CN107452053A - 一种微尺寸物体的全景成像系统及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微尺寸物体的全景成像系统及其实现方法，至少包括球面分布的多摄像头固定结构、摄像头和图像采集处理模块。摄像头通过球面分布的多摄像头固定结构固定在球面上，所有摄像头同时对同一目标物体进行观察拍摄。目标物体位于所有摄像头视场交汇构成的半球面视场内，目标物体的各个部分均能观测拍摄。采用高速的图像采集处理模块，能够快速实时地获取目标物体各个方位的图像信息，经过图像校正拼接获得物体全景图像，并实时显示。本方案具有灵活性高、耗时短、实时性强、结构简单和大视场等优点，应用的场合更为广泛。

Description

一种微尺寸物体的全景成像系统及其实现方法

技术领域

本发明涉及全景成像技术领域，特别涉及一种微尺寸物体的全景成像系统及其实现方法。

背景技术

全景成像技术在机器人、计算机视觉和虚拟现实领域有着重要的应用。全景成像技术第一时间提供了关于图像的全方位信息，为后续的图像处理赢得了时间。旋转拼接,鱼眼透镜和折反射透镜是实现全景成像技术的主要方法。但是旋转拼接技术需要系统中存在转动机构，系统的实时性无法得到满足，且应用的场景是针对较大目标范围的全景成像。鱼眼透镜能够获得大于半球的视场，但是鱼眼镜头不易校正，同时系统复杂，造价昂贵，不利于大范围的应用。折反射透镜结构简单，成本低廉，但是光学结构设计复杂。

发明内容

本发明的目的是提供了一种微尺寸物体的全景成像系统及其实现方法，解决了背景技术的不足，利用多摄像头光学系统和电子学技术，一次性的获取目标物体实时的全景图像，并通过后期图像处理可得到物体的动态全景图像，具有结构简单、低功耗和耗时短的优点。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种微尺寸物体的全景成像系统，包括摄像头、球面分布的多摄像头固定装置和图像处理模块，其中，

所述的摄像头，其参数根据预定目标物体的尺寸范围确定；其参数根据预定目标物体的尺寸(毫米级)范围确定；目标物体位于所有摄像头视场交汇构成的半球面视场内，对此半球视场依据摄像头参数进行分割；然后依据分割后的摄像头视场，确定摄像头的个数和分布；通过目标物体上视场分割后单个摄像头视场的映射，得到摄像头的倾斜角度及方向；以球面为例，摄像头的分布情况包括从北极点到赤道线之间依据映射，划分圈数及各圈数的摄像头数量；所有摄像头的光轴交于一点。

所述的球面分布的多摄像头固定装置，固定若干个同型号的摄像头，且同时对同一目标物体进行拍摄；装置上固定摄像头的卡扣角度和方向与构成覆盖目标物体的半球视场摄像头角度和方向相同，确保摄像头能够安装固定在所设计的位置；安装盘的尺寸可以依据需要灵活的改变，适应更多的应用场合；

所述的图像处理模块，包括电路板和图像采集卡，球面分布的多摄像头安装固定装置与电路板通过排线连接，将采集处理的数据通过图像采集卡传输到电脑终端，显示目标物体的全景图像信息。

进一步的，所有摄像头视场交汇构成的半球面视场，通过摄像头的参数进行分割。分割过程中，保证每个子摄像头至少与另外二个摄像头视场有重叠部分。

进一步的，摄像头的参数一定程度上决定目标物体的尺寸范围和球面多摄像头安装结构的尺寸。球面结构通过卡扣固定摄像头。

进一步的，所述的三维成像，通过安装盘上的若干个同型号的摄像头，对同一目标物体进行拍摄。目标物体位于所有摄像头视场交汇构成的半球面视场内，若干个同型号的摄像头，在不同的角度和方位对同一目标物体进行成像，一次性实时的得到目标物体的图像信息。

进一步的，所述的三维成像，通过若干个同型号摄像头对同一物体不同角度图像的同时采集，一次性得到物体的各个方位的图像信息，通过图像处理得到目标物体实时的全景图像。

本发明还提供一种微尺寸物体的全景成像系统的实现方法，该方法通过上述的特征获得多摄像头的安装结构，针对毫米级尺寸范围内的目标物体进行检测。摄像头通过卡扣固定在安装盘上。安装盘上的摄像头通过排线连接到电路板上，获取图像信息，并及时对图像数据处理。通过双目立体视觉的技术，将摄像头两两配对，逐一获取双目的立体图像，然后通过拼接和重建得到物体的全部方位信息，并将全景图像传输到图像采集卡。采集卡连接电脑终端，实时显示目标物体的全景图像信息。

