CN111787302A - 基于线扫描相机的立体全景直播拍摄系统 - Google Patents

基于线扫描相机的立体全景直播拍摄系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于线扫描相机的立体全景直播拍摄系统，相比于多摄像机成像系统来说，其不需要对多个相机的拍摄图像进行无缝拼接和立体渲染，因此免去了计算量较大的光流计算以及深度估计步骤，大大缩短了图像处理所需要的时长。还不会使场景中近处、透明、高反光的物体出现断裂。并且以一对线扫描相机呈双目目距间隔布置的方式来拍摄得到立体全景图像，线扫描相机进行高速旋转时能够完全模拟人的双眼视觉成像系统和人的周扫观察方式获取真实的立体数据，达到人眼观看感受的三维信息。因此本发明的基于线扫描相机的立体全景直播拍摄系统具有简单实用、图像质量高、处理速度快和传输效率高等优点。

Description

基于线扫描相机的立体全景直播拍摄系统
技术领域
本发明涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种基于线扫描相机的立体全景直播拍摄系统。
背景技术
随着人工智能以及5G技术的发展，VR技术这几年得到了广泛应用。VR视频是对传输带宽要求最高的媒体，VR视频直播对通信链路的稳定性、实时性要求都非常高，5G-VR视频直播就成为了5G一个最好的落地方案。然而，目前的VR技术较难实现现场全景VR直播。
目前国内外的VR技术广泛采用的是多摄像机成像系统，利用该系统进行VR视频的制作，其实现无缝拼接和立体渲染所要进行的光流计算和深度估计的计算量将十分巨大，还不能做到实时合成和直播，大多只能事后合成制作视频。例如，Google的Jump VR摄像机每帧需要75秒的处理时间才能新增一张立体VR内容。因此，目前VR现场直播仅限于非立体的二维全景内容，难以达到人眼观看感受的三维信息。并且这种方式还需要事先进行现场严格标定，另外形成的视频对于场景中近处、透明、高反光的物体会出现断裂，大大影响体验效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种简单实用、图像质量高、处理速度快和传输效率高的基于线扫描相机的立体全景直播拍摄系统。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种基于线扫描相机的立体全景直播拍摄系统，包括：
图像采集装置：包括至少一对线扫描相机，一对所述线扫描相机呈双目目距间隔布置，拍摄得到立体全景图像；
图像传输单元：将图像采集装置采集的立体全景图像传输至图像处理单元；
图像处理单元：接收立体全景图像，对立体全景图像进行处理以提高其信噪比和实现图像增强；
以及将处理完成的立体全景图像发送至直播终端的通信单元。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述图像处理单元包括计算成像模块，所述计算成像模块是依据线扫描相机对一列扫描单位多次积分得到的多组数据，利用计算成像对多组数据进行处理以对立体全景图像提高信噪比。
所述图像采集装置还包括用于托持线扫描相机并转动的转台，所述线扫描相机为TDI线扫描相机(延迟积分线扫描相机)，所述转台的转速与线扫描相机适配，使线扫描相机对一列扫描单位进行多次积分得到多组数据。
所述图像处理单元包括图像增强模块，所述图像增强模块是基于以图像采集装置拍摄的引导图像的视差偏移量置信度为依据，利用双边引导滤波对立体全景图像进行处理，实现立体全景图像的图像增强。
所述引导图像由图像采集装置中设置的引导相机进行拍摄。
所述图像处理单元还包括同步模块，所述同步模块用于使线扫描相机从起始转动位置开始转动的同时发送指令控制引导相机曝光开始；线扫描相机转动360°后回到起始转动位置的同时发送指令控制引导相机曝光结束。
所述引导图像的视差偏移量置信度是将引导图像分成若干块引导图块后，由图像处理单元中设置的立体匹配模块依据引导图块与立体全景图像对比得到视差偏移量，之后根据相邻引导图块的视差偏移量关系得到的每块引导图块的视差偏移量置信度。
