CN105959575B - 一种可变焦全景摄像机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可变焦全景摄像机。包括一体化设置于可随动响应的云台机构上的摄像机，摄像机包括全景图像采集模块、可变焦图像采集模块、编码模块、存储模块、网络传输模块、控制模块和全景图像校正模块。本发明实现了小型化、集成化，实现了全景画面和可变焦画面的实时采集；采用双鱼眼镜头技术，只利用一个图像传感器和图像编码模块就可实现对全景画面的采集；机身自带编码模块可实现对全景画面和可变焦画面进行编码；具备全景视频姿态校正功能，全景画面不会随着机芯的姿态变化而变化；全景图像校正模块提高摄像机位置控制的精度，同时提供多个码流的视频数据流，方便用户选用，实现视频的流畅观看和存储。

Description

一种可变焦全景摄像机

技术领域

本发明属于视频拍摄和监控领域，尤其属于全景视频拍摄监控技术领域，特别涉及一种具有全景视频采集并对兴趣画面进行光学无失真放大拍摄的一体化、小型化摄像机。

背景技术

全景监控是监控领域的一个新的方向，通过大视角(大于等于180°)的鱼眼镜头，全景监控摄像机能够实现从180°到720°的监控视角。然而全景监控存在焦距固定，无法记录局部热点细节的缺陷。

监控领域为了实现观看监控视野中局部细节的效果，一种方法是通过电子放大的手段实现，这种方法会导致观看的画面分辨率下降，图像越放大，失真越严重的现象。另外一种方法是增加图像传感器的分辨率，而在同等大小成像靶面的情况下，成像分辨率越高，成像像元尺寸变小，成像画质越差，此外分辨率高还会带来更大的视频数据，给视频传输带宽和存储带来更大的压力。还可以通过架设多个摄像机，每个摄像机朝向不同的方位，录制不同视角的视频，从而达到拍摄画面全而广的需求，这种方法需要部署至少三台以上的高清摄像机，具有部署成本高，部署施工复杂，后期维护麻烦，数据量大，而且无法对细节进行无失真放大的缺点。

在不增加分辨率的情况下，为了实现局部不失真的放大效果。目前行业的解决方法是通过光学变焦，在图像传感器的前端加上光学变焦镜头来实现。然而由于全景相机采用定焦镜头，无法实现局部画面无失真放大的效果。对于全景相机拍摄到的全景视频，存在局部放大后像素下降，画质失真，无法记录观看局部细节的严重缺陷。同时，光学变焦镜头虽然能够对兴趣视野进行快速的切换并能对拍摄细节进行拉近拉远操作，但由于一般光学摄像机的拍摄视角不会超过60°，无法在同一时刻实现对全局画面的实时预览并在事后回放录制的视频时对全景画面的还原。

发明内容

本发明针对现有技术的不足提出了一种可变焦全景摄像机的设计方案，利用一台摄像机，不但能够实时预览拍摄水平360°垂直360°的全景视频，还能够在拍摄时对兴趣的细节通过光学变焦实现无失真的放大缩小操作；减少了传统方案的复杂度，弥补了传统全景拍摄方案无法进行变焦放大，和云台相机无法同时拍摄全景视频的缺陷。

本发明通过以下技术方案实现：

可变焦全景摄像机，其特征在于：包括设置于可随动响应的云台机构上的摄像机，摄像机包括全景图像采集模块、可变焦图像采集模块、编码模块、存储模块、网络传输模块、控制模块和全景图像校正模块；

所述全景图像采集模块，用于全景画面采集；

所述可变焦图像采集模块，用于对局部画面进行采集，通过可变焦光学镜头，实现对局部画面的放大拉近或缩小拉远；

所述编码模块，用于接收原始的数据，并对其进行压缩编码；

所述存储模块，用于将数据进行格式封装和本地存储；

所述网络传输模块，用于将数据进行网络协议封包，并提供对应的网络传输接口，用户可以通过这些接口传输接收指令或者数据；

所述控制模块，用于监听解析用户的指令，将网络传输模块的指令信息解析成执行单元的输入指令，控制模块监控并控制着摄像机中所有模块的运行；

所述全景姿态校正模块，用于采集全景图像采集模块的姿态信息，并利用该信息校正全景图像采集模块输出的全景图像的观看方向，实现全景画面观看方向不受全景图像采集模块姿态变化的影响；

