CN109379524A - 基于工业相机和工业镜头的全景数据采集装置 - Google Patents

Abstract

本发明特别涉及基于工业相机和工业镜头的全景数据采集装置。本发明的装置包括多组感光套件、处理器、同步装置以及采集环境检测装置；感光套件包括工业相机和工业镜头；处理器向同步装置发送采集指令；同步装置同时向多组感光套件发送采集指令；感光套件同时采集数据；采集环境检测装置检测采集环境条件；处理器接收采集环境条件，并且向感光套件发送采集参数。本发明避免在发送采集指令时出现延迟，同时降低触发快门的时间误差，并且在运动过程中，可以保障多组感光套件对同一场景同时进行采集，从而提高全景数据的拼接质量，此外还实现对感光套件的采集参数的及时设置，可以适用不同环境下的自动化数据采集，适合工业级应用。

Description

基于工业相机和工业镜头的全景数据采集装置

技术领域

本发明涉及数据采集技术领域，特别涉及基于工业相机和工业镜头的全景数据采集装置。

背景技术

全景数据作为电子地图的补充，被广泛应用于互联网地图服务领域，以及旅游、房产、工程及档案记录等领域。现有的全景数据采集装置主要有两类。

第一类是由多组消费级单反相机和广角镜头组成核心部件，电脑通过数据线分别与各个相机的数据接口相连，电脑同时向各个相机发送采集指令，由相机自带的软件系统触发相机的快门进行采集，各个相机分别向电脑发送采集的图像。由于电脑既输出采集指令又输入采集的图像，因此在发送采集指令中的一个或多个采集指令时可能会出现不同程度的延迟，另外由于各个相机存在自身误差，因此在相机接收到采集指令后，触发快门的时间(即采集时间)可能存在误差。上述两个原因可能导致如下误差：即当全景数据采集装置被架设在车辆等移动装置上采集某一个场景时，存在部分相机没有及时采集，而是采集了下一个场景的情况，导致全景图拼接时存在较大的拼缝。此外，在全景图采集时，当通过带有树阴的道路或处于迎光、背光等光线变化较大的环境时，由于相机采用自动模式进行采集，因此采集的图像会出现曝光过度、曝光不足等现象，图像质量较差。最后，单反相机的防水、防尘等性能较差，对使用环境的要求较高，并且质量和体积较大，因此无法被大规模地用在公安、工程等室外行业中。

第二类采用多组诸如GoPro等运动相机作为全景数据采集装置，运动相机无需在每次接收到采集指令后再进行采集，而是直接采集视频流，对多个视频流进行拼接处理以得到全景视频流，再从全景视频流中按需抽帧得到所需的全景图序列。然而，由于运动相机采用视频模式进行采集，因此会产生大量的冗余数据，从而影响采集效率。

发明内容

本发明的目的在于提供基于工业相机和工业镜头的全景数据采集装置，避免在发送采集指令时出现延迟，同时降低触发快门的时间误差，并且在运动过程中，可以保障多组感光套件对同一场景同时进行采集，从而提高全景数据的拼接质量，此外还实现对感光套件的采集参数的及时设置，可以适用不同环境下的自动化数据采集，适合工业级应用。

本发明公开了一种基于工业相机和工业镜头的全景数据采集装置，装置包括多组感光套件、处理器、同步装置以及采集环境检测装置，感光套件与处理器相连，同步装置分别与感光套件和处理器相连，采集环境检测装置与处理器相连；感光套件包括工业相机和工业镜头；处理器向同步装置发送采集指令；同步装置在接收到采集指令后，同时向多组感光套件发送采集指令；感光套件在接收到采集指令后，同时采集数据，并且向处理器发送采集的数据；采集环境检测装置检测采集环境条件，并且向处理器发送采集环境条件；处理器接收采集环境条件，并且向感光套件发送采集参数。

可选地，处理器接收采集环境条件，判断是否需要向感光套件发送采集参数；如果需要，则根据采集环境条件确定采集参数，并且向感光套件发送采集参数；如果不需要，则不向感光套件发送采集参数。

