CN2632725Y

CN2632725Y - 一种具有全景拍摄功能的便携式拍照设备

Info

Publication number: CN2632725Y
Application number: CN 03267221
Authority: CN
Inventors: 马堃
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-07-02
Filing date: 2003-07-02
Publication date: 2004-08-11
Anticipated expiration: 2013-07-02

Abstract

本实用新型涉及一种可实时拍摄连续全景照片的数字便携式拍照设备，为了解决现有相机成像视野较小的问题，本实用新型的数字便携式拍照设备中除了包括现有控制模块、数字成像模块和照片存储模块之外，还包括用于存储主体照片的第一缓冲存储器；用于存储后接照片的第二缓冲存储器；用于对后接照片与主体照片之间的重叠区状况进行分析的图像匹配模块；以及根据所述图像匹配模块的输出结果，将后接照片与主体照片拼接成一张连续一体的新照片，并将其作为新的主体照片暂存到第一缓冲存储器中的图像拼接模块；最后生成的主体照片将在控制模块的控制下保存到照片存储模块中。利用本实用新型的数字相机，可实时拍摄出连续的全景照片。

Description

一种具有全景拍摄功能的便携式拍照设备

技术领域

本实用新型涉及数码拍照技术，更具体地说，涉及一种具有全景拍摄功能的便携式拍照设备。

背景技术

成像视野受限是一般相机都面临的问题，针对这类问题，人们从机械、光学及数字技术等多方面做了许多改进。

例如，在中国专利ZL 92215421.X中，公开了一种360°环摄全景照相机，包括照相机机身、镜头、电源控制器及相机底盘，机身中间开有一缝隙式曝光孔的成像面，机身下的底盘内装有微型电机和减速器；其电源控制器为三挡控制电机变速的调压器。该装置精度高，适合拍摄室内全景，野外宽阔画风景和大型团体照等，但需添加额外的机械装置和驱动部件，不适于便携使用。

在中国专利申请00802545.2(公开号CN 1352754)中，公开了一种两反射器系统，如一个是双曲面反射镜，另一个是凹椭圆或球面反射镜，通过光学原理消除光学像差，用于捕获超广角全景图像。但是其精密而庞大的光学设备同样不适宜小巧灵活的便携设备。

近年来，数字技术的应用极大地促进了成像技术的发展。数码成像技术的最大好处是处理准确灵活。一张照片被数字化为百万像素的数字集合，进而对该照片的处理可充分利用高速大容量的计算机进行像素级的编辑，对多幅照片的拼接组合也就简化为相应像素集合的重组和排列。具有部分重叠的两张照片在计算机中可以先进行内容匹配，定位出重叠位置，然后按内容连续地拼接为一张更大的照片。这样，在不更改成像器材的情况下，即可达到扩展成像视野、提高成像质量的目的。该方案的缺点在于其离线非实时性：使用者首先使用传统相机连续拍摄多张照片，然后再将这些照片输入到计算机进行排序、匹配、拼接。这不可避免地造成了整个处理周期长、操作麻烦，一旦个别照片不合乎要求，将导致整个拼接失败，使用者需要重新拍摄并重复上述操作。

现今的数码相机，主要用途是拍摄和存储，其基本结构如图1所示。包括成像模块21、控制模块22、存储模块23，当然，还包括未在本图中画出的电源模块等部分。其中，成像模块11包括光电图像传感器和传感器信号处理器，用来完成图像的光电信号转换及处理工作，将其转换为后端集成电路可以接受的数据格式。控制模块12完成图像数据在存储模块13中的存储及与计算机的通信。该方案简单经济，可以满足用户拍摄单张照片并保存的需要。但上述结构无法满足现场全景拍照的要求。

实用新型内容

针对现有技术的上述缺陷，本实用新型要解决现有便携相机成像视野受限的缺点，提供一种具有全景拍摄功能的数字便携式拍照设备。

本实用新型的技术方案是，构造一种具有全景拍摄功能的数字便携式拍照设备，包括控制模块、数字成像模块、以及用于存储所拍摄照片的照片存储模块，其中还包括：用于存储主体照片的第一缓冲存储器；用于存储后接照片的第二缓冲存储器；用于对所述后接照片与主体照片之间的重叠区状况进行分析的图像匹配模块；以及，根据所述图像匹配模块的输出结果，对所述后接照片与主体照片之间的重叠区进行拼接以生成一张连续一体的新照片，并将其作为新的主体照片暂存到所述第一缓冲存储器中的图像拼接模块；所述控制模块还控制所述第一、第二缓冲存储器、图像匹配模块及图像拼接模块的工作状态，并将最后生成的主体照片保存到所述照片存储模块中。

