CN116723371A - 一种基于振镜的360度全景拍摄装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及全景监控技术领域，具体涉及一种基于振镜的360度全景拍摄装置，其包括旋转平台、一个图像传感器以及一个偏转振镜，所述旋转平台由水平伺服电机带动旋转；所述偏转振镜用于将入射的光线，反射进入所述图像传感器中，且所述偏转振镜与所述图像传感器的旋转方向反向；所述图像传感器设置于旋转平台上，与所述旋转平台同步旋转，用于根据接收到的反射光线，获取目标物体的扫描图像。即本发明的方案不仅能够获取清晰的全景图像，还能使得全景拍摄装置的体积小、成本低以及功耗小。
Description
技术领域
本发明一般地涉及全景监控技术领域。更具体地，本发明涉及一种基于振镜的360度全景拍摄装置。
背景技术
目前，在机场、停车场、人口密集的广场、以及道路路口等公共场所一般都会安装能够实施监控的监控系统，该监控系统一般要求360度全景扫描，这样才能够完整地观测到周边的情况。
现有的全景摄像装置一般包括多个镜头，且根据每个镜头能够拍摄的视场角在圆周方向设置对应的成像模块，每套镜头及成像模块负责自身视场角范围内的拍摄，进行无缝拼接得到一张完整的大图片，使其更适合人眼观察。
如授权公告号为CN 216217104 U，发明名称为“一种全景成像探测器”，公开了采用6个摄像机同时采集图像的方案；虽然能够拍摄过程中，实时性较好，但是需要多个摄像机，增加了全景成像装置的成本、体积和功耗，且因体积过大在安装时不易于实施。
因此，如何提供一种小体积、成本低廉以及功耗低的全景拍摄装置是尤为重要的。
发明内容
为解决上述一个或多个技术问题，本发明提出通过设置由水平伺服电机驱动的旋转平台，以带动图像传感器同步旋转，并通过偏转振镜实现全景图像的获取，能够使得获取的全景图像更清晰，且全景拍摄装置体积更小、成本以及功耗均较低；为此，本发明在如下的一个方面中提供方案。
本发明提供的一种基于振镜的360度全景拍摄装置，包括旋转平台、一个成像模块以及一个偏转振镜，所述旋转平台由水平伺服电机带动旋转；
所述偏转振镜用于将入射的光线，反射进入所述成像模块中，且所述偏转振镜的旋转方向与所述成像模块的旋转方向反向；
所述成像模块固定设置于旋转平台上，与所述旋转平台同步旋转，用于根据接收到的反射光线，获取目标物体的扫描图像。
可选地，在进行目标物体扫描时，所述成像模块的水平视角为7.2度。
可选地，所述水平伺服电机采用17位编码器，且在运转时为逆时针匀速运转。
可选地，所述偏转振镜为顺时针匀速转动，且所述偏转振镜的角速度为所述旋转平台的角速度的0.5倍。
可选地，所述偏转振镜的偏转角度范围是-10度～+10度，偏转角速度范围是-2000度/秒～+2000度/秒。
可选地，所述成像模块为图像传感器，其中图像传感器包括透镜、光敏单元和处理芯片；当光线通过透镜射入所述图像传感器后，经由光敏单元形成电压信号，电压信号被处理芯片转换为数字信号，用于生成图像。
可选地，所述图像传感器还包括图像拼接处理单元，用于对所述图像进行图像拼接，得到全景图像。
可选地，还包括微电脑控制器，所述水平伺服电机、偏转振镜和图像传感器均通过电气滑环与微电脑控制器进行电气连接。
可选地，所述微电脑控制器还用于将图像传感器传输的全景图像输出到外部电脑或者显示器进行显示。
可选地，对所述图像进行图像拼接包括图像特征提取、图像匹配和图像融合。
本发明的有益效果为：
本发明通过设置一个成像模块、一个偏转振镜，不仅能够获取更高清晰度的全景图像的，而且减小了全景拍摄装置的体积，同时也降低了装置成本；同时，通过水平伺服电机驱动旋转平台旋转，从而带动图像传感器同步旋转，且与偏转振镜的旋转方向相反旋转，使得全景拍摄装置的控制更可靠。
同时，通过设置偏转振镜的角速度为所述旋转平台的角速度的0.5倍使得在一定的时间内实现相对稳定的水平视场，为成像模块提供稳定的图像曝光环境，将相邻水平视场的图片进行无缝拼接，得到360度全景图像。
