CN114640802A - 一种无重叠成像矩阵相机排布方法及矩阵相机 - Google Patents

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杨晓光
杨磊
刘星
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Abstract

本发明公开了无重叠成像矩阵相机排布方法，包括步骤：标定矩阵相机中单个固定焦距相机的几何视场角；以矩阵相机的中轴线为起始位置向两侧先成行或成列布置各个固定焦距相机，使相邻的固定焦距相机的视场角边界面相互平行并留有间距，将成行的固定焦距相机按列并排布置并使相邻行之间的固定焦距相机在所需观测距离内成像无重叠，或者将成列的固定焦距相机按行并排布置并使相邻列之间的固定焦距相机在所需观测距离内成像无重叠。本发明还公开了一种矩阵相机，包括行列布置的若干固定焦距相机，固定焦距相机至少与行列方向中的一个方向相邻的固定焦距相机的具有相互平行的视场角边界面。本发明不依赖后期图像处理算法可减少各相机成像区域重叠。

Description

一种无重叠成像矩阵相机排布方法及矩阵相机
技术领域
本发明涉及一种矩阵相机排布方法及矩阵相机，特别是涉及一种无重叠成像矩阵相机排布方法及矩阵相机。
背景技术
传统的单镜头工业相机因焦距和视场角成反比的约束，只能根据不同的需求，对固定场景选择短焦距、大视场角或远距、小视场角的监控方式。固定场景的可监视区域有限，需要在成像清晰度和监控范围两者之间进行取舍。对长焦距、大视场角的全景场景依靠球机方式进行补充，即将可变焦工业相机与转台结合。全景场景可实现大范围和远距离的监控，但监控范围不是连续的，是对全景的分时成像过程。
矩阵相机的方式则可以满足大范围远距离的监控需求，矩阵相机通过采用固定长焦距(相对)的镜头，在水平方向增加镜头的摆放数量增加整体水平视场角；在垂直方向增加镜头的摆放数量增加整体垂直视场角。矩阵相机中各单镜头的各镜头布置一般在一个连续且规则的球面上，这种镜头布置方式不可避免的会形成各镜头之间的视场重叠。目前解决视场重叠的问题通常是依靠图像处理算法进行，如通过CN111862239A公开的重叠区域标定方法确定图像重叠区域后在进行拼接，这种方法对算力要求较高。
发明内容
针对上述现有技术缺陷，本发明的任务在于提供一种无重叠成像矩阵相机排布方法，不依赖后期图像处理算法解决各相机成像区域重叠的问题。本发明的任务在于提供一种矩阵相机。
本发明技术方案如下：一种无重叠成像矩阵相机排布方法，包括步骤：标定矩阵相机中单个固定焦距相机的几何视场角；以矩阵相机的中轴线为起始位置向两侧先成行或成列布置各个固定焦距相机，使相邻的所述固定焦距相机的视场角边界面相互平行并留有间距，将成行的固定焦距相机按列并排布置并使相邻行之间的固定焦距相机在所需观测距离内成像无重叠，或者将成列的固定焦距相机按行并排布置并使相邻列之间的固定焦距相机在所需观测距离内成像无重叠。
进一步地，为了使各相机间位置紧凑并减小不同相机间形成的成像盲区，所述以矩阵相机的中轴线为起始位置向两侧先成行或成列布置各个固定焦距相机时，首先由已定位相机及待定位相机的几何视场角确定已定位相机及待定位相机的光轴夹角，使已定位相机及待定位相机的几何视场角的相邻边界面平行，以及使待定位相机的光轴与同行或同列的已定位相机的光轴共面；然后沿待定位相机的光轴移动所述待定位相机位置使所述待定位相机与已定位相机的物理距离最小并以此时待定位相机的位置确定为布置位置；再以该确定布置位置的待定位相机为已定位相机重复上述步骤进行下个相机的排布。
进一步地，为了便于设计布局各相机的固定支架，所述沿待定位相机的光轴移动所述待定位相机位置使所述待定位相机与已定位相机的物理距离最小并以此时待定位相机的位置确定为布置位置时先将所述待定位相机放置在所述已定位相机的后方然后向所述已定位相机靠近。
进一步地，所述以矩阵相机的中轴线为起始位置向两侧先成行或成列布置各个固定焦距相机时，如果单行或单列的相机数量为奇数，则以一个光轴与所述矩阵相机的中轴线重合的相机为第一已定位相机进行其他相机排布，如果单行或单列的相机数量为偶数，则以所述矩阵相机的中轴线为对称轴在两侧各布置一个相机且保证布置的相机的视场角相邻边界面平行以及物理距离最近，并将这两个布置的相机作为已定位相机。
进一步地，在完成所有相机位置排布后，以一个椭球面拟合所有相机所在位置的曲面，并沿相机自身的光轴移动相机使相机位置落在所述椭球面。
一种矩阵相机，包括行列布置的若干固定焦距相机，所述固定焦距相机至少与行列方向中的一个方向相邻的固定焦距相机的具有相互平行的视场角边界面。
进一步地，所述固定焦距相机的焦距满足：距离所述矩阵相机的中轴线较近的所述固定焦距相机的焦距小于等于距离所述矩阵相机的中轴线较远的所述固定焦距相机的焦距。使得在整个矩阵相机的视场中央的固定焦距相机之间可进行更紧密的排列，减少中央的视场盲区。