所述云台机构，用于根据转动响应的角度，变更可变焦图像采集模块的拍摄视角。

所述全景图像采集模块包括对称设置双鱼眼全景镜头。

所述全景图像采集模块、可变焦图像采集模块、编码模块、存储模块、网络传输模块、控制模块和全景图像校正模块固联集成为一体结构的摄像机机芯。

所述全景图像校正模块包括安装在机芯上进行姿态信息的采集、提升姿态测量的精度的陀螺仪模块。

所述编码模块可以同时将视频信号进行不同码率的编码，输出不同码率或分辨率的视频编码流。

所述摄像机还包括用于录制拍摄场所音频数据的音频采集模块。

一种可变焦全景摄像机的应用方法，包括以下步骤：

步骤一：全景视频采集模块和可变焦视频采集模块实时采集全景视频和可变焦视频，并将采集到的视频信号传输给视频编码模块；

步骤二：编码模块同时对音频、视频、姿态信息进行压缩编码；

步骤三：存储模块接收控制模块的指令，从编码模块中获取需要存储的编码过后的数据流，将编码后的音频、视频、姿态信息按照指定的格式进行封装复用后进行本地化的存储；

步骤四：网络传输模块实时监听用户数据的接入和信号的发送，对网络数据进行解包操作，将解包后的数据传输给控制模块；获取编码模块传输过来的编码码流，并将其进行网络格式的封包，进行网络传输；

步骤五：控制模块获取网络传输模块解析后的指令信息，调配全景图像采集模块，可变焦图像采集模块，音频采集模块，全景姿态校正模块，云台机构，网络传输模块，编码模块和存储模块进行录制，推送实时数据流等操作；

步骤六：云台机构接收控制模块的云台控制指令，并将该指令解析成云台需要旋转的角度，控制云台进行相应的角度旋转；

步骤七：可变焦图像采集模块接收控制模块的变焦指令，解析成焦距信息，控制光学变焦马达进行相应的焦距变化；

步骤八：全景姿态校正模块采集陀螺仪采集到的姿态信息，结合该信息进行全景姿态校正。

本发明可变焦全景摄像机将全景图像采集模块，可变焦图像采集模块，编码模块，存储模块，网络传输模块和全景图像校正模块相对固联集成为一体结构，将这些模块集成成统一的硬件平台，形成摄像机的机芯，将机芯放置在云台机构上，由云台机构控制该机芯的姿态，进而控制成像采集模块的成像视野。

本发明通过一个摄像机，实现对全景画面的采集同时实现对局部画面可以进行无失真放大缩小功能，让用户只需要连接一台设备就可以实时观看，录制全景视频并能够通过云台和可变焦光学镜头实现对任意视角的细节的观看和记录。

本发明的有益效果是：本发明可变焦全景摄像机实现了小型化、集成化，只通过一个小型化的摄像机，就可以实现对全景画面和可变焦画面的实时采集；采用双鱼眼镜头技术，只利用一个图像传感器和图像编码模块就可实现对全景画面的采集；相比于多个摄像机的全景采集方案，节省了成本，方便了安装，节省了存储空间和传输带宽；机身自带编码模块，可以实现对全景画面和可变焦画面进行编码，节约了网络传输带宽和存储空间；机身自带存储模块，无需用户自己准备额外的存储设备；具备全景视频姿态校正功能，保证用户看到的全景画面不会随着机芯的姿态变化而产生变化。本发明全景图像校正模块提高摄像机位置控制的精度，可以提升全景视频校正模块的校正效果；同时提供多个码流的视频数据流，方便用户根据不同的网络环境和存储空间、存储时间选用不同的压缩数据流。实现视频的流畅观看和存储。

附图说明

图1是本发明一种可变焦全景摄像机的模块图；

图2是本发明一种可变焦全景摄像机的工作流程图；

图3是本发明可变焦全景摄像机外形机构示意图。

图中，1是机芯，11是网络传输模块，12是控制模块，13是全景图像采集模块，14是编码模块，15是存储模块，16是音频采集模块，17是可变焦图像采集模块，18是全景姿态校正模块，2是机械，21是云台机构，A是云台，B是双鱼眼镜头，C是可变焦光学镜头。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体的描述，本实施例只用于对本发明进行进一步的说明，但不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据上述本发明的内容作出的一些非本质的改进和调整也属于本发明保护的范围。

结合图1、图2和图3。

如图1所示，一种可变焦全景摄像机包括机芯1、机械2；其中机芯包括网络传输模块11、控制模块12、全景图像采集模块13、编码模块14、存储模块15、音频采集模块16、可变焦图像采集模块17、全景姿态校正模块18；机械1包括云台机构21；

