CN106878597A - 一种具有全景和特写功能的智能车载摄像机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有全景和特写功能的智能车载摄像机。前罩装有高清一体化机芯和红外激光灯，前罩和后罩装配在一起固定在内支架上，且能绕内支架所在轴做‑20°～90°旋转，外壳也固定在内支架上，内支架装配在底座上，且能绕底座360°旋转，底座里装有四个广角镜头。本发明利用上部的高清一体化机芯采集到的图像实现特写功能，利用底座的四个广角镜头采集到的图像拼接在一起实现全景功能，具有结构紧凑、功能齐全、易于携带、操作简单的特点。

Description

一种具有全景和特写功能的智能车载摄像机

技术领域

本发明涉及安防监控领域，尤其涉及一种具有全景和特写功能的智能车载摄像机。

背景技术

当今社会，由于经济的发展和城镇化建设的加快，公交、长途客运、校车、出租车等成为大众出行的主要交通工具，出行问题成为社会越来越关注的问题，但是由于交通拥堵、超载、疲劳驾驶等问题造成的交通事故频发，我国每年死于交通事故的人数多达10万。为了改善交通压力、降低交通事故发生率，政府除了构建新型的出行方式以外(比如地铁)，同时也在推动智能交通监控系统建设。同时随着社会形势变得复杂，警察对于城市治安管理面临的考验越来越严峻，为了进一步维护社会稳定，公安系统需要不断提升执法能力，对智能车载监控系统的需求越来越迫切。而车载监控终端做为智能监控系统的核心，对它的要求越来越严格。

随着行车记录仪、GPS车载终端、车载娱乐系统等原有车载产品形态演进，人们已不满足只有车辆行车信息采集、定位数据采集、图片抓拍等功能，还需要实时记录视频图像，便于事后还原现场情况，能够实时在监控中心远程获取前端车辆车内外视频画面，便于对行驶中的车辆、人员进行可视化监管，需要实现车辆各种运行信号精确采集，便于对驾驶行为、满载情况、运营报表等提供可靠的数据来源。

随着科学技术的进步，现有的车载终端摄像机能满足基本的监控需求，机芯采集到的视频画面经过图像处理模块传输到监控屏幕上实现监控。但是现有的车载终端一般只有一个摄像头采集视频图像，只能通过配套的控制键盘控制车载云台的运动来监控各个方向的画面，一个车载终端摄像机不能看到全景画面，需要多个车载终端摄像机同时采集视频图像，再经过另外的图像处理模块才能拼接到一起实现全景画面，这样使整个系统复杂、成本高、操作不便。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种具有全景和特写功能的智能车载摄像机，利用车载终端上部的高清一体化机芯采集到的图像实现某一个方向的特写功能，利用底部的四个广角镜头采集到的图像拼接在一起实现全景功能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种具有全景和特写功能的智能车载摄像机，包括前罩、后罩、内支架、外壳和底座；所述前罩和后罩装配在一起后，一侧通过滑动轴承固定在内支架上，另一侧通过蜗轮蜗杆减速机的蜗轮固定在内支架上，蜗轮蜗杆减速机框体固定在前罩和后罩内，由于蜗轮固定，蜗轮蜗杆减速机的动力传到蜗杆上，经过蜗轮蜗杆啮合传动，反过来驱动蜗轮蜗杆减速机框体、蜗杆、前罩和后罩做上下-20°～90°旋转运动；所述外壳固定在内支架上，内支架通过转轴和轴承装配在底座上，内支架可绕转轴水平360°旋转，底座间隔90°装有四个广角镜头；所述前罩装配高清机芯，通过高清机芯的旋转实现某一方向视频画面的特写。

