CN106231202A - 全景多光谱全光影像采集方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种全景多光谱全光影像采集方法及系统，所述系统包括：支架、至少两个独立的图像采集机构、后处理系统；其中每一图像采集机构都包括全景镜头、全光镜片，以及成像机构；其中所述全景镜头、全光镜片同光轴设置以使入射光依次通过全景镜头、全光镜片；其中独立的图像采集机构通过空间位置组合形成全景多光谱全光影像采集系统。具体的可以采用环形设置或是六面体形式设置；这样就形成了一个在空间上多向分布的多个图像采集机构，以保证图像获取的同步性、完整性及精确性。

Description

全景多光谱全光影像采集方法及系统
技术领域
本发明涉及成像设备技术领域，具体涉及一种全景多光谱全光影像采集方法及系统。
背景技术
随着虚拟现实技术的发展，对于特定场景的全视角三维数据的采集的需求日益增强。现有技术中全景影像采集及三维建模通常包括用于采集全景图像的图像采集系统和用于获取点云信息的激光雷达系统；其中图像采集系统通常包括2个以上的相机、大视角成像凸透镜、传感器、图像处理器；而激光雷达系统包括不同光谱或采集方式的激光雷达。图像采集系统对图像进行采集，然后经过后期处理后生成全景图像；同时激光雷达系统采集点云信息；然后将全景图像和点云信息进行匹配，然后经过二次处理形成全视角三维影像。
这种技术中，用于获取全景图像的图像采集系统和用于获取点云信息的激光雷达系统很难再在空间位置和采集时间上难以达到绝对同步，同时激光雷达系统的设备造价也较高，整体系统的成本和质量都具有瓶颈。同时图像采集系统和激光雷达系统相对独立，导致占用空间比较大，在空间有限制的区域和场景使用时受到限制较多。且设备的整体重量大、能耗高。
发明内容
针对现有技术中存在的全景多光谱全光影像采集设备存在的同步性能差、体积大、能耗高的问题，本发明要解决的技术问题是提供一种全景多光谱全光影像采集方法及系统，能够提高设备的工作效率。
为了解决上述问题，本发明实施例提出了一种全景多光谱全光影像采集系统，包括：支架、至少两个独立的图像采集机构、后处理系统；其中每一图像采集机构都包括全景镜头、全光镜片，以及成像机构；其中所述全景镜头、全光镜片同光轴设置以使入射光依次通过全景镜头、全光镜片；其中独立的图像采集机构通过空间位置组合形成全景多光谱全光影像采集系统。如图1和图2所示是其中一种应用结构，图1是系统顶视图，图2是系统立体图，系统是采用了六套图像采集机构，其中这六套图像采集机构的光轴延长线延伸至所述支架内；这样就形成了一个在空间上多向分布的多个图像采集机构，以保证图像获取的同步性、完整性及精确性。
其中，所述每一图像采集机构的全景镜头具有相近的光学参数。
其中，该全景镜头为一个透镜组。
其中，该全景镜头为凸透镜组；凸透镜组的水平视角和垂直视角在0°-180°范围内。
其中，所述全光镜片为矩形或圆形的光学镜片，且全光镜片上均匀分布了微米级的微型透镜。
其中，所述微型透镜的直径为1-1000μm，所有微型透镜的直径相同，且所述微型透镜的焦平面在一个平面上。
其中，成像机构带有多光谱彩色CCD或CMOS的成像系统，以将微型透镜焦平面上所成的影像转化成点数字信号，并对影像进行计算、转换、压缩，然后输出到后处理系统。
其中，所述系统包括六个独立的图像采集机构，且所述六个独立的图像采集机构成六面体形状设置，所述六个独立的图像采集机构分别设置于所述六面体的一个面上且朝向六面体外，且所述六个独立的图像采集机构的光轴交汇于所述六面体内的同一点。
其中，后处理系统包括：同步控制器、图像后处理模块；
其中所述同步控制器用于连接所述每一图像采集机构以控制图像采集机构同步采集图像；
所述图像后处理模块接收每一图像采集机构的图像，并对图像进行标定和拼接以生成全光成果影像；并利用全光算法解析全光成果影像以生成全视角三维数据。
其中，所述后处理系统还包括通讯接口和存储机构，其中所述存储机构连接所述图像后处理模块以将所述全视角三维数据进行存储；其中所述通讯接口支持常见的通信接口如USB接口单元、RJ接口单元、WiFi接口单元、3G/4G接口单元等，以连接外部系统。
同时，本发明实施例还提出了一种利用如前任一项所述的全景多光谱全光影像采集系统获取全景多光谱全光影像的方法，包括：
