CN108718403A - 用于多旋翼无人热气飞艇的影像全景系统 - Google Patents

用于多旋翼无人热气飞艇的影像全景系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于多旋翼无人热气飞艇的影像全景系统，包括17台摄像机，所述17台摄像机构成并实施无缝拼接全景摄像机；所述摄像机采用超广角的镜头，所述超广角的镜头的焦距为20毫米，视角为110°；其中，中心正下方广角镜头为标准主视场，构成主视场成像，16台侧方向广角镜头采取镜头向下倾斜的、镜头变形可控构成副视场，采取视场拼接形式实现成像。本发明采用二次优化设计空对地的球面投影全景成像技术构成多旋翼无人热气飞艇的影像球面全景监测系统，其球面全景图合成满足垂直视角为180°，水平视角为360°要求，能够满足全景图实时无缝拼接。较好地实现了空对地的大视场、大景深、大范围全景精确实时监测。

Description

用于多旋翼无人热气飞艇的影像全景系统
技术领域
本发明涉及热气飞艇领域，具体地说，特别涉及一种用于多旋翼无人热气飞艇的影像全景系统。
背景技术
运用多旋翼无人热气飞艇空中对地面实施全方位监控，实时采集360度的全景影像，传输全景视频，全景成像技术是构成空对地全景监测系统重要部分。
现有的全景成像技术多用于地面系统，在空对地的使用中存在成图范围窄，视野及景深不足，有效监测区域成图变异较大，实时精确调整复杂。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种用于多旋翼无人热气飞艇的影像全景系统。所述技术方案如下：
一方面，提供了一种用于多旋翼无人热气飞艇的影像全景系统，包括17台摄像机，所述17台摄像机构成并实施无缝拼接全景摄像机；所述摄像机采用超广角的镜头，所述超广角的镜头的焦距为20毫米，视角为110°；其中，中心正下方广角镜头为标准主视场，构成主视场成像，16台侧方向广角镜头采取镜头向下倾斜的、镜头变形可控构成副视场，采取视场拼接形式实现成像。
进一步的，用于多旋翼无人热气飞艇的影像全景系统还包括精细对焦控制装置；所述用于多旋翼无人热气飞艇的影像全景系统采用多镜头无缝实时拼接技术构成的全景图像无缝实时拼接，每台摄像机通过所述精细对焦控制装置对焦。
进一步的，用于多旋翼无人热气飞艇的影像全景系统还包括镜头选控/校正装置、镜头数据采集/集中传输装置；所述摄像机通过镜头选控/校正装置、镜头数据采集/集中传输装置将视频分时传输至地面综合指挥车，由车载图像处理服务器接收处理。
进一步的，用于多旋翼无人热气飞艇的影像全景系统采取对标准主视场精确定位，副视场采取可控变形，概略定位；所述摄像机所摄视频图像的尺度不变的局部特征作为目标方位计算机/数据处理装置实现多种图像变换特征点，并作为栅标记并传至地面，地面计算机根据所接收到的栅标记设定好图像拼接的方位属性。
进一步的，用于多旋翼无人热气飞艇的影像全景系统还包括目标方位计算机；所述目标方位计算机对栅标记的特征点作为处理运算的影像特征，并对其特征进行匹配，实时进行并完成图像的拼接，实现图像拼接的实时、高质。
进一步的，所述目标方位计算机拼接时预设拼接范围内的图像融合；
具体地，所述目标方位计算机对图像对齐采取逐渐过渡、渐入渐出的融合方式，以得到平稳、圆滑、似然过渡的拼接部分。
进一步的，在进行全景视频图像拍摄前，可通过所述镜头选控/校正装置、精细对焦控制装置对镜头焦距进行确定后封固调焦环，使内方位元素值和物镜畸变系数得以锁定。
进一步的，用于多旋翼无人热气飞艇的影像全景系统还包括激光补光装置；所述激光补光装置为所述摄像机拍摄进行适当的补光。
进一步的，用于多旋翼无人热气飞艇的影像全景系统还包括激光测距装置；所述用于多旋翼无人热气飞艇的影像全景系统采用激光测距装置对特定目标的距离方位测定，精确定位目标在图像中的位置。
进一步的，用于多旋翼无人热气飞艇的影像全景系统还包括电源管理装置和数据存储装置；所述电源管理装置用于管理电源；所述数据存储装置用于对拍摄的视频图像数据进行存储。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明提供的一种用于多旋翼无人热气飞艇的影像全景系统，即空对地全景图像系统，采用17台摄像镜头组合方式成像，通过多镜头组合，尽可能地将超广角镜头(鱼眼镜头)拍摄图像的边缘畸变通过镜头相互重叠，使有效图像的畸变可控。
