CN115604560A - 一种光学拼接广角摄像系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及成像技术领域，特别涉及一种光学拼接广角摄像系统及方法。该系统包括壳体；至少两个摄像单元，设置于壳体内，每个摄像单元均包括镜头架、设置于镜头架上的无畸变镜头以及与无畸变镜头同轴连接的摄像机，无畸变镜头通过镜头架设置于壳体内，壳体上设置有第一孔洞，无畸变镜头的镜头端通过第一孔洞穿出壳体；控制单元，与每个摄像机通信连接，控制单元用于控制每个摄像机拍摄图像，并对摄像机拍摄到的图像进行拼接，以获得广角图像。该光学拼接广角摄像系统能够获得高质量的广角图像。

Description

一种光学拼接广角摄像系统及方法

技术领域

本发明实施例涉及成像技术领域，特别涉及一种光学拼接广角摄像系统及方法。

背景技术

随着科技的发展，各行业对广角图像的需求更加广泛。

现有技术中，主要采用鱼眼全景相机和全景拼接成像技术获得广角图像，但是采用这两种方法获得的图像存在边缘模糊、拼接明显等问题，图像质量较差。

因此，目前亟待需要一种光学拼接广角摄像系统及方法来解决上述技术问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种光学拼接广角摄像系统及方法，能够获得高质量的广角图像。

第一方面，本发明实施例提供了一种光学拼接广角摄像系统，包括：

壳体；

至少两个摄像单元，设置于所述壳体内，每个所述摄像单元均包括镜头架、设置于所述镜头架上的无畸变镜头以及与所述无畸变镜头同轴连接的摄像机，所述无畸变镜头通过所述镜头架设置于所述壳体内，所述壳体上设置有第一孔洞，所述无畸变镜头的镜头端通过所述第一孔洞穿出所述壳体；

控制单元，与每个所述摄像机通信连接，所述控制单元用于控制每个所述摄像机拍摄图像，并对所述摄像机拍摄到的图像进行拼接，以获得广角图像。

在一种可能的设计中，所述镜头架包括第一支架和第二支架；所述第一支架的一端垂直地连接于所述第二支架的一端；

所述第一支架上设置有第二孔洞，所述无畸变镜头通过所述第二孔洞设置于所述第一支架上；

所述第二支架设置于所述壳体上，通过调整所述第二支架在所述壳体上的位置和角度，调节所述无畸变镜头的位置和角度。

在一种可能的设计中，所述壳体为圆环形。

在一种可能的设计中，每个所述无畸变镜头均具有相同的视场角；

通过调整每个所述第二支架在所述壳体上的位置和角度，以使相邻无畸变镜头的轴线在同一水平线上，且两条轴线的夹角等于所述视场角。

在一种可能的设计中，所述视场角为60°。

第二方面，本发明提供了一种光学拼接广角摄像方法，应用于上述任一种可能的摄像系统，所述方法包括：

将每个所述摄像单元安装于所述壳体内的预设位置；

利用所述控制单元控制每个所述摄像机拍摄图像，并对所述摄像机拍摄到的图像进行拼接，以获得广角图像。

本申请提供了一种光学拼接广角摄像系统，系统包括：壳体、至少两个摄像单元和控制单元。其中，每个摄像单元均包括镜头架、摄像机和无畸变镜头，通过设置无畸变镜头，可以使镜头边缘无畸变，从而保证单个摄像机拍摄图像的质量。通过设置多个摄像机，并对每个摄像机拍摄到的图像进行拼接，能够获得高质量的广角图像。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例提供的一种光学拼接广角摄像系统的剖面示意图；

图2是图1提供的光学拼接广角摄像系统的正视图；

图3是本发明一实施例提供的摄像单元的结构示意图；

图4是本发明一实施例提供的镜头架的结构示意图；

图5是本发明一实施例提供的一种光学拼接广角摄像方法的流程示意图；

图6是图2所示的包含补光组件的光学拼接广角摄像系统的剖面示意图；

图7是本发明一实施例提供的固定环的结构示意图；

图8是本发明一实施例提供的灯板的结构示意图；

图9是本发明一实施例提供的透镜的结构示意图。

附图标记：

1-壳体；

11-第一孔洞；

2-摄像单元；

21-镜头架；

211-第一支架；

211a-第二孔洞；

212-第二支架；

22-无畸变镜头；

23-摄像机；

3-固定环；

4-灯板；

5-补光灯；

6-透镜。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如上所述，现有技术主要采用鱼眼全景相机和全景拼接成像技术获得广角视频图像。但是，鱼眼全景相机成像技术会产生桶形畸变，画面周边的直线会被弯曲，需要算法校正，校正后图像边缘模糊。而全景拼接成像技术虽然不存在此情况，但存在拼接画面明显，清晰度不高，不利于有效地监控大面积区域中的目标，且不能大规模应用等问题。

