CN111324001A - 用于全景成像的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明构思涉及用于全景成像的系统，其包括：中央摄像机、第一和第二侧向摄像机，被布置为在相对于旋转轴的不同方向上对场景进行成像，并且各自具有包括透镜组件和图像传感器的成像系统，其中第一和第二侧向摄像机被布置在中央摄像机的相对的侧面；倾斜机构，能够使该系统关于旋转轴倾斜；以及图像处理单元，包括被配置为将由中央摄像机、第一和第二侧向摄像机捕获的图像拼接在一起以形成场景的全景图像的拼接功能，全景图像具有虚拟地平线，并且一旦该系统倾斜，图像处理单元就维持全景图像的虚拟地平线在场景中的位置；其中第一和第二侧向摄像机的成像系统在垂直于旋转轴的方向上具有比中央摄像机的成像系统更大的视场。

Description

用于全景成像的系统
技术领域
本发明涉及一种用于全景成像的可倾斜系统。
背景技术
全景成像是用于产生具有扩大的水平视场的图像的公知技术。全景成像的典型实施方式包括用于从不同方向捕获场景的多个图像的摄像机。通常，摄像机会在连续图像之间摇摄，并且各个单独的图像被对齐并组合成全景图。
然而，当使摄像机摇摄以全景监视一场景时，问题在于该场景可能在摄像机移动期间改变，导致伪像的产生，尤其是在重叠区域中或重叠区域附近。这通常会导致其中例如车辆或人的特征在多处可见的全景图。场景中的移动也可能导致重影失真。全景成像中的另一个问题是场景中的直线可能会在描述场景的全景图中弯曲，这是以平面图像表示弯曲视图的结果。通常，沿着全景图中心的地平线，全景图中的这些图像失真最小，并且失真随着到中心地平线的距离增加而增加。例如，在地平线上，场景中的直线在全景图中看起来是直的，而场景中的直线在全景图中离地平线越远(例如在顶部或底部附近)则弯曲得越多。在允许摄像机倾斜的情况下，对于全景成像而言，这些问题甚至变得更加严重。在倾斜期间，上述图像失真导致全景图中的图像流非常复杂。接下来，对于负责监视场景的人或图像查看算法来说，这将难以解释。因此，需要一种改进的用于全景成像的系统。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种用于全景成像的可倾斜系统。
目的是单独地或以任何组合的方式缓和、减轻或消除本领域中上述缺陷和缺点中的一个或多个，并且至少解决上述问题。
根据第一方面，提供了一种用于场景的全景成像的可倾斜系统。可倾斜系统包括：中央摄像机、第一侧向摄像机和第二侧向摄像机，中央摄像机、第一侧向摄像机和第二侧向摄像机被布置为在相对于旋转轴的不同方向上对场景进行成像，其中第一侧向摄像机和第二侧向摄像机被布置在中央摄像机的相对的侧面，其中中央摄像机、第一侧向摄像机和第二侧向摄像机各自具有包括透镜组件和图像传感器的成像系统；倾斜机构，能够使用于全景成像的可倾斜系统关于旋转轴倾斜；以及图像处理单元，包括被配置为将由中央摄像机、第一侧向摄像机和第二侧向摄像机捕获的图像拼接在一起以形成场景的全景图像的拼接功能，全景图像具有虚拟地平线，并且一旦用于全景成像的可倾斜系统倾斜，图像处理单元就维持全景成像的虚拟地平线在场景中的位置；其中第一侧向摄像机和第二侧向摄像机的成像系统在垂直于旋转轴的方向上具有比中央摄像机的成像系统更大的视场。
在本申请的上下文中，词语“透镜组件”应被解释为，被配置为将场景成像到摄像机的图像传感器上的光学元件。
在本申请的上下文中，词语“虚拟地平线”应被解释为全景图像中的线，在该线处全景图像中的失真最小。换句话说，虚拟地平线可以是全景图像中失真最小的线。全景图像中的失真可以是对各个图像进行拼接的结果。
维持全景图像的虚拟地平线在场景中的位置可以对应于：一旦使可倾斜系统倾斜，在由摄像机捕获的每个图像中虚拟地平线的部分就向上和向下移动。由于每个图像可能在相对于彼此不同的侧向方向上捕获，因此虚拟地平线在全景图的侧向延伸上可以不同地偏移。一旦可倾斜系统倾斜，虚拟地平线就可以针对更大的侧向角比在中心处偏移更少。在用于全景成像的现有技术系统中，当虚拟地平线被拉直时，图像中将没有足够的数据，这就是为什么全景图会以难看的方式被裁剪的原因。
通过利用本发明构思，由于第一侧向摄像机和第二侧向摄像机的成像系统的视场在垂直于旋转轴的方向上比中央摄像机的成像系统更大，因此可以维持全景图像中虚拟地平线的位置。因而，本可倾斜系统通过维持全景图像的虚拟地平线在场景中的位置，来减小使用于全景成像的可倾斜系统倾斜时全景图像中图像流的复杂性。因而，本用于全景成像的可倾斜系统导致更适合于场景的全景监视的系统。
第一侧向摄像机和第二侧向摄像机的透镜组件可以被配置为提供比中央摄像机的透镜组件更大的视场。