在控制模块的控制下，本实用新型的拍照设备可工作于普通拍摄模式和连续拍摄模式，在连续拍摄模式时，先根据使用者输入的指令拍摄第一张照片，并将其作为主体照片暂存；再根据使用者输入的指令拍摄下一张照片，并将其作为后接照片暂存；再由图像匹配模块对所述后接照片与主体照片之间的重叠区状态进行分析，包括是否有重叠，重叠范围大小等；然后由图像拼接模块根据后接照片与主体照片之间的重叠区状态，将两者拼为一张连续一体的新照片，并将其作为新的主体照片到所述第一缓冲存储器中；拍完之后，再将最后的主体照片作为全景照片保存到照片存储模块。

本实用新型将实时处理及智能识别技术引入拍照设备，采用人机配合方式完成主动取景、连续拍摄及智能拼接，形成一种新颖实用的现场全景拍照设备：对使用者拍得的照片现场进行智能拼接，达到“即拍即拼，拍完即现”。本实用新型不需要采用任何额外附加的机械或光学设备，小巧便携，保持通常的手工拍摄习惯；本实用新型不要求操作者必须很精确地旋转拍照设备，方便使用，具有现场成像的优点。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是传统数码相机的原理框图；

图2是本实用新型一个优选实施例的原理框图；

图3是本实用新型一个优选实施例中所采用的5向键的实例图；

图4是图2中所示数码相机的电路图；

图5是利用本实用新型的相机进行连续全景拍摄时的流程图；

图6是本实用新型中进行全景拍一个实例效果图。

具体实施方式

本实用新型的一个优选实施例如图2所示，从图中可以看出，本实施例是对图1中所示数码相机的改进。其中除了普通数码相机的成像模块21、控制模块22和存储模块23之外，还包括第一缓冲存储器25、第二缓冲存储器26、图像匹配模块27、以及图像拼接模块28。

其中，图像匹配模块27和图像拼接模块28可集成到一个数字处理器中，该数字处理器可以是专用处理器、可编程处理器、或采用动态重配置技术的通用集成电路。第一缓冲存储器25和第二缓冲存储器26可是以同一缓冲存储器的两个存储区。

本实施例的数码相机可工作于普通拍摄模式和全景拍摄模式。普通拍摄模式等同于传统拍照，即拍摄一张，保存一张。在全景拍摄模式时，先根据使用者输入的指令拍摄第一张照片，并将其作为主体照片暂存到第一缓冲存储器25中；再根据使用者输入的指令拍摄下一张照片，并将其作为后接照片暂存到第二缓冲存储器26中；再由图像匹配模块27对后接照片与主体照片之间的重叠区状态进行分析，包括是否有重叠，重叠范围大小等；然后由图像拼接模块28对后接照片与主体照片之间的重叠区进行融合处理，拼接出一张连续一体的新照片，并将其作为新的主体照片放到第一缓冲存储器25中；拍完之后，再将最后的主体照片作为全景照片保存到存储模块23中。

本实施例的数码相机可以动态回放照片存储模块中的全景照片，根据时钟和位置计数器自动滚动显示大幅面的全景照片，同时也可响应用户的“上、下、左、右、停”等按键操作即时改变显示状态。图3给出了一个所述5向键的实例图，其中包括向上键31，向下键32，向左键33，向右键34和停止键35。

在本实用新型的一个优选实施例中，上述成像模块21采用单片高分辨数字摄像芯片OV7620，控制模块22采用芯片OV681，存储模块23采用CMOS FLASH存储器AM29LV160D，集成有图像匹配模块27和图像拼接模块28功能的数字处理器采用MC68VZ328，并用SDRAM HYB39S6416A作为缓冲存储器25、26。