空对地全景图像系统采用激光测距的方式确定图像特征目标方位，据此作为视频图像拼接的特征点，供地面计算机识别图像方位归属，同时，由镜头选控/校正装置配合对图像方位归属实时确认的补充，突出减少了目标模式识别运算量，简化了图像拼接的运行程式，有效提高了图像拼接时效，为全景图像拼接的精确性和实时性满足空对地全景监测运用，为获取高质实时的全景视频图像提供了可行的技术方案。
空对地全景图像系统建立了以监测信息的获取、信息的转发及运用为核心的大视场、大范围的空对地监测系统和地面快速处理系统，满足了空对地全景监测的需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的一种用于多旋翼无人热气飞艇的影像全景系统中系统的镜头组合设计图像传感器的示意图；
图2是本发明实施例的一种用于多旋翼无人热气飞艇的影像全景系统中系统的镜头组合设计图像传感器的俯视示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明提供了一种用于多旋翼无人热气飞艇的影像全景系统，参见图1和图2，包括17台摄像机，所述17台摄像机构成并实施无缝拼接全景摄像机；所述摄像机采用超广角的镜头，所述超广角的镜头的焦距为20毫米，视角为110°；其中，中心正下方广角镜头1为标准主视场，构成主视场成像，16台侧方向广角镜头2采取镜头向下倾斜的、镜头变形可控构成副视场，采取视场拼接形式实现成像。
进一步的，用于多旋翼无人热气飞艇的影像全景系统还包括精细对焦控制装置3；所述用于多旋翼无人热气飞艇的影像全景系统采用多镜头无缝实时拼接技术构成的全景图像无缝实时拼接，每台摄像机通过所述精细对焦控制装置3对焦。
进一步的，用于多旋翼无人热气飞艇的影像全景系统还包括镜头选控/校正装置4、镜头数据采集/集中传输装置5；所述摄像机通过镜头选控/校正装置、镜头数据采集/集中传输装置将视频分时传输至地面综合指挥车，由车载图像处理服务器接收处理。
进一步的，用于多旋翼无人热气飞艇的影像全景系统采取对标准主视场精确定位，副视场采取可控变形，概略定位；所述摄像机所摄视频图像的尺度不变的局部特征作为目标方位计算机/数据处理装置实现多种图像变换特征点，并作为栅标记并传至地面，地面计算机根据所接收到的栅标记设定好图像拼接的方位属性。
进一步的，用于多旋翼无人热气飞艇的影像全景系统还包括目标方位计算机6；所述目标方位计算机对栅标记的特征点作为处理运算的影像特征，并对其特征进行匹配，实时进行并完成图像的拼接，实现图像拼接的实时、高质。
进一步的，所述目标方位计算机拼接时预设拼接范围内的图像融合；
具体地，所述目标方位计算机6对图像对齐采取逐渐过渡、渐入渐出的融合方式，以得到平稳、圆滑、似然过渡的拼接部分。
进一步的，在进行全景视频图像拍摄前，可通过所述镜头选控/校正装置3、精细对焦控制装置4对镜头焦距进行确定后封固调焦环，使内方位元素值和物镜畸变系数得以锁定。
进一步的，用于多旋翼无人热气飞艇的影像全景系统还包括激光补光装置7；所述激光补光装置7为所述摄像机拍摄进行适当的补光。
进一步的，用于多旋翼无人热气飞艇的影像全景系统还包括激光测距装置8；所述用于多旋翼无人热气飞艇的影像全景系统采用激光测距装置对特定目标的距离方位测定，精确定位目标在图像中的位置。
进一步的，用于多旋翼无人热气飞艇的影像全景系统还包括电源管理装置和数据存储装置9；所述电源管理装置用于管理电源；所述数据存储装置用于对拍摄的视频图像数据进行存储。
具体地，本实施例中，多旋翼无人热气飞艇的影像全景系统采用防止自动对焦出现焦点不实的二次优化设计精细对焦技术的超广角的镜头(鱼眼镜头)焦距20毫米，视角110°。由17台摄像机构成并实施无缝拼接全景摄像机。其中，中心正下方广角镜头为标准主视场，构成主视场成像，16台侧方向摄像机采取镜头向下倾斜的、镜头变形可控构成副视场，采取视场拼接形式实现成像。
一、平面全景图的成图方式
1.采用多镜头无缝实时拼接技术构成的全景图像无缝实时拼接，每台摄像机通过精细对焦控制装置对焦，以消除超广角镜头运用中存在焦点不实现象；