第一侧向摄像机和第二侧向摄像机的透镜组件提供比中央摄像机的透镜组件更大的视场的优点在于，可以在侧向摄像机和中央摄像机中使用相同类型的图像传感器。针对侧向摄像机和中央摄像机使用相同类型的图像传感器可以减小用于形成全景图像的图像拼接的复杂性。减小图像拼接的复杂性可以减小形成全景图像所需的计算能力和相关的成本。
第一侧向摄像机和第二侧向摄像机的透镜组件的变焦设定可以被配置为提供比中央摄像机的透镜组件的变焦设定更大的视场。
将第一侧向摄像机和第二侧向摄像机的透镜组件的变焦设定配置为提供比中央摄像机的透镜组件的变焦设定更大的视场的优点在于，可以针对侧向摄像机和中央摄像机使用相同类型的摄像机和透镜组件。针对侧向摄像机和中央摄像机使用相同类型的摄像机和透镜组件可以减小用于形成全景图像的图像拼接的复杂性。减小图像拼接的复杂性可以减小形成全景图像所需的计算能力和相关的成本。
用于全景成像的可倾斜系统可以进一步包括控制器，控制器被配置为控制第一侧向摄像机和第二侧向摄像机的透镜组件的变焦设定，其中第一侧向摄像机和第二侧向摄像机的透镜组件的变焦设定可以基于用于全景成像的可倾斜系统的倾斜。
使第一侧向摄像机和第二侧向摄像机的透镜组件的变焦设定基于用于全景成像的可倾斜系统的倾斜的优点在于，可以基于可倾斜系统的倾斜而设定第一侧向摄像机和第二侧向摄像机的视场。换句话说，第一侧向摄像机和第二侧向摄像机可以被配置为利用维持虚拟地平线的位置所需的视场来捕获场景。因而，可以更有效地使用第一侧向摄像机和第二侧向摄像机的图像传感器。进一步地，可以减小与由第一侧向摄像机和第二侧向摄像机捕获的图像数据关联的带宽需求。
用于全景成像的可倾斜系统可以进一步包括陀螺仪，陀螺仪被配置为确定用于全景成像的可倾斜系统的倾斜。
可倾斜系统进一步包括陀螺仪的优点在于，可以直接确定可倾斜系统的倾斜。使用陀螺仪直接确定可倾斜系统的倾斜的进一步的优点可以是，不需要从全景图像确定倾斜，从而减小了可倾斜系统所需的处理能力。
可倾斜系统进一步包括陀螺仪的进一步的优点在于，当在全景图像中维持虚拟地平线的位置时可以使用可倾斜系统的倾斜。
第一侧向摄像机和第二侧向摄像机的图像传感器可以在垂直于旋转轴的方向上具有比中央摄像机的图像传感器更大的延伸，从而在垂直于旋转轴的方向上提供更大的视场。
中央摄像机、第一侧向摄像机和第二侧向摄像机的图像传感器可以是矩形的，其中第一侧向摄像机和第二侧向摄像机的图像传感器可以被定向为其长边相对于旋转轴成一角度，并且其中中央摄像机的图像传感器可以被定向为其长边平行于旋转轴，从而在垂直于旋转轴的方向上提供更大的视场。
将第一侧向摄像机和第二侧向摄像机的图像传感器定向为其长边相对于旋转轴成一角度的优点在于，可以针对侧向摄像机和中央摄像机使用相同类型的图像传感器。针对侧向摄像机和中央摄像机使用相同类型的图像传感器可以减小用于形成全景图像的图像拼接的复杂性。减小图像拼接的复杂性可以减小形成全景图像所需的计算能力和相关的成本。
倾斜机构可以包括倾斜电机。
倾斜机构包括倾斜电机的优点在于，可倾斜系统的倾斜可由操作员远程控制。
在本申请的上下文中，词语“操作员”应被解释为负责操作用于全景成像的可倾斜系统的人。
第一侧向摄像机描绘的场景的一部分可以与中央摄像机描绘的场景的第一部分部分重叠，并且其中第二侧向摄像机描绘的场景的一部分可以与中央摄像机描绘的场景的第二部分部分重叠。
使第一侧向摄像机和中央摄像机描绘的场景的部分部分重叠的优点在于，由于场景中的一个或多个特征可以同时在第一侧向图像和中央图像两者中描绘，所以可以实现第一侧向图像和中央图像的更好的对齐。
使第二侧向摄像机和中央摄像机描绘的场景的部分部分重叠的优点在于，由于场景中的一个或多个特征可以同时在第二侧向图像和中央图像两者中描绘，所以可以实现第二侧向图像和中央图像的更好的对齐。
图像处理单元可以进一步包括：特征识别功能，被配置为识别中央图像、第一侧向图像和第二侧向图像中与虚拟地平线有关的特征；图像数据变换功能，被配置为对第一侧向图像和第二侧向图像的图像数据进行空间变换，其中空间变换基于虚拟地平线的位置；以及对齐功能，被配置为将中央图像中与虚拟地平线有关的特征与第一侧向图像和第二侧向图像中与虚拟地平线有关的特征对齐。
使空间变换基于全景图像中虚拟地平线的位置的优点在于，可以在用于全景成像的可倾斜系统倾斜时减小图像流的复杂性。
特征识别功能可以进一步被配置为基于中央图像、第一侧向图像和/或第二侧向图像中的所识别的特征来确定可倾斜系统的倾斜的改变。
特征识别功能进一步被配置为基于图像中所识别的特征来确定可倾斜系统的倾斜的改变的优点在于，可以不需要诸如陀螺仪的附加传感器来跟踪可倾斜系统的倾斜。
图像数据变换功能中的空间变换可以进一步基于可倾斜系统的倾斜。
使空间变换基于可倾斜系统的倾斜的优点在于，可以减小维持全景图像中虚拟地平线的位置所需的处理能力。
图像数据变换功能中的空间变换可以进一步基于用于全景成像的可倾斜系统的模型。