可选地，处理器根据采集环境条件，查阅采集参数文件以确定采集参数，并且向感光套件发送采集参数，其中采集参数文件用于存储一组或多组采集环境条件以及与采集环境条件相对应的采集参数。

可选地，处理器根据采集环境条件，代入采集参数计算公式以确定采集参数，并且向感光套件发送采集参数，其中采集参数计算公式用于计算与采集环境条件相对应的采集参数。

可选地，采集环境条件包括光照条件。

可选地，采集参数包括快门速度、光圈、感光度、焦距和/或白平衡。

可选地，同步装置与感光套件中的工业相机的电子快门外触发接口相连。

可选地，处理器与感光套件中的工业相机的数据接口相连。

可选地，装置还包括盒体，感光套件被固定在盒体内。

可选地，装置还包括导航装置，导航装置与处理器相连；导航装置向处理器发送导航数据；处理器接收导航数据，并且向同步装置发送采集指令。

可选地，处理器接收导航数据，判断是否需要向同步装置发送采集指令；如果需要，则向同步装置发送采集指令；如果不需要，则不向同步装置发送采集指令。

可选地，多组感光套件分别面向不同的方向，并且相邻的感光套件的视场存在部分重合。

本发明实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于：

在本发明中，感光套件包括工业相机和工业镜头，避免产生大量的冗余数据，提高采集效率，同时通过选配不同的工业相机和工业镜头，可以得到不同最大分辨率的全景图，从而提高图像质量，并且工业相机和工业镜头自身具备良好的防水、防尘等性能，质量和体积较小，感光套件被固定在盒体内，盒体可以进一步保护和固定感光套件，使得全景数据采集装置适用环境强，适合工业级应用。

此外，全景数据采集装置包括同步装置，处理器经由同步装置同时向多组感光套件发送采集指令，并且工业相机自身具有电子快门外触发接口和数据接口，同步装置与电子快门外触发接口相连以发送采集指令用于触发电子快门，处理器与数据接口相连以接收采集的数据，避免在发送采集指令时出现延迟，同时降低触发快门的时间误差。

最后，全景数据采集装置包括采集环境检测装置，采集环境检测装置检测采集环境条件，处理器根据采集环境条件确定采集参数，实现对感光套件的采集参数的及时设置，可以适用不同环境下的自动化数据采集。

附图说明

图1示出基于工业相机和工业镜头的全景数据采集装置的结构示意图；

图2示出基于工业相机和工业镜头的全景数据采集装置的另一结构示意图；

图3示出基于工业相机和工业镜头的全景数据采集装置的又一结构示意图；

图4示出工业相机的结构示意图。

具体实施方式

在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

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的实施方式作进一步地详细描述。

本发明的第一实施方式涉及一种基于工业相机和工业镜头的全景数据采集装置。图1示出基于工业相机和工业镜头的全景数据采集装置的结构示意图。

如图1所示，装置100包括四组感光套件102a～102d、处理器104、同步装置106以及采集环境检测装置108，感光套件102a～102d与处理器104相连，同步装置106分别与感光套件102a～102d和处理器104相连，采集环境检测装置108与处理器104相连。感光套件102a～102d包括工业相机和工业镜头。处理器104向同步装置106发送采集指令。同步装置106在接收到采集指令后，同时向四组感光套件102a～102d发送采集指令。感光套件102a～102d在接收到采集指令后，同时采集数据，并且向处理器104发送采集的数据。采集环境检测装置108检测采集环境条件，并且向处理器104发送采集环境条件。处理器104接收采集环境条件，并且向感光套件102a～102d发送采集参数。

其中，感光套件102a～102d包括工业相机和工业镜头。与基于单反相机的全景数据采集装置相比，本发明的工业相机和工业镜头自身具备良好的防水、防尘等性能，质量和体积较小，使得全景数据采集装置适用环境强，适合工业级应用。与基于运动相机的全景数据采集装置相比，本发明的工业相机可以采用图像模式，从而采集的数据可以为图像数据，避免产生大量的冗余数据，提高采集效率，并且工业相机的型号决定分辨率，工业镜头的型号决定视场角，本发明通过选配不同的工业相机和工业镜头，可以得到不同最大分辨率的全景图，从而提高图像质量。应该理解的是，本发明的工业相机也可以采用视频模式，从而采集的数据也可以为视频数据。