针对上述问题，发明人提出了一种新的光学拼接广角摄像系统及方法，能够获得高质量的广角图像。

如图1～图3所示，本发明实施例提供了一种光学拼接广角摄像系统，该装置包括：

壳体1；

至少两个摄像单元2，设置于壳体1内，每个摄像单元2均包括镜头架21、设置于镜头架21上的无畸变镜头22以及与无畸变镜头22同轴连接的摄像机23，无畸变镜头22通过镜头架21设置于壳体1内，壳体1上设置有第一孔洞11，无畸变镜头22的镜头端通过第一孔洞11穿出壳体1；

控制单元，与每个摄像机23通信连接，控制单元用于控制每个摄像机23拍摄图像，并对摄像机23拍摄到的图像进行拼接，以获得广角图像。

本发明实施例提供了一种光学拼接广角摄像系统，系统包括：壳体1、至少两个摄像单元2和控制单元。其中，每个摄像单元2均包括镜头架21、摄像机23和无畸变镜头22，通过设置无畸变镜头22，可以使镜头边缘无畸变，从而保证单个摄像机23拍摄图像的质量。通过设置多个摄像机23，并对每个摄像机23拍摄到的图像进行拼接，能够获得高质量的广角图像。

需要说明的是，在该实施例中，摄像机23均为广角摄像机23，无畸变镜头22均为广角摄像头，从而获得更大的拍摄角度。控制单元可以是计算机等操作终端，该操作终端用于向每台摄像机23发送拍摄指令，以使各台摄像机23同时拍摄图像。该操作终端还用于接收各台摄像机23拍摄的图像，并将各图像进行拼接，以得到广角图像。

此外，该摄像系统将多个摄像单元2集成于壳体1内，具有结构紧凑、实现容易、可靠性高、成本低等特点。该系统拼接全景图像分辨率高、实时性强、适用范围广、尤其是在周界防范、智能视频领域市场影响力更大。

如图3和图4所示，在一些实施方式中，镜头架21包括第一支架211和第二支架212；第一支架211的一端垂直地连接于第二支架212的一端；

第一支架211上设置有第二孔洞211a，无畸变镜头22通过第二孔洞211a设置于第一支架211上；

第二支架212设置于壳体1上，通过调整第二支架212在壳体1上的位置和角度，调节无畸变镜头22的位置和角度。

在该实施例中，镜头架21呈L型，可以通过调整第二支架212，调整该镜头架21在壳体1上的安装位置和角度，进而调整无畸变镜头22的位置和角度，以使相邻摄像机23的镜头成像边缘对齐。

在一些实施方式中，壳体1为圆环形，以利于各台摄像机23获得更大角度的拍摄范围。

在一些实施方式中，每个无畸变镜头22均具有相同的视场角；

通过调整每个第二支架212在壳体1上的位置和角度，以使相邻无畸变镜头22的轴线在同一水平线上，且两条轴线的夹角等于该视场角。例如，每个无畸变镜头22的视场角为60°，则相邻无畸变镜头22的轴线夹角也为60°，从而保证相邻摄像机23的镜头成像边缘对齐。如此，可以使拼接出的图像的拼接边缘不存在拼接痕迹，清晰度更高。

在一些实施方式中，每个无畸变镜头22的视场角为60°。用户可以根据对广角图像的成像角度需求，设置相应数量的摄像机23，例如，若要获得180°的全景图像，则采用三个摄像机23。当然，用户也可以根据需求配置其它视场角的摄像机23，形成更大广角摄像设备，使其应用范围更加广泛。

在一些实施方式中，每个无畸变镜头22上均设置有镜头盖得配套组件，本申请不再赘述。

如图5所示，本发明实施例还提供了一种光学拼接广角摄像方法，应用于上述实施例提供的光学拼接广角摄像系统，该方法包括：

步骤500，将每个摄像单元2安装于壳体1内的预设位置；

步骤502，利用控制单元控制每个摄像机23拍摄图像，并对摄像机23拍摄到的图像进行拼接，以获得广角图像。

在该实施中，每个无畸变镜头22具有相同的视场角，在该预设位置，相邻无畸变镜头22的轴线在同一水平线上，且两条轴线的夹角等于无畸变镜头22的视场角。

需要说明的是，本实施例提供的光学拼接广角摄像方法和上一实施例提供的光学拼接广角摄像系统具有相同的技术效果，在此对本实施例中各实施方式的技术效果不进行赘述。

现有技术中，光学拼接广角摄像系统的补光角度较小，导致广角摄像机23拍摄出的图像画面清晰度较差。为了解决该技术问题，本发明提供的光学拼接广角摄像系统还包括补光组件，以提高摄像机23拍摄图像的质量。