网络传输模块11，用于将数据进行网络协议封包，并提供对应的网络传输接口，用户可以通过这些接口传输接收指令或者数据；

控制模块12，用于监听解析用户的指令，将网络传输模块的指令信息解析成执行单元的输入指令，控制模块监控并控制着摄像机中所有模块的运行；

全景图像采集模块13，用于全景画面采集；

全景图像采集模块13，采用双鱼眼全景镜头B，利用一块CMOS实现对全景图像的采集，实现全景成像系统的小型化和集成化；

编码模块14，用于接收原始的数据，并对其进行压缩编码；

存储模块15，主要用于将数据进行格式封装和本地存储；

音频采集模块16，

可变焦图像采集模块17，用于对局部画面进行采集，通过可变焦光学镜头C，实现对局部画面的拉近(放大)拉远(缩小)；

全景姿态校正模块18，用于采集全景图像采集模块的姿态信息，并利用该信息，校正全景图像采集模块输出的全景图像的观看方向，通过算法实现全景画面的观看方向不受全景图像采集模块的姿态变化的影响。

云台机构21，用于控制可变焦成像模块的拍摄视角；

如图2所示，可变焦全景摄像机的工作流程：

步骤1.网络传输模块实时监听来自用户的指令；并判断用户的具体操作：如果用户下达推送实时视频流的指令，则执行步骤2，如果用户下达录制视频的指令，执行步骤3；如果用户下达拍摄照片的指令，执行步骤4；如果用户下达更换局部拍摄目标的指令(实现可变焦和视角转换的功能)，则执行步骤5；

步骤2.摄像机推送采集到的实时的媒体数据流，具体实现为：

步骤2.1：全景图像采集模块采集全景视频；

步骤2.2：可变焦图像采集模块采集局部视频；

步骤2.3：音频模块采集音频；

步骤2.4：姿态校正模块采集姿态信息；

步骤2.5：编码模块将步骤2.1，步骤2.2，步骤2.3和步骤2.4采集到数据进行编码处理，将原始数据压缩成占空间小的数据流；

步骤2.6：网络传输模块将编码后的压缩数据按照流媒体网络传输协议进行封装和复用，向用户提供全景视频、局部可变焦视频、音频、姿态信息四个数据通道复用的流媒体服务。

步骤3.摄像机录制存储拍摄到的媒体数据流，具体实现为：

步骤3.1：全景图像采集模块采集全景视频；

步骤3.2：可变焦图像采集模块采集局部视频；

步骤3.3：音频模块采集音频；

步骤3.4：姿态校正模块采集姿态信息；

步骤3.5：编码模块将步骤3.1，步骤3.2，步骤3.3和步骤3.4采集到数据进行编码处理，将原始数据压缩成占空间小的数据流；

步骤3.6：存储模块将编码模块压缩后的全景视频流数据，局部可变焦视频流数据，音频流数据和姿态数据按照定义好的多媒体容器格式进行索引生成，多轨道复用等操作，将数据存储成本地多媒体文件。

步骤4.摄像机拍摄照片，具体实现为：

步骤4.1：全景图像采集模块采集全景图片；

步骤4.2：可变焦图像采集模块采集局部图片；

步骤4.3：姿态校正模块采集当前机芯的姿态信息，该姿态信息可以通过云台模块反馈回来的角度位置信息获取或者通过机芯上安装陀螺仪等姿态传感器，利用姿态传感器的输出作为姿态信息；

步骤4.4：编码模块对采集到的全景图片和局部图片进行压缩编码；

步骤4.5：存储模块将编码后的压缩图片存储成png或者jpeg或者其他图片格式，同时在图片的meta数据段写入摄像机的姿态信息；

步骤5.切换可变焦成像模块的拍摄目标，具体实现为：

步骤5.1：云台模块获取新的拍摄目标所在的视角范围，转动云台，将机芯和可变焦成像模块的拍摄视角朝向拍摄目标；

步骤5.2：可变焦图像采集模块获取拍摄目标所在范围内的锐度信息，通过自动对焦算法或者用户输入的焦距信息，调节光学变焦镜头的焦距，实现对焦；

全景图像采集模块13，利用双鱼眼镜头对成像范围的全景信息进行720°无死角(水平360°加上垂直360°)的视频图像记录，利用可变焦成像模块17结合云台机构21对局部画面的快速切换和拉近拉远拍摄，既可以实现对全局画面的大范围把握，又可以实现对兴趣点画面的放大光看；编码模块14和存储模块15在机身内就实现对数据的压缩存储，节省了存储空间，免去用户使用附加存储设备的成本；网络传输模块11提供简单易于访问的网络接口，方便用户访问摄像机的所有功能；全景姿态校正模块实时捕捉摄像机的姿态，为用户提供视角不随摄像机姿态变化而变化的全景观看体验，进一步提升了用户观看全景的视频体验；所有的模块可以集成在摄像机机芯1和机械2上，最大程度的实现了可变焦全景成像系统的小型化，实现只要一个摄像机就可以拍摄全景无死角的画面，并对局部进行无失真放大的功能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所有的任何修改，等同替换，改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种可变焦全景摄像机，其特征在于：包括设置于可随动响应的云台机构上的摄像机，摄像机包括全景图像采集模块、可变焦图像采集模块、编码模块、存储模块、网络传输模块、控制模块和全景图像校正模块；