本发明与现有技术相比的优点在于：
通过标定各相机的视场角，以视场角边界平行的方式布置，使各相机成像图像没有重叠区域，不需要对成像进行剪裁，能为解决图像处理算法对一个物体出现在不同镜头中，需进行相应处理造成的算法复杂度问题，降低图像处理算法的难度；在使用长焦距相机成像时，本发明方法及相机可充分利用单个相机的视场角，减并最大效率的利用视场角达到广域远距成像的目的。本发明的实现方法简单，可降低整体设备的体积和成本。
附图说明
图1为具有偶数数量的每行相机排布结构示意图。
图2为具有奇数数量的每列相机排布结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。
本发明实施例涉及的无重叠成像矩阵相机排布方法，包括步骤：采用电动或手动调焦方式，将单个相机的焦距设定至需要的固定值(各镜头的焦距可不相同)，通过变换物体位置并观察CMOS成像信息，精确标定单个相机的水平视场角和垂直视场角。
然后以矩阵相机的中轴线为起始位置向两侧先成行或成列布置各个固定焦距相机，具体的可以根据确定的矩阵相机规模选择先成行或先成列。假设矩阵相机规模为3×8，即3行8列的相机矩阵，则可以先按行布置相机，如图1所示，每行具有8个(偶数)相机A。这些相机可以具有相同的焦距，也可以有不同的焦距，在焦距不同时，相邻的相机中距离中轴较近的相机焦距小于等于距离中轴较远的相机焦距，也就是单个相机的视场角α可以由中间向两侧减小或者完全一致。每行相机布置时，以矩阵相机的中轴线为对称轴在两侧各布置一个相机，使相机光轴构成该行平面，然后在行平面内转动相机使相机的视场角相邻边界面平行(即图1中，中间左侧相机的视场角右边线与中间右侧相机的视场角左边线平行)，再平移相机使两者物理距离最近。然后再分别向两侧布置其他相机，布置时，中间两个相机为已定位相机，根据已定位相机及待定位相机的几何视场角的相邻边界面平行的原则依据已定位相机及待定位相机的几何视场角确定已定位相机及待定位相机的光轴夹角，并使待定位相机的光轴与该行的已定位相机的光轴共面，也就是说，在左侧进行排布的相机，其视场角的右边线保持与已经定位的右侧的相机的视场角的左边线平行，类似的，在右侧进行排布的相机，其视场角的左边线保持与已经定位的左侧的相机的视场角的右边线平行。然后将待定位相机放置在已定位相机的后方，并沿待定位相机的光轴移动(沿光轴移动使得视场角边线为平移而不会发生转动)待定位相机位置使待定位相机与已定位相机的物理距离最小，最终确定该相机位置。重复上述的步骤完成整行相机以及其他行相机的排列，最后将各行相机按列方向并排布置，同时尽可能使上下行相机间的视场角夹角缩小，控制上下行相机间的间距使得相邻行之间的固定焦距相机在所需观测距离内成像无重叠。最后为了便于加工用于固定个相机的固定件，并改善矩阵相机外观效果，以一个椭球面拟合所有相机所在位置的曲面，并沿相机自身的光轴移动相机使相机位置落在椭球面，从而得到一个矩阵相机，其包括了行列布置的若干固定焦距相机，并且固定焦距相机至少与行列方向中的一个方向相邻的固定焦距相机的具有相互平行的视场角边界面。这个相机的排布方式使得最终成像会形成不同宽度的平行盲区，可以通过图像处理方法或增加另一台矩阵相机交叉成像避免，相比于视场重叠后的图像去重，这种图像处理方式较为简单，减少了算法复杂度。
在本发明的另一实施例中，请结合图2所示，假设矩阵相机规模为3×8，即3行8列的相机矩阵，可以先按列布置相机，每列具有3个(奇数)相机B。每列相机布置时，使一个相机的光轴与矩阵相机的中轴线重合，即以该相机的光轴作为对称轴，再其上下两侧各布置其他相机，该中间的相机作为第一已定位相机。布置其他相机时，使相机光轴构成该列平面，然后在列平面内转动相机使相机的视场角相邻边界面平行(即图2中，上侧相机的视场角下边线与下侧相机的视场角α上边线平行)，再平移相机使两者物理距离最近。如果相机数量大于3个，则继续向两侧布置依次布置其他相机，布置时，最上和最下两个相机为已定位相机，根据已定位相机及待定位相机的几何视场角的相邻边界面平行的原则依据已定位相机及待定位相机的几何视场角确定已定位相机及待定位相机的光轴夹角，并使待定位相机的光轴与该列的已定位相机的光轴共面。也就是说，在上侧进行排布的相机，其视场角的下边线保持与已经定位的下侧的相机的视场角的上边线平行，类似的，在下侧进行排布的相机，其视场角的上边线保持与已经定位的上侧的相机的视场角的下边线平行。然后将待定位相机放置在已定位相机的后方，并沿待定位相机的光轴移动(沿光轴移动使得视场角边线为平移而不会发生转动)待定位相机位置使待定位相机与已定位相机的物理距离最小，最终确定该相机位置。重复上述的步骤完成整列相机以及其他列相机的排列，最后将各列相机按行方向并排布置，同时尽可能使左右列相机间的视场角夹角缩小，控制左右列相机间的间距使得相邻行之间的固定焦距相机在所需观测距离内成像无重叠。