其中，装置100包括一个或多个处理器104。处理器104可以包括中央处理器CPU、图像处理器GPU、数字信号处理器DSP、微处理器MCU或可编程逻辑器件FPGA等处理设备，并且可以包括存储数据的存储设备。处理器104可以被包括在服务器、个人计算机、便携式计算机、智能手机、平板电脑等中。

其中，工业相机自身可以不包括存储设备，感光套件102a～102d采集的数据被存储在处理器104的存储设备中，或者被存储在其他存储设备中。工业相机自身也可以包括存储设备，感光套件102a～102d采集的数据被存储在工业相机自身的存储设备中。处理器104在接收到采集的数据后，可以存储并且拼接采集的数据以得到全景数据，也可以存储采集的数据并且在其他装置上拼接采集的数据以得到全景数据。此外，处理器104的存储设备还可以存储下面描述的采集参数文件和采集参数计算公式，而处理设备还可以实现下面描述的发送采集指令和采集参数等功能。

其中，装置100包括同步装置106，处理器104经由同步装置106同时向四组感光套件102a～102d发送采集指令。与基于单反相机的全景数据采集装置相比，本发明的处理器104只需向同步装置106发送采集指令，无需同时向四组感光套件102a～102d发送采集指令，而同步装置106可以被专门地用来同时向四组感光套件102a～102d发送采集指令，从而可以避免在发送采集指令时出现延迟。

其中，处理器104可以接收来自用户的采集指令以向同步装置106发送采集指令。处理器104也可以每隔固定时间向同步装置106发送采集指令。

其中，同步装置106可以是单片机。应该理解的是，同步装置106也可以是实现同步功能的其他设备。

其中，装置100包括采集环境检测装置108，采集环境检测装置108检测采集环境条件，处理器104接收采集环境条件，并且向感光套件102a～102d发送采集参数，感光套件102a～102d根据采集参数进行自设置以采集数据。与基于单反相机的全景数据采集装置相比，本发明实现对感光套件的采集参数的及时设置，可以适用不同环境下的自动化数据采集。

其中，采集环境检测装置108可以有一个或多个。例如，采集环境检测装置108可以有一个或四个。

其中，一个采集环境检测装置108可以针对四组感光套件102a～102d检测采集环境条件，处理器104接收采集环境条件，并且向感光套件102a～102d发送采集参数。

其中，四个采集环境检测装置108可以针对每组感光套件102a～102d分别检测采集环境条件，处理器104接收采集环境条件，并且向感光套件102a～102d发送采集参数。

其中，采集环境检测装置108可以实时检测采集环境条件。采集环境检测装置108也可以每隔固定时间检测采集环境条件。

其中，感光套件102a～102d自身可以具有实现采集环境检测装置108相关功能的采集装置，因此装置100也可以不包括采集环境检测装置108，而是由感光套件102a～102d检测采集环境条件，并且向处理器104发送采集环境条件。处理器104接收采集环境条件，并且向感光套件102a～102d发送采集参数。因此，本发明的感光套件102a～102d自身也可以检测并且发送采集环境条件，从而简化了全景数据采集装置。

具体地，处理器104接收采集环境条件，判断是否需要向感光套件102a～102d发送采集参数。如果需要，则根据采集环境条件确定采集参数，并且向感光套件102a～102d发送采集参数。如果不需要，则不向感光套件102a～102d发送采集参数。

其中，处理器104接收采集环境条件，可以针对四组感光套件102a～102d判断是否需要向四组感光套件102a～102d发送采集参数。例如，处理器104接收采集环境条件，判断需要向四组感光套件102a～102d发送采集参数，则向四组感光套件102a～102d发送采集参数，或者判断不需要向四组感光套件102a～102d发送采集参数，则不向四组感光套件102a～102d发送采集参数。因此，本发明可以对四组感光套件102a～102d同时设置采集参数。

