CN107968902A - 基于单图像传感器的全景摄像机及其实现方法 - Google Patents

基于单图像传感器的全景摄像机及其实现方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于单图像传感器的全景摄像机及其实现方法，该全景摄像机包括：多镜头模块，包括若干对水平、垂直以及对角线视角都大于或等于180度的鱼眼镜头及对应的三角反射棱镜，每个鱼眼镜头接受整个空间射入光线后分别经反射棱镜射入图像传感器；图像传感器，采样得到单幅原始图像；图像处理单元，获得图像传感器输出的原始图像，统计其中的亮度、色度信息并通过控制接口调节图像传感器的曝光时间和增益，完成对图像或视频的处理、编码后输出给图像输出单元；图像输出单元，将处理后的图像或视频输出，本发明不仅能够解决传统多图像传感器全景摄像机存在的图像拼接边界亮度、色度跳变差异等问题，而且能够有效降低系统成本和功耗。

Description

基于单图像传感器的全景摄像机及其实现方法
技术领域
本发明涉及机器视觉领域，特别是涉及一种基于单图像传感器的全景摄像机及其实现方法。
背景技术
现有的全景摄像机一般需要多个镜头和多个图像传感器，每个图像传感器将采集到的原始图像信号传输到图像处理芯片中经过独立的内插、去噪、自动白平衡、自动曝光、亮色校正等图像处理后融合为全景图像输出。由于每个图像传感器有各自独立的曝光和增益参数，因此采用上述多镜头多图像传感器的全景摄像机方案的输出图像经常会在不同图像传感器的边界拼接区域存在明显的亮度、色度跳变差异。
同时，上述方案需要多个图像传感器甚至多个图像处理芯片，增加了全景相机的成本、体积和功耗。
发明内容
为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种基于单图像传感器的全景摄像机及其实现方法，其不仅能够解决传统多图像传感器全景摄像机普遍存在的图像拼接边界亮度、色度跳变差异等问题，而且能够有效降低系统成本和功耗。
为达上述及其它目的，本发明提出一种基于单图像传感器的全景摄像机，包括：
多镜头模块，包括若干对水平、垂直以及对角线视角都大于或等于180度的鱼眼镜头及对应的三角反射棱镜，每个鱼眼镜头接受整个空间射入光线后分别经反射棱镜射入图像传感器；
图像传感器，对该多镜头模块的输出进行采样，采样得到单幅原始图像；
图像处理单元，获得该图像传感器输出的原始图像，统计其中的亮度、色度信息并通过控制接口调节图像传感器的曝光时间和增益，该图像处理单元完成对图像或视频的处理、编码后输出给图像输出单元；
图像输出单元，将该图像处理单元输出的图像或视频进行输出。
进一步地，该图像输出单元选择将该图像处理单元输出的图像或视频通过无线或有线通讯协议传输出去或存储在本地存储单元。
进一步地，该多镜头模块包括一对水平、垂直以及对角线视角都大于等于180度的鱼眼镜头以及对应的三角反射棱镜。
进一步地，该对鱼眼镜头沿着x轴完全对称安装或沿y轴或z轴平移后安装。
进一步地，该多镜头模块包括两对水平、垂直以及对角线视角都大于等于180度的鱼眼镜头以及对应的三角反射棱镜。
进一步地，该两对鱼眼镜头分别沿着x轴完全对称安装或沿y轴或z轴平移后安装。
进一步地，该图像处理单元采样到的单幅原始图像中包含有水平视差的全景信息的两套独立采样。
为达到上述目的，本发明还提供一种基于单图像传感器的全景摄像机的实现方法，包括如下步骤：
步骤一，通过若干对水平、垂直以及对角线视角都大于或等于180度的鱼眼镜头接收整个空间射入光线后分别经反射棱镜射入同一个图像传感器；
步骤二，由该图像传感器对该多镜头模块的输出进行采样，采样得到的单幅原始图像中包含全景信息；