2.摄像机通过镜头选控/校正装置、镜头数据采集/集中传输装置将视频分时传输至地面综合指挥车，由车载图像处理服务器接收处理；
3.采取对标准主视场精确定位，副视场采取可控变形，概略定位。摄像机所摄视频图像的尺度不变的局部特征作为目标方位计算机/数据处理装置实现多种图像变换特征点，并作为栅标记并传至地面，地面计算机根据所接收到的栅标记设定好图像拼接的方位属性；
4.服务器/计算机运用优化设计的软硬件对栅标记的特征点作为处理运算的影像特征，并对其特征进行匹配，实时进行并完成图像的拼接。实现图像拼接的实时、高质。
5.摄像机的镜头视角调整差异、拍摄时曝光时间差异，所得到的图像的色调、亮度以及图像边缘变形等差异，采用优化设计的计算机图像偏移对接与融合软件，拼接时需设定一定拼接范围内的图像融合，即，对图像对齐采取逐渐过渡、渐入渐出的融合方式，以得到平稳、圆滑、似然过渡的拼接部分。
6.在进行全景视频图像拍摄前，可通过镜头选控/校正装置、精细对焦控制装置对镜头焦距进行确定后封固调焦环，使内方位元素值和物镜畸变系数得以锁定。
7.激光补光装置为摄像机拍摄进行适当的补光。以满足图像目标特征识别的需要。
二、视频图像目标识别
视频图像识别的精确性源自目标特征获取的精确性，兼顾图像识别的实时性，运用图像目标模式识别算法是设计视频图像目标识别算法软件的依据。
1.采用激光测距装置对特定目标的距离方位测定，精确定位目标在图像中的位置。
2.采用激光测距装置进行图像目标方位的精确定位，这种算法淡化了图像的颜色特征，在光照变化频繁的环境，对目标有较好的识别效果，且简化了视频图像拼接软件的运算量，提高了图像拼接的实时性。
三、系统主要技术参数
1.全景图像系统摄像镜头
采用基于能耗及功率二次优化设计的超低照度百万像素超广角镜头摄像机系统。
(1)配有光学防抖、瞬时自动对焦和自动光圈及封固调焦环功能，可实现不同视场角、不同画面景别控制；
(2)配合激光照射组件工作，可满足夜间远距离清晰拍摄要求。
(3)主要指标：
超广角镜头(鱼眼镜头)焦距20毫米，视角110°；
镜头像素：广角全幅达300万像素，超广角状态中心区不低于200万像素；
镜头控制：自动聚焦、自动光圈、透雾滤片控制；
透雾滤片：可见光90％截止，近红外85％以上有效穿透，精准透雾成像；
电源：DC 12V±15％Iin≥2.7A；
输入功率：≤43W，开启巡航及温控≤79W；
制式：PAL；
视频输出：1.0Vp-p复合视频，75Ω；
通讯控制：RS485总线；
工作环境：户外非凝结(-40℃～+70℃)20％～90％(空气相对湿度)；
其他：
远程除霜、防雾化功能，防水和耐高低温特性良好，可以无视各种恶劣环境全天候工作；
光轴稳定性好，HPLM激光镜组件，保证光斑光轴不跑偏。
2.激光测距组件主要技术参数：
采用以二极管泵浦固态脉冲式激光器二次优化技术设计，实现激光测距、定位。
激光波段：人眼安全Class I的1536nm波段；
峰值功率：最高能达到150KW；
脉冲宽度：6～8ns，超窄；
测距频率：10Hz；
光束质量：＜1.15；
测距范围：300m～8km(能见度：10km，目标大小：2m x 2m)；
测距精度：≤±1m；
使用寿命：＞50x107；
工作温度：-40℃～+65℃；
功耗：370mW；
供电电压：12V。
3.激光照射组件主要技术参数：
采用面射型激光(VCSEL)作为补光光源，为连续变倍电视镜(摄像机)夜视工作条件提供照射光源，与激光测距组件共同构成一体化模组。
1)本系统采用二次优化技术设计的面射型激光(VCSEL)的特点：
具有良好的透雾/透尘性能，红暴点小于2米，隐蔽性好；
补光照射距离达到5km，低功耗，散热少，使用功耗小于6W；防水密封达到IP67。
2)主要技术参数：
照明器件：近红外半导体激光器,光纤耦合技术；
光谱特性：IR型；
近红外输出光波：850nm；
运转方式：连续式；
激励方式：电激励式；
光路径：内光；
波段范围：近红外；
传输信号：单电源型；
输出形式：功率型，设定3级自调整光感开关，实现三种不同暗度下开启补光；
通道：单通道；
速度：高速；
投射距离：5km；
