CN106937089A - 一种视频采集设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种视频采集设备，包括处理器、数字选择器和两个以上的数字视频采集器；处理器用于控制并接收数字选择器转发的视频数据；数字视频采集器用于采集视频数据，并发送给数字选择器，且相邻的数字视频采集器采集的视频区域具有交叠部分；数字选择器用于选通视频数据转发给处理器；处理器用于接收视频数据，将交叠部分对应的各个视频数据拼接，形成视频输出数据。本发明公开的视频采集设备，在满足成像视野广且无畸变的基础上，对处理器接口要求低，提高了视频采集设备的集成度。

Description

一种视频采集设备及方法

技术领域

本发明涉及视频采集技术领域，更具体地说，特别涉及一种视频采集设备及方法。

背景技术

微型的模拟摄像头或数字视频采集器因具有成像效果好、体积小、安装方便等优点被广泛应用于视频采集设备，但是这些无镜头畸变的摄像头视角一般在45-90度之间，为了进一步扩展成像视野至165-180度，可使用成像视野更广的广角镜头。

但是由于广角镜头本身采用的为凸面镜，常常产生失真的透视关系，形成严重的畸变，降低了基于广角镜头的视频采集设备所显示的图像或视频的识别度和可靠性，同时，广角镜头体积庞大，不利于结构设计和安装，降低了系统的集成度。

而为了解决广角镜头的上述问题，可采用多路小视角微型摄像头，小视角微型摄像头由于不存在畸变现象，多个微型摄像头在满足提高成像视野的基础上，一定程序上解决了广角镜头存在的畸变问题。但是由于需要相应的增加微型摄像头的数量，大大增加了对视频采集设备的处理器的接口要求，目前市面上的处理器以1-2路为主，而支持多路的处理器结构复杂，降低了视频采集设备的集成度。

因此，设计一种对处理器接口要求低，成像视野广且无畸变的视频采集设备，是本领域技术人员亟待解决的问题

发明内容

本发明要解决的技术问题为提供一种视频采集设备，在满足成像视野广且无畸变的基础上，对处理器接口要求低，提高了视频采集设备的集成度。

一种视频采集设备，包括处理器、数字选择器和两个以上的数字视频采集器；

所述处理器与所述数字选择器相连，用于控制所述数字选择器，并接收所述数字选择器转发的视频数据；

所述数字视频采集器与所述数字选择器相连，用于采集所述视频数据，并将所述视频数据发送给所述数字选择器，且相邻的所述数字视频采集器采集的所述视频数据具有交叠部分；

所述数字选择器用于选通所述数字视频采集器对应的所述视频数据，并转发给所述处理器；

所述处理器用于接收所述视频数据，并将所述交叠部分对应的各个所述视频数据拼接，形成视频输出数据。

优选的，所述处理器还用于提取各个所述视频数据的多个特征点，并将所述特征点匹配度满足预设阈值区间的部分判定为所述交叠部分。

优选的，所述处理器还用于对各个所述视频数据进行预处理，所述预处理用于滤除所述视频数据的噪声。

优选的，所述处理器还用于对各个所述视频数据的图像进行融合并完成边界平滑。

优选的，所述处理器包括视频采集驱动、参数配置器和选通单元；

所述视频采集驱动与所述数字选择器相连，用于接收和缓存所述视频数据；

所述参数配置器与所述数字选择器相连，用于对所述数字视频采集器和所述数字选择器进行参数配置；

所述选通单元与所述数字选择器相连，用于向所述数字选择器发出选通命令，所述数字选择器接收所述选通命令并执行选通操作。

优选的，所述处理器还包括显示驱动，所述显示驱动外接显示设备，用于使用视频拼接算法形成所述视频输出数据，并将所述视频输出数据发送给所述显示设备，所述显示设备用于显示所述视频输出数据。

优选的，所述处理器还包括与所述视频采集驱动相连的光源控制器，所述光源控制器用于进行光源的时序逻辑控制，以使得所述光源在所述数字视频采集器曝光时提前打开或滞后关闭。