步骤三，由图像处理单元得到该图像传感器输出的原始图像，统计其中的亮度、色度信息并通过控制接口调节该图像传感器的曝光时间和增益，该图像处理单元完成对图像或视频的处理、编码后输出给图像输出单元；
步骤四，由该图像输出单元将处理后的图像或视频输出。
进一步地，于步骤四中，由图像输出单元选择将图像或视频通过无线或有线通讯协议传输出去或存储在本地存储单元中。
进一步地，于步骤一中，通过一对或两对水平、垂直以及对角线视角都大于等于180度的鱼眼镜头接收整个空间射入光线后经三角反射棱镜射入图像传感器。
与现有技术相比，本发明一种基于单图像传感器的全景摄像机及其实现方法通过采用若干对在水平、垂直和对角线方向均具有大于等于180度视角的鱼眼镜头接收整个空间射入光线后分别经反射棱镜射入一图像传感器，由该图像传感器对该多镜头模块的输出进行采样，采样得到的单幅原始图像中包含全景信息，并通过统计其中的亮度、色度信息并通过控制接口调节该图像传感器的曝光时间和增益，不仅能够解决传统多图像传感器全景摄像机普遍存在的图像拼接边界亮度、色度跳变差异等问题而且能够有效降低系统成本和功耗。
附图说明
图1为本发明一种基于单图像传感器的全景摄像机之第一较佳实施例的架构示意图；
图2为本发明第一较佳实施例中单图像传感器双鱼眼镜头成像示意图；
图3为本发明一种基于单图像传感器的全景摄像机之第二较佳实施例的架构示意图；
图4为本发明第二较佳实施例中单图像传感器四鱼眼镜头成像示意图；
图5为本发明一种基于单图像传感器的全景摄像机的实现方法的步骤流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
图1为本发明一种基于单图像传感器的全景摄像机之第一较佳实施例的架构示意图。如图1所示，本发明一种基于单图像传感器的全景摄像机，包括：多镜头模块10、图像传感器5、图像处理单元6、图像输出单元7以及本地存储单元8。
其中，多镜头模块10包括若干对水平、垂直以及对角线视角都大于或等于180度的鱼眼镜头及对应的三角反射棱镜，每个鱼眼镜头接受整个空间射入光线后分别经反射棱镜射入图像传感器5，在本发明较佳实施例中，多镜头模块10包括一对水平、垂直以及对角线视角都大于等于180度的鱼眼镜头1，4以及三角反射棱镜2，3，两个鱼眼镜头1和4接受整个空间射入光线后分别经反射棱镜2和3射入同一个图像传感器5；图像传感器对多镜头模块10的输出进行采样，采样得到的单幅原始图像中包含全景信息；图像处理单元6得到图像传感器5输出的原始图像，统计其中的亮度、色度信息并通过控制接口调节图像传感器的曝光时间和增益，图像处理单元6完成对图像或视频的处理、编码后输出给图像输出单元7，图像输出单元7选择将图像或视频通过无线或有线通讯协议传输出去或存储在本地存储单元8中。
以下说明本发明第一较佳实施例的原理：
本发明第一实施例中，两个鱼眼镜头(1，4)沿着x轴对称安装，上述鱼眼镜头在水平、垂直和对角线方向均具有大于等于180度视角。这样两个鱼眼镜头就能够接受整个空间所有的光线。需说明的是，上述两个鱼眼镜头可以沿着x轴完全对称安装，也可以沿y轴或z轴平移后安装。
射入鱼眼镜头的光线经过三角反射棱镜(2，3)后折射90度进入同一个图像传感器5。此时单个图像传感器5上同时得到两个鱼眼镜头的原始成像，如图2所示。图像传感器5通过高速并行或者高速串行接口将原始成像送入图像处理单元6。其中图像处理单元6中的统计模块统计亮度和色度信息，图像处理单元6中的自动曝光和自动白平衡模块能够根据统计模块中的信息动态调整图像传感器的曝光时间和增益。由于两个鱼眼镜头成像在同一个图像传感器上，因此所有的图像亮度、颜色调整操作对两个鱼眼成像同时有效。图像输出单元7将经过图像处理、编码后的内容经过无线或者有线传输协议输出，或者直接存放在本地的存储器8上。