进一步地，所述前罩还装配红外激光灯，增添辅助夜视功能，白天夜晚模式可自由切换。

进一步地，任意一个广角镜头的视角大于90°，四个广角镜头采集的视频图像经过图像处理模块拼接成全景视频从而实现全景功能，其全景拼接方法如下：

(1)对广角镜头获取的每一帧视频图像进行畸变校正，校正方法如下：使用公式

作为校正模型表达式，其中向量P代表校正图像平面坐标系上的一个像素点，向量x代表对应畸变图像平面坐标系上的一个像素点，||x||代表畸变图像上的点x到平面坐标系中心的距离，γ代表校正系数。

假设点P(u,v)是畸变图像平面上一点，P′(u′,′)是校正图像平面中对应的一点，使用后向校正方法利用校正模型表达式可得到校正前后像素点的关系表达式：

其中我们把点(u₀,v₀)定义为畸变图像平面坐标系上的一个基准点，校正后变成了点(u′₀,v′₀)，γ代表校正系数，dx、dy为像素尺寸因子；

(2)把校正后的视频图像投影到圆柱面上；

(3)利用改进的ORB算法对待拼接视频图像进行图像配准，具体步骤为：

(3.1)利用积分图像和盒子滤波器建立图像金字塔即构建尺度空间，再利用Hession矩阵行列式定位特征点，同时利用像素点的质心方向作为特征点的方向，然后利用rBRIEF算法对特征点进行描述得到具有尺度不变和旋转不变性的特征点；

(3.2)对图像中的某个特征点找到待匹配图像中欧式距离最近距离匹配点和邻近距离匹配点，若最近距离比上邻近距离的比值小于设定阈值，则表示这个最近距离点是一个匹配点；利用双向匹配方法对特征点进行提纯，剔除无匹配点。

(3.3)对经过步骤(3.2)留下的最佳匹配点用PROSAC算法求出单应矩阵其中a₀、a₁、a₂、a₃、a₄、a₅、a₆、a₇这8个参数分别表示图像的8个自由度，可以表示图像的平移、缩放和旋转运动；再对视频图像进行透视变化，把四个镜头的视频画面变换到同一个平面；

(4)使用拉普拉斯金字塔算法进行图像融合，得到柱面全景视频。

进一步地，高清机芯和广角镜头采集的图像能够同时在显示器上显示，既能看到某一方向视频画面的特写，又能看到360°全景画面，且能实现自由切换。

本发明的有益效果是：本发明的具有全景和特写功能的智能车载摄像机，利用车载终端上部的高清机芯采集到的视频图像实现某一个方向的特写功能，车载摄像机的上下旋转通过蜗轮蜗杆减速机驱动，运转平稳、噪音小且能实现自锁，避免在震动环境下摄像机的上下摆动；同时利用底部的四个广角镜头采集到的视频图像经过全景拼接方法得到全景视频实现全景功能，得到的全景视频实时性和视觉效果好；本发明经过一个装置就可提供全景和特写画面，兼顾全景和细节，具有结构紧凑、功能齐全、易于携带、操作简单的特点，可广泛应用于智能监控系统和安防领域。

附图说明

图1是智能车载摄像机轴测图。

图2是智能车载摄像机剖视图。

图3(a)是前罩一个角度结构图。

图3(b)是前罩另一个角度结构图。

图4(a)是后罩一个角度结构图。

图4(b)是后罩另一个角度结构图。

图5(a)是外壳一个角度结构图。

图5(b)是外壳另一个角度结构图。

图6是内支架结构图。

图7是底座结构图。

图8是全景和特写视频画面实现系统示意图。

图中：1、后罩，2、前罩，3、内支架，4、外壳，5、底座，6、红外激光灯，7、机芯，8、广角镜头，9、转轴，10、滑动轴承，11、蜗轮，12、蜗杆，13、蜗轮蜗杆减速机框体，14、导电滑环。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1-8所示，本发明提供的一种具有全景和特写功能的智能车载摄像机，包括前罩2、后罩1、内支架3、外壳4和底座5；所述前罩2和后罩1装配在一起后，一侧通过滑动轴承10固定在内支架3上，另一侧通过蜗轮蜗杆减速机的蜗轮11固定在内支架3上，蜗轮蜗杆减速机框体13固定在前罩2和后罩1内，由于蜗轮11固定，蜗轮蜗杆减速机的动力传到蜗杆12上，经过蜗轮蜗杆啮合传动，反过来驱动蜗轮蜗杆减速机框体13、蜗杆12、前罩2和后罩1做上下-20°～90°旋转运动；所述外壳4固定在内支架3上，内支架3通过转轴9和轴承装配在底座5上，内支架3可绕转轴9水平360°旋转，底座5间隔90°装有四个广角镜头8；所述前罩2装配高清机芯7，通过高清机芯7的旋转实现某一方向视频画面的特写。