附图说明
通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：
图1是本发明的一种基于振镜的360度全景拍摄装置的结构示意图；
图2是本发明的一种基于振镜的360度全景拍摄装置的结构框图；
图3是本实施例的一种基于振镜的360度全景拍摄装置中的图像传感器的结构框图；
附图说明：1-旋转平台，2-偏转振镜，3-图像传感器，4-电气滑环，5-固定底座，6-微电脑控制器。
具体实施方式
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，本领域技术人员在没有做出创造性劳动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。
下面结合附图来详细描述本发明的具体实施方式。
图1是本实施例的一种基于振镜的360度全景拍摄装置的结构框图。
如图1所示，基于振镜的360度全景拍摄装置包括固定底座5，旋转平台1，一个偏转振镜2，一个成像模块，水平伺服电机(图中未示出)。本实施例中的成像模块采用图像传感器3。
其中，旋转平台1通过转轴设置于固定底座5上，其中转轴的一端固定在旋转平台1上，一端设置于固定底座5上；水平伺服电机通过传动部件带动转轴旋转，转轴带动旋转平台1在水平方向上转动，也即水平伺服电机带动旋转平台1在水平方向上旋转。
旋转平台1由水平伺服电机带动旋转，同步带动固定设置于旋转平台上的图像传感器3，使得旋转平台1与图像传感器3同步旋转。
其中的水平伺服电机采用17位编码器，水平伺服电机可以在低速运行时速度更加平稳，图像质量更好。本实施例中的水平伺服电机在运转时为逆时针匀速运转。那么，图像传感器3以及旋转平台1也逆时针匀速运转。
偏转振镜2的旋转方向与图像传感器3的旋转方向相反，并用于将目标物体的入射的光线，反射进入图像传感器3中。本实施例中的偏转振镜2的旋转方向为顺时针匀速转动，其角速度为旋转平台的角速度的0.5倍，能够在一定的时间内实现相对稳定的水平视场，为图像传感器3提供稳定的图像曝光环境，将相邻水平视场的图片进行无缝拼接，得到360度全景图像。
其中，偏转振镜2的偏转角度范围是-10度～+10度，偏转角速度范围是-2000度/秒～+2000度/秒。
其中本实施例中的偏转振镜2可以采用振镜系统，即振镜系统是由伺服控制板与摆动电机组成的高精度伺服控制系统，当输入一个驱动信号时，摆动电机就会按一定电压与角度的转换比例摆动一定角度。整个过程采用闭环反馈控制，由位置传感器、误差放大器、功率放大器、位置区分器、电流积分器等五大控制电路共同作用。另外，具体型号的选取可以根据实际情况确定。
本实施例的全景拍摄装置还包括微电脑控制器6和电气滑环4，其中水平伺服电机、偏转振镜2和图像传感器3均通过电气滑环4与微电脑控制器6进行电气连接。
其中，电气滑环是利用导电环的滑动接触、静电耦合或电磁耦合，在固定座架转动部件与滚动或滑动部件之间传递电信号和电能传递的精密输电装置。其可以连续或断续的360度旋转，提供多通路的旋转动力、数据和讯号。
本实施例的电气滑环的旋转环分别与水平伺服电机、偏转振镜2以及图像传感器3相连，旋转环可以随着旋转电机的旋转而旋转，固定环与固定底座上设置的微电脑控制器6相连，当旋转环旋转时，电流可以从固定环传递到旋转环，实现微电脑控制器6与水平伺服电机、偏转振镜2以及图像传感器3的控制连接。
微电脑控制器6是一个小型的计算机，可以为微处理器或MCU，其包含了一系列的简单的电路和晶体振荡器、定时器、看门狗、串行和模拟I/O口等，还包括非闪烁存储器和OTP ROM用来存储程序以及读写程序；微电脑控制器可以通过存储的程序进行升级操作。
图2是本发明的一种基于振镜的360度全景拍摄装置的结构框图。