图3为本发明一种基于单图像传感器的全景摄像机之第二较佳实施例的架构示意图。在本发明第二较佳实施例中，实现了一种基于单图像传感器的全景立体摄像机，该基于单图像传感器的全景摄像机包括多镜头模块23、图像传感器19、图像处理单元20、图像输出单元21以及本地存储单元22。
具体地说，多镜头模块23包括两对水平、垂直以及对角线视角都大于等于180度的鱼眼镜头11，15，14，18及对应的三角反射棱镜12，13，16，17两对鱼眼镜头11，14和15，18在y轴上有水平视差，分别接受整个空间射入光线后分别经反射棱镜12，13和16，17射入图像传感器19，图像处理单元20采样到的单幅原始图像中包含有水平视差的全景信息的两套独立采样，图像处理单元20得到图像传感器输出的原始图像，统计其中的亮度、色度信息并通过控制接口调节图像传感器的曝光时间和增益，图像处理单元20完成对图像或视频的处理、编码后输出给图像输出单元21，图像输出单元21选择将图像或视频通过无线或有线通讯协议传输出去或存储在本地存储单元22中。
对于全景立体摄像机，由于后续计算景深的需要，因此在非立体全景摄像机的基础上多了一倍的镜头。因此同样存在非立体全景摄像机的拼接过渡区亮度、色度跳变；以及成本多、体积大和功耗高等问题，本发明也可以拓展为全景立体摄像机，本发明第二较佳实施例的原理如下：
两对鱼眼镜头(11，15，14，18)沿着x轴对称安装，每对鱼眼镜头位于同一水平面上，上述鱼眼镜头在水平、垂直和对角线方向均具有大于等于180度视角。每对鱼眼镜头都能够接受整个空间所有的光线。这样可以实现对整个空间同时有两个全景采样。上述两对鱼眼镜头可以分别沿着x轴完全对称安装，也可以沿y轴或z轴平移后安装。
射入每个鱼眼镜头的光线经过相应的三角反射棱镜(12，13，16，17)后折射90度进入同一个图像传感器19。此时单个图像传感器上同时得到四个鱼眼镜头的原始成像，如图4所示。图像传感器通过高速并行或者高速串行接口将原始成像送入图像处理单元20，其中，图像处理单元20的统计模块统计亮度和色度信息，图像处理单元20中的自动曝光和自动白平衡模块能够根据统计模块中的信息动态调整图像传感器的曝光时间和增益，由于四个鱼眼镜头成像在同一个图像传感器上，因此所有的图像亮度、颜色调整操作对四个鱼眼成像同时有效。图像输出单元21将经过图像处理、编码后的内容经过无线或者有线传输输出，或者直接存放在本地的存储器22上。
图5为本发明一种基于单图像传感器的全景摄像机的实现方法的步骤流程图。如图5所示，本发明一种基于单图像传感器的全景摄像机的实现方法，包括如下步骤：
步骤501，通过若干对水平、垂直以及对角线视角都大于或等于180度的鱼眼镜头接收整个空间射入光线后分别经反射棱镜射入同一个图像传感器。在本发明较佳实施例中，通过一对或两对水平、垂直以及对角线视角都大于等于180度的鱼眼镜头接收整个空间射入光线后经三角反射棱镜射入图像传感器，上述一对或两对鱼眼镜头可以沿着x轴完全对称安装，也可以沿y轴或z轴平移后安装。
步骤502，由该图像传感器对该多镜头模块的输出进行采样，采样得到的单幅原始图像中包含全景信息。对于包含两对鱼眼镜头的情况，图像传感器采样到的单幅原始图像中包含有水平视差的全景信息的两套独立采样。
步骤503，由图像处理单元得到该图像传感器输出的原始图像，统计其中的亮度、色度信息并通过控制接口调节该图像传感器的曝光时间和增益，该图像处理单元完成对图像或视频的处理、编码后输出给图像输出单元；
步骤504，由图像输出单元选择将图像或视频通过无线或有线通讯协议传输出去或存储在本地存储单元中。