下面对补光组件的具体结构进行描述。

如图1、图6～图8所示，在一些实施方式中，补光组件包括：

多个灯板4，每个灯板4上均设置有一个补光灯5；

固定环3，每个灯板4均匀地设置于固定环3上；

固定环3的直径等于壳体1的直径，壳体1的一端与固定环3的一端同轴连接，通过调整固定环3在壳体1上的位置，以使补光系统的补光角度覆盖每个摄像机23的拍摄角度。

在该实施例中，补光组件包括多个灯板4和固定环3，每个灯板4上均设置有一个补光灯5，且每个灯板4均匀地设置于固定环3上。其中，固定环3的直径等于壳体1的直径，壳体1的一端与固定环3的一端同轴连接。本实施例通过设置多个补光灯5，并通过调整固定环3在壳体1上的位置，可以使补光系统的补光角度覆盖每个摄像机23的拍摄角度。由此可见，该补光组件的补光角度大，能够提升图像画面的清晰度。

如图9所示，在一些实施方式中，每个补光灯5上均设置有透镜6，透镜6用于调整相应补光灯5的发光角度。如此可以提高光照效果，增大能源的利用率。

在一些实施方式中，每个补光灯5的发光角度不小于摄像机23的垂直角度。优选每个补光灯5的发光角度等于摄像机23的垂直角度。如此在保证光照需求的同时，可以最大限度的减少能量的浪费。例如，摄像机23的水平角度为120°、垂直角度为20°，则每个补光灯5的发光角度取20°，即补光灯5的发光角度等于摄像机23的垂直角度，水平方向通过多个补光灯5的拼接，实现水平补光角度为120°。

在一些实施方式中，补光灯5为LED补光灯。

在该实施例中，LED补光灯的发光效率高，大约每瓦可达150勒克斯的亮度，发光角度大(约180°)，光谱可选范围大，各个波段的可见光和各个波段的红外光均可实施。但其聚光能力差，因此，为了调整发光角度，需要较大直径的透镜6来聚光，不利于补光组件的集成。

因此，为了减小补光组件的体积，在一些实施方式中，补光灯5为激光补光灯。激光补光灯的发光角度比较小(约20°)，如此可以采用较小直径的透镜6，进而缩小整个补光组件的体积，利于系统的集成。用户可以根据需要采用合适的补光灯，本申请不以此为限。

此外，补光距离越远，补光灯5的功率越大，用户可以根据实际需要匹配补光灯5的功率和距离。

在一些实施方式中，每个摄像机23的光轴所在的平面平行于每个补光灯5的光轴所在的平面。如此有利于补光组件的安装制作以及均匀补光。

在一些实施方式中，每个摄像机23均对应多个补光灯5，其中一个补光灯设置于摄像机23的正上方，其它补光灯均匀且对称地分布于该补光灯的两侧。如此，可以实现均匀补光，不会存在某些区域较亮，有些区域较案的情况。

在一些实施方式中，灯板4和固定环3的制作材质均为铝。如此易于加工，且整个补光组件质量较轻，当然用户也可以选用其它材质，本申请不以此为限。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同因素。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种光学拼接广角摄像系统，其特征在于，包括：

壳体(1)；

至少两个摄像单元(2)，设置于所述壳体(1)内，每个所述摄像单元(2)均包括镜头架(21)、设置于所述镜头架(21)上的无畸变镜头(22)以及与所述无畸变镜头(22)同轴连接的摄像机(23)，所述无畸变镜头(22)通过所述镜头架(21)设置于所述壳体(1)内，所述壳体(1)上设置有第一孔洞(11)，所述无畸变镜头(22)的镜头端通过所述第一孔洞(11)穿出所述壳体(1)；

控制单元，与每个所述摄像机(23)通信连接，所述控制单元用于控制每个所述摄像机(23)拍摄图像，并对所述摄像机(23)拍摄到的图像进行拼接，以获得广角图像。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述镜头架(21)包括第一支架(211)和第二支架(212)；所述第一支架(211)的一端垂直地连接于所述第二支架(212)的一端；

所述第一支架(211)上设置有第二孔洞(211a)，所述无畸变镜头(22)通过所述第二孔洞(211a)设置于所述第一支架(211)上；

所述第二支架(212)设置于所述壳体(1)上，通过调整所述第二支架(212)在所述壳体(1)上的位置和角度，调节所述无畸变镜头(22)的位置和角度。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述壳体(1)为圆环形。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，每个所述无畸变镜头(22)均具有相同的视场角；

通过调整每个所述第二支架(212)在所述壳体(1)上的位置和角度，以使相邻无畸变镜头(22)的轴线在同一水平线上，且两条轴线的夹角等于所述视场角。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述视场角为60°。

6.一种光学拼接广角摄像方法，其特征在于，应用于权利要求1-5任一项所述的摄像系统，所述方法包括：

将每个所述摄像单元(2)安装于所述壳体(1)内的预设位置；

利用所述控制单元控制每个所述摄像机(23)拍摄图像，并对所述摄像机(23)拍摄到的图像进行拼接，以获得广角图像。

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