CN108111753A - 一种高分辨实时全景监控装置及监控方法 - Google Patents

一种高分辨实时全景监控装置及监控方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高分辨实时全景监控装置，所述监控装置包括一圆台形摄像头载体，在所述圆台形摄像头载体的侧面面向四周水平布置三个第一摄像头；所述圆台形摄像头载体的底面垂直方向布置第二摄像头，所述三个第一摄像头与所述第二摄像头实时同步采集视频图像，并将采集的所述视频图像输出至计算设备，所述计算设备对所述视频图像实时拼接成全景画面。本发明能够从水平方向360度范围，垂直方向150度广角范围进行监控，并通过图像拼接能够得到高分辨率的实时全景画面。

Description

一种高分辨实时全景监控装置及监控方法
技术领域
本发明涉及视频监控技术领域，特别涉及一种高分辨实时全景监控装置及监控方法。
背景技术
在一些特殊场景(广场、十字路口、重要设施建筑等)的监控中，由于常规的监控设备视场角较为狭窄，必须采用多台设备、多个角度进行监控。即使如此，仍然会有一些“死角”存在。同时多个监控、多角度的不同场景的监看也极大地增加了监控人员的工作负担，容易造成人员的快速疲劳，降低工作效率。
为解决上述问题，陆续出现了各种新式的大视场角，甚至是全景的监控设备。专利CN105488775A中描述了一种基于六摄像机环视的柱面全景监控装置，其可同时采集六个摄像机的图像，通过拼接得到360度视野的柱面全景图像。专利CN205847401U描述了一种通过旋转监控设备实现环视360度视野的监控方法。专利CN106231169A描述了一种利用反射镜原理实现的便于安装的全景监控摄像头，通过安装在装置底部的摄像头拍摄的凸面反射镜中的内容实现增大视场角的目的。
专利CN105488775A描述的全景监控装置虽然能够获得环视360度视野，但是其采用了六个摄像头环状安装的方式，生成的柱面全景并不能很好地覆盖垂直方向上(正下方)的所有区域，并且会产生多条拼接缝隙，影响监看人员的体验。同时六个摄像头的数据处理量非常大，为达到实时处理的目的，该装置的拼接处理设备的成本也非常高。
专利CN205847401U描述的设备虽然也能够获得环视360度视野，但是其采用的方式为旋转监控设备，并不能同时获得360度视野范围内的情况，即使生成了柱面全景，每幅监控画面中的内容都不能保证同步性，这对主要针对活动目标的监控场景是非常不适合的。
专利CN106231169A描述的设备虽然可以避免拼接缝隙对监看人员造成的影响，但其本质为一种变体的广角鱼眼摄像头，其在视场边缘处的分辨率是非常低的，而且该设备整体上只使用一个摄像头进行拍摄，获得的全景画面的分辨率相较于上两种设备为最低。
因此，为了解决上述问题，需要一种高分辨实时全景监控装置及监控方法。
发明内容
本发明的一个方面在于提供一种高分辨实时全景监控装置，所述监控装置包括一圆台形摄像头载体，在所述圆台形摄像头载体的侧面面向四周水平布置三个第一摄像头；所述圆台形摄像头载体的底面垂直方向布置第二摄像头，
所述三个第一摄像头与所述第二摄像头实时同步采集视频图像，并将采集的所述视频图像输出至计算设备，所述计算设备对所述视频图像拼接成全景画面。
优选地，所述三个第一摄像头等间距等角度水平布置。
优选地，所述第二摄像头垂直向下采集视频图像。
优选地，所述计算设备包括视频信息采集模块、实时拼接处理模块和全景画面输出模块，其中
所述视频信息采集模块，用于获取所述三个第一摄像头和所述第二摄像头采集的视频图像；
所述实时拼接模块，用于将所述三个第一摄像头和所述第二摄像头采集的视频图像进行实时拼接，生成全景画面；
所述全景画面输出模块，用于将拼接生成的全景画面输出。
优选地，所述计算设备通过USB接口和/或视频采集卡和/或局域网连接所述三个第一摄像头和所述第二摄像头。
本发明的另一个方面在于提供一种高分辨实时全景监控方法，所述方法包括：
三个第一摄像头采集水平方向监控区域内的第一视频图像，第二摄像头采集垂直方向监控区域内的第二视频图像；
视频信息采集模块接收所述第一视频图像和所述第二视频图像的视频流，并将所述视频流以图像矩阵形式存储于内存中；
实时拼接处理模块提取存储在内存中所述以图像矩阵形式存在的视频流，对视频流进行实时拼接，生成实时全景画面；
全景画面输出模块将所述全景画面通过显示设备进行显示。
优选地，实时拼接处理模块通过如下方法对视频流进行拼接处理：
在内存中对以图像矩阵形式存在的视频流采用特征点提取算法对视频流进行处理，提取第一视频图像和第二视频图像的特征点；
通过特征点的位置关系获取第一视频图像和第二视频图像的拼接参数；
利用所述拼接参数将所述第视频图像和所述第二视频图像进行拼接，并对拼接后的拼接缝隙进行平滑处理，得到初步全景画面；
对所述初步全景画面进行光照、颜色渲染，得到全景画面。
优选地，所述视频信息采集模块以每秒30帧速率接收所述第一视频图像和所述第二视频图像的视频流。
优选地，生成的所述全景画面保持至本地和网络推流显示。
优选的，生成的所述全景画面可选的进行本地录制。
本发明提供的一种高分辨实时全景监控装置，采用在圆台载体侧面布置水平的三个第一摄像头360度采集水平方向的视频图像，采用竖直向下的第二摄像头采集垂直方向的视频图像，有效减少参与拼接的图像的数目，降低了图像数据处理量，提高了全景画面的实时性。
本发明提供的高分辨实时全景监控方法，能够从水平方向360度范围，垂直方向150度广角范围进行监控，并通过图像拼接能够得到高分辨率的实时全景图画面。
采用本发明提供的高分辨实时全景监控装置及方法，能够达到30帧每秒的刷新速率，并在该帧率下视频分辨率能够达到800万像素(4000*2000)，监控范围能够达到水平360度，垂直150度的广大视场，在视场范围内的各处均有良好的分辨率。
应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。
附图说明