优选的，所述视频采集驱动通过主数据总线与所述数字选择器相连，所述参数配置器通过主控制总线与所述数字选择器相连；

所述数字视频采集器通过副控制总线及副数据总线与所述数字选择器相连；

所述选通单元通过非门与所述数字选择器连接。

优选的，所述参数配置器具体为I2C控制器，所述选通单元具体为GPIO选通单元。

本发明还提供一种视频采集方法，具体如下：

数字视频采集器采集视频数据，将所述视频数据发送给数字选择器，其中，所述视频采集器的数量为两个以上，且相邻的所述数字视频采集器采集的所述视频数据具有交叠部分；

所述数字选择器选通所述数字视频采集器对应的所述视频数据，转发给处理器；

所述处理器接收所述视频数据，拼接所述交叠部分对应的各个所述视频数据，形成视频输出数据；

所述处理器输出所述视频输出数据。

优选的，所述处理器提取各个所述视频数据的多个特征点，并将所述特征点匹配度满足预设阈值区间的部分判定为所述交叠部分。

优选的，在所述数字视频器采集视频数据之前，还包括：

参数配置器对所述数字视频采集器和所述数字选择器进行参数配置，初始化所述数字视频采集器和所述数字选择器，其中，所述参数配置器位于所述处理器中。

优选的，在所述数字选择器选通所述数字视频采集器对应的所述视频数据之前，还包括：

选通单元向所述数字选择器发出选通命令，所述数字选择器接收所述选通命令，其中，所述选通单元位于所述处理器中。

优选的，所述处理器接收所述视频数据具体为：

视频采集驱动接收并缓存所述视频数据，其中，所述视频采集驱动位于所述处理器中。

优选的，在所述处理器输出所述视频输出数据之后，还包括：

显示驱动将所述视频输出数据发送给显示设备，所述显示设备显示所述视频输出数据，其中，所述显示驱动位于所述处理器中，所述显示驱动外接所述显示设备。

优选的，所述数字视频采集器采集视频数据中，还包括：

光源控制器对光源进行时序逻辑控制，当所述数字视频采集器需要曝光时，所述光源控制器控制所述光源提前打开或滞后关闭，其中，所述光源控制器位于所述处理器中，所述光源与所述光源控制器连接。

优选的，在所述处理器接收所述视频数据之后，还包括：

对各个所述视频数据进行预处理，所述预处理用于滤除所述视频数据的噪声。

优选的，在所述处理器提取各个所述视频数据的特征点之后，还包括：

依据特征点，对各个所述视频的图像进行对齐和配准。

优选的，在所述形成视频输出数据之前，还包括：

对各个所述视频数据的图像进行融合并进行边界平滑操作。

本发明提供的视频采集设备，设置两个以上的数字视频采集器采集视频数据，且相邻的数字视频采集器在采集视野上存在交叠部分，将交叠部分对应的各个视频数据拼接，形成视频输出数据。在满足成像视野广且无畸变的基础上，对处理器接口要求低，提高了视频采集设备的集成度。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中视频采集设备的结构示意图；

图2为本发明实施例中视频采集设备的另一种实施方式的结构示意图；

图3为本发明实施例中视频采集方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

如图1所示，本发明提供的一种视频采集设备，包括处理器U1、数字选择器U2和两个以上的数字视频采集器U3；

处理器U1与数字选择器U2相连，用于控制数字选择器U2，并接收数字选择器U2转发的视频数据；

数字视频采集器U3与数字选择器U2相连，用于采集视频数据，并将视频数据发送给数字选择器U2，且相邻的数字视频采集器U3采集的视频数据具有交叠部分；

数字选择器U2用于选通数字视频采集器U3对应的视频数据，并转发给处理器U1；

处理器U1用于接收视频数据，并将交叠部分对应的各个视频数据拼接，形成视频输出数据。

由于数字视频采集器U3采用的为小视角微型摄像头，不存在广角镜头的畸变问题，而采用视频区域具有交叠部分的多个数字视频采集器U3，由于在视频区域内存在交叠区域，因此视频数据中也包含交叠部分。通过将交叠部分对应的各个视频数据拼接，形成广视角的无畸变视频输出数据。同时，数字视频采集器U3虽然是一直处于开启状态，即始终处于采集视频数据的阶段，但是由于采用数字选择器U2对数字视频采集器U3进行选通操作，在同一时刻内，只有一路数字视频采集器U3的视频数据，通过处理器接口进入处理器，因此只有一路接口的处理器，也可以连接多路数字视频采集器U3，降低了对处理器的接口要求。