所述全景图像采集模块，用于全景图像采集；

所述可变焦图像采集模块，用于对局部图像进行采集，通过可变焦光学镜头，实现对局部图像的放大或缩小；

所述编码模块，用于接收所述全景图像和所述局部图像，并对其进行压缩编码；

所述存储模块，用于将数据进行格式封装和本地存储；

所述网络传输模块，用于将数据进行网络协议封包，并提供对应的网络传输接口，用户可以通过所述对应的网络传输接口传输接收指令或者数据；

所述控制模块，用于监听解析用户的指令，将网络传输模块的指令信息解析成摄像机中所有模块的输入指令，控制模块监控并控制着摄像机中所有模块的运行；

所述全景图像校正模块，用于采集全景图像采集模块的姿态信息，并利用该信息校正全景图像采集模块输出的全景图像的观看方向，实现全景图像观看方向不受全景图像采集模块姿态变化的影响；

所述云台机构，用于根据转动响应的角度，变更可变焦图像采集模块的拍摄视角；

所述全景图像采集模块包括在可变焦光学镜头光轴两侧对称设置双鱼眼全景镜头。

2.根据权利要求1所述的可变焦全景摄像机，其特征在于：所述全景图像采集模块、可变焦图像采集模块、编码模块、存储模块、网络传输模块、控制模块和全景图像校正模块固联集成为一体结构的摄像机机芯。

3.根据权利要求2所述的可变焦全景摄像机，其特征在于：所述全景图像校正模块包括安装在机芯上进行姿态信息的采集的陀螺仪模块。

4.根据权利要求2所述的可变焦全景摄像机，其特征在于：所述摄像机还包括用于录制拍摄场所音频数据的音频采集模块。

5.一种可变焦全景摄像机的应用方法，所述的可变焦全景摄像机包括设置于可随动响应的云台机构上的摄像机，摄像机包括全景图像采集模块、可变焦图像采集模块、编码模块、存储模块、网络传输模块、控制模块和全景图像校正模块，还包含音频采集模块，其中全景图像校正模块包括陀螺仪模块；

可变焦全景摄像机应用方法特征在于包括以下步骤：

步骤一：全景图像采集模块和可变焦图像采集模块实时采集全景视频和可变焦视频，并将采集到的所述全景视频和可变焦视频传输给视频编码模块；

步骤二：编码模块同时对音频采集模块采集的音频、全景图像采集模块和可变焦图像采集模块实时采集全景视频和可变焦视频、全景图像校正模块采集的姿态信息进行压缩编码；

步骤三：存储模块接收控制模块的指令，从编码模块中获取编码过后的数据流，将编码后的音频、视频、姿态信息按照指定的格式进行封装复用后进行本地化的存储；

步骤四：网络传输模块实时监听用户指令数据的接入和数据的发送，对网络数据进行解包操作，将解包后的指令数据传输给控制模块；获取编码模块传输过来的编码码流，并将其进行网络格式的封包，进行网络传输；

步骤五：控制模块获取网络传输模块解析后的指令数据，调配并控制全景图像采集模块，可变焦图像采集模块，音频采集模块，全景姿态校正模块，云台机构，网络传输模块，编码模块和存储模块；

步骤六：云台机构接收控制模块解析的云台控制输入指令，并将该指令解析成云台需要旋转的角度，控制云台进行相应的角度旋转；

步骤七：可变焦图像采集模块接收控制模块解析的变焦控制输入指令，解析成焦距信息，控制光学变焦马达进行相应的焦距变化；

步骤八：全景图像校正模块采集云台机构的姿态信息，利用该信息校正全景图像采集模块输出的全景图像的观看方向，实现全景图像观看方向不受全景图像采集模块姿态变化的影响。

6.根据权利要求5所述的可变焦全景摄像机的应用方法，其特征在于：所述编码模块同时将全景视频和可变焦视频进行不同码率的编码，输出不同码率或分辨率的视频编码流。

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