所述图像处理单元还包括偏移校正模块，所述偏移校正模块获取引导图像和立体全景图像，通过在待拍摄场景中设置的标定板对立体全景图像和引导图像进行标定，使二者仅在视差方向有平移关系。
所述图像处理单元还包括亮度与色度还原模块，所述亮度与色度还原模块将引导图像的亮度与色度分离，生成亮度分量图像和色度分量图像，利用引导图像的亮度分量图像对立体全景图像进行图像去噪与高动态成像，利用色度分量图像对立体全景图像进行颜色校正和风格映射。
所述图像传输单元包括电光信号转换模块、光电滑环以及光纤，电光信号转换模块用于将立体全景图像的电信号转换为光信号，光信号通过光电滑环传递至光纤内，由光纤传递至图像处理单元。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的基于线扫描相机的立体全景直播拍摄系统以线扫描相机作为拍摄装置，相比于多摄像机成像系统来说，其不需要对多个相机的拍摄图像进行无缝拼接和立体渲染，因此免去了计算量较大的光流计算以及深度估计步骤，大大缩短了图像处理所需要的时长。还不会使场景中近处、透明、高反光的物体出现断裂，从而影响体验效果。并且以一对线扫描相机呈双目目距间隔布置的方式来拍摄得到立体全景图像，线扫描相机进行高速旋转时能够完全模拟人的双眼视觉成像系统和人的周扫观察方式获取真实的立体数据，达到人眼观看感受的三维信息。本发明的直播拍摄系统的图像生成方式真实度高、计算量小、处理快速，因此能够满足立体全景直播的要求，有利于立体全景直播的普及。
附图说明
图1是本发明的基于线扫描相机的立体全景直播拍摄系统的过程示意图；
图2是本发明的基于线扫描相机的立体全景直播拍摄系统的外形示意图；
图3是本发明的基于线扫描相机的立体全景直播拍摄系统的内部结构示意图。
图例说明：1、线扫描相机；2、转台；3、电光信号转换模块；4、光电滑环。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本文发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。
实施例：
如图1至图3所示，本实施例的基于线扫描相机的立体全景直播拍摄系统，包括：
图像采集装置：包括至少一对线扫描相机1，一对线扫描相机1呈双目目距间隔布置，拍摄得到立体全景图像；
图像传输单元：将图像采集装置采集的立体全景图像传输至图像处理单元；
图像处理单元：接收立体全景图像，对立体全景图像进行处理以提高其信噪比和实现图像增强；
以及将处理完成的立体全景图像发送至直播终端的通信单元。
本实施例的基于线扫描相机的立体全景直播拍摄系统以线扫描相机1作为拍摄装置，相比于多摄像机成像系统来说，其不需要对多个相机的拍摄图像进行无缝拼接和立体渲染，因此免去了计算量较大的光流计算以及深度估计步骤，大大缩短了图像处理所需要的时长。还不会使场景中近处、透明、高反光的物体出现断裂，从而影响体验效果。并且以一对线扫描相机1呈双目目距间隔布置的方式来拍摄得到立体全景图像，线扫描相机1进行高速旋转时能够完全模拟人的双眼视觉成像系统和人的周扫观察方式获取真实的立体数据，达到人眼观看感受的三维信息。本实施例的直播拍摄系统的图像生成方式真实度高、计算量小、处理快速，因此能够满足立体全景直播的要求，有利于立体全景直播的普及。
本实施例中的通信单元采用5G网络，5G网络大带宽、低时延的特性能够同时保证不同场景对实时性和移动性的各种要求，比传统线缆传输更加灵活，不受空间的限制，能满足更灵活的VR视频传输需求。