Claims (7)

1.一种无重叠成像矩阵相机排布方法，其特征在于，包括步骤：标定矩阵相机中单个固定焦距相机的几何视场角；以矩阵相机的中轴线为起始位置向两侧先成行或成列布置各个固定焦距相机，使相邻的所述固定焦距相机的视场角边界面相互平行并留有间距，将成行的固定焦距相机按列并排布置并使相邻行之间的固定焦距相机在所需观测距离内成像无重叠，或者将成列的固定焦距相机按行并排布置并使相邻列之间的固定焦距相机在所需观测距离内成像无重叠。
2.根据权利要求1所述的无重叠成像矩阵相机排布方法，其特征在于，所述以矩阵相机的中轴线为起始位置向两侧先成行或成列布置各个固定焦距相机时，首先由已定位相机及待定位相机的几何视场角确定已定位相机及待定位相机的光轴夹角，使已定位相机及待定位相机的几何视场角的相邻边界面平行，以及使待定位相机的光轴与同行或同列的已定位相机的光轴共面；然后沿待定位相机的光轴移动所述待定位相机位置使所述待定位相机与已定位相机的物理距离最小并以此时待定位相机的位置确定为布置位置；再以该确定布置位置的待定位相机为已定位相机重复上述步骤进行下个相机的排布。
3.根据权利要求2所述的无重叠成像矩阵相机排布方法，其特征在于，所述沿待定位相机的光轴移动所述待定位相机位置使所述待定位相机与已定位相机的物理距离最小并以此时待定位相机的位置确定为布置位置时先将所述待定位相机放置在所述已定位相机的后方然后向所述已定位相机靠近。
4.根据权利要求2所述的无重叠成像矩阵相机排布方法，其特征在于，所述以矩阵相机的中轴线为起始位置向两侧先成行或成列布置各个固定焦距相机时，如果单行或单列的相机数量为奇数，则以一个光轴与所述矩阵相机的中轴线重合的相机为第一已定位相机进行其他相机排布，如果单行或单列的相机数量为偶数，则以所述矩阵相机的中轴线为对称轴在两侧各布置一个相机且保证布置的相机的视场角相邻边界面平行以及物理距离最近，并将这两个布置的相机作为已定位相机。
5.根据权利要求2所述的无重叠成像矩阵相机排布方法，其特征在于，在完成所有相机位置排布后，以一个椭球面拟合所有相机所在位置的曲面，并沿相机自身的光轴移动相机使相机位置落在所述椭球面。
6.一种矩阵相机，其特征在于，包括行列布置的若干固定焦距相机，所述固定焦距相机至少与行列方向中的一个方向相邻的固定焦距相机的具有相互平行的视场角边界面。
7.根据权利要求6所述的矩阵相机，其特征在于，所述固定焦距相机的焦距满足：距离所述矩阵相机的中轴线较近的所述固定焦距相机的焦距小于等于距离所述矩阵相机的中轴线较远的所述固定焦距相机的焦距。
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