使用寿命：10万小时。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明采用二次优化设计空对地的球面投影全景成像技术构成多旋翼无人热气飞艇的影像球面全景监测系统，其球面全景图合成满足垂直视角为180°，水平视角为360°要求，能够满足全景图实时无缝拼接。较好地实现了空对地的大视场、大景深、大范围全景精确实时监测。
本发明提供的一种用于多旋翼无人热气飞艇的影像全景系统，即空对地全景图像系统，采用17台摄像镜头组合方式成像，通过多镜头组合，尽可能地将超广角镜头(鱼眼镜头)拍摄图像的边缘畸变通过镜头相互重叠，使有效图像的畸变可控。
空对地全景图像系统采用激光测距的方式确定图像特征目标方位，据此作为视频图像拼接的特征点，供地面计算机识别图像方位归属，同时，由镜头选控/校正装置配合对图像方位归属实时确认的补充，突出减少了目标模式识别运算量，简化了图像拼接的运行程式，有效提高了图像拼接时效，为全景图像拼接的精确性和实时性满足空对地全景监测运用，为获取高质实时的全景视频图像提供了可行的技术方案。
空对地全景图像系统建立了以监测信息的获取、信息的转发及运用为核心的大视场、大范围的空对地监测系统和地面快速处理系统，满足了空对地全景监测的需求。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于多旋翼无人热气飞艇的影像全景系统，其特征在于，包括17台摄像机，所述17台摄像机构成并实施无缝拼接全景摄像机；所述摄像机采用超广角的镜头，所述超广角的镜头的焦距为20毫米，视角为110°；其中，中心正下方广角镜头为标准主视场，构成主视场成像，16台侧方向广角镜头采取镜头向下倾斜的、镜头变形可控构成副视场，采取视场拼接形式实现成像。
2.如权利要求1所述用于多旋翼无人热气飞艇的影像全景系统，其特征在于，还包括精细对焦控制装置；所述用于多旋翼无人热气飞艇的影像全景系统采用多镜头无缝实时拼接技术构成的全景图像无缝实时拼接，每台摄像机通过所述精细对焦控制装置对焦。
3.如权利要求2所述用于多旋翼无人热气飞艇的影像全景系统，其特征在于，还包括镜头选控/校正装置、镜头数据采集/集中传输装置；所述摄像机通过镜头选控/校正装置、镜头数据采集/集中传输装置将视频分时传输至地面综合指挥车，由车载图像处理服务器接收处理。
4.如权利要求3所述用于多旋翼无人热气飞艇的影像全景系统，其特征在于，采取对标准主视场精确定位，副视场采取可控变形，概略定位；所述摄像机所摄视频图像的尺度不变的局部特征作为目标方位计算机/数据处理装置实现多种图像变换特征点，并作为栅标记并传至地面，地面计算机根据所接收到的栅标记设定好图像拼接的方位属性。
5.如权利要求4所述用于多旋翼无人热气飞艇的影像全景系统，其特征在于，还包括目标方位计算机；所述目标方位计算机对栅标记的特征点作为处理运算的影像特征，并对其特征进行匹配，实时进行并完成图像的拼接，实现图像拼接的实时、高质。
6.如权利要求5所述用于多旋翼无人热气飞艇的影像全景系统，其特征在于，所述目标方位计算机拼接时预设拼接范围内的图像融合；
具体地，所述目标方位计算机对图像对齐采取逐渐过渡、渐入渐出的融合方式，以得到平稳、圆滑、似然过渡的拼接部分。
7.如权利要求6所述用于多旋翼无人热气飞艇的影像全景系统，其特征在于，在进行全景视频图像拍摄前，可通过所述镜头选控/校正装置、精细对焦控制装置对镜头焦距进行确定后封固调焦环，使内方位元素值和物镜畸变系数得以锁定。
8.如权利要求7所述用于多旋翼无人热气飞艇的影像全景系统，其特征在于，还包括激光补光装置；所述激光补光装置为所述摄像机拍摄进行适当的补光。
9.如权利要求8所述用于多旋翼无人热气飞艇的影像全景系统，其特征在于，还包括激光测距装置；所述用于多旋翼无人热气飞艇的影像全景系统采用激光测距装置对特定目标的距离方位测定，精确定位目标在图像中的位置。
10.如权利要求9所述用于多旋翼无人热气飞艇的影像全景系统，其特征在于，还包括电源管理装置和数据存储装置；所述电源管理装置用于管理电源；所述数据存储装置用于对拍摄的视频图像数据进行存储。
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