进一步的，所述的一种微尺寸物体的全景成像系统的实现方法，安装盘连接的电路板，通过高速处理器和存储器完成安装盘上的摄像头图像的采集、处理和传输，高速的处理速度能够短时间一次性获取目标物体的各个方位图像信息。

本发明与现有技术相比的优点在于：

由上述发明提供的技术方案可以看出，采用多摄像头的拍摄方案，结构简单、体积小且实时性高。多摄像头对目标物体一次性成像，通过图像处理技术获得目标物体的全景图像信息，电脑终端快速实时地显示物体的全景图像。本方案具有实时性高、视场大、结构简单和耗时短的优点。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种微尺寸物体的全景成像系统示意图；

图2为本发明实施例提供的视场划分示意图；

图3为本发明实施例提供的半球面视场覆盖示意图；

图4为本发明实施例提供的球面分布的多摄像头侧面结构示意图；

图5为本发明实施例提供的球面分布的多摄像头结构示意图；

图中：1-球面分布的多摄像头固定装置，2-摄像头，3-图像采集处理模块，4-信号传输导线，5-电脑终端显示屏，6-目标物体，7-摄像头固定卡扣，8-半球面视场，9-摄像头视场角，10-摄像头成像面单元。

具体实施方式

下面结合附图及实施例进行详细说明。

本发明实施例中提供一种微尺寸物体的全景成像系统及其实现方法。主要包括：摄像头2的排布、摄像头2的固定装置的选择，图像处理采集处理模块，以及图像传输与显示。由成像质量，选择摄像头2；通过成像目标的尺寸，确定摄像头2的固定装置的大小；由无盲区分界面上摄像头视场立体角划分总视场，确定摄像头个数。保证被测量物体都在成像视场内，并在分界面重合区域，至少在2个摄像头视场内。下面结合附图并通过实例对其详细的介绍。

实施例

如图1所示，为本发明实施例的一种微尺寸物体的全景成像系统示意图。系统包括：摄像头2、球面分布的多摄像头固定装置1、信号传输导线4、电脑终端显示屏5及图像采集处理模块3。目标物体6位于球面分布的多个摄像头固定装置的内部，摄像头获取目标物体6的图像经过图像处理模块3处理并传输到电脑显示屏上。为了获取目标物体6全方位的图像信息，就要在物方空间上对目标物体6进行视场全覆盖。假定物方空间存在半球面视场8，相比于传统多摄像头向外辐射大范围成像，半球面视场8则是微尺寸物体的微球面视场，但同样需要对其进行视场分割，以保证全方位的目标成像。

摄像头的参数与数量等都需要依据实际要求计算后确定；具体来说：摄像头的选择根据成像质量确定；假设目标物体是处于一个半球形的视场中，需要通过摄像头的参数对视场进行分割，在保证每两个摄像头都存在重叠区域的前提下，覆盖半球视场。然后，根据无盲区界面(即无缝拼接的物方视场空间)上划分总视场情况，确定摄像头个数和分布。再由无盲区界面上摄像头视场映射到摄像头，从而确定摄像头的倾斜角度及方向。

如图2和图3所示，分别为本发明实例的半球面视场分割示意图和摄像头视场覆盖示意图。图2中，显示了摄像头对物方空间上的半球面视场8的分割原则，其中，9为摄像头视场角，首先保证半球闽市场的全覆盖，在各个方位上，目标物体的各个点都在视场范围内。同时，保证两两摄像头存在重叠区域，方便后期的图形校正和拼接。图3所示，摄像头成像面单元10表示了单个摄像头的平面视场单元。这些视场单元，按照上述的原则两两存在重叠，并保证最小重叠面减少摄像头个数。按照一定角度和方向映射到球面分布的多摄像头固定装置1上，确定球面分布的多摄像头固定装置1的尺寸。图4和图5，分别为球面分布的多摄像头固定装置1的侧面结构示意图和45°倾斜的球面分布的多摄像头固定装置示意图，图4中还包括摄像头固定卡扣7。