使图像数据变换功能基于用于全景成像的可倾斜系统的模型的优点在于，可以允许减少全景图像中的图像失真。
图像处理单元可以进一步包括裁剪功能，裁剪功能被配置为将全景图像裁剪为矩形形状。
用于全景成像的可倾斜系统可以进一步包括：第三侧向摄像机和第四侧向摄像机，其被布置为在相对于旋转轴的不同方向上对场景进行成像，其中第三侧向摄像机和第四侧向摄像机被布置在第一侧向摄像机和第二侧向摄像机的相对的侧面，其中第三侧向摄像机和第四侧向摄像机各自具有包括透镜组件和图像传感器的成像系统；其中拼接功能进一步被配置为将中央摄像机、第一侧向摄像机、第二侧向摄像机、第三侧向摄像机和第四侧向摄像机捕获的图像拼接在一起，以形成场景的全景图像；并且其中第三侧向摄像机和第四侧向摄像机的成像系统在垂直于旋转轴的方向上具有比第一侧向摄像机和第二侧向摄像机的成像系统更大的视场。
用于全景成像的可倾斜系统进一步包括第三侧向摄像机和第四侧向摄像机的优点可以是用于全景成像的可倾斜系统的增大的侧向视场。
用于全景成像的可倾斜系统可以进一步包括：被布置为在相对于旋转轴的方向上对场景进行成像的另一个中央摄像机，其中另一个中央摄像机被布置在中央摄像机的侧面，其中第一侧向摄像机和第二侧向摄像机被布置在中央摄像机和另一个中央摄像机的相对的侧面，其中另一个中央摄像机具有包括透镜组件和图像传感器的成像系统；并且其中拼接功能进一步被配置为将由中央摄像机、另一个中央摄像机和侧向摄像机捕获的图像拼接在一起，以形成场景的全景图像。
用于全景成像的可倾斜系统进一步包括另一个中央摄像机的优点可以是用于全景成像的可倾斜系统的增大的侧向视场。
本公开进一步的应用范围将从以下给出的具体实施方式变得显而易见。然而，应当理解的是具体实施方式和特定示例在指示本发明构思的优选变形的同时仅通过示例给出，因为根据该具体实施方式，本发明构思的范围内的各种改变和修改对本领域技术人员是显而易见的。
因此，应当理解，本发明构思不限于所描述的系统的特定部件部分，因为这样的系统可以变化。也可以理解的是，本文使用的术语的目的是只描述特定实施例，并且不是为了限制。必须注意的是，如说明书和所附权利要求中使用的，冠词“一”、“该”、“所述”旨在表示存在一个或多个元件，除非上下文另外清楚指出。因此，例如，提及“一单元”或“所述单元”可以包括几个设备等。此外，词语“包括”、“包含”和类似词语不排除其他元件。
附图说明
现在将参考示出本发明实施例的附图更详细地描述本发明的上述和其它方面。附图不应当被认为将本发明限制为具体的实施例，而是用于解释和理解本发明。
如图所示，为了图示的目的层和区域的尺寸被放大，并因此被提供来图示本发明的实施例的一般结构。贯穿全文，相同的附图标记表示相同的元件。
图1示出用于全景成像的可倾斜系统的顶视图。
图2A示出用于全景成像的可倾斜系统中的中央摄像机的侧视图。
图2B示出用于全景成像的可倾斜系统中的第一侧向摄像机的侧视图。
图3A示出由用于全景成像的可倾斜系统捕获的图像。
图3B示出由倾斜的用于全景成像的可倾斜系统捕获的图像。
图4A示出由用于全景成像的本系统捕获的空间变换后图像。
图4B示出由用于全景成像的现有技术系统捕获的空间变换后图像。
具体实施方式
现在将在下文中参考附图更充分地描述本发明构思，附图中示出了本发明构思的当前优选的变形。然而，本发明构思可以以许多不同的形式来实施，并且不应被解释为限于本文阐述的变形；相反，提供这些变形是为了全面且完整，并将本发明构思的范围充分传达给技术人员。
图1示出用于场景的全景成像的可倾斜系统10。可倾斜系统10包括被布置为在相对于旋转轴102的不同方向112、122、132上对场景进行成像的中央摄像机110、第一侧向摄像机120和第二侧向摄像机130。中央摄像机110、第一侧向摄像机120和第二侧向摄像机130可以沿着直线布置。可替代地，中央摄像机110、第一侧向摄像机120和第二侧向摄像机130可以沿着曲线布置。中央摄像机110、第一侧向摄像机120和第二侧向摄像机130可以被布置在垂直于旋转轴102的方向104上的不同高度上。中央摄像机110可以在中央方向112上对场景进行成像。第一侧向摄像机120可以在第一方向122上对场景进行成像。第二侧向摄像机130可以在第二方向132上对场景进行成像。中央方向112与第一方向122之间的角度可以小于90°。中央方向112与第二方向132之间的角度可以小于45°。
