CN108616742B - 一种3d全景拍摄系统以及方法 - Google Patents

一种3d全景拍摄系统以及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种3D全景拍摄系统以及方法,系统包括:多个3D影像采集单元,用于获取包含彩色影像信息的彩色图和包含深度影像信息的深度图,多个3D影像采集单元的视场拼接后覆盖所需要的拍摄区域,相邻两个采集单元的视场在拼接处部分重叠;全景拼接处理单元,用于对多个3D影像采集单元的影像信息进行拼接处理,生成3D全景影像。本发明通过多个3D影像采集单元的视场拼接,再对多个3D影像采集单元的影像信息进行拼接处理,即可生成3D全景影像,这种3D全景拍摄的系统简单,且可以提升全景处理的精度和速度,由于通过增加深度信息形成3D影像,每个像点具有完整的三维空间信息,可以实时重构3D场景,便于VR快速建模,并可以方便地应用于VR、AR交互。

Description

一种3D全景拍摄系统以及方法
技术领域
本发明涉及虚拟现实,尤其涉及一种3D全景拍摄系统以及方法。
背景技术
360度全景拍摄是VR影像内容的重要来源,现有的全景拍摄主要是2D全景拍摄和立体全景影像拍摄。2D全景影像没有立体感,立体全景影像拍摄原理与双目立体影像拍摄原理相同,空间每个点在立体全景图中对应左右眼分别有一个像点,根据左右眼视差原理可以给人立体感。但是立体全景图中只有颜色信息,不包含像点对应的空间深度信息。基于左右眼图像实时还原像点的深度信息也有很大难度。没有完整空间信息的全景影像主要是用于沉浸式观看,很难进行虚实交互。另外完全基于色度信息的图像拼接,精度和速度也不够。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于,针对现有技术的上述缺陷,提供一种3D全景拍摄系统以及方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:构造一种3D全景拍摄系统,应用于VR成像,包括:
多个3D影像采集单元,用于分别获取包含彩色影像信息的彩色图和包含深度影像信息的深度图,多个3D影像采集单元的视场拼接后覆盖所需要的拍摄区域,相邻两个采集单元的视场在拼接处部分重叠;
全景拼接处理单元,用于对多个3D影像采集单元的影像信息进行拼接处理,生成3D全景影像。
在本发明所述的3D全景拍摄系统中,所述全景拼接处理单元包括:
特征点提取单元,用于在两幅相邻的彩色图的拼接侧分别提取匹配特征点;
特征点深度信息计算单元,用于分别为两幅相邻的深度图中的匹配特征点计算对应的深度信息;
特征点筛选单元,用于基于计算的深度信息对匹配特征点进行筛选,筛除超过深度偏差容许度的匹配特征点;
彩色图拼接单元,基于筛选后的匹配特征点进行两幅彩色图的融合处理,得到拼接彩色图;
深度图拼接单元,基于筛选后的匹配特征点进行两幅深度图的融合处理,形成与拼接彩色图对应的深度图。
在本发明所述的3D全景拍摄系统中,所述的融合处理包括:基于匹配特征点将两幅彩色图/深度图对齐以确定重叠区域,针对重叠区域采用平滑过渡的方法进行融合。
在本发明所述的3D全景拍摄系统中,所述全景拼接处理单元还包括插值处理单元,用于在彩色图和深度图的分辨率不同时,采用插值方式建立彩色影像信息和深度影像信息的对应关系。
在本发明所述的3D全景拍摄系统中,每个3D影像采集单元具有一个光心轴线,多个3D影像采集单元的光心轴线交于空间中的一个中心点,每个3D影像采集单元均采用背离所述中心点的方向布置,且相同规格的3D影像采集单元布置在与所述中心点距离相等的位置。
在本发明所述的3D全景拍摄系统中,所述3D影像采集单元包括用于获取彩色图的一个或两个彩色影像采集模块和用于获取深度图的一个或两个深度影像采集模块;
其中,彩色影像采集模块/深度影像采集模块为一个时,该一个彩色影像采集模块/深度影像采集模块为左右眼共用,彩色影像采集模块/深度影像采集模块为两个时,该两个彩色影像采集模块/深度影像采集模块分别为对应左右眼;
其中,彩色影像采集模块采用通用摄像模组,深度影像采集模块包括结构光深度采集单元、光飞行时间深度采集单元、立体视觉深度采集单元中的一个或几个。