如图2所示，微电脑控制器用于控制水平伺服电机(图中未示出)匀速运转，控制偏转振镜匀速偏转，控制图像传感器采集图像，并将采集到的全景图像输出到外部电脑或者显示器，进行360度监控画面的显示。
图3是本实施例的一种基于振镜的360度全景拍摄装置中的图像传感器的结构框图。
如图3所示，图像传感器，包括透镜组、光敏单元和处理芯片，当光线通过透镜射入所述图像传感器后，经由光敏单元形成电压信号，电压信号被处理芯片转换为数字信号，用于生成图像，即可获取目标物体的扫描图像；本实施例中，全景拍摄装置在进行目标物扫描时，其中的图像传感器的水平视角为7.2度。
需要说明的是，上述中的水平视角是拍摄一幅图像的水平视场角，当水平伺服电机旋转360度，那么，就有50帧图像，即获取的360度全景图像即是由50帧相邻的图像无缝拼接得到。
进一步地，图像传感器还包括图像拼接处理单元，用于对获取的目标物体的扫描图像进行图像拼接，得到全景图像。
其中，对获取的目标物体的扫描图像进行图像拼接包括图像特征提取、图像匹配和图像融合。
其中，图像特征提取包括特征检测和特征描述；具体地可以采用SIFT、SURF或ORB的特征提取方法。图像匹配具体地可以采用随机采样一致性、K近邻算法等的方法；图像融合具体可以采用线性融合、拉普拉斯金字塔融合、最佳缝合线等方法。由于图像拼接技术为现有技术，此处不再过多赘述。本实施例的全景拍摄装置的工作过程为：
1)启动电源，利用准直器进行全景拍摄装置的调试；
2)对目标物体开始扫描时，微电脑控制器发送信号至图像传感器进行目标物体扫描，同时发送信号至水平伺服电机，使其逆时针匀速旋转，以带动旋转平台和成像模块进行逆时针匀速转动；同时发送信号至偏转振镜，使其顺时针匀速进行旋转，偏转振镜的旋转角速度为图像传感器的角速度的0.5倍；
3)在水平伺服电机运转下以及偏转振镜开始顺时针旋转时，偏转振镜将目标物体的入射的光线进行偏转，反射进入图像传感器，进行成像，获取对应的图像，如此往复，获取旋转一圈后的所有图像，并按照图像的先后时间顺序进行图像拼接，获得全景图像。
示例性的，以进行某停车场的监控为例，在全景拍摄装置的工作过程中，水平伺服电机逆时针匀速运转，转速是60转/分钟，角速度是0.36度/毫秒，偏转振镜开始顺时针匀速转动，且偏转振镜的顺时针偏转角速度是0.18度/毫秒，顺时针偏转时间是12毫秒，图像传感器开始进行目标物体的图像的扫描，偏转振镜停止顺时针匀速转动时，图像传感器此时也停止进行图像的扫描。其中，偏转振镜在顺时针偏转12毫秒之后，再逆时针偏转6毫秒，此时偏转振镜的逆时针偏转角速度是0.36度/毫秒，之后偏转振镜停止2毫秒；在下一次偏转振镜开始顺时针偏转时，采集图像，获得下一帧高质量的图像，如此往复进行。
需要说明的是，在偏转振镜开始顺时针匀速偏转时，在顺时针偏转的12毫秒的时间段，图像传感器感测到的物体是相对静止的，可以进行稳定的曝光，此时采集目标物体的图像，获得高质量的图像画面。
在进行目标物体的扫描时，一圈360度总共有50个7.2度的视场角，那么，每扫描一次为7.2度的视场角，对应一帧图像，一圈360度总共有50帧图像，由于图像的视场角较小，在按照时间先后顺序进行图像拼接时，即可得到无缝拼接完美效果的高质量大图像。
需要说明的是，本实施例获取的全景图像的刷新频率是1秒/次，该全景图像用于观测低速行走的人群和车辆，实时性好，并且图像非常清晰。
本发明的全景拍摄装置通过利用一个偏转振镜和一个成像模块，以及带动成像模块旋转的水平伺服电机构成的全景拍摄图像，具有小体积、功耗低、成本低的特点；同时，本申请中的成像模块在进行目标物体扫描时，其视场角采用7.2度的视场角，能够获取更清晰的图像，提高了全景图像的质量。