通过后处理系统的同步控制器控制所有图像采集机构同步采集图像，然后利用图像后处理模块对图像采集机构获取的图像进行标定和拼接以生成全光成果影像；并利用全光算法解析全光成果影像以生成全视角三维数据。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
1.点云和影像无空间误差，同一视角内所有影像信息采集和点云信息计算所需的全光信息的采集，使用的是同一个传感器，因此在计算过程中二者无空间误差，后期数据的精度较高，数据处理的效率也更高。
2.无时间误差，同一视角内所有影像信息采集和点云信息计算所需的全光信息的采集，使用的是同一个传感器，同一时间采集相关信息，因此无任何时间误差。
3.造价较低，无需昂贵的激光设备，就能够实现点云信息的生成，同时减少了后处理系统上对激光设备的控制单元及相关的附属设备，有效地降低了整体设备的成本。
4.空间较小，仅需影像设备的空间，无需额外的激光设备，以及激光设备所配备的电源等附加设备的个空间，有效地降低了整体设备的空间。
5.载荷较低，无需激光设备，就能够实现点云信息的生成，同时减少了后处理系统上对激光设备的控制单元及相关的附属设备，整体设备的重量有较大的减少。
6.能耗较低，无需激光设备，就能够实现点云信息的生成，同时减少了后处理系统上对激光设备的控制单元及相关的附属设备，整体设备的能耗有较大的减少。
附图说明
图1为本发明实施例的全景多光谱全光影像采集系统的整体外观顶视图；
图2为全景多光谱全光影像采集系统的整体外观立体图；
图3为全景镜头、全光镜片、图像采集及处理系统及后处理系统四者间的信号关系；
图4为全光镜片采集后的数据的视差原理图；
图5为后处理系统控制电路示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明实施例提出了一种如图1所示的全景多光谱全光影像采集系统，包括支架101，至少两个图像采集机构、后处理系统301；其中每一图像采集机构都包括全景镜头2001、全光镜片2002，以及成像机构2003；其中所述全景镜头2001、全光镜片2002同光轴设置以使入射光依次通过全景镜头2001、全光镜片2002。如图1和图2所示的是采用了六套图像采集机构，其中这六套图像采集机构的光轴延长线延伸至所述支架内；这样就形成了一个在空间上多向分布的多个图像采集机构，以保证图像获取的同步性、完整性及精确性。
其中，所述每一图像采集机构的全景镜头2001具有相近的光学参数。这样外部影像通过全景镜头2001形成影像，投射到全光镜片2002上。
其中，该全景镜头2001可以为一个透镜组，也可以为一个凸透镜。本发明实施例中采用简化的方案，即只采用一个凸透镜，该凸透镜的水平视角和垂直视角在0°-180°范围内，且凸透镜对紫外和红外具有较好的透过性，便于多光谱信息的采集。每组光学系统的全景镜头2001均具有相近光学参数，外部影像通过全景镜头2001形成影像，投射全光镜片2002上。
其中，所述全光镜片2002为矩形或圆形的光学镜片，且全光镜片2002上均匀分布了微米级的微型透镜。
其中，所述微型透镜的直径为1-1000μm，所有微型透镜的直径相同，且所述微型透镜的焦平面在一个平面上。
其中，成像机构2003带有多光谱彩色CCD或CMOS的成像系统，以将微型透镜焦平面上所成的影像转化成点数字信号，并对影像进行计算、转换、压缩，然后输出到后处理系统301。
其中后处理系统301包括：同步控制器、图像后处理模块；
其中所述同步控制器用于连接所述每一图像采集机构以控制图像采集机构同步采集图像；
所述图像后处理模块接收每一图像采集机构的图像，并对图像进行标定和拼接以生成全光成果影像；并利用全光算法解析全光成果影像以生成全视角三维数据。
其中，还包括通讯接口和存储机构，其中所述存储机构连接所述图像后处理模块以将所述全视角三维数据进行存储；其中所述通讯接口支持常见的通信接口如USB接口单元、RJ45接口单元、WiFi接口单元、3G/4G接口单元等，以连接外部系统。
具体的如图1和图2所示，全景多光谱全光影像采集系统，包括系统外壳101，光学系统(图中只示出了其中的四套210-204)后处理系统301，如图2所示，每个光学系统包括全景镜头2001，全光镜片2002，图像采集及处理系统2003等部件。