其中，处理器104接收采集环境条件，可以针对每组感光套件102a～102d分别判断是否需要向每组感光套件102a～102d发送采集参数。例如，处理器104接收采集环境条件，判断需要向三组感光套件102a～102c发送采集参数，则向三组感光套件102a～102c发送采集参数，而不向感光套件102d发送采集参数。因此，本发明可以对四组感光套件102a～102d分别设置采集参数。

其中，处理器104接收采集环境条件，判断接收的采集环境条件与上一次接收的采集环境条件是否在同一阈值范围内。如果是，则不需要向感光套件102a～102d发送采集参数，否则需要向感光套件102a～102d发送采集参数。如果处理器104是第一次接收到采集环境条件，则需要向感光套件102a～102d发送采集参数。

例如，处理器104第一次接收到采集环境条件，则需要向感光套件102a～102d发送采集参数。处理器104第二次接收到采集环境条件，判断第二次接收的采集环境条件与第一次接收的采集环境条件是否在同一阈值范围内，假设在同一阈值范围内，则不需要向感光套件102a～102d发送采集参数。处理器104第三次接收到采集环境条件，判断第三次接收的采集环境条件与第二次接收的采集环境条件是否在同一阈值范围内，假设不在同一阈值范围内，则需要向感光套件102a～102d发送采集参数。

其中，处理器104接收采集环境条件，判断接收的采集环境条件与上一次发送的采集参数所对应的采集环境条件是否在同一阈值范围内。如果是，则不需要向感光套件102a～102d发送采集参数，否则需要向感光套件102a～102d发送采集参数。如果处理器104是第一次接收到采集环境条件，则需要向感光套件102a～102d发送采集参数。

例如，处理器104第一次接收到采集环境条件，则需要向感光套件102a～102d发送采集参数。处理器104第二次接收到采集环境条件，判断第二次接收的采集环境条件与第一次发送的采集参数所对应的采集环境条件是否在同一阈值范围内，假设在同一阈值范围内，则不需要向感光套件102a～102d发送采集参数。处理器104第三次接收到采集环境条件，判断第三次接收的采集环境条件与第一次发送的采集参数所对应的采集环境条件是否在同一阈值范围内，假设不在同一阈值范围内，则需要向感光套件102a～102d发送采集参数。

其中，可以有一个或多个阈值范围，阈值范围用于对采集环境条件进行分类。可以预先设置阈值范围，例如0-50、51-100等。

其中，处理器104第一次接收到采集环境条件，可以指装置100开机后处理器104第一次接收到采集环境条件，可以指接收到来自用户的采集指令后处理器104第一次接收到采集环境条件，也可以指装置100执行新的采集任务(例如，装置100暂停采集一段时间后，重新进行采集)后处理器104第一次接收到采集环境条件等。

具体地，处理器104根据采集环境条件，查阅采集参数文件以确定采集参数，并且向感光套件102a～102d发送采集参数，其中采集参数文件用于存储一组或多组采集环境条件以及与采集环境条件相对应的采集参数。

其中，处理器104中可以存储采集参数文件，可以通过预先将感光套件放置在不同的采集环境条件中，人工调整以得到与采集环境条件相对应的采集参数，从而获得采集参数文件。也可以从第三方获得采集参数文件。

具体地，处理器104根据采集环境条件，代入采集参数计算公式以确定采集参数，并且向感光套件102a～102d发送采集参数，其中采集参数计算公式用于计算与采集环境条件相对应的采集参数。

其中，处理器104中可以存储采集参数计算公式，可以通过推算采集环境条件和采集参数的数学关系以获得采集参数计算公式。也可以从第三方获得采集参数计算公式。

具体地，采集环境条件包括光照条件。应该理解的是，采集环境条件还包括其他影响采集质量的条件限制。

其中，光照条件例如是光照强度。因此，本发明可以针对光照强度而选择最优的采集参数，避免出现曝光过度、曝光不足等现象。

具体地，采集参数包括快门速度、光圈、感光度、焦距和/或白平衡。应该理解的是，采集参数还包括其他影响采集质量的相机参数。

其中，感光套件102a～102d根据采集参数进行自设置以采集数据。因此，本发明可以选择适合采集环境条件的最优的快门速度、光圈、感光度、焦距和/或白平衡，从而得到最优的数据。