第一侧向摄像机120和第二侧向摄像机130被布置在中央摄像机110的相对的侧面。中央摄像机110、第一侧向摄像机120和第二侧向摄像机130各自具有包括透镜组件114、124、134和图像传感器116、126、136的成像系统。透镜组件114、124、134可以是多个透镜、摄像机物镜和/或变焦物镜。图像传感器116、126、136可以是CCD和/或CMOS传感器。中央摄像机110、第一侧向摄像机120和第二侧向摄像机130的相对位置可以是固定的。换句话说，中央摄像机110、第一侧向摄像机120和第二侧向摄像机130相对于彼此可以具有被限制的移动。用于全景成像的可倾斜系统10可以针对中央摄像机110、第一侧向摄像机120和第二侧向摄像机130的相对位置被校准。可倾斜系统10可以针对中央摄像机110、第一侧向摄像机120和第二侧向摄像机130之间的差别被校准。可倾斜系统10可以针对中央摄像机110、第一侧向摄像机120和第二侧向摄像机130的图像传感器116、126、136的参数被校准。图像传感器116、126、136的参数可以是量子效率、曝光时间、传感器增益、像素数量和像素密度中的一个或多个。可倾斜系统10可以针对中央摄像机110、第一侧向摄像机120和第二侧向摄像机130的透镜组件114、124、134的参数被校准。透镜组件114、124、134的参数可以是放大倍数和透射率中的一个或多个。可倾斜系统10可以针对可倾斜系统10的摄像机110、120、130的固有参数被校准。固有参数可以包括光轴和成像失真。可倾斜系统10可以针对可倾斜系统10的非固有参数被校准。非固有参数可以包括可倾斜系统10的摄像机110、120、130的个体姿势。
可倾斜系统10进一步包括能够使用于全景成像的可倾斜系统10关于旋转轴102倾斜的倾斜机构140。倾斜机构140可以是可固定的，从而确保用于全景成像的可倾斜系统10的倾斜。
可倾斜系统10进一步包括图像处理单元150，图像处理单元150包括拼接功能152，拼接功能152被配置为将由中央摄像机110、第一侧向摄像机120和第二侧向摄像机130捕获的图像310、320、330拼接在一起以形成场景的全景图像。图像310、320、330包括中央图像310、第一侧向图像320和第二侧向图像330。中央图像310由中央摄像机110捕获。第一侧向图像320由第一侧向摄像机120捕获。第二侧向图像330由第二侧向摄像机130捕获。将关于图3A至图3B和图4A描述图像的拼接。
全景图像具有虚拟地平线，并且图像处理单元150进一步被配置为一旦用于全景成像的可倾斜系统10倾斜，就维持全景图像的虚拟地平线在场景中的位置。图像处理单元150可以是通用处理单元。图像处理单元150可以是片上系统。
第一侧向摄像机120和第二侧向摄像机130的成像系统在垂直于旋转轴102的方向104上具有比中央摄像机110的成像系统更大的视场204。将关于图2A至图2B描述中央摄像机110和侧向摄像机200的视场214、204。
第一侧向摄像机120和第二侧向摄像机130的透镜组件124、134可以被配置为提供比中央摄像机110的透镜组件114更大的视场204。第一侧向摄像机120和第二侧向摄像机130的透镜组件124、134可以包括具有比中央摄像机110的透镜组件114更短的焦距的光学元件。第一侧向摄像机120和第二侧向摄像机130的透镜组件124、134可以包括具有比中央摄像机110的透镜组件114更小的放大倍数的光学元件。
第一侧向摄像机120和第二侧向摄像机130的透镜组件124、134的变焦设定可以被配置为提供比中央摄像机110的透镜组件114的变焦设定更大的视场204。
用于全景成像的可倾斜系统10可以进一步包括控制器160，控制器160被配置为控制第一侧向摄像机120和第二侧向摄像机130的透镜组件124、134的变焦设定，其中第一侧向摄像机120和第二侧向摄像机130的透镜组件124、134的变焦设定可以基于用于全景成像的可倾斜系统10的倾斜。控制器160可以进一步被配置为控制中央摄像机110的透镜组件114的变焦设定。第一侧向摄像机120和第二侧向摄像机130的透镜组件124、134的变焦设定可以随着用于全景成像的可倾斜系统10的倾斜角的改变而变化。
用于全景成像的可倾斜系统10可以进一步包括陀螺仪170，陀螺仪170被配置为确定用于全景成像的可倾斜系统10的倾斜。
如图1和图2A所例示，陀螺仪170可以被布置在中央摄像机110附近。
第一侧向摄像机120和第二侧向摄像机130的图像传感器126、136可以在垂直于旋转轴102的方向104上具有比中央摄像机110的图像传感器116更大的延伸，从而在垂直于旋转轴102的方向104上提供更大的视场204。
第一侧向摄像机120和第二侧向摄像机130的图像传感器126、136在平行于旋转轴102的方向上可以具有比中央摄像机110的图像传感器116更大的延伸。
中央摄像机110、第一侧向摄像机120和第二侧向摄像机130的图像传感器116、126、136可以是矩形的，其中第一侧向摄像机120和第二侧向摄像机130的图像传感器126、136可以被定向为其长边相对于旋转轴102成一角度，并且其中中央摄像机110的图像传感器116可以被定向为其长边平行于旋转轴102，从而在垂直于旋转轴102的方向104上提供更大的视场204。