当然，也可以根据需要，减少数字选择器U2对数字视频采集器U3的选通间隙，达到快速的切换各个数字视频采集器U3的目的，最大化的提高各个数字视频采集器U3所采集的视频数据的相似度，优化视频输出数据，使得最终输出的视频数据贴近实际拍摄的场景情况。

在实际运用中，可采用两个以上的数字视频采集器U3，例如采用两个数字视频采集器，分别为第一数字视频采集器U31和第二数字视频采集器U32，在安装时，第一数字视频采集器U31和第二数字视频采集器U32成对的沿铅垂线方向上安装，之间的安装间隙大于第一数字视频采集器U31或第二数字视频U32所采用的摄像头的直径。

当视频采集设备安装在入户门或入场通道上，安装时满足如下条件：

其中，ω是第一数字视频采集器U31和第二数字视频采集器U32的上倾角度，θ是第一数字视频采集器U31和第二数字视频采集器U32的拍摄角度，h为视频采集设备距离地面的高度，h1为第一数字视频采集器U31的视场区域的高度，h2为第二数字视频采集器U32的视场区域的高度，h3为可视区域的高度，h4为交叠部分的高度，D为被拍摄物体到入户门或入场通道的水平距离，H为被拍摄物体的高度范围。

可以根据实际需求对上述参数进行选择，具体地，本实施例中第一数字视频采集器U31上倾角度ω为8～20度，第二数字视频采集器U32上倾角度ω为0度，第一数字视频采集器U31和第二数字视频采集器U32的拍摄角度θ范围为65～85度，被拍摄物体到入户门或入场通道的水平距离D为50～70cm，视频采集设备距离地面的安装高度h为110cm。

在门禁视频采集应用中，使用本发明的视频采集设备，采用以上的几何参数组合可轻松完成高度范围H为70cm～230cm的广视角的无畸变视频数据采集。

需要指出的是，虽然在实施例中，第一数字视频采集器U31和第二数字视频采集器U32采用的沿铅垂线方向上放置的方式，但在实际应用中，数字视频采集器摆放的相对位置并不局限于此。例如，可以沿水平位置摆放，实现对水平位置上的视场范围的扩展。

同样，虽然在实施例中，采用的是1扩2路摄像头，但可以根据实际的需求，匹配性的扩充支持N路数字视频采集器U3。

虽然在实施例中，从处理器U1接收到的是视频数据，但在实际应用中不局限于此。例如，图像作为视频的特殊形式，也可包含在其中，符合视频采集设备的各种工作需求。

需要补充的是，处理器U1可根据具体的实施需求，选择相关的视频拼接算法，将接收到的两路视频信号转换为一路广视角的视频信号，而不仅限于本实施例中基于特征点的视频拼接算法。

同样，处理器U1可根据具体的实施要求，选择对应的类型或型号，例如，处理器U1可为通用型SOC芯片：ARM，诸如AM437X或AM335X系列；FPGA，诸如Zynq-7000系列。在实际运用中，也可选择其他类型或型号的处理器U1，只要能够达到相应的效果即可，在此不再累述。

优选的，所述处理器还用于提取各个所述视频数据的多个特征点，并将所述特征点匹配度满足预设阈值区间的部分判定为所述交叠部分。

具体的，在实际运用中，用于视频拼接的特征点可通过尺度不变特征变换(SIFT:Scale Invariant Feature Transform)获得，能够稳健地保持视频帧或图像在平移、旋转、缩放、甚至仿射变换中的不变性。

