CN111683225A - 一种多视角摄像头及多路视频信号处理方法和模块 - Google Patents

一种多视角摄像头及多路视频信号处理方法和模块 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多视角摄像头，包括安装于天花板上的顶座，顶座的下方设有透明球罩，顶座内设有连接有总线的主控制板，顶座的底面上设有若干与主控制板连接的接口；顶座的底面连接有若干摄像头，若干摄像头沿圆周均匀布置且位于同一水平面上，摄像头连接有与接口配合的接头；顶座上还设有与主控制板连接的智能感应组件，智能感应组件用于判断摄像头是否处于工作区间，主控制板用于根据智能感应组件的判断结果改变与摄像头连接的接口的工作状态。本发明利用内置的多个独立的高清视频监控摄像头，可以实现一点安装同时对多个方向的图像进行采集，转码后通过一根总线传输给显示设备，布线大大地简化。

Description

一种多视角摄像头及多路视频信号处理方法和模块
技术领域
本发明涉及图像采集技术领域，具体涉及一种多视角摄像头及多路视频信号处理方法和模块。
背景技术
在很多场合为了提高安全等级，都会布置摄像头进行图像采集，但是因为目前的摄像头安装位置相对固定且摄像头本身转动角度有限，为了能够全方位的覆盖目标区域减少盲区的存在，往往需要在区域内布置大量不同朝向以及不同角度的摄像头。与之对应地，需要布设大量的线缆将其与服务器连接，当某个摄像头出现故障在故障修复之前该区域的图像采集会受到影响。
为了减少摄像头的布设数量，减少安装以及后期维护的成本，现在出现了鱼眼摄像头和带有凸面镜的摄像头，鱼眼摄像头可以独立实现大范围无死角监控，但是因为鱼眼镜头的焦距很短，所以有效拍摄距离比较短，导致摄像头边缘的图像看不清而且会变形，需要用算法进行补偿，清晰度和精准性有待提高。而带有凸面镜的摄像头，其原理类似于人的眼睛：物体放在凸面镜的焦点之外，在凸面镜的另一侧会有倒立的实像，物距越小，像距越大，实像越大；物体放在焦点之内，在凸面镜同一侧会有正立放大的虚像，物距越大，像距越大，虚像越大；物体与焦点重合时不会成像；在2倍焦距上时会成等大倒立的实像，凸透镜汇聚光成实像，像距小于物距，物距大于2倍焦距；但是其依然存在着鱼眼镜头的问题：采集到图像后，需要通过一系列算法补偿才得到正常的图像，而且其依然存在精准性不高的缺陷。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的缺点，本发明提供一种多视角摄像头，具体方案如下：
包括安装于天花板上的顶座，所述顶座的下方设有透明球罩，所述顶座内设有连接有总线的主控制板，所述顶座的底面上设有若干与所述主控制板连接的接口；所述顶座的底面连接有若干摄像头，若干所述摄像头沿圆周均匀布置且位于同一水平面上，所述摄像头连接有与所述接口配合的接头；所述顶座上还设有与所述主控制板连接的智能感应组件，所述智能感应组件用于判断摄像头是否处于工作区间，所述主控制板用于根据所述智能感应组件的判断结果改变与所述摄像头连接的接口的工作状态。
进一步地，所述智能感应组件包括若干设于所述顶座侧壁上的激光测距传感器，所述激光测距传感器的位置以及朝向与所述摄像头对应。
进一步地，所述顶座底面通过轴承设有竖直的旋转轴，所述旋转轴的下端固定连接有水平布置的连接板，所述摄像头连接于所述连接板的底面上，所述接头设于所述连接板的顶面上且与所述接口位置对应；所述顶座上还设有用于驱动所述旋转轴转动的第一驱动组件和用于驱动所述旋转轴在竖直方向运动的第二驱动组件。