系统外壳101为整体系统的支撑结构，采用PVC或金属材质，用于支撑所有其他部件，如图2所示的是采用了六面体形状的外壳，各开孔位置通过六面体中心点实现中心对称。
全景镜头2001通常采用一组透镜，水平视角和垂直视角在0°-180°范围内，透镜对紫外和红外具有较好的透过性，便于多光谱信息的采集。每组光学系统的全景镜头均具有相近光学参数，外部影像通过镜头形成影像，投射到全光镜片上。
全光镜片2002为一个矩形或圆形的光学镜片，均匀分布了微米级的微型透镜，本实施中微型透镜的直径为1-1000μm，所有微型透镜的直径相同，同时微型透镜的焦平面在一个平面上。
图像采集及处理系统2003，是带有多光谱彩色CCD或CMOS的成像系统，能够将微型透镜焦平面上所成的影像，转化成点数字信号，同事对影像进行计算、转换、压缩，本实施案例中，压缩后的影像通过通信接口，传输到后处理系统301。
后处理系统301是整个系统的控制单元，如图5所示，后处理系统301首先通过同步控制器同步信号，本实施案例中，通过通信接口单元，控制图像采集及处理系统2003同步采集影像，影像采集完成后，同样通过通信接口单元传回后处理系统301，然后由影像后处理单元对影像进行标定、拼接，生成全光成果影像，同时利用内嵌的全光算法解析影像，生成全视角三维数据，并将全光成果影像和全视角三维数据存储在存储单元内。外部系统可通过USB接口单元，WiFi接口单元、RJ45接口单元或3G/4G接口单元等，以数据流形式，实时访问存储单元内的数据。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种全景多光谱全光影像采集系统，其特征在于，包括：支架、至少两个独立的图像采集机构、后处理系统；其中每一图像采集机构都包括全景镜头、全光镜片，以及成像机构；其中所述全景镜头、全光镜片同光轴设置以使入射光依次通过全景镜头、全光镜片；其中独立的图像采集机构通过空间位置组合形成全景多光谱全光影像采集系统。
2.根据权利要求1所述的全景多光谱全光影像采集系统，其特征在于，所述每一图像采集机构的全景镜头具有相近的光学参数。
3.根据权利要求1所述的全景多光谱全光影像采集系统，其特征在于，该全景镜头为一个透镜组。
4.根据权利要求1所述的全景多光谱全光影像采集系统，其特征在于，该全景镜头为凸透镜组；凸透镜组的水平视角和垂直视角在0°-180°范围内。
5.根据权利要求1所述的全景多光谱全光影像采集系统，其特征在于，所述全光镜片为矩形或圆形的光学镜片，且全光镜片上均匀分布了微米级的微型透镜。
6.根据权利要求5所述的全景多光谱全光影像采集系统，其特征在于，所述微型透镜的直径为1-1000μm，所有微型透镜的直径相同，且所述微型透镜的焦平面在一个平面上。
7.根据权利要求1所述的全景多光谱全光影像采集系统，其特征在于，成像机构带有多光谱彩色CCD或CMOS的成像系统，以将微型透镜焦平面上所成的影像转化成点数字信号，并对影像进行计算、转换、压缩，然后输出到后处理系统。
8.根据权利要求1所述的全景多光谱全光影像采集系统，其特征在于，所述系统包括六个独立的图像采集机构，且所述六个独立的图像采集机构成六面体形状设置，所述六个独立的图像采集机构分别设置于所述六面体的一个面上且朝向六面体外，且所述六个独立的图像采集机构的光轴交汇于所述六面体内的同一点。
9.根据权利要求1所述的全景多光谱全光影像采集系统，其特征在于，后处理系统包括：同步控制器、图像后处理模块；
其中所述同步控制器用于连接所述每一图像采集机构以控制图像采集机构同步采集图像；
所述图像后处理模块接收每一图像采集机构的图像，并对图像进行标定和拼接以生成全光成果影像；并利用全光算法解析全光成果影像以生成全视角三维数据。
10.一种利用如权利要求1-9任一项所述的全景多光谱全光影像采集系统获取全景多光谱全光影像的方法，其特征在于，包括：
通过后处理系统的同步控制器控制所有图像采集机构同步采集图像，然后利用图像后处理模块对图像采集机构获取的图像进行标定和拼接以生成全光成果影像；并利用全光算法解析全光成果影像以生成全视角三维数据。
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