第一侧向摄像机120和第二侧向摄像机130可以被定向为其长边相对于旋转轴102成90°的角度。
倾斜机构140可以包括倾斜电机142。倾斜电机142可以由控制器160控制。
第一侧向摄像机120描绘的场景的一部分可以与中央摄像机110描绘的场景的第一部分312部分重叠，其中第二侧向摄像机130描绘的场景的一部分可以与中央摄像机110描绘的场景的第二部分314部分重叠。关于图3A至图3B描述部分重叠。
图像处理单元150可以进一步包括特征识别功能154、图像数据变换功能156和对齐功能158，特征识别功能154被配置为识别中央图像310、第一侧向图像320和第二侧向图像330中与虚拟地平线有关的特征302；图像数据变换功能156被配置为对中央图像310、第一侧向图像320和第二侧向图像330的图像数据进行空间变换，其中，空间变换基于虚拟地平线的位置；对齐功能158被配置为将中央图像310中与虚拟地平线有关的特征302与第一侧向图像320和第二侧向图像330中与虚拟地平线有关的特征302对齐。
图像数据变换功能156的空间变换可以将中央图像310、第一侧向图像320和第二侧向图像330的图像数据变换为使得虚拟地平线在生成的全景图像中是直的。图像数据变换功能156的空间变换可以包括投影。投影可以是圆柱形投影或球形投影。
特征识别功能154可以进一步被配置为基于中央图像310、第一侧向图像320和/或第二侧向图像330中的所识别的特征来确定可倾斜系统10的倾斜的改变。
图像数据变换功能156中的空间变换可以进一步基于可倾斜系统10的倾斜。
图像数据变换功能156中的空间变换可以进一步基于用于全景成像的可倾斜系统10的模型。
用于全景成像的可倾斜系统10的模型可以包括关于中央摄像机110、第一侧向摄像机120和/或第二侧向摄像机130的位置的信息。用于全景成像的可倾斜系统10的模型可以包括关于中央方向112、第一侧向方向和/或第二侧向方向的信息。用于全景成像的可倾斜系统10的模型可以包括关于中央摄像机110、第一侧向摄像机120和/或第二侧向摄像机130的成像系统的信息。用于全景成像的可倾斜系统10的模型可以包括关于中央摄像机110、第一侧向摄像机120和/或第二侧向摄像机130的透镜组件114、124、134和图像传感器116、126、136的信息。
图像处理单元150可以进一步包括裁剪功能159，其被配置为裁剪全景图像。
用于全景成像的可倾斜系统10可以进一步包括数据总线180。中央摄像机110、第一侧向摄像机120、第二侧向摄像机130、倾斜机构140、倾斜电机142、图像处理单元150、控制器160和/或陀螺仪170可以经由数据总线180通信。
用于全景成像的可倾斜系统10可以进一步包括外壳100。外壳100可以包括图像处理单元150、控制器160和数据总线180。倾斜机构140可以联接到外壳100。
用于全景成像的可倾斜系统10可以进一步包括第三侧向摄像机和第四侧向摄像机，第三侧向摄像机和第四侧向摄像机被布置为在相对于旋转轴102的不同方向上对场景进行成像，其中第三侧向摄像机和第四侧向摄像机被布置在第一侧向摄像机120和第二侧向摄像机130的相对的侧面，其中第三侧向摄像机和第四侧向摄像机各自具有包括透镜组件和图像传感器的成像系统；其中拼接功能152进一步被配置为将中央摄像机110、第一侧向摄像机120、第二侧向摄像机130、第三侧向摄像机和第四侧向摄像机捕获的图像310、320、330拼接在一起，以形成场景的全景图像；并且其中第三侧向摄像机和第四侧向摄像机的成像系统在垂直于旋转轴102的方向104上具有比第一侧向摄像机120和第二侧向摄像机130的成像系统更大的视场。
应当理解，第三侧向摄像机和第四侧向摄像机在适用时可以具有与第一侧向摄像机120和第二侧向摄像机130对应的功能。因此为了避免过度重复而参考以上内容。
用于全景成像的可倾斜系统10可以进一步包括：被布置为在相对于旋转轴102的方向上对场景进行成像的另一个中央摄像机，其中另一个中央摄像机被布置在中央摄像机110的侧面，其中第一侧向摄像机120和第二侧向摄像机130被布置在中央摄像机110和另一个中央摄像机的相对的侧面，其中另一个中央摄像机具有包括透镜组件和图像传感器的成像系统；并且其中拼接功能152进一步被配置为将由中央摄像机110、另一个中央摄像机和侧向摄像机捕获的图像310、320、330拼接在一起，以形成场景的全景图像。
另一个中央摄像机可以是与中央摄像机110相同的类型。另一个中央摄像机和中央摄像机110的成像系统可以在垂直于旋转轴102的方向104上具有类似的视场。另一个中央摄像机和中央摄像机110的成像系统可以在平行于旋转轴102的方向上具有类似的视场。