进一步地，所述第一驱动组件包括设于所述顶座内的驱动电机，所述旋转轴上套设有从动齿轮，所述驱动电机的输出轴套设有与所述从动齿轮啮合的驱动齿轮，所述从动齿轮的厚度小于所述驱动齿轮的厚度；
所述第二驱动组件包括设于所述所述顶座内的直线电机，所述直线电机的输出端通过轴承与所述旋转轴连接，所述直线电机的输出方向沿所述旋转轴的轴向布置，所述直线电机的行程小于所述驱动齿轮的厚度。
进一步地，所述旋转轴为空心轴。
一种基于上述的多视角摄像头的多路视频信号处理方法，包括传输方法，具体包括以下步骤：
摄像头与接口连接后，开始工作，采集对应工作区间的图像信息并通过接口发送给主控制板；
主控制板将收到的图像信息转换成数字信息，同时在数字信息前插入代表接口的标记，然后通过总线将带有标记的数字信息传递至显示设备；
显示设备包含将数字信息转换成图像信息的设备以及多个显示屏，根据不同的标记将不同接口接收到的图像信息投映在不同的显示屏上。
进一步地，还包括判断方法，具体包括以下步骤：
利用激光测距传感器测量传感器与正前方障碍物的距离L；
若L大于或等于预设值a，则表示与该激光测距传感器位置对应的摄像头处于工作区间内，此时与该摄像头连接的接口处于工作状态；
若L小于预设值a，则表示与该激光测距传感器位置对应的摄像头未处于工作区间内，此时与该摄像头连接的接口处于非工作状态。
进一步地，还包括运动补偿方法，具体包括以下步骤：
当顶座上某个对应工作区间的接口未接收到图像信息，则表示对应该工作区间的摄像头可能出现故障；
利用第二驱动组件断开全部摄像头的连接，然后利用第一驱动组件控制连接板转动一定角度使相邻的一个摄像头运动的接头对准该接口，再次利用第二驱动组件接通全部摄像头。
进一步地，还包括报警方法，具体包括以下步骤：
当执行了一次运动补偿后，仍然有接口未接收到图像信息，则表示有可能是出现故障的摄像头运动至另一个工作区间内；
重复进行多次运动补偿，直至所有处于工作状态的接口都能够正常接收到图像信息；
当进行补偿运动n次后(n＝摄像头数量-1)，仍有接口未接收到图像信息，则通过主控制板向警示设备发出警示信息。
一种应用上述多路视频信号处理方法的多路视频信号处理模块，所述处理模块板载于所述主控制板上，所述处理模块包括：
接收模块，用于接收激光测距传感器发出的测量结果，并将测量结果发送给比对模块；
比对模块，用于将接收模块发出的测量结果与预设值进行比对，并将比对结果发送给第一控制模块；
第一控制模块，用于接通测量结果大于预设值的接口；
识别模块，用于识别某一个接口的预设编号，并将识别到的预设编号发送给标记模块；
标记模块，用于在某一个接口接收到的图像信息前插入代表该接口的标记；
转换模块，用于将带有标记的图像信息转换成带有标记的数字信息；
反馈模块，用于检测接口是否接收到图像信息，并将检测结果发送给补偿模块；
补偿模块，当检测结果显示存在未接收到图像信息的摄像头时，用于断开所有摄像头，转动一定角度后再次连上所有摄像头；
计数模块，用于统计一个工作周期内补偿模块的运行次数，当补偿模块的运行次数等于摄像头数量减去一时，向报警模块发送工作指令；
报警模块，接收到工作指令后发出报警信号。
本发明的有益效果在于：
本发明提出的一种多视角摄像头，利用内置的多个独立的高清视频监控摄像头，可以实现一点安装同时对多个方向的图像进行采集，且采集的图像清晰；另外能够根据不同的接头为相应的摄像头采集的图像信息进行标记，转码后通过一根总线传输给显示设备，布线大大地简化。
附图说明
图1为本发明的结构示意图I(主视视角)，