在本发明所述的3D全景拍摄系统中,所述系统还包括存储单元和传输单元,3D影像采集单元采集到的数据可直接发往全景拼接处理单元进行处理,或者存储到存储单元后,全景拼接处理单元从存储单元调取相应的数据;全景拼接处理单元处理得到的3D全景影像可通过传输单元直接发送出去或者存储到存储单元。
本发明还公开了一种3D全景拍摄方法,包括:
多个3D影像采集单元分别获取包含彩色影像信息的彩色图和包含深度影像信息的深度图,多个3D影像采集单元的视场拼接后覆盖所需要的拍摄区域,相邻两个采集单元的视场在拼接处部分重叠;
全景拼接处理单元对多个3D影像采集单元的影像信息进行拼接处理,生成3D全景影像。
在本发明所述的3D全景拍摄方法中,所述拼接处理包括:
在两幅相邻的彩色图的拼接侧分别提取匹配特征点;
分别为两幅相邻的深度图中的匹配特征点计算对应的深度信息;
基于计算的深度信息对匹配特征点进行筛选,筛除超过深度偏差容许度的匹配特征点;
基于筛选后的匹配特征点进行两幅彩色图的融合处理,得到拼接彩色图;
基于筛选后的匹配特征点进行两幅深度图的融合处理,形成与拼接彩色图对应的深度图。
在本发明所述的3D全景拍摄方法中,所述的融合处理包括:基于匹配特征点将两幅彩色图/深度图对齐以确定重叠区域,针对重叠区域采用平滑过渡的方法进行融合。
实施本发明的3D全景拍摄系统以及方法,具有以下有益效果:本发明通过多个3D影像采集单元的视场拼接,再对多个3D影像采集单元的影像信息进行拼接处理,即可生成3D全景影像,这种3D全景拍摄的系统简单,且可以提升全景处理的精度和速度,由于通过增加深度信息形成3D影像,每个像点具有完整的三维空间信息,可以实时重构3D场景,便于VR快速建模,并可以方便地应用于VR、AR交互。
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是本发明的3D全景拍摄系统的较佳实施例的结构示意图;
图2是本发明的3D全景拍摄方法的流程图。
具体实施方式
在本发明实施例中,通过多个3D影像采集单元分别获取包含彩色影像信息的彩色图和包含深度影像信息的深度图,多个3D影像采集单元的视场拼接后覆盖所需要的拍摄区域,相邻两个采集单元的视场在拼接处部分重叠;再通过全景拼接处理单元对多个3D影像采集单元的影像信息进行拼接处理,生成3D全景影像。这种3D全景拍摄的系统简单,且可以提升全景处理的精度和速度,由于通过增加深度信息形成3D影像,每个像点具有完整的三维空间信息,可以实时重构3D场景,便于VR快速建模,并可以方便地应用于VR、AR交互。
为了更好的理解上述技术方案,下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明,应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明,而不是对本申请技术方案的限定,在不冲突的情况下,本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
图1是本发明的3D全景拍摄系统的较佳实施例的结构示意图;
本发明的3D全景拍摄系统包括:
多个3D影像采集单元,用于分别获取包含彩色影像信息的彩色图和包含深度影像信息的深度图,多个3D影像采集单元的视场拼接后覆盖所需要的拍摄区域,相邻两个采集单元的视场在拼接处部分重叠;
全景拼接处理单元,用于对多个3D影像采集单元的影像信息进行拼接处理,生成3D全景影像。
最终得到的3D全景影像的每一帧包括由彩色图拼接得到的2D全景彩色图和和深度图拼接得到的全景深度图;全景彩色图有一幅或两幅,当有两幅时对应的分别是左右眼的全景彩色图;全景深度图有一幅或两幅,当有两幅时对应的分别是左右眼深度图。
其中,拼接的基本单位是两个相邻图像组,每一组图像含一幅彩色图和一幅深度图,两个图像组在相邻一侧有重叠区域。拼接基于重叠区域的共有特征进行处理。因此具体的,所述全景拼接处理单元包括:
特征点提取单元,用于在两幅相邻的彩色图的拼接侧分别提取匹配特征点;
特征点深度信息计算单元,用于分别为两幅相邻的深度图中的匹配特征点计算对应的深度信息;
特征点筛选单元,用于基于计算的深度信息对匹配特征点进行筛选,筛除超过深度偏差容许度的匹配特征点;
彩色图拼接单元,基于筛选后的匹配特征点进行两幅彩色图的融合处理,得到拼接彩色图;
深度图拼接单元,基于筛选后的匹配特征点进行两幅深度图的融合处理,形成与拼接彩色图对应的深度图。