应当理解，另一个中央摄像机在适用时可以具有与中央摄像机110相对应的功能。因此，为了避免过度重复而参考以上内容。
图2A示出用于全景成像的可倾斜系统10中的中央摄像机110的侧视图。中央摄像机110在垂直于旋转轴102的方向104上具有视场214。
图2B示出用于全景成像的可倾斜系统10中的侧向摄像机200的侧视图。图2B中所示的侧向摄像机200可以对应于第一侧向摄像机120、第二侧向摄像机130、第三侧向摄像机和/或第四侧向摄像机。侧向摄像机200在垂直于旋转轴102的方向104上具有视场204。垂直于旋转轴102的方向104上的视场204大于中央摄像机110的视场214。
图3A示出由用于全景成像的可倾斜系统10捕获的中央图像310、第一侧向图像320和第二侧向图像330。第一侧向图像320和第二侧向图像330可以被重缩放，以使场景中的对象具有与中央图像310中相同的尺寸。如图3A所例示，第一侧向图像320的一部分可以与中央图像310的第一部分312重叠，并且第二侧向图像330的一部分可以与中央图像310的第二部分314重叠。第一侧向图像320和第二侧向图像330由在垂直于旋转轴102的方向104上具有比中央摄像机110更大的视场的摄像机捕获。因而，相比中央图像310，第一侧向图像320和第二侧向图像330在垂直于旋转轴102的方向104上包括场景的更大部分。
如图3A中所示，与虚拟地平线有关的特征302存在于中央图像310、第一侧向图像320和第二侧向图像330中。与虚拟地平线有关的特征302可以由对齐功能158对齐。图像310、320、330可以被拼接在一起以形成全景图像。全景图像可以由裁剪功能159裁剪。裁剪的全景图像可以具有矩形形状。
图3B示出在用于全景成像的可倾斜系统10与图3A的情况相比稍微倾斜时捕获的图像310、320、330。更具体地，图像310、320、330在用于全景成像的可倾斜系统10向下倾斜时被捕获，从而在图像310、320、330中向上偏移与虚拟地平线有关的特征302。为了在图3B中清楚可见的效果，倾斜量被略微放大。与虚拟地平线有关的特征302在图像310、320、330中被向上偏移，并且由于第一侧向摄像机120和第二侧向摄像机130被布置为在与中央摄像机110不同的方向122、132上对场景进行成像，因此在每个图像310、320、330的侧向延伸上，偏移会不同。如图3B所例示，在中央图像310中偏移会比在第一侧向图像320和第二侧向图像330中更大。对于外侧位置中的图像部分，第一侧向图像320和第二侧向图像330中的偏移会比更靠近中央图像310的图像部分小。中央图像310、第一侧向图像320和第二侧向图像330的图像数据被空间变换，以使虚拟地平线在由中央图像310、第一侧向图像320和第二侧向图像330形成的全景图像中是直的。当对图像数据进行空间变换以使虚拟地平线在全景图像中是直的时，外侧位置中的图像部分进一步沿着垂直于旋转轴102的方向104移动。这将关于图4A进行描述。如果在空间变换之后与虚拟地平线有关的特征302附近的图像数据丢失，则全景图像可能以难看的方式裁剪。由于相比中央图像310，第一侧向图像320和第二侧向图像330在垂直于旋转轴102的方向104上包括场景的更大部分，因此与所有摄像机在垂直于旋转轴102的方向104上具有类似视场的系统相比，第一侧向图像320和第二侧向图像330中与虚拟地平线有关的特征302可以向上偏移更多，而不会丢失与场景关联的图像数据。
图4A示出空间变换后的图像420、430。空间变换后的第一侧向图像420是图3B中的第一侧向图像320的空间变换。空间变换后的第二侧向图像430是图3B中的第二侧向图像320的空间变换。如图4A中所例示，为了产生具有直的虚拟地平线的全景图像，与空间变换后的第一侧向图像420和第二侧向图像430中更靠近中央图像310中心的部分相比，空间变换后的第一侧向图像420和第二侧向图像430的外侧部分在垂直于旋转轴102的方向104上偏移更多。中央图像310可以以类似于空间变换后的第一侧向图像420和第二侧向图像430的方式进行空间变换。换句话说，与中央图像310中更靠近中央图像310中心的部分相比，中央图像310的外侧部分可以在垂直于旋转轴102的方向104上偏移更多。
图4B示出了空间变换后的图像520、530。在现有技术系统中，中央图像510由中央摄像机捕获。在现有技术系统中，空间变换后的第一侧向图像520由第一侧向摄像机捕获。在现有技术系统中，空间变换后的第二侧向图像530由第二侧向摄像机捕获。现有技术系统关于旋转轴502可倾斜。应当理解，由现有技术系统捕获的中央图像510可以以类似于由现有技术系统捕获的空间变换后的第一侧向图像520和第二侧向图像530的方式进行空间变换。现有技术系统中的中央摄像机、第一侧向摄像机和第二侧向摄像机在垂直于旋转轴502的方向504上具有类似的视场。