本实例中，选用像素为300万、视场角为36°的镜头的摄像头；选用摄像头模组为HDF3640。示例性地，球面分布的多摄像头固定装置1为三层球面多摄像头结构。如图4，球面分布的多摄像头固定装置1上的摄像头光轴全部交于一点，对位于交点处附近的目标物体6进行观察，保证物体各个方位的图像信息。图5所示，对上述的半球视场进行分割，从极点开始至第三圈的摄像头2的数量一次为1，7和10。这三层球面分布的摄像头对处在所有摄像头2光轴交点处的目标物体6，能够全方位拍摄。摄像头之间的视场重叠有助于后期图像拼接。图像采集处理模块，在本实例中是以FPGA为处理核心的图像采集、处理和传输的电路板。其中集中了数据存储器DDR2、图像处理单元GPU和图像传输接口CameraLink。首先CameraLink接口数据速率最大为5.4Gb/s，为图像数据提供了大的带宽，保证数据传输速率。其次200M以上的时钟频率保证图像采集速率。最后采用GPU，图像加速模块能够为图像的处理提供高效的处理方式，为电脑终端实时显示目标物体的全景图像提供了可能。整个系统体积小，速度快并且操作简单，能够快速实时显示。并且填补了微尺寸物体全景成像实时监测的空白。

Claims (7)

1.一种微尺寸物体的全景成像系统，其特征在于：该系统包括：摄像头(2)、球面分布的多摄像头固定装置(1)和图像采集处理模块(3)，其中：

所述的摄像头(2)，其参数根据毫米级目标物体的尺寸范围确定；目标物体处于所有摄像头视场交汇构成的半球面视场内，此半球视场依据摄像头的视场参数进行分割；然后依据分割后的视场，确定摄像头的个数和分布情况；通过摄像头交汇的半球面视场上摄像头视场面映射到摄像头，确定摄像头的倾斜角度及方向；以球面为例，摄像头的分布情况包括从北极点到赤道线之间依据映射，划分圈数及各圈数的摄像头数量；且所有摄像头的光轴交于一点；

所述的球面分布的多摄像头固定装置(1)，固定若干个同型号的摄像头，且同时对同一目标物体进行拍摄；摄像头安装装置按照上述摄像头分布的规律与摄像头一一对应，确保摄像头能够安装固定在所设计的位置；安装盘的尺寸可以依据需要灵活的改变，能够适应更多的场合；

所述的图像采集处理模块(3)，包括电路板和图像采集卡，球面分布的多摄像头固定装置与电路板通过排线连接，将采集处理的数据通过图像采集卡传输到电脑终端，显示目标物体的三维图像信息。

2.根据权利要求1所述的一种微尺寸物体的全景成像系统，其特征在于：所有摄像头视场交汇构成的半球面视场，通过摄像头的参数进行分割，分割过程中，保证每个子摄像头至少与另外二个摄像头视场有重叠部分。

3.根据权利要求1所述的一种微尺寸物体的全景成像系统，其特征在于：摄像头的参数决定目标物体的尺寸范围同时也决定了摄像头安装盘的尺寸，安装盘通过卡扣固定摄像头。

4.根据权利要求1所述的一种微尺寸物体的全景成像系统，其特征在于：所述的三维成像，通过安装盘上的若干个同型号的摄像头，对同一目标物体进行拍摄，目标物体完全位于所有摄像头视场交汇构成的半球面视场内，若干个同型号的摄像头，在不同的角度和方位对同一目标物体进行成像，一次性实时的得到目标物体的图像信息。

5.根据权利要求1所述的一种微尺寸物体的全景成像系统，其特征在于：所述的三维成像，通过若干个同型号摄像头对同一物体不同角度图像的同时采集，一次性得到物体的三维图像信息。

6.一种微尺寸物体的全景成像系统的实现方法，利用权利要求1-5任一项的所述的微尺寸物体的全景成像系统，其特征在于：该方法通过上述的特征获得多摄像头的安装结构，针对毫米级尺寸范围内的目标物体进行检测；摄像头通过卡扣固定在球面多摄像头安装装置上；球面结构上的摄像头通过排线连接到电路板上，获取图像信息，并及时对图像数据处理；通过双目立体视觉的技术，将摄像头两两配对，逐一获取双目的立体图像，然后通过拼接和重建得到物体的三维图像信息，并将全景图像传输到图像采集卡；采集卡连接电脑终端，实时显示目标物体的全景图像信息。

7.根据权利要求6所述的微尺寸物体的全景成像系统的实现方法，其特征在于：安装盘连接的电路板，通过高速处理器和存储器完成安装盘上的摄像头图像的采集、处理和传输，高速的处理速度能够短时间一次性获取目标物体的图像信息。