本实施例中，图像处理单元包括计算成像模块，计算成像模块是依据线扫描相机1对一列扫描单位多次积分得到的多组数据，利用计算成像对多组数据进行处理以对立体全景图像提高信噪比。这种计算成像的方式充分填补了因线扫描相机1积分时间短而受照度限制较高的短板，能够在低照度的情形下依然对线扫描相机1生成的图像进行处理得到高信噪比的结果。本实施例中，图像采集装置还包括用于托持线扫描相机1并转动的转台2，线扫描相机1为TDI线扫描相机(延迟积分线扫描相机)，转台2的转速与线扫描相机1适配，使线扫描相机1对一列扫描单位进行多次积分得到多组数据。由于采用TDI线扫描相机，相机实际输出线列数据是TDI线扫描相机中多列行间转移叠加增强的结果，这就要求转速与TDI线扫描相机中每个线列的输出频率匹配，否则多列行间转移叠加会造成图像的模糊。为了增强图像同时不造成模糊，这里提出采用速度闭环严格控制转台2的速度与TDI线扫描相机的每行输出频率从而达到以上目的。同时由于采用严格的速度闭环，速度的波动在长时间积累可能会造成图像起始位置的偏移，所以在这里通过绝对编码器的位置输出同步图像一列的输出保证图像位置不会产生漂移。值得说明的是，这种移动速度与TDI线扫描相机积分速度适配的方式为TDI线扫描相机常用的使用方式。
本实施例中，图像处理单元包括图像增强模块，图像增强模块是基于以图像采集装置拍摄的引导图像的视差偏移量置信度为依据，利用双边引导滤波对立体全景图像进行处理，实现立体全景图像的图像增强。相比于单纯的线扫描相机1成像系统来说，由于存在引导图像的校正，能够很大程度上提高图像的质量，即便线扫描相机1处于低照度高转速的情形下也能保证立体全景图像的成像效果，对于成像场景要求大大降低，适用范围更加广泛。
本实施例中既可以采用预先拍摄的场景图像作为引导图像，之后基于场景深度学习的图像去噪方法，来提高图像的信噪比，也可以采用实时拍摄的引导图像进行图像去噪。采用后一种方式时，引导图像由图像采集装置中设置的引导相机进行拍摄。并且，图像处理单元还包括同步模块，同步模块用于使线扫描相机1从起始转动位置开始转动的同时发送指令控制引导相机曝光开始；线扫描相机1转动360°后回到起始转动位置的同时发送指令控制引导相机曝光结束。由于这种方式中引导相机和线扫描相机1的起止时间相同，能够保证引导相机与线扫描相机1所拍摄的场景在时间上一致，因此所达到的去噪效果更佳。
本实施例中，引导图像的视差偏移量置信度是将引导图像分成若干块引导图块后，由图像处理单元中设置的立体匹配模块依据引导图块与立体全景图像对比得到视差偏移量，之后根据相邻引导图块的视差偏移量关系得到的每块引导图块的视差偏移量置信度。具体的过程如下：
S1：将引导图像分成n块引导图块；
S2：将第i块引导图块在立体全景图像内进行搜索找到归一化互信息最大的极值点，获取该对应的视差偏移量Xi，其中：i的取值起点为1，终点为n；重复直至所有引导图块均得到对应的视差偏移量；
S3：取与第i块引导图块相邻的所有引导图块的视差偏移量，若相邻的所有引导图块的视差偏移量和第i块引导图块的视差偏移量的关系均与各相邻的引导图块和第i块引导图块的空间的拓扑分布一致，将该第i块的视差偏移量置信度置1，反之置0，其中：i的取值起点为1，终点为n；重复直至所有引导图块均得到对应的视差偏移量置信度。
本实施例中，图像处理单元还包括偏移校正模块，偏移校正模块获取引导图像和立体全景图像，通过在待拍摄场景中设置的标定板对立体全景图像和引导图像进行标定，使二者仅在视差方向有平移关系。由于两个相机的视场角不能完全做到一致，同时安装角度也无法做到光轴绝对平行，因此需要通过标定保证引导相机与线扫描相机1的图像仅仅在视差方向有平移的关系，有利于图像立体匹配。
本实施例中，图像处理单元还包括亮度与色度还原模块，亮度与色度还原模块将引导图像的亮度与色度分离，生成亮度分量图像和色度分量图像，利用引导图像的亮度分量图像对立体全景图像进行图像去噪与高动态成像，利用色度分量图像对立体全景图像进行颜色校正和风格映射，保证引导的效果，即实现图像的去噪色彩的还原以及亮度的高动态，色度与亮度之间不会互相影响。
本实施例中，由于系统通过两台线扫描相机1进行高速旋转完全模拟人的双眼视觉成像系统，因此输出的数据量高达10Gbps，现有常用的电滑环难以在这么高的转速下进行信号的传输。因此本实施例中，图像传输单元包括电光信号转换模块3、光电滑环4以及光纤，电光信号转换模块3用于将立体全景图像的电信号转换为光信号，光信号通过光电滑环4传递至光纤内，由光纤传递至图像处理单元，这种传输过程保证了高通量的立体全景图像的稳定传输，同时光电滑环4的使用寿命也得到保证。并且电光转换以后的光信号可以直接进入后端的GPU进行处理。大大增强了数据在高转速平台上的传输的稳定性，突破了目前高速海量立体数据传输的瓶颈，大大减小了后端处理系统采集进程的CPU占有率，充分发挥了后端的处理优势。