具体地，四组感光套件102a～102d分别面向不同的方向，并且相邻的感光套件102a～102d的视场存在部分重合。

其中，四组感光套件102a～102d可以均匀地分布在水平面并且分别面向东、南、西、北四个不同的方向，每组感光套件102a～102d的水平视场大于90°并且相邻的感光套件102a～102d的水平视场存在部分重合。因此，本发明可以至少覆盖水平360°的场景。

其中，感光套件还具有垂直视场。此外，装置100可以包括N组感光套件，其中N大于或等于2，并且N组感光套件可以分布在水平面、竖直面等。因此，本发明可以至少覆盖水平和竖直的场景。

本发明的第二实施方式涉及一种基于工业相机和工业镜头的全景数据采集装置。图2示出基于工业相机和工业镜头的全景数据采集装置的另一结构示意图。

如图2所示，与第一实施方式相比，装置100还包括盒体110，感光套件102a～102d被固定在盒体110内。

其中，装置100包括盒体110，盒体110自身具备良好的防水、防尘、防晒、防冻等性能，可以进一步保护本发明的感光套件102a～102d，并且盒体110具有固定装置，感光套件102a～102d被固定在盒体110内，避免本发明的感光套件102a～102d在运动甚至震动过程中产生位移。应该理解的是，装置100可以包括一个或多个盒体。

例如，装置100可以包括一个盒体，四组感光套件102a～102d被固定在一个盒体内。

例如，装置100可以包括四个盒体，四组感光套件102a～102d被分别固定在四个盒体内。

例如，装置100可以包括五个盒体，四组感光套件102a～102d被分别固定在四个盒体内之后，再被固定在一个盒体内。

本发明的第三实施方式涉及一种基于工业相机和工业镜头的全景数据采集装置。图3示出基于工业相机和工业镜头的全景数据采集装置的又一结构示意图。

如图3所示，与第一实施方式相比，装置100还包括导航装置112，导航装置112与处理器104相连。导航装置112向处理器104发送导航数据，处理器104接收导航数据，并且向同步装置106发送采集指令。

其中，装置100被架设在例如车辆等移动装置上，装置100包括导航装置112，导航装置112可以实时向处理器104发送导航数据，也可以每隔固定时间向处理器104发送导航数据，从而使得本发明可以用于全景电子地图服务领域。

具体地，处理器104接收导航数据，判断是否需要向同步装置106发送采集指令。如果需要，则向同步装置106发送采集指令。如果不需要，则不向同步装置106发送采集指令。

其中，处理器104接收导航数据，确定接收的导航数据与上一次发送采集指令时接收的导航数据之间的导航距离，如果导航距离大于或等于阈值距离，则需要向同步装置106发送采集指令，否则不需要向同步装置106发送采集指令。如果处理器104是第一次接收到导航数据，则需要向同步装置106发送采集指令。

例如，处理器104第一次接收到导航数据，则需要向同步装置106发送采集指令。处理器104第二次接收到导航数据，确定第二次接收的导航数据与第一次发送采集指令时接收的导航数据之间的导航距离，假设导航距离小于阈值距离，则不需要向同步装置106发送采集指令。处理器104第三次接收到导航数据，确定第三次接收的导航数据与第一次发送采集指令时接收的导航数据之间的导航距离，假设导航距离大于或等于阈值距离，则需要向同步装置106发送采集指令。

其中，可以预先设置阈值距离，例如10米，并且可以随时修改阈值距离，例如修改为8米。

其中，处理器104第一次接收到导航数据，可以指装置100开机后处理器104第一次接收到导航数据，可以指接收到来自用户的采集指令后处理器104第一次接收到导航数据，也可以指装置100执行新的采集任务(例如，装置100暂停采集一段时间后，重新进行采集)后处理器104第一次接收到导航数据等。