进一步地，所述前罩2还装配红外激光灯6，增添辅助夜视功能，白天夜晚模式可自由切换。

进一步地，任意一个广角镜头8的视角大于90°，四个广角镜头8采集的视频图像经过图像处理模块拼接成全景视频从而实现全景功能，其全景拼接方法如下：

(1)对广角镜头获取的每一帧视频图像进行畸变校正，校正方法如下：使用公式

作为校正模型表达式，其中向量P代表校正图像平面坐标系上的一个像素点，向量x代表对应畸变图像平面坐标系上的一个像素点，||x||代表畸变图像上的点x到平面坐标系中心的距离，γ代表校正系数。

假设点P(u,v)是畸变图像平面上一点，P′(u′,v′)是校正图像平面中对应的一点，使用后向校正方法利用校正模型表达式可得到校正前后像素点的关系表达式：

其中我们把点(u₀,v₀)定义为畸变图像平面坐标系上的一个基准点，校正后变成了点(u′₀,v′₀)，γ代表校正系数，dx、dy为像素尺寸因子；

(2)把校正后的视频图像投影到圆柱面上；

(3)利用改进的ORB算法对待拼接视频图像进行图像配准，具体步骤为：

(3.1)利用积分图像和盒子滤波器建立图像金字塔即构建尺度空间，再利用Hession矩阵行列式定位特征点，同时利用像素点的质心方向作为特征点的方向，然后利用rBRIEF算法对特征点进行描述得到具有尺度不变和旋转不变性的特征点；

(3.2)对图像中的某个特征点找到待匹配图像中欧式距离最近距离匹配点和邻近距离匹配点，若最近距离比上邻近距离的比值小于设定阈值，则表示这个最近距离点是一个匹配点；利用双向匹配方法对特征点进行提纯，剔除无匹配点。

(3.3)对经过步骤(3.2)留下的最佳匹配点用PROSAC算法求出单应矩阵其中a₀、a₁、a₂、a₃、a₄、a₅、a₆、a₇这8个参数分别表示图像的8个自由度，可以表示图像的平移、缩放和旋转运动；再对视频图像进行透视变化，把四个镜头的视频画面变换到同一个平面；

(4)使用拉普拉斯金字塔算法进行图像融合，得到柱面全景视频。

进一步地，高清机芯7和广角镜头8采集的图像能够同时在显示器上显示，既能看到某一方向视频画面的特写，又能看到360°全景画面，且能实现自由切换。

图8是全景和特写视频画面实现系统示意图，上部的云台控制模块控制高清机芯上下左右旋转实现对某一个方向视频画面的采集，然后经过导电滑环14传到下部的图像处理模块，下部间隔90°的四个广角镜头8分别采集一个方向的视频画面，然后传输到图像处理模块拼接成一个全景画面，控制电路模块和图像处理模块集成到一起，分别实现系统的控制和视频图像画面的处理，经过底座5上的航空头接口传输到显示系统，显示系统可同时显示全景画面和对某一方向的特写画面。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种具有全景和特写功能的智能车载摄像机，其特征在于：包括前罩(2)、后罩(1)、内支架(3)、外壳(4)和底座(5)；所述前罩(2)和后罩(1)装配在一起后，一侧通过滑动轴承(10)固定在内支架(3)上，另一侧通过蜗轮蜗杆减速机的蜗轮(11)固定在内支架(3)上，蜗轮蜗杆减速机框体(13)固定在前罩(2)和后罩(1)内，由于蜗轮(11)固定，蜗轮蜗杆减速机的动力传到蜗杆(12)上，经过蜗轮蜗杆啮合传动，反过来驱动蜗轮蜗杆减速机框体(13)、蜗杆(12)、前罩(2)和后罩(1)做上下-20°～90°旋转运动；所述外壳(4)固定在内支架(3)上，内支架(3)通过转轴(9)和轴承装配在底座(5)上，内支架(3)可绕转轴(9)水平360°旋转，底座(5)间隔90°装有四个广角镜头(8)；所述前罩(2)装配高清机芯(7)，通过高清机芯(7)的旋转实现某一方向视频画面的特写。