在上述实施例中，OV7620包括光电图像传感器和传感器信号处理器，用来完成图像的光电信号转换及处理工作，将其转换为AM29LV160D，HYB39S6416A及MC68VZ328可以接受的数据格式。OV681控制图像数据在AM29LV160D中的存储及与MC68VZ328的通信。MC68VZ328为可编程数字处理器，通过编程具有图像匹配和图像拼接功能模块。HYB39S6416A通过寻址空间的设定被MC68VZ328分为两个数据缓冲空间，作为用于存储主体照片的第一缓冲存储器和用于存储后接照片的第二缓冲存储器。

如图4所示为图2中所示数码相机的电路图，其中示出了MC68VZ328与HYB39S6416A和AM29LV160D之间的电连接关系。

本实用新型可工作于普通拍摄模式和连续拍摄模式，在连续拍摄模式时，可按图5所示的流程工作。

(1)使用者根据需要拍摄的全景范围，先对准第一个取景范围，如果是按由左至右的方式拍摄，则先对准最左边的取景范围，当然，也可按由右至左、由上至下、或由下至上的方式进行拍摄；此时，相机的拍摄镜头所对准的取景范围的图像将会传送到显示器进行实时显示，以供使用者判断是否对准了所需的取景范围，并进行相应的调整的；

(2)当确定了第一张照片的取景范围之后，使用者通过按下拍摄键，即可拍摄第一张照片，此时会将拍摄镜头当前所对准的取景范围的场景被OV7620成像并通过OV681和MC68VZ328控制作为主体照片保存到HYB39S6416A中的第一缓冲存储器中，同时自动进入下一次取景状态。

(3)使用者适当旋转拍摄镜头或自身身体，准备拍摄下一张照片，同样，相机的拍摄镜头所对准的取景范围的图像将会传送到显示器进行实时显示。

(4)MC68VZ328中的图像匹配模块实时判断拍摄镜头当前所对准的取景范围的图像与当前主体照片之间的重叠范围(如图6中的第二行所示)，计算出当前重叠区面积占整个图像面积的比例；若发现重叠区大于25％，则发出向右旋转提示信号，以减小重叠；若发现重叠区小于15％，则发出向左旋转提示信号，以增大重叠；当重叠比例为20％左右(15-25％之间)时，则发出拍摄提示信号，提示使用者此时为最佳拍摄范围。这里的提示信号可以是由显示器所显示出的图标或文字、由发声器件所发出的声音、或者是由发光器件所发出的灯光。

(5)使用者根据上述提示信号可调整身体角度或拍摄角度，选择合适场景即可通过按下拍摄键拍摄一张后接照片，该照片被保存到HYB39S6416A中的第二缓冲存储器中。

(6)MC68VZ328中的图像拼接模块自动对上述主体照片和后接照片进行连续拼接处理，拼接出一张连续一体的新照片，并将其作为新的主体照片保存到HYB39S6416A中的第一缓冲存储器中；同时自动进入下一次取景状态。

(7)如图5所示，重复上述步骤(3)-(6)，当完成了系统预定的拼接数量(例如5张拼接)或使用者输入结束指令，此时会将最后生成的主体照片作为全景照片输出到照片存储模块AM29LV160D中，或通过标准接口输出到外接于相机的闪存中，或输出到其它非易失性存储器中。

(8)全景拍摄完毕，显示器会自动滚动显示该全景照片，同时响应用户的按键控制。如果用户按下图3中的向左键33，系统向左滚动显示该照片；如果用户按下向右键34，系统向右滚动显示该照片；同理实现“上下左右停”5种控制。

上述步骤(4)中的图像匹配模块的实现基于数字处理器对图像匹配算法的软硬件实现。在原理上它由两部分组成，即内容一致性测量和场景重叠区定位。当两张照片被数字化成以像素为基本单位的数字集合后(下文均称数字图像)，这两张照片的内容比较可转化为相应像素的比较；因而可以将两张数字图像的对应像素的平均差异定义为测量图像中内容一致性的一个简单测度，从数学意义上讲，该测度是以这两张数字图像张成的两个矢量的一个距离测度。当两张照片的场景差异越小，也就是说内容越一致，这两张数字图像的对应像素的平均差异值越小，该测度值越小。该内容一致性测度不仅适用于两张数字图像的整体一致性测量，也可推广到其局部性测量。例如两张照片仅局部内容重叠，则在内容真实重叠情况下的重叠区内统计对应像素的平均差异，该差异值很小；相反，但对于其它重叠位置，对应的内容不一样，其基于像素差异的统计平均值很大，因而该内容一致性测度值变大。利用该特性，我们使用内容一致性测度来自动定位场景重叠区：首先计算两张照片在候选的重叠位置下的内容一致性测度值；选出最小的内容一致性测度值，取得该值时的重叠位置即为这两张图像的准确场景重叠位置。