在实际运用中，处理器还可用于对各个视频数据进行预处理，预处理用于滤除视频数据的噪声。

通过滤除噪声的预处理，能够提高视频数据的质量，当然，在实际运用中，预处理也可以包含其它提高视频数据质量的操作，在此不再累述。

同理的，在实际运用中，为了提高视频数据的质量，处理器还可用于对各个视频数据的图像进行融合并完成边界平滑。

优选的，如图2所示，处理器包括视频采集驱动U12、参数配置器U13和选通单元U14；

视频采集驱动U12与数字选择器U2相连，用于接收和缓存视频数据；

参数配置器U13与数字选择器U2相连，用于对数字视频采集器U3和数字选择器U2进行参数配置；

选通单元U14与数字选择器U2相连，用于向数字选择器U2发出选通命令，数字选择器U2接收选通命令并执行选通操作。

参数配置器U13通过对数字视频采集器U3和数字选择器U2进行参数配置，达到初始化数字视频采集器U3和数字选择器U2的目的，所配置的主要参数包括但不限于摄像头增益、曝光值、工作模式以及数据输出格式。

而视频采集驱动U12，用于接收并缓存视频数据，可以根据实际需求，在处理器U1需要处理交叠部分对应的视频数据时，才接入拼接算法对视频数据的特征点进行计算并比较，而不需要处理上述视频数据时，对应的视频数据可以先缓存在视频采集驱动U12中，实现处理器U1的按需计算。

同理，设置选通单元U14的目的，也是为了让数字选择器U2在需要进行选通操作时，才进行相应的运算及数据交互，实现按需启动。

在实际运用中，可以根据实际的需求，选择处理器U1的视频采集驱动U12的数量，匹配性的扩充支持N路数字视频采集器。

优选的，处理器U1还包括显示驱动U15，显示驱动U15外接显示设备U4，用于使用视频拼接算法形成视频输出数据，并将视频输出数据发送给显示设备U4，显示设备U4用于显示视频输出数据。

在实际运用中，显示驱动U15旨在提供用户交互界面，对应所选择显示模块U4的时序特性和控制逻辑而设计，向显示模块U4输出拼接后的视频输出数据，显示模块U4将最终视频进行直观的显示。

优选的，处理器U1还包括与视频采集驱动U12相连的光源控制器U11，光源控制器U11用于进行光源U33的时序逻辑控制，以使得光源U33在数字视频采集器U3曝光时提前打开或滞后关闭。

在实际运用中，当数字视频采集器U3选用可见光摄像头时，在曝光时需要打开光源33，而在曝光结束后，光源33需要关闭，因此设置光源控制器U11对光源U33的进行时序逻辑控制，同时也可以达到更好的成像效果，例如可拓宽时隙为前后各10us；而当数字视频采集器U3选用近红外摄像头时，光源33可以保持关闭状态。

优选的，视频采集驱动U12通过主数据总线与数字选择器U2相连，参数配置器U13通过主控制总线与数字选择器U2相连；

数字视频采集器U3通过副控制总线及副数据总线与数字选择器U2相连；

选通单元U14通过非门U16与数字选择器U2连接。

由于视频采集驱动U12接收的为数字选择器U2转发的视频数据，只需关注数据传输，因此采用主数据总线和数字选择器U2连接，而参数配置器U13传送给数字选择器U2为控制指令，只需关注控制传输，因此采用主控制总线与数字选择器U2相连。

数字视频采集器U3与数字选择器U2之间传输的即有数据也有控制指令，同时为了实现分开传输，因此通过副控制总线及副数据总线与数字选择器U2相连。如有两个数字视频采集器U3的话，即第一数字视频采集器U31、第二数字视频采集器U32，而各自对应的副数据总线和副控制总线，分别为第一副数据总线与第一副控制总线、第二副数据总线与二副控制总线。