为了产生类似于图4A中所示示例的具有直的虚拟地平线的全景图像，与空间变换后的第一侧向图像520和第二侧向图像530中更靠近中央图像510中心的部分相比，图4B中空间变换后的第一侧向图像520和第二侧向图像530的外侧位置在垂直于旋转轴502的方向504上偏移更多。
由于在现有技术系统中由第一侧向摄像机和第二侧向摄像机捕获的第一侧向图像和第二侧向图像中不存在与第一部分522和第二部分532相关联的图像数据，因此得到的全景图像将以难看的方式裁剪。因为现有技术的系统中的中央摄像机、第一侧向摄像机和第二侧向摄像机的成像系统在垂直于旋转轴502的方向504上具有类似的视场，所以与第一部分522和第二部分532相关联的图像数据在第一侧向图像和第二侧向图像中不存在。换句话说，在现有技术系统中，由第一侧向摄像机和第二侧向摄像机捕获的第一侧向图像和第二侧向图像中没有足够的图像数据使能够在不使用难看的方式裁剪全景图像的情况下产生具有直的虚拟地平线的全景图像。更具体地，全景图像不具有与第一部分522和第二部分532相关联的图像数据。
将图4B与图4A进行比较，可以认识到，由于图4A中的空间变换后的第一侧向图像420和第二侧向图像430包含与对应于图4B中的第一部分522和第二部分532的部分相关联的图像数据，所以由图4A产生的全景图像不需要以难看的方式进行裁剪。
技术人员会认识到，即使与图3A、图3B、图4A和图4B有关的描述是在系统向下倾斜的上下文下，描述和对应的方向也可以针对系统向上倾斜而调整。
本领域技术人员会认识到，本发明构思绝不限于这里所述的优选变形。相反，在所附权利要求的范围内，许多修改和变形是可能的。
例如，陀螺仪170可以被布置在倾斜机构140附近、第一侧向摄像机120上或者第二侧向摄像机130上，而不是如图1和图2A中所示的布置在中央摄像机110上。
另外，通过研究附图、公开内容和所附的权利要求书，技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解并实现对所公开的变形的变化。

Claims (15)

1.用于场景的全景成像的可倾斜系统(10)，包括：
中央摄像机(110)、第一侧向摄像机(120)和第二侧向摄像机(130)，所述中央摄像机(110)、所述第一侧向摄像机(120)和所述第二侧向摄像机(130)被布置为在相对于旋转轴(102)的不同方向(112、122、132)上对场景进行成像，其中所述第一侧向摄像机(120)和所述第二侧向摄像机(130)被布置在所述中央摄像机(110)的相对的侧面，其中所述中央摄像机(110)、所述第一侧向摄像机(120)和所述第二侧向摄像机(130)各自具有包括透镜组件(114、124、134)和图像传感器(116、126、136)的成像系统；
倾斜机构(140)，能够使所述用于全景成像的可倾斜系统(10)关于所述旋转轴(102)而倾斜；以及
图像处理单元(150)，包括拼接功能(152)，所述拼接功能(152)被配置为将由所述中央摄像机(110)、所述第一侧向摄像机(120)和所述第二侧向摄像机(130)捕获的图像(310、320、330)拼接在一起以形成所述场景的全景图像，所述全景图像具有虚拟地平线，并且一旦所述用于全景成像的可倾斜系统(10)倾斜，所述图像处理单元(150)就维持所述全景图像的所述虚拟地平线在所述场景中的位置；
其中所述第一侧向摄像机(120)和所述第二侧向摄像机(130)的成像系统在垂直于所述旋转轴(102)的方向(104)上具有比所述中央摄像机(110)的成像系统更大的视场(204)。
2.根据权利要求1所述的用于全景成像的可倾斜系统(10)，其中，所述第一侧向摄像机(120)和所述第二侧向摄像机(130)的透镜组件(124、134)被配置为提供比所述中央摄像机(110)的透镜组件(114)更大的视场。
3.根据权利要求1所述的用于全景成像的可倾斜系统(10)，其中所述第一侧向摄像机(120)和所述第二侧向摄像机(130)的透镜组件(124、134)的变焦设定被配置为提供比所述中央摄像机(110)的透镜组件(114)的变焦设定更大的视场。
4.根据权利要求3所述的用于全景成像的可倾斜系统(10)，进一步包括控制器(160)，所述控制器(160)被配置为控制所述第一侧向摄像机(120)和所述第二侧向摄像机(130)的透镜组件(124、134)的变焦设定，其中所述第一侧向摄像机(120)和所述第二侧向摄像机(130)的透镜组件(124、134)的变焦设定基于所述用于全景成像的可倾斜系统10的倾斜。