可见，上述图像匹配算法用于自动准确地定位出两张照片的场景重叠位置。基于此，本实用新型所述的图像拼接模块也就简化为两个图像相应像素集合的重组和排列：在重叠区内选择线性加权法设定在新合成图像中的重叠位置处的像素值，在重叠区外保留原图像的对应像素值。

需要注意的是，本实用新型要求拍摄的照片之间要有一定的重叠区，其目的仅是为了给图像拼接模块以足够和准确的线索用于完成连续完整的图像拼接。在实际使用中，相邻照片之间的重叠越多，匹配信息越多但幅面扩展效率越低；相反，相邻照片之间的重叠越少，指导图像拼接的线索也相应减少，可能会影响图像拼接的准确度。兼顾拍摄效率和拼接性能，在本实用新型的上述实施例中选择20％为推荐重叠区。

利用本实用新型的全景拍照数码相机，使用者通过调整自身位置或相机角度，连续拍摄的多张照片可被机器自动地拼接成一张大照片，如图6所示，从而起到扩大成像视野的作用。实际使用中，本设备可拍摄360度环绕的全景照片，超越其物理镜头的限制，图像现场生成。所得图像连续完整，内容丰富，视觉质量明显优于普通相机拍摄的单张画面。基于上述方案，本实用新型替代了传统的冲印、剪裁、粘贴等一系列繁琐手工操作，操作简洁，效果明显。

本实用新型的方案不仅适用于数码相机，还可适用于具有拍摄功能的手机及其他便携式数码摄影设备。其前提是要在数码相机或其他便携数码式摄影设备中增加具有图像匹配模块和图像拼接模块的数字处理器、以及用于实现缓存的数据缓冲器。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型而并非限制本实用新型所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本实用新型已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本实用新型进行修改或者等同替换；而一切不脱离本实用新型的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims

1、一种具有全景拍摄功能的数字便携式拍照设备，包括控制模块、数字成像模块、以及用于存储所拍摄照片的照片存储模块，其特征在于，

还包括用于存储主体照片的第一缓冲存储器；用于存储后接照片的第二缓冲存储器；用于对所述后接照片与主体照片之间的重叠区状况进行分析的图像匹配模块；以及，根据所述图像匹配模块的输出结果，对所述后接照片与主体照片之间的重叠区进行拼接以生成一张连续一体的新照片，并将其作为新的主体照片暂存到所述第一缓冲存储器中的图像拼接模块；

所述控制模块还控制所述第一、第二缓冲存储器、图像匹配模块及图像拼接模块的工作状态，并将最后生成的主体照片保存到所述照片存储模块中。

2、根据权利要求1所述的具有全景拍摄功能的数字便携式拍照设备，其特征在于，所述第一、第二缓冲存储器是同一缓冲存储器中的两个存储区。

3、根据权利要求1所述的具有全景拍摄功能的数字便携式拍照设备，其特征在于，所述图像匹配模块和图像拼接模块集成到同一个数字处理器中，所述数字处理器可以是专用处理器、可编程处理器、或采用动态重配置技术的通用集成电路。

4、根据权利要求1所述的具有全景拍摄功能的数字便携式拍照设备，其特征在于，还包括用于显示所拍摄照片的显示模块。

5、根据权利要求4所述的具有全景拍摄功能的数字便携式拍照设备，其特征在于，所述显示模块中包括用于滚动显示全景照片的时钟和位置计数器。

6、根据权利要求5所述的具有全景拍摄功能的数字便携式拍照设备，其特征在于，所述显示模块中还包括用于控制全景照片滚动显示方向的方向按钮。

7、根据权利要求6所述的具有全景拍摄功能的数字便携式拍照设备，其特征在于，所述方向按钮是具有“上、下、左、右、停”5个操作模式的5向键或5向操纵杆。

8、根据权利要求1-7中任一项所述的具有全景拍摄功能的数字便携式拍照设备，其特征在于，所述设备中还包括移动通信模块，从而构成一个具有全景拍摄功能的移动通信终端。