2.根据权利要求1所述的一种具有全景和特写功能的智能车载摄像机，其特征在于：所述前罩(2)还装配红外激光灯(6)，增添辅助夜视功能，白天夜晚模式可自由切换。

3.根据权利要求1所述的一种具有全景和特写功能的智能车载摄像机，其特征在于：任意一个广角镜头(8)的视角大于90°，四个广角镜头(8)采集的视频图像经过图像处理模块拼接成全景视频从而实现全景功能，其全景拼接方法如下：

(1)对广角镜头获取的每一帧视频图像进行畸变校正，校正方法如下：使用公式

作为校正模型表达式，其中向量P代表校正图像平面坐标系上的一个像素点，向量x代表对应畸变图像平面坐标系上的一个像素点，||x||代表畸变图像上的点x到平面坐标系中心的距离，γ代表校正系数。

假设点P(u,v)是畸变图像平面上一点，P′(u′,v′)是校正图像平面中对应的一点，使用后向校正方法利用校正模型表达式可得到校正前后像素点的关系表达式：

$u^{\′}=u_0+(u-u_0)\frac{1-\sqrt{1-4\mathrm{\γ}({x_u}^2+{y_u}^2)}}{2\mathrm{\γ}({x_u}^2+{y_u}^2)}$

$v^{\′}=v_0+(v-v_0)\frac{1-\sqrt{1-4\mathrm{\γ}({x_u}^2+{y_u}^2)}}{2\mathrm{\γ}({x_u}^2+{y_u}^2)}$

其中把点(u₀,v₀)定义为畸变图像平面坐标系上的一个基准点，校正后变成了点(u′₀,v′₀)，γ代表校正系数，dx、dy为像素尺寸因子；

(2)把校正后的视频图像投影到圆柱面上；

(3)利用改进的ORB算法对待拼接视频图像进行图像配准，具体步骤为：

(3.1)利用积分图像和盒子滤波器建立图像金字塔即构建尺度空间，再利用Hession矩阵行列式定位特征点，同时利用像素点的质心方向作为特征点的方向，然后利用rBRIEF算法对特征点进行描述得到具有尺度不变和旋转不变性的特征点；

(3.2)对图像中的某个特征点找到待匹配图像中欧式距离最近距离匹配点和邻近距离匹配点，若最近距离比上邻近距离的比值小于设定阈值，则表示这个最近距离点是一个匹配点；利用双向匹配方法对特征点进行提纯，剔除无匹配点。

(3.3)对经过步骤(3.2)留下的最佳匹配点用PROSAC算法求出单应矩阵其中a₀、a₁、a₂、a₃、a₄、a₅、a₆、a₇这8个参数分别表示图像的8个自由度，可以表示图像的平移、缩放和旋转运动；再对视频图像进行透视变化，把四个镜头的视频画面变换到同一个平面；

(4)使用拉普拉斯金字塔算法进行图像融合，得到柱面全景视频。

4.根据权利要求1所述的一种具有全景和特写功能的智能车载摄像机，其特征在于：高清机芯(7)和广角镜头(8)采集的图像能够同时在显示器上显示，既能看到某一方向视频画面的特写，又能看到360°全景画面，且能实现自由切换。