而由于选通单元U14和数字选择器U2为视频采集设备中实现视频数据选通的指令传输和操作执行，因此通过非门U16连接，可以提高实际信号的传输稳定性。

优选的，参数配置器具体为I2C控制器，选通单元具体为GPIO选通单元。

需要补充的是，在实际运用中，光源U33与第一数字视频采集器U31、第二数字视频采集器U32选用的滤光片，可选择为同一光谱波段，例如光源U33采用850nm红外灯珠组合而成，亦可采用650nm白光灯珠组合而成。

成对的数字视频采集器U3也可以选择可配置不同波段的滤光片，通过滤除其他光谱波段的干扰，提升成像效果，在此不再累述。

同时，如图3所示，本实施例还提供了一种视频采集方法，包括：

S01.参数配置器对数字视频采集器和数字选择器进行参数配置，初始化数字视频采集器和数字选择器，其中，参数配置器位于处理器中；

S02.数字视频采集器采集视频数据，将视频数据发送给数字选择器，其中，视频采集器的数量为两个以上，且相邻的数字视频采集器采集的视频数据具有交叠部分；

S03.选通单元向数字选择器发出选通命令，数字选择器接收选通命令，其中，选通单元位于处理器中；

S04.数字选择器选通数字视频采集器对应的视频数据，转发给处理器；

S05.处理器接收视频数据，拼接交叠部分对应的各个视频数据，形成视频输出数据；

S06.处理器输出视频输出数据；

S07.显示驱动将视频输出数据发送给显示设备，显示设备显示视频输出数据，其中，显示驱动位于处理器中，显示驱动外接显示设备。

其中，S01中的参数配置器对数字选择器进行参数配置，初始化数字选择器的这部分步骤，可以与S01中的参数配置器对数字视频采集器进行参数配置，初始化数字视频采集器的这个步骤同步进行，也可以设置两个初始化步骤的先后顺序，即依次对数字视频采集器和数字选择器进行参数配置并初始化，两者之间的顺序可以调换。

优选的，S05中的拼接交叠部分对应的各个视频数据，还包括：

S052.处理器提取各个视频数据的多个特征点，并将特征点匹配度满足预设阈值区间的部分判定为交叠部分。

S052中，具体的，在实际运用中，用于视频拼接的特征点可通过尺度不变特征变换(SIFT:Scale Invariant Feature Transform)获得，能够稳健地保持视频帧或图像在平移、旋转、缩放、甚至仿射变换中的不变性。

而判定交叠部分的方法，除开采用上述的特征点方法外，还可以根据实际情况，选择基于区域相关的拼接算法，例如以两块区域像素点灰度值的差别作为判别标准，计算两块区域的对应像素点灰度值的相关系数，相关系数越大，则两块图像的匹配程度越高，其它类似的方法在此不再累述。

优选的，S02中还包括：

S021.光源控制器对光源进行时序逻辑控制，当数字视频采集器需要曝光时，光源控制器控制光源提前打开或滞后关闭，其中，光源控制器位于处理器中，光源与光源控制器连接。

优选的，S05的处理器接收视频数据具体为：

视频采集驱动接收并缓存视频数据，其中，视频采集驱动位于处理器中。

优选的，在S05中的处理器接收视频数据之后，还包括：

S051.对各个视频数据进行预处理，预处理用于滤除视频数据的噪声。

优选的，在S052中的处理器提取各个视频数据的特征点之后，还包括：

依据特征点，对各个视频的图像进行对齐和配准。

优选的，在S05中的输出视频输出数据之前，还包括：

S053.对各个视频数据的图像进行融合并进行边界平滑操作。

上述视频采集方法，可以基于本实施例所描述的视频采集设备，也可以使用于其它视频采集设备，只要满足其步骤方法要求即可，在此不再累述。

以上对本发明所提供的一种视频采集设备及方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (13)