图2为本发明的结构示意图II(仰视视角)，
图3为本发明一种应用场景示意图，
图4为本发明另一种应用场景示意图，
图5为本发明多路视频信号处理方法的步骤示意图，
图6为本发明另一种实施例的结构示意图，
图7为图6中A处的结构放大图，
图8为本发明多路视频信号处理方法中运动补偿的步骤示意图，
图9为本发明处理模块的连接示意图。
附图序号及名称：1、天花板，2、顶座，21、接口，22、旋转轴，23、连接板，24、从动齿轮，3、透明球罩，4、主控制板，5、摄像头，51、接头，6、智能感应组件，7、第一驱动组件，71、驱动电机，72、驱动齿轮，8、第二驱动组件，81、直线电机。
具体实施方式
为详细说明本发明之技术内容、构造特征、所达成目的及功效，以下兹例举实施例并配合附图详予说明。
参阅图1和图2，本发明公开的一种多视角摄像头，包括安装于天花板1上的顶座2，顶座2的下方设有透明球罩3，顶座2内设有连接有总线的主控制板4，顶座2的底面上设有四个与主控制板4连接的接口21；顶座2的底面连接有四个摄像头5，这四个摄像头5沿圆周均匀布置且位于同一水平面上，摄像头5连接有与接口21配合的接头51；顶座2上还设有与主控制板4连接的智能感应组件6，智能感应组件6用于判断摄像头5是否处于工作区间，主控制板4用于根据智能感应组件6的判断结果改变与摄像头5连接的接口21的工作状态。
本发明尤其适用于多条交错的走廊环境中，将本发明安装在多条走廊的交汇处，利用智能感应组件检测底座下方的摄像头哪些处于工作区间(摄像头对着走廊)哪些不处于工作区间(摄像头对着墙壁)，然后主控制板根据检测结果控制部分接口(与处于工作区间的摄像头连接的接口)处于工作状态，保证处于工作区间的摄像头通电且能够进行数据传输；而那些不处于工作区间的摄像头，因为与其连接的接口不工作，所以处于断电停机的状态。
智能感应组件6包括四个设于顶座2侧壁上的激光测距传感器，激光测距传感器的位置以及朝向与摄像头5对应。本申请的智能感应组件为激光测距传感器，利用激光二极管对准正前方发射激光脉冲，然后再利用传感器接收器接收部分散射光，放大后记录并处理从光脉冲发出到返回被接收所经历的时间，即可测定目标与传感器的距离。
利用激光测距传感器能够准确地测出传感器与正前方障碍物(墙面或门窗等)的距离，当距离大于预设值时表明该传感器的正前方是走廊，需要与该传感器对应的摄像头开始工作进行图像采集；当距离小于预设值时表明该传感器的正前方不是走廊，与该传感器对应的摄像头不需要工作。
举例说明：四个摄像头按逆时针分别为A、B、C和D，当本发明安装于如图3的环境中，此时A、B、C的正前方是走廊，而D的正前方是墙壁，所以此时只用A、B、C正常工作即可，D不用工作；当本发明安装于如图4的环境中，此时A和B的正前方是走廊，而C和D的正前方是墙壁，所以此时只用A、B正常工作即可，C、D不用工作。
参照图5，一种基于上述的多视角摄像头的多路视频信号处理方法，包括传输方法，具体包括以下步骤：
主控制板将收到的图像信息转换成数字信息，同时在数字信息前插入代表接口的标记，然后通过总线将带有标记的数字信息传递至显示设备；
显示设备包含将数字信息转换成图像信息的设备以及多个显示屏，根据不同的标记将不同接口接收到的图像信息投映在不同的显示屏上。
在传输方法进行之前，可以用判断方法先确定出需要工作的有效接头，其包括以下步骤：
利用激光测距传感器测量传感器与正前方障碍物的距离L；
若L大于或等于预设值a，则表示与该激光测距传感器位置对应的摄像头处于工作区间内，此时与该摄像头连接的接口处于工作状态；