参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中：
图1a示意性示出了本发明高分辨实时全景监控装置摄像头布置的侧面示意图；
图1b示出了本发明高分辨实时全景监控装置摄像头布置的底面示意图；
图2示出了本发明高分辨实时全景监控装置的计算设备的结构框图；
图3示出了本发明高分辨实时全景监控方法的流程框图；
图4示出了本发明高分辨实时全景监控方法的视频图像拼接流程框图。
具体实施方式
通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例，相关技术术语应当是本领域技术人员所熟知的。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤，除非另有说明。下面通过具体实施例对本发明的内容进行说明，本发明为了解决现有技术中的视频监控，在监控画面出现“死角”与视频图像数据处理繁重的矛盾，以及监控画面分辨率低下的情形。特提出一种高分辨实时全景监控装置，以及适用于所提出的监控装置的高分辨实时全景监控方法。首先通过实施例对本发明的高分辨实时全景监控装置进行说明，如图1a所示本发明高分辨实时全景监控装置摄像头布置的侧面示意图，图1b所示本发明高分辨实时全景监控装置摄像头布置的底面示意图，实施例中一种高分辨实时全景监控装置包括一圆台形摄像头载体200，在圆台形摄像头载体200的侧面面向四周水平布置三个第一摄像头，为了使本发明内容得以清晰的说明，实施例中将三个第一摄像头分别称为左侧第一摄像头101a，右侧第一摄像头101c和中部第一摄像头101b。三个第一摄像头处于同一水平面，等间隔布置，即三个第一摄像头两两之间夹角为120度。应当理解，三个第一摄像头两两之间的视场角相互重合，以获取完成的水平方向全景图像。
在圆台形摄像头载体200的底面垂直方向布置第二摄像头102，第二摄像头垂直向下采集视频图像。第二摄像头102位于三个第一摄像头中心连线构成的三角形的内切圆的中心，以保证采集的视频图像与三个第一摄像头采集的视频图像拼接后全景画面更加均匀合理。
三个第一摄像头与第二摄像头实时同步采集视频图像，并将采集的视频图像输出至计算设备，所述计算设备对所述视频图像拼接成全景画面。
三个第一摄像头和第二摄像头以帧为单元采集的视频图像。本发明高分辨实时全景监控装置内置一计算设备，如图2所示本发明高分辨实时全景监控装置的计算设备的结构框图，计算设备包括视频信息采集模块301、实时拼接处理模块302和全景画面输出模块303，其中
视频信息采集模块301，用于获取所述三个第一摄像头和所述第二摄像头采集的视频图像。为了使发明内容清晰，实施例中将三个第一摄像头采集的视频图像定义为第一视频图像(即采集的水平方向360度范围内视频图像)，第二摄像头采集的视频图像定义为第二视频图像(即采集的垂直方向的视频图像)。
实时拼接模块302，用于将三个第一摄像头和所述第二摄像头采集的视频图像进行实时拼接，生成全景画面。
全景画面输出模块303，用于将拼接生成的全景画面输出。
计算设备通过USB接口和/或视频采集卡和/或局域网连接三个第一摄像头和第二摄像头，三个第一摄像头和第二摄像头拍摄视频图像通过上述连接方式将视频图像数据传输至计算设备的视频信息采集模块301。
如图3所示本发明高分辨实时全景监控方法的流程框图，实施例中适用于本发明一种高分辨实时全景监控装置的监控方法包括如下步骤：
步骤S1，拍摄视频图像，三个第一摄像头采集水平方向监控区域内的第一视频图像，第二摄像头采集垂直方向监控区域内的第二视频图像。四个摄像头拍摄视频图像的过程中以每秒30帧的速率拍摄视频图像，以确保拍摄的视频图像的实时性。
步骤S2，接收视频图像，视频信息采集模块以帧为单位接收所述第一视频图像和所述第二视频图像的视频流，并将视频流以图像矩阵形式存储在内存中。优选地，视频信息采集模块以每秒30帧速率接收所述第一视频图像和所述第二视频图像的视频流。
步骤S3，图像拼接，实时拼接处理模块提取存储在所述内存中的以图像矩阵形式存在的视频流，对视频流进行实时拼接，生成实时全景画面。具体本发明中对视频流中同一时间的第一视频图像与第二视频图像的拼接。如图4所示本发明高分辨实时全景监控方法的视频图像拼接流程框图，视频流中的拼接处理包括如下步骤：
步骤S31，视频图像的特征点提取，在内存中对以图像矩阵形式存在的视频流采用特征点提取算法对视频流进行处理，提取第一视频图像和第二视频图像的特征点。
S32，获取拼接参数，通过特征点的位置关系获取第一视频图像和第二视频图像的拼接参数。
S33，图像拼接，并进行缝隙处理，利用所述拼接参数将所述第一视频图像和所述第二视频图像进行拼接，并对拼接后的拼接缝隙进行平滑处理，经过上述视频流拼接处理后，由生成的每一帧全景图像得到初步全景画面。
S34，生成全景画面，对所述初步全景画面进行光照、颜色渲染，得到全景画面。
S4，显示全景画面，全景画面输出模块将所述全景画面通过显示设备进行显示。优选地，在一些实施例中，生成的全景画面保持至本地和网络推流显示。优选的，在一些实施例中，生成的全景画面可选的进行本地录制。
本发明提供的一种高分辨实时全景监控装置，采用在圆台载体侧面布置水平的三个第一摄像头360度采集水平方向的视频图像，采用竖直向下的第二摄像头采集垂直方向的视频图像，有效减少拼接的图像的数目，降低了图像数据处理量，提高了全景画面的实时性。
本发明提供的高分辨实时全景监控方法，能够从水平方向360度范围，垂直方向150度广角范围进行监控，并通过图像拼接能够得到高分辨率的全景图画面。
采用本发明提供的高分辨实时全景监控装置及方法，能够达到30帧每秒的刷新速率，并在该帧率下视频分辨率能够达到800万像素(4000*2000)，监控范围能够达到水平360度，垂直150度的广大视场，在视场范围内的各处均有良好的分辨率。
结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。