综上所述，本发明一种基于单图像传感器的全景摄像机及其实现方法通过采用若干对在水平、垂直和对角线方向均具有大于等于180度视角的鱼眼镜头接收整个空间射入光线后分别经反射棱镜射入一图像传感器，由该图像传感器对该多镜头模块的输出进行采样，采样得到的单幅原始图像中包含全景信息，并通过统计其中的亮度、色度信息并通过控制接口调节该图像传感器的曝光时间和增益，不仅能够解决传统多图像传感器全景摄像机普遍存在的图像拼接边界亮度、色度跳变差异等问题而且能够有效降低系统成本和功耗。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (10)

1.一种基于单图像传感器的全景摄像机，包括：
多镜头模块，包括若干对水平、垂直以及对角线视角都大于或等于180度的鱼眼镜头及对应的三角反射棱镜，每个鱼眼镜头接受整个空间射入光线后分别经反射棱镜射入图像传感器；
图像传感器，对该多镜头模块的输出进行采样，采样得到单幅原始图像；
图像处理单元，获得该图像传感器输出的原始图像，统计其中的亮度、色度信息并通过控制接口调节图像传感器的曝光时间和增益，该图像处理单元完成对图像或视频的处理、编码后输出给图像输出单元；
图像输出单元，将该图像处理单元输出的图像或视频进行输出。
2.如权利要求1所述的一种基于单图像传感器的全景摄像机，其特征在于：该图像输出单元选择将该图像处理单元输出的图像或视频通过无线或有线通讯协议传输出去或存储在本地存储单元。
3.如权利要求1所述的一种基于单图像传感器的全景摄像机，其特征在于：该多镜头模块包括一对水平、垂直以及对角线视角都大于等于180度的鱼眼镜头以及对应的三角反射棱镜。
4.如权利要求3所述的一种基于单图像传感器的全景摄像机，其特征在于：该对鱼眼镜头沿着x轴完全对称安装或沿y轴或z轴平移后安装。
5.如权利要求1所述的一种基于单图像传感器的全景摄像机，其特征在于：该多镜头模块包括两对水平、垂直以及对角线视角都大于等于180度的鱼眼镜头以及对应的三角反射棱镜。
6.如权利要求5所述的一种基于单图像传感器的全景摄像机，其特征在于：该两对鱼眼镜头分别沿着x轴完全对称安装或沿y轴或z轴平移后安装。
7.如权利要求5所述的一种基于单图像传感器的全景摄像机，其特征在于：该图像处理单元采样到的单幅原始图像中包含有水平视差的全景信息的两套独立采样。
8.一种基于单图像传感器的全景摄像机的实现方法，包括如下步骤：
步骤一，通过若干对水平、垂直以及对角线视角都大于或等于180度的鱼眼镜头接收整个空间射入光线后分别经反射棱镜射入同一个图像传感器；
步骤二，由该图像传感器对该多镜头模块的输出进行采样，采样得到的单幅原始图像中包含全景信息；
步骤三，由图像处理单元得到该图像传感器输出的原始图像，统计其中的亮度、色度信息并通过控制接口调节该图像传感器的曝光时间和增益，该图像处理单元完成对图像或视频的处理、编码后输出给图像输出单元；
步骤四，由该图像输出单元将处理后的图像或视频输出。
9.如权利要求8所述的一种基于单图像传感器的全景摄像机的实现方法，其特征在于：于步骤四中，由图像输出单元选择将图像或视频通过无线或有线通讯协议传输出去或存储在本地存储单元中。
10.如权利要求8所述的一种基于单图像传感器的全景摄像机的实现方法，其特征在于：于步骤一中，通过一对或两对水平、垂直以及对角线视角都大于等于180度的鱼眼镜头接收整个空间射入光线后经三角反射棱镜射入图像传感器。
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180427

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