若L小于预设值a，则表示与该激光测距传感器位置对应的摄像头未处于工作区间内，此时与该摄像头连接的接口处于非工作状态；
摄像头与处于接通状态的接口连接后，开始工作，采集对应工作区间的图像信息并通过接口发送给主控制板
本实施例的多路视频信号处理方法，能够根据实际工作环境自动确定有效接口，与有效接口接通的摄像头即开始正常工作；采集到的图像信息根据其传入接口的编号插入对应的标记，多个摄像头的图像信息经过转码后通过一根总线传输至显示设备，显示设备解码后根据标记将不同接口传入的图像信息投映到对应的显示屏上。
如图6，在本申请的另一种实施例中，顶座2底面通过轴承设有竖直的旋转轴22，旋转轴22的下端固定连接有水平布置的连接板23，摄像头5连接于连接板23的底面上，接头51设于连接板23的顶面上且与接口21位置对应；顶座2上还设有用于驱动旋转轴22转动的第一驱动组件7和用于驱动旋转轴22在竖直方向运动的第二驱动组件8。
如图7，第一驱动组件7包括设于顶座2内的驱动电机71，旋转轴22上套设有从动齿轮24，驱动电机71的输出轴套设有与从动齿轮24啮合的驱动齿轮72，从动齿轮24的厚度小于驱动齿轮72的厚度。驱动电机开始工作时，通过驱动齿轮和从动齿轮的传动，带着旋转轴绕自身正转或反转，其中驱动电机为步进电机，便于控制其转动的角度，从而控制连接板下方摄像头转动的角度。
第二驱动组件8包括设于顶座2内的直线电机81，直线电机81的输出端通过轴承与旋转轴固定连接，直线电机81的输出方向沿旋转轴22的轴向布置。当直线电机带着旋转轴竖直向下运动，连接板和连接板下方的摄像头也竖直向下运动，连接板上的接头从顶座上的接口脱出；当直线电机带着旋转轴竖直向上运动，连接板和连接板下方的摄像头也竖直向上运动，连接板上的接头插入顶座上的接口中。直线电机81的行程小于驱动齿轮72的厚度，保证在改变接头和接口连接状态的时候，不会影响驱动齿轮与从动齿轮的驱动关系。
其中，旋转轴22为空心轴，用于收纳各种线缆，便于布线走线。
本实施例的多路视频信号处理方法，还包括运动补偿方法和报警方法，具体包括以下步骤：
当顶座上某个对应工作区间的接口未接收到图像信息，则表示对应该工作区间的摄像头可能出现故障；
利用第二驱动组件断开全部摄像头的连接，然后利用第一驱动组件控制连接板转动一定角度使相邻的一个摄像头运动的接头对准该接口，再次利用第二驱动组件接通全部摄像头，上述三个动作构成一次完整的运动补偿；
当执行了一次运动补偿后，仍然有接口未接收到图像信息，则表示有可能是出现故障的摄像头运动至另一个工作区间内；
重复进行多次运动补偿，直至所有处于工作状态的接口都能够正常接收到图像信息，则进行正常的图像传输；
当进行运动补偿n次后n＝摄像头数量-1，仍有接口未接收到图像信息，则通过主控制板向警示设备发出警示信息。
通过执行上述步骤，本发明能够对摄像头故障导致接口未接收到图像信息的情况进行处理：
针对某一个单独的接口而言，当它因为摄像头故障导致未接收到图像信息，此时通过第一驱动组件和第二驱动组件实现摄像头断开与接头连接→相邻的下一个摄像头运动至接口下方→摄像头与接头连接，即实现故障摄像头的自动更换，能有效地缩短因为摄像头故障导致视频丢失的“空白期”。
针对本申请的全部接口而言，相邻的下一个摄像头运动至一开始接收不到图像信息的接口下方，表示出现故障的摄像头运动至相邻的下一个接口下方；此时如果该接口不处于工作区间，则整个设备正常工作，但是如果该接口也处于工作区间内，虽然第一个接口接收不到图像信息的问题得到了解决，但是第二个接口会因为此次操作由可以接收到图像信息变成了接收不到图像信息；因此需要进行重复多次的旋转摄像头的位置，保证出现故障的摄像头一定是与处在非工作区间的接口连接，这样也便于后期维护人员的维护(直接对处在非工作区间的接口进行检修更换即可)。