1.一种视频采集设备，其特征在于，包括处理器、数字选择器和两个以上的数字视频采集器；

所述处理器与所述数字选择器相连，用于控制所述数字选择器，并接收所述数字选择器转发的视频数据；

所述数字视频采集器与所述数字选择器相连，用于采集所述视频数据，并将所述视频数据发送给所述数字选择器，且相邻的所述数字视频采集器采集的所述视频数据具有交叠部分；

所述数字选择器用于选通所述数字视频采集器对应的所述视频数据，并转发给所述处理器；

所述处理器用于接收所述视频数据，并将所述交叠部分对应的各个所述视频数据拼接，形成视频输出数据。

2.根据权利要求1所述的视频采集设备，其特征在于，所述处理器包括视频采集驱动、参数配置器和选通单元；

所述视频采集驱动与所述数字选择器相连，用于接收和缓存所述视频数据；

所述参数配置器与所述数字选择器相连，用于对所述数字视频采集器和所述数字选择器进行参数配置；

所述选通单元与所述数字选择器相连，用于向所述数字选择器发出选通命令，所述数字选择器接收所述选通命令并执行选通操作。

3.根据权利要求1所述的视频采集设备，其特征在于，所述处理器还包括显示驱动，所述显示驱动外接显示设备，用于使用视频拼接算法形成所述视频输出数据，并将所述视频输出数据发送给所述显示设备，所述显示设备用于显示所述视频输出数据。

4.根据权利要求2所述的视频采集设备，其特征在于，所述处理器还包括与所述视频采集驱动相连的光源控制器，所述光源控制器用于进行光源的时序逻辑控制，以使得所述光源在所述数字视频采集器曝光时提前打开或滞后关闭。

5.根据权利要求2所述的视频采集设备，其特征在于，所述视频采集驱动通过主数据总线与所述数字选择器相连，所述参数配置器通过主控制总线与所述数字选择器相连；

所述数字视频采集器通过副控制总线及副数据总线与所述数字选择器相连；

所述选通单元通过非门与所述数字选择器连接。

6.根据权利要求2所述的视频采集设备，其特征在于，所述参数配置器具体为I2C控制器，所述选通单元具体为GPIO选通单元。

7.一种视频采集方法，其特征在于，包括：

数字视频采集器采集视频数据，将所述视频数据发送给数字选择器，其中，所述视频采集器的数量为两个以上，且相邻的所述数字视频采集器采集的所述视频数据具有交叠部分；

所述数字选择器选通所述数字视频采集器对应的所述视频数据，转发给处理器；

所述处理器接收所述视频数据，拼接所述交叠部分对应的各个所述视频数据，形成视频输出数据；

所述处理器输出所述视频输出数据。

8.根据权利要求7所述的视频采集方法，其特征在于，所述拼接所述交叠部分对应的各个所述视频数据中，还包括：

所述处理器提取各个所述视频数据的多个特征点，并将所述特征点匹配度满足预设阈值区间的部分判定为所述交叠部分。

9.根据权利要求7所述的视频采集方法，其特征在于，在所述数字视频器采集视频数据之前，还包括：

参数配置器对所述数字视频采集器和所述数字选择器进行参数配置，初始化所述数字视频采集器和所述数字选择器，其中，所述参数配置器位于所述处理器中。

10.根据权利要求7所述的视频采集方法，其特征在于，在所述数字选择器选通所述数字视频采集器对应的所述视频数据之前，还包括：

选通单元向所述数字选择器发出选通命令，所述数字选择器接收所述选通命令，其中，所述选通单元位于所述处理器中。

11.根据权利要求7所述的视频采集方法，其特征在于，所述处理器接收所述视频数据具体为：

视频采集驱动接收并缓存所述视频数据，其中，所述视频采集驱动位于所述处理器中。

12.根据权利要求7所述的视频采集方法，其特征在于，在所述处理器输出所述视频输出数据之后，还包括：

显示驱动将所述视频输出数据发送给显示设备，所述显示设备显示所述视频输出数据，其中，所述显示驱动位于所述处理器中，所述显示驱动外接所述显示设备。

13.根据权利要求7所述的视频采集方法，其特征在于，所述数字视频采集器采集视频数据中，还包括：

光源控制器对光源进行时序逻辑控制，当所述数字视频采集器需要曝光时，所述光源控制器控制所述光源提前打开或滞后关闭，其中，所述光源控制器位于所述处理器中，所述光源与所述光源控制器连接。