所述第二圆周面上排布的第五镜头和第六镜头之间的圆心夹角为65°～75°，第六镜头和第七镜头之间的圆心夹角为65°～75°，第七镜头和第八镜头之间的圆心夹角为65°～75°，所述第一圆周面的圆心与第二圆周面的圆心在球心位置重合，所述第一圆周面和第二圆周面互相垂直。
优选的，所述镜头为水平视场角100°、垂直视场角80°的微广角镜头，采用的该种镜头成像畸变较小，视场角可以满足全景拍摄的需要。
所述第一镜头组1中的4枚镜头依次周向排布，其中，第一镜头111和第二镜头112的夹角β1为70°、第二镜头112和第三镜头113的夹角β1为70°、第三镜头113和第四镜头114的夹角β1为70°，第一镜头111和第四镜头114的夹角α1为150°；所述第二镜头组2中的4枚镜头依次周向排布，其中，第五镜头211和第六镜头212的夹角β1’为70°、第六镜头212和第七镜头213的夹角β1’为70°、第七镜头213和第八镜头214之间的夹角β1’为70°，第五镜头211和第八镜头214的夹角α1’为150°，所述第一镜头组1设置于第五镜头211和第八镜头214之间，所述第二镜头组2设置于第一镜头111和第四镜头114之间。
请参照图3，实施例中的八镜头排布结构，第一镜头组1，其相邻的两个镜头如第一镜头111和第二镜头112、第二镜头112和第三镜头113、第三镜头113和第四镜头114的夹角均为70°，所述镜头之间的夹角与上述微广角镜头的垂直视场角相匹配，相邻两镜头视场角将在距离为L处与镜头所在排布结构的球心开始相交重叠，此时所需要的镜头视场角至少为70°，而由于镜头本身的垂直视场角γ1为80°，可使两枚镜头能够拼接出完整的图像；而第一镜头111和第四镜头114之间的夹角为150°，这中间的盲区θ＝150°-80°＝70°，故该盲区可以由水平视场角为100°的第二镜头组2在横向上排布补足，从而拼接的图像通过后期处理实现第一圆周面的360°全景覆盖，此时获得的全景图像画质最高。同样的，第二镜头组2在第二圆周面的盲区θ’由第一镜头组1补足，以此实现横向圆周的360°全景覆盖，最后第一镜头组1、第二镜头组2互相垂直设置，从而将单个镜头拍摄的图像拼接后实现空间全景拍摄。
请参照图4，本发明提出一种应用上述全景成像系统镜头排列方式的全景相机，所述全景相机包括设置有镜头孔的球形壳体3及全景成像系统，所述全景成像系统应用如上所述的镜头排列方式，所述壳体3为中空的网球状结构，包括两个相等的上壳体31和下壳体32，所述上壳体31和下壳体32以卡扣或粘结方式连接，所述镜头孔的尺寸与镜头的大小适配，所述镜头孔与镜头保持0.2∽0.02mm的间隙。这种网球状外壳的全景相机，既能满足固定整个全景成像系统的需要，同时外观新颖，形状紧凑，便于携带。
本发明还提供一种投影仪，包括设置有镜头孔的球形壳体、图像形成装置及全景成像系统，所述全景成像系统应用如上所述的镜头排列方式，所述图象形成装置设置于壳体的球心位置，所述镜头孔的尺寸与镜头的大小适配，所述镜头孔与镜头保持0.2∽0.02mm的间隙，图像形成装置设置于壳体的球心处，通过镜头将图像传输出去，实现全景投影。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种全景成像系统的镜头排列方式，包括两组镜头，即第一镜头组和第二镜头组，其特征在于，所述第一镜头组由四枚镜头组成，所述第二镜头组由四枚镜头组成，所述镜头为水平视场角90°～115°，垂直视场角70°～95°的广角镜头，所述镜头均排布在同一个球面上，所述第一镜头组包括由所述镜头围绕球心排布形成的第一圆周面，所述第一圆周面上排布的第一镜头和第二镜头之间的圆心夹角为65°～75°，第二镜头和第三镜头之间的圆心夹角为65°～75°，第三镜头和第四镜头之间的圆心夹角为65°～75°，所述第二镜头组包括由所述镜头围绕球心排布形成的第二圆周面，所述第二圆周面上排布的第五镜头和第六镜头之间的圆心夹角为65°～75°，第六镜头和第七镜头之间的圆心夹角为65°～75°，第七镜头和第八镜头之间的圆心夹角为65°～75°，所述第一圆周面的圆心与第二圆周面的圆心在球心位置重合，所述第一圆周面和第二圆周面互相垂直。
2.如权利要求1所述的一种全景成像系统的镜头排列方式，其特征在于，所述镜头为水平视场角100°、垂直视场角80°的微广角镜头。
3.如权利要求2所述的一种全景成像系统的镜头排列方式，其特征在于，所述第一镜头组中的4枚镜头依次周向排布，其中，第一镜头和第二镜头的夹角为70°、第二镜头和第三镜头的夹角为70°、第三镜头和第四镜头的夹角为70°，第一镜头和第四镜头的夹角为150°；所述第二镜头组中的4枚镜头依次周向排布，其中，第五镜头和第六镜头的夹角为70°、第六镜头和第七镜头的夹角为70°、第七镜头和第八镜头之间的夹角为70°，第五镜头和第八镜头的夹角为150°，所述第一镜头组设置于第五镜头和第八镜头之间，所述第二镜头组设置于第一镜头和第四镜头之间。
4.一种全景相机，其特征在于，所述全景相机包括设置有镜头孔的球形壳体及全景成像系统，所述全景成像系统应用如权利要求1至3任一项所述的镜头排列方式，所述壳体为中空的类似网球状结构，包括两个相等的上壳体和下壳体，所述上壳体和下壳体以卡扣或粘结方式连接，所述镜头孔的尺寸与镜头的大小适配，所述镜头孔与镜头保持0.2∽0.02mm的间隙。
5.一种投影仪，其特征在于，所述投影仪包括设置有镜头孔的球形壳体、图像形成装置及全景成像系统，所述全景成像系统应用如权利要求1至3中的任一项所述的镜头排列方式，所述图像形成装置设置于壳体的球心位置，所述镜头孔的尺寸与镜头的大小适配，所述镜头孔与镜头保持0.2∽0.02mm的间隙。
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