其中，装置100也可以独立于导航装置112而存在，以使得本发明可以用于其他领域。

图4示出工业相机的结构示意图。如图4所示，工业相机具有电子快门外触发接口202和数据接口204。

具体地，同步装置与感光套件中的工业相机的电子快门外触发接口202相连。

其中，工业相机具有电子快门外触发接口202，电子快门外触发接口202用于接收采集指令以触发工业相机的电子快门，电子快门外触发接口202也可以用于供电，同步装置与电子快门外触发接口202有线地和/或无线地相连。与基于单反相机的全景数据采集装置相比，由于单反相机不具有电子快门外触发接口，因此单反相机的数据接口用于接收采集指令，并且由单反相机自带的软件系统触发单反相机的机械快门，本发明可以降低触发快门的时间误差。

具体地，处理器与感光套件中的工业相机的数据接口204相连。

其中，工业相机具有数据接口204，数据接口204用于发送采集的数据和接收采集参数，并且在上面描述的由感光套件检测采集环境条件的情况下，数据接口204也用于发送采集环境条件，此外数据接口204也可以用于供电，处理器与数据接口204有线地和/或无线地相连。与基于单反相机的全景数据采集装置相比，本发明将采集指令和采集的数据分开传输，降低同步误差。

上面结合附图对本发明的实施方式做了详细说明，但本发明技术方案的使用不仅仅局限于本专利实施方式中提及的各种应用，各种结构和变型都可以参考本发明技术方案轻易地实施，以达到本文中提及的各种有益效果。在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，在不脱离本发明宗旨的前提下做出的各种变化，均应归属于本发明专利涵盖范围。

Claims (12)

1.一种基于工业相机和工业镜头的全景数据采集装置，其特征在于，所述装置包括多组感光套件、处理器、同步装置以及采集环境检测装置，所述感光套件与所述处理器相连，所述同步装置分别与所述感光套件和所述处理器相连，所述采集环境检测装置与所述处理器相连；所述感光套件包括工业相机和工业镜头；所述处理器向所述同步装置发送采集指令；所述同步装置在接收到所述采集指令后，同时向多组所述感光套件发送所述采集指令；所述感光套件在接收到所述采集指令后，同时采集数据，并且向所述处理器发送采集的所述数据；所述采集环境检测装置检测采集环境条件，并且向所述处理器发送所述采集环境条件；所述处理器接收所述采集环境条件，并且向所述感光套件发送采集参数。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述处理器接收所述采集环境条件，判断是否需要向所述感光套件发送所述采集参数；如果需要，则根据所述采集环境条件确定所述采集参数，并且向所述感光套件发送所述采集参数；如果不需要，则不向所述感光套件发送所述采集参数。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述处理器根据所述采集环境条件，查阅采集参数文件以确定所述采集参数，并且向所述感光套件发送所述采集参数，其中所述采集参数文件用于存储一组或多组所述采集环境条件以及与所述采集环境条件相对应的所述采集参数。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述处理器根据所述采集环境条件，代入采集参数计算公式以确定所述采集参数，并且向所述感光套件发送所述采集参数，其中所述采集参数计算公式用于计算与所述采集环境条件相对应的所述采集参数。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其特征在于，所述采集环境条件包括光照条件。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其特征在于，所述采集参数包括快门速度、光圈、感光度、焦距和/或白平衡。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述同步装置与所述感光套件中的所述工业相机的电子快门外触发接口相连。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述处理器与所述感光套件中的所述工业相机的数据接口相连。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括盒体，所述感光套件被固定在所述盒体内。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括导航装置，所述导航装置与所述处理器相连；所述导航装置向所述处理器发送导航数据；所述处理器接收所述导航数据，并且向所述同步装置发送所述采集指令。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述处理器接收所述导航数据，判断是否需要向所述同步装置发送所述采集指令；如果需要，则向所述同步装置发送所述采集指令；如果不需要，则不向所述同步装置发送所述采集指令。

12.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，多组所述感光套件分别面向不同的方向，并且相邻的所述感光套件的视场存在部分重合。