当同时有多个出现故障摄像头时，摄像头进行补偿运动n次后(n＝摄像头数量-1，此时摄像头已经转动了一圈，再转一次摄像头就回到原位)，此时表示无法满足所有出现故障的摄像头同时处于非工作区间内，所以此时发出警示信息，提示相关人员进行人工处理。
如图9，一种应用上述多路视频信号处理方法的多路视频信号处理模块，处理模块板载于主控制板上，处理模块包括：
接收模块，用于接收激光测距传感器发出的测量结果，并将测量结果发送给比对模块；
比对模块，用于将接收模块发出的测量结果与预设值进行比对，并将比对结果发送给第一控制模块；
第一控制模块，用于接通测量结果大于预设值的接口；
识别模块，用于识别某一个接通的接口的预设编号，并将识别到的预设编号发送给标记模块；
标记模块，用于在某一个接口接收到的图像信息前插入代表该接口的标记；
转换模块，用于将带有标记的图像信息转换成带有标记的数字信息；
反馈模块，用于检测接口是否接收到图像信息，并将检测结果发送给补偿模块；
补偿模块，当检测结果显示存在未接收到图像信息的摄像头时，用于断开所有摄像头，转动一定角度后再次连上所有摄像头；
计数模块，用于统计一个工作周期内补偿模块的运行次数，当补偿模块的运行次数等于摄像头数量减去一时，向报警模块发送工作指令；
报警模块，接收到工作指令后发出报警信号。
综上，仅为本发明之较佳实施例，不以此限定本发明的保护范围，凡依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆为本发明专利涵盖的范围之内。

Claims (10)

1.一种多视角摄像头，包括安装于天花板(1)上的顶座(2)，所述顶座(2)的下方设有透明球罩(3)，其特征在于：所述顶座(2)内设有连接有总线的主控制板(4)，所述顶座(2)的底面上设有若干与所述主控制板(4)连接的接口(21)；所述顶座(2)的底面连接有若干摄像头(5)，若干所述摄像头(5)沿圆周均匀布置且位于同一水平面上，所述摄像头(5)连接有与所述接口(21)配合的接头(51)；所述顶座(2)上还设有与所述主控制板(4)连接的智能感应组件(6)，所述智能感应组件(6)用于判断摄像头(5)是否处于工作区间，所述主控制板(4)用于根据所述智能感应组件(6)的判断结果改变与所述摄像头(5)连接的接口(21)的工作状态。
2.根据权利要求1所述的一种多视角摄像头，其特征在于：所述智能感应组件(6)包括若干设于所述顶座(2)侧壁上的激光测距传感器，所述激光测距传感器的位置以及朝向与所述摄像头(5)对应。
3.根据权利要求1所述的一种多视角摄像头，其特征在于：所述顶座(2)底面通过轴承设有竖直的旋转轴(22)，所述旋转轴(22)的下端固定连接有水平布置的连接板(23)，所述摄像头(5)连接于所述连接板(23)的底面上，所述接头(51)设于所述连接板(23)的顶面上且与所述接口(21)位置对应；所述顶座(2)上还设有用于驱动所述旋转轴(22)转动的第一驱动组件(7)和用于驱动所述旋转轴(22)在竖直方向运动的第二驱动组件(8)。
4.根据权利要求3所述的一种多视角摄像头，其特征在于：所述第一驱动组件(7)包括设于所述顶座(2)内的驱动电机(71)，所述旋转轴(22)上套设有从动齿轮(24)，所述驱动电机(71)的输出轴套设有与所述从动齿轮(24)啮合的驱动齿轮(72)，所述从动齿轮(24)的厚度小于所述驱动齿轮(72)的厚度；