在本说明书的上述描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“固定”、“安装”、“相连”或“连接”等术语应该做广义的理解。例如，就术语“连接”来说，其可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或者可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。因此，除非本说明书另有明确的限定，本领域技术人员可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
虽然本说明书已经示出和描述了本发明的多个实施例，但对于本领域技术人员显而易见的是，这样的实施例只是以示例的方式提供的。本领域技术人员会在不偏离本发明思想和精神的情况下想到许多更改、改变和替代的方式。应当理解的是在实践本发明的过程中，可以采用对本文所描述的本发明实施例的各种替代方案。
Claims (10)
1.一种基于振镜的360度全景拍摄装置，其特征在于，包括旋转平台、一个成像模块以及一个偏转振镜，所述旋转平台由水平伺服电机带动旋转；
所述偏转振镜用于将入射的光线，反射进入所述成像模块中，且所述偏转振镜的旋转方向与所述成像模块的旋转方向反向；
所述成像模块固定设置于旋转平台上，与所述旋转平台同步旋转，用于根据接收到的反射光线，获取目标物体的扫描图像。
2.根据权利要求1所述的一种基于振镜的360度全景拍摄装置，其特征在于，在进行目标物体扫描时，所述成像模块的水平视角为7.2度。
3.根据权利要求1所述的一种基于振镜的360度全景拍摄装置，其特征在于，所述水平伺服电机采用17位编码器，且在运转时为逆时针匀速运转。
4.根据权利要求1所述的一种基于振镜的360度全景拍摄装置，其特征在于，所述偏转振镜为顺时针匀速转动，且所述偏转振镜的角速度为所述旋转平台的角速度的0.5倍。
5.根据权利要求4所述的一种基于振镜的360度全景拍摄装置，其特征在于，所述偏转振镜的偏转角度范围是-10度～+10度，偏转角速度范围是-2000度/秒～+2000度/秒。
6.根据权利要求1所述的一种基于振镜的360度全景拍摄装置，其特征在于，所述成像模块为图像传感器，其中图像传感器包括透镜、光敏单元和处理芯片；当光线通过透镜射入所述图像传感器后，经由光敏单元形成电压信号，电压信号被处理芯片转换为数字信号，用于生成图像。
7.根据权利要求6所述的一种基于振镜的360度全景拍摄装置，其特征在于，所述图像传感器还包括图像拼接处理单元，用于对所述图像进行图像拼接，得到全景图像。
8.根据权利要求6或7所述的一种基于振镜的360度全景拍摄装置，其特征在于，还包括微电脑控制器，所述水平伺服电机、偏转振镜和图像传感器均通过电气滑环与微电脑控制器进行电气连接。
9.根据权利要求8所述的一种基于振镜的360度全景拍摄装置，其特征在于，所述微电脑控制器还用于将图像传感器传输的全景图像输出到外部电脑或者显示器进行显示。
10.根据权利要求7所述的一种基于振镜的360度全景拍摄装置，其特征在于，对所述图像进行图像拼接包括图像特征提取、图像匹配和图像融合。
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Cited By (1)
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2023
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Cited By (2)
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| CN117310969A (zh) * | 2023-11-27 | 2023-12-29 | 中科昊瀚(西安)智能科技有限责任公司 | 红外全景成像系统 |
| CN117310969B (zh) * | 2023-11-27 | 2024-03-12 | 中科昊瀚(西安)智能科技有限责任公司 | 红外全景成像系统 |
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