5.根据权利要求1所述的用于全景成像的可倾斜系统(10)，进一步包括陀螺仪(170)，所述陀螺仪(170)被配置为确定所述用于全景成像的可倾斜系统(10)的倾斜。
6.根据权利要求1所述的用于全景成像的可倾斜系统(10)，其中，所述第一侧向摄像机(120)和所述第二侧向摄像机(130)的图像传感器(126、136)在垂直于所述旋转轴(102)的方向(104)上具有比所述中央摄像机(110)的图像传感器(116)更大的延伸，从而在垂直于所述旋转轴(102)的所述方向(104)上提供更大的视场(204)。
7.根据权利要求6所述的用于全景成像的可倾斜系统(10)，其中，所述中央摄像机(110)、所述第一侧向摄像机(120)和所述第二侧向摄像机(130)的图像传感器(116、126、136)是矩形的，其中所述第一侧向摄像机(120)和所述第二侧向摄像机(130)的图像传感器(126、136)被定向为其长边相对于所述旋转轴(102)成一角度，并且其中所述中央摄像机(110)的图像传感器(116)被定向为其长边平行于所述旋转轴(102)，从而在垂直于所述旋转轴(102)的所述方向(104)上提供更大的视场(204)。
8.根据权利要求1所述的用于全景成像的可倾斜系统(10)，其中所述倾斜机构(140)包括倾斜电机(142)。
9.根据权利要求1所述的用于全景成像的可倾斜系统(10)，其中所述第一侧向摄像机(120)描绘的所述场景的一部分与所述中央摄像机(110)描绘的所述场景的第一部分(312)部分重叠，并且其中所述第二侧向摄像机(130)描绘的所述场景的一部分与所述中央摄像机(110)描绘的所述场景的第二部分(314)部分重叠。
10.根据权利要求1所述的用于全景成像的可倾斜系统(10)，其中所述图像处理单元(150)进一步包括：
特征识别功能(154)，被配置为识别中央图像(310)、第一侧向图像(320)和第二侧向图像(330)中与所述虚拟地平线有关的特征(302)；
图像数据变换功能(156)，被配置为对所述中央图像(310)、所述第一侧向图像(320)和所述第二侧向图像(330)的图像数据进行空间变换，其中所述空间变换基于所述虚拟地平线的位置；以及
对齐功能(158)，被配置为将所述中央图像(310)中与所述虚拟地平线有关的所述特征(302)与所述第一侧向图像(302)和所述第二侧向图像(330)中与所述虚拟地平线有关的所述特征(302)对齐。
11.根据权利要求10所述的用于全景成像的可倾斜系统(10)，其中所述图像数据变换功能(156)中的所述空间变换进一步基于所述可倾斜系统(10)的倾斜。
12.根据权利要求10所述的用于全景成像的可倾斜系统(10)，其中所述图像数据变换功能(156)中的所述空间变换进一步基于所述用于全景成像的倾斜系统(10)的模型。
13.根据权利要求11所述的用于全景成像的可倾斜系统(10)，其中所述图像处理单元(150)进一步包括裁剪功能(159)，所述裁剪功能(159)被配置为将所述全景图像裁剪为矩形。
14.根据权利要求1所述的用于全景成像的可倾斜系统(10)，进一步包括：
第三侧向摄像机和第四侧向摄像机，被布置为在相对于旋转轴(102)的不同方向上对所述场景进行成像，其中所述第三侧向摄像机和所述第四侧向摄像机被布置在所述第一侧向摄像机(120)和所述第二侧向摄像机(130)的相对的侧面，其中所述第三侧向摄像机和所述第四侧向摄像机各自具有包括透镜组件和图像传感器的成像系统；
其中，所述拼接功能(152)进一步被配置为将由所述中央摄像机(110)、所述第一侧向摄像机(120)、所述第二侧向摄像机(130)、所述第三侧向摄像机和所述第四侧向摄像机捕获的图像(310、320、330)拼接在一起，以形成所述场景的全景图像；并且
其中，所述第三侧向摄像机和所述第四侧向摄像机的成像系统在垂直于所述旋转轴(102)的方向(104)上具有比所述第一侧向摄像机(120)和所述第二侧向摄像机(130)的成像系统更大的视场。
15.根据权利要求1所述的用于全景成像的可倾斜系统(10)，进一步包括：
另一个中央摄像机，被布置为在相对于所述旋转轴(102)的方向上对所述场景进行成像，其中所述另一个中央摄像机被布置在所述中央摄像机(110)的侧面，其中所述第一侧向摄像机(120)和所述第二侧向摄像机(130)被布置在所述中央摄像机(110)和所述另一个中央摄像机的相对的侧面，其中所述另一个中央摄像机具有包括透镜组件和图像传感器的成像系统；并且
其中所述拼接功能(152)进一步被配置为将由所述中央摄像机(110)、所述另一个中央摄像机和所述侧向摄像机(120、130)捕获的图像(310、320、330)拼接在一起以形成所述场景的全景图像。
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