本实施例中，如图3所示，电光信号转换模块3为设置在转台2上的光电透传采集板，转台2下方设有用于支撑转台2的中部支撑件，中部支撑件的内部设有电机和滑环传动杆。滑环传动杆安装在电机的中空部分，光电滑环4套接在滑环传动杆上，光电滑环4的上部和转台2上的电光信号转换模块3相连，下部和数据处理与传输电路板相连；底部端盖安装在底部支撑一端；电机编码线缆接头盒所述电机动力线缆接头安装在底部支撑侧面并和终端设备相连接。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明的技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于线扫描相机的立体全景直播拍摄系统，其特征在于：包括：
图像采集装置：包括至少一对线扫描相机(1)，一对所述线扫描相机(1)呈双目目距间隔布置，拍摄得到立体全景图像；
图像传输单元：将图像采集装置采集的立体全景图像传输至图像处理单元；
图像处理单元：接收立体全景图像，对立体全景图像进行处理以提高其信噪比和实现图像增强；
以及将处理完成的立体全景图像发送至直播终端的通信单元。
2.根据权利要求1所述的基于线扫描相机的立体全景直播拍摄系统，其特征在于：所述图像处理单元包括计算成像模块，所述计算成像模块是依据线扫描相机(1)对一列扫描单位多次积分得到的多组数据，利用计算成像对多组数据进行处理以对立体全景图像提高信噪比。
3.根据权利要求2所述的基于线扫描相机的立体全景直播拍摄系统，其特征在于：所述图像采集装置还包括用于托持线扫描相机(1)并转动的转台(2)，所述线扫描相机(1)为TDI线扫描相机，所述转台(2)的转速与线扫描相机(1)适配，使线扫描相机(1)对一列扫描单位进行多次积分得到多组数据。
4.根据权利要求1所述的基于线扫描相机的立体全景直播拍摄系统，其特征在于：所述图像处理单元包括图像增强模块，所述图像增强模块是基于以图像采集装置拍摄的引导图像的视差偏移量置信度为依据，利用双边引导滤波对立体全景图像进行处理，实现立体全景图像的图像增强。
5.根据权利要求4所述的基于线扫描相机的立体全景直播拍摄系统，其特征在于：所述引导图像由图像采集装置中设置的引导相机进行拍摄。
6.根据权利要求5所述的基于线扫描相机的立体全景直播拍摄系统，其特征在于：所述图像处理单元还包括同步模块，所述同步模块用于使线扫描相机(1)从起始转动位置开始转动的同时发送指令控制引导相机曝光开始；线扫描相机(1)转动360°后回到起始转动位置的同时发送指令控制引导相机曝光结束。
7.根据权利要求4所述的基于线扫描相机的立体全景直播拍摄系统，其特征在于：所述引导图像的视差偏移量置信度是将引导图像分成若干块引导图块后，由图像处理单元中设置的立体匹配模块依据引导图块与立体全景图像对比得到视差偏移量，之后根据相邻引导图块的视差偏移量关系得到的每块引导图块的视差偏移量置信度。
8.根据权利要求4所述的基于线扫描相机的立体全景直播拍摄系统，其特征在于：所述图像处理单元还包括偏移校正模块，所述偏移校正模块获取引导图像和立体全景图像，通过在待拍摄场景中设置的标定板对立体全景图像和引导图像进行标定，使二者仅在视差方向有平移关系。
9.根据权利要求4所述的基于线扫描相机的立体全景直播拍摄系统，其特征在于：所述图像处理单元还包括亮度与色度还原模块，所述亮度与色度还原模块将引导图像的亮度与色度分离，生成亮度分量图像和色度分量图像，利用引导图像的亮度分量图像对立体全景图像进行图像去噪与高动态成像，利用色度分量图像对立体全景图像进行颜色校正和风格映射。
10.根据权利要求1所述的基于线扫描相机的立体全景直播拍摄系统，其特征在于：所述图像传输单元包括电光信号转换模块(3)、光电滑环(4)以及光纤，电光信号转换模块(3)用于将立体全景图像的电信号转换为光信号，光信号通过光电滑环(4)传递至光纤内，由光纤传递至图像处理单元。
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