其中,彩色图拼接单元和深度图拼接单元所涉及到的融合处理,具体包括:基于匹配特征点将两幅彩色图/深度图对齐以确定重叠区域,针对重叠区域采用平滑过渡的方法进行融合,也就是在重叠区域的左边沿以左图的色彩为主,同理,在右边沿以右图的色彩为主。
可以理解的是,本发明中彩色图和深度图的分辨率可以相同也可以不同。如果分辨率不同,则所述全景拼接处理单元还包括插值处理单元,用于在彩色图和深度图的分辨率不同时,采用插值方式建立彩色影像信息和深度影像信息的对应关系,插值是针对彩色图和深度图中分辨率低的图进行插值处理以使得彩色图和深度图的像素一一对应。
比如深度图的分辨率为320*480,而彩色图的分辨率为640*960,则可以对深度图进行插值处理将其处理为640*960的分辨率,以实现与彩色图中的像素的一一对应。同理,如果深度图的分辨率高于彩色图,则需要对彩色图进行插值处理提高其分辨率,使其与深度图中的像素的一一对应。
下面介绍本发明的3D影像采集单元的构成和布置。
多个3D影像采集单元严格按照帧进行同步,它们的装配位置经过标定校准。本发明中每个3D影像采集单元定义一个光心轴线,多个3D影像采集单元的光心轴线交于空间中的一个中心点,每个3D影像采集单元均采用背离所述中心点的方向布置,且相同规格的3D影像采集单元布置在与所述中心点距离相等的位置。
具体的,所述3D影像采集单元包括用于获取彩色图的一个或两个彩色影像采集模块和用于获取深度图的一个或两个深度影像采集模块;
其中,彩色影像采集模块/深度影像采集模块为一个时,该一个彩色影像采集模块/深度影像采集模块为左右眼共用,彩色影像采集模块/深度影像采集模块为两个时,该两个彩色影像采集模块/深度影像采集模块分别为对应左右眼;
其中,彩色影像采集模块采用通用摄像模组,要求镜头FOV满足拍摄视场角的要求。深度影像采集模块包括结构光深度采集单元、光飞行时间深度采集单元、立体视觉深度采集单元中的一个或几个。
优选的,本发明的系统还包括存储单元和传输单元,3D影像采集单元采集到的数据可直接发往全景拼接处理单元进行处理,或者存储到存储单元,全景拼接处理单元可以从存储单元调取相应的数据;全景拼接处理单元处理得到的3D全景影像可通过传输单元直接发送出去或者存储到存储单元,传输单元还可从存储单元调取3D全景影像发送出去。
具体实施例中,存储单元可以是磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory,ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory,RAM)等。
具体实施例中,传输单元的实现技术包含但不限于以下几种技术中的一种或多种组合:蓝牙、Wi-Fi(无线保真)、ZigBee(紫蜂)、Z-wave、RFID(射频识别)、NFC(近场通信)、LoRa(远程)、声波、超声波、光通信等。
本发明还公开了一种与上述系统对应的3D全景拍摄方法,参考图2,是本发明的3D全景拍摄方法的流程图。
方法包括:
S1、多个3D影像采集单元分别获取包含彩色影像信息的彩色图和包含深度影像信息的深度图,多个3D影像采集单元的视场拼接后覆盖所需要的拍摄区域,相邻两个采集单元的视场在拼接处部分重叠;
S2、全景拼接处理单元对多个3D影像采集单元的影像信息进行拼接处理,生成3D全景影像。
其中,步骤S2具体包括:
S21、在两幅相邻的彩色图的拼接侧分别提取匹配特征点;
S22、分别为两幅相邻的深度图中的匹配特征点计算对应的深度信息;
S23、基于计算的深度信息对匹配特征点进行筛选,筛除超过深度偏差容许度的匹配特征点;
S24、基于筛选后的匹配特征点进行两幅彩色图的融合处理,得到拼接彩色图,基于筛选后的匹配特征点进行两幅深度图的融合处理,形成与拼接彩色图对应的深度图。
其中,步骤S24中所述的融合处理包括:基于匹配特征点将两幅彩色图/深度图对齐以确定重叠区域,针对重叠区域采用平滑过渡的方法进行融合。