Claims (10)

1.一种高分辨实时全景监控装置，其特征在于，所述监控装置包括一圆台形摄像头载体，在所述圆台形摄像头载体的侧面面向四周水平布置三个第一摄像头；所述圆台形摄像头载体的底面垂直方向布置第二摄像头，
所述三个第一摄像头与所述第二摄像头实时同步采集视频图像，并将采集的所述视频图像输出至计算设备，所述计算设备对所述视频图像实时拼接成全景画面。
2.根据权利要求1所述的监控装置，其特征在于，所述三个第一摄像头等间距等角度水平布置。
3.根据权利要求1所述的监控装置，其特征在于，所述第二摄像头垂直向下采集视频图像。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述计算设备包括视频信息采集模块、实时拼接处理模块和全景画面输出模块，其中
所述视频信息采集模块，用于获取所述三个第一摄像头和所述第二摄像头采集的视频图像；
所述实时拼接模块，用于将所述三个第一摄像头和所述第二摄像头采集的视频图像进行实时拼接，生成全景画面；
所述全景画面输出模块，用于将拼接生成的全景画面输出。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述计算设备通过USB接口和/或视频采集卡和/或局域网连接所述三个第一摄像头和所述第二摄像头。
6.一种适用于权利要求1至5任一权利要求所述装置的监控方法，其特征在于，所述方法包括：
三个第一摄像头采集水平方向监控区域内的第一视频图像，第二摄像头采集垂直方向监控区域内的第二视频图像；
视频信息采集模块接收所述第一视频图像和所述第二视频图像的视频流，并将所述视频流以图像矩阵形式存储于内存中；
实时拼接处理模块提取存储在内存中所述以图像矩阵形式存在的视频流，对视频流进行实时拼接，生成实时全景画面；
全景画面输出模块将所述全景画面通过显示设备进行显示。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，实时拼接处理模块通过如下方法对视频流进行拼接处理：
在内存中对以图像矩阵形式存储的视频流采用特征点提取算法对视频流进行处理，提取第一视频图像和第二视频图像的特征点；
通过特征点的位置关系获取第一视频图像和第二视频图像的拼接参数；
利用所述拼接参数将所述第一视频图像和所述第二视频图像进行拼接，并对拼接后的拼接缝隙进行平滑处理，得到初步全景画面；
对所述初步全景画面进行光照、颜色渲染，得到全景画面。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述视频信息采集模块以每秒30帧速率接收所述第一视频图像和所述第二视频图像的视频流。
9.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，生成的所述全景画面保持至本地和网络推流显示。
10.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，生成的所述全景画面可选的进行本地录制。
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