所述第二驱动组件(8)包括设于所述所述顶座(2)内的直线电机(81)，所述直线电机(81)的输出端通过轴承与所述旋转轴(22)连接，所述直线电机(81)的输出方向沿所述旋转轴(22)的轴向布置，所述直线电机(81)的行程小于所述驱动齿轮(72)的厚度。
5.根据权利要求4所述的一种多视角摄像头，其特征在于：所述旋转轴(22)为空心轴。
6.一种基于如权利要求5所述的多视角摄像头的多路视频信号处理方法，其特征在于，包括传输方法，具体包括以下步骤：
摄像头与接口连接后，开始工作，采集对应工作区间的图像信息并通过接口发送给主控制板；
主控制板将收到的图像信息转换成数字信息，同时在数字信息前插入代表接口的标记，然后通过总线将带有标记的数字信息传递至显示设备；
显示设备包含将数字信息转换成图像信息的设备以及多个显示屏，根据不同的标记将不同接口接收到的图像信息投映在不同的显示屏上。
7.根据权利6所述的一种多路视频信号处理方法，其特征在于，还包括判断方法，具体包括以下步骤：
利用激光测距传感器测量传感器与正前方障碍物的距离L；
若L大于或等于预设值a，则表示与该激光测距传感器位置对应的摄像头处于工作区间内，此时与该摄像头连接的接口处于工作状态；
若L小于预设值a，则表示与该激光测距传感器位置对应的摄像头未处于工作区间内，此时与该摄像头连接的接口处于非工作状态。
8.根据要求7所述的一种多路视频信号处理方法，其特征在于，还包括运动补偿方法，具体包括以下步骤：
当顶座上某个对应工作区间的接口未接收到图像信息，则表示对应该工作区间的摄像头可能出现故障；
利用第二驱动组件断开全部摄像头的连接，然后利用第一驱动组件控制连接板转动一定角度使相邻的一个摄像头运动的接头对准该接口，再次利用第二驱动组件接通全部摄像头。
9.根据权利要求8所述的一种多路视频信号处理方法，其特征在于，还包括报警方法，具体包括以下步骤：
当执行了一次运动补偿后，仍然有接口未接收到图像信息，则表示有可能是出现故障的摄像头运动至另一个工作区间内；
重复进行多次运动补偿，直至所有处于工作状态的接口都能够正常接收到图像信息；
当进行运动补偿n次后(n＝摄像头数量-1)，仍有接口未接收到图像信息，则通过主控制板向警示设备发出警示信息。
10.一种应用如权利要求9所述多路视频信号处理方法的多路视频信号处理模块，其特征在于，所述处理模块板载于所述主控制板上，所述处理模块包括：
接收模块，用于接收激光测距传感器发出的测量结果，并将测量结果发送给比对模块；
比对模块，用于将接收模块发出的测量结果与预设值进行比对，并将比对结果发送给第一控制模块；
第一控制模块，用于接通测量结果大于预设值的接口；
识别模块，用于识别某一个接通的接口的预设编号，并将识别到的预设编号发送给标记模块；
标记模块，用于在某一个接口接收到的图像信息前插入代表该接口的标记；
转换模块，用于将带有标记的图像信息转换成带有标记的数字信息；
反馈模块，用于检测接口是否接收到图像信息，并将检测结果发送给补偿模块；
补偿模块，当检测结果显示存在未接收到图像信息的摄像头时，用于断开所有摄像头，转动一定角度后再次连上所有摄像头；
计数模块，用于统计一个工作周期内补偿模块的运行次数，当补偿模块的运行次数等于摄像头数量减去一时，向报警模块发送工作指令；
报警模块，接收到工作指令后发出报警信号。
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