综上所述,实施本发明的3D全景拍摄系统以及方法,具有以下有益效果:本发明通过多个3D影像采集单元的视场拼接,再对多个3D影像采集单元的影像信息进行拼接处理,即可生成3D全景影像,这种3D全景拍摄的系统简单,且可以提升全景处理的精度和速度,由于通过增加深度信息形成3D影像,每个像点具有完整的三维空间信息,可以实时重构3D场景,便于VR快速建模,并可以方便地应用于VR、AR交互。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述,但是本发明并不局限于上述的具体实施方式,上述的具体实施方式仅仅是示意性的,而不是限制性的,本领域的普通技术人员在本发明的启示下,在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下,还可做出很多形式,这些均属于本发明的保护之内。

Claims (8)

1.一种3D全景拍摄系统,应用于VR成像,其特征在于,包括:
多个3D影像采集单元,用于分别获取包含彩色影像信息的彩色图和包含深度影像信息的深度图,多个3D影像采集单元的视场拼接后覆盖所需要的拍摄区域,相邻两个采集单元的视场在拼接处部分重叠;
全景拼接处理单元,用于对多个3D影像采集单元的影像信息进行拼接处理,生成3D全景影像;
其中,所述全景拼接处理单元包括:
特征点提取单元,用于在两幅相邻的彩色图的拼接侧分别提取匹配特征点;
特征点深度信息计算单元,用于分别为两幅相邻的深度图中的匹配特征点计算对应的深度信息;
特征点筛选单元,用于基于计算的深度信息对匹配特征点进行筛选,筛除超过深度偏差容许度的匹配特征点;
彩色图拼接单元,基于筛选后的匹配特征点进行两幅彩色图的融合处理,得到拼接彩色图;
深度图拼接单元,基于筛选后的匹配特征点进行两幅深度图的融合处理,形成与拼接彩色图对应的深度图。
2.根据权利要求1所述的3D全景拍摄系统,其特征在于,所述的融合处理包括:基于匹配特征点将两幅彩色图/深度图对齐以确定重叠区域,针对重叠区域采用平滑过渡的方法进行融合。
3.根据权利要求1所述的3D全景拍摄系统,其特征在于,所述全景拼接处理单元还包括插值处理单元,用于在彩色图和深度图的分辨率不同时,采用插值方式建立彩色影像信息和深度影像信息的像素对应关系。
4.根据权利要求1所述的3D全景拍摄系统,其特征在于,每个3D影像采集单元具有一个光心轴线,多个3D影像采集单元的光心轴线交于空间中的一个中心点,每个3D影像采集单元均采用背离所述中心点的方向布置,且相同规格的3D影像采集单元布置在与所述中心点距离相等的位置。
5.根据权利要求1所述的3D全景拍摄系统,其特征在于,所述3D影像采集单元包括用于获取彩色图的一个或两个彩色影像采集模块和用于获取深度图的一个或两个深度影像采集模块;
其中,彩色影像采集模块/深度影像采集模块为一个时,该一个彩色影像采集模块/深度影像采集模块为左右眼共用,彩色影像采集模块/深度影像采集模块为两个时,该两个彩色影像采集模块/深度影像采集模块分别为对应左右眼;
其中,彩色影像采集模块采用通用摄像模组,深度影像采集模块包括结构光深度采集单元、光飞行时间深度采集单元、立体视觉深度采集单元中的一个或几个。
6.根据权利要求1所述的3D全景拍摄系统,其特征在于,所述系统还包括存储单元和传输单元,3D影像采集单元采集到的数据可直接发往全景拼接处理单元进行处理,或者存储到存储单元后,全景拼接处理单元从存储单元调取相应的数据;全景拼接处理单元处理得到的3D全景影像可通过传输单元直接发送出去或者存储到存储单元。
7.一种3D全景拍摄方法,其特征在于,包括:
多个3D影像采集单元分别获取包含彩色影像信息的彩色图和包含深度影像信息的深度图,多个3D影像采集单元的视场拼接后覆盖所需要的拍摄区域,相邻两个采集单元的视场在拼接处部分重叠;
全景拼接处理单元对多个3D影像采集单元的影像信息进行拼接处理,生成3D全景影像;
其中,所述拼接处理包括:
在两幅相邻的彩色图的拼接侧分别提取匹配特征点;
分别为两幅相邻的深度图中的匹配特征点计算对应的深度信息;
基于计算的深度信息对匹配特征点进行筛选,筛除超过深度偏差容许度的匹配特征点;
基于筛选后的匹配特征点进行两幅彩色图的融合处理,得到拼接彩色图;
基于筛选后的匹配特征点进行两幅深度图的融合处理,形成与拼接彩色图对应的深度图。
8.根据权利要求7所述的3D全景拍摄方法,其特征在于,所述的融合处理包括:基于匹配特征点将两幅彩色图/深度图对齐以确定重叠区域,针对重叠区域采用平滑过渡的方法进行融合。
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