專利名稱：單體式實時全景無縫無失真視頻攝像機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及攝像系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其涉及一種單體式實時全景無縫無失真 視頻攝像機。
技術(shù)背景目前，視頻裝置有多種類型民用的攝像機、帶攝像功能的數(shù)碼相機、監(jiān) 控攝像機、特殊成像攝像機。民用攝像機、數(shù)碼相機和監(jiān)控攝像機的視頻獲取 共同特點是可視范圍由鏡頭可視范圍大小決定，因此除非使用球面鏡頭，否則 不可能在不移動機體的情況下獲得全景的視頻圖像。當前公知的使用球面鏡頭 的全景成像系統(tǒng)，能夠通過廣角的光學成像鏡頭獲得全景圖像，但是展開后的 圖像產(chǎn)生了嚴重的圖像變形效果，所得到的是失真嚴重的全景視頻圖像。己公 布的方法中可以通過復雜耗時的計算機程序運算對變形圖像進行處理，從而獲 得失真較小的圖像，但是這種方法不可能實時的獲得合理水平的分辨率圖像， 因此該方法不適用于實時視頻獲取的場合。 發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種單體式實時全景無縫無失真視頻攝像機。 單體式實時全景無縫無失真視頻攝像機包括主體外殼，主體外殼中間設(shè)有 分隔板，位于分隔板上部的主體外殼側(cè)壁上設(shè)有多個攝像頭模塊，攝像頭模塊 通過攝像模塊盒固定在主體外殼上，多個攝像頭模塊之間通過數(shù)據(jù)連接線相連 接，主體外殼分隔板下方設(shè)有控制器、可充電蓄電池、開關(guān)電源。所述的多個攝像頭模塊陣列，數(shù)量為4 12?？刂破麽娪肞IC16C54單片機。本實用新型能夠提供全景視頻圖像的視頻系統(tǒng)對于多種應(yīng)用是非常有利 的。作為系統(tǒng)實施的范例，此種系統(tǒng)可以作為實時的監(jiān)控設(shè)備，可以在單一顯 示器上進行實時監(jiān)控，省卻了復雜的顯示器陣列和多位置攝像頭的安裝。還可 以獲取真實的道路信息以用于城鎮(zhèn)的道路導航系統(tǒng)，結(jié)合路徑選擇程序?qū)π凶?路線進行直觀有效的引導。系統(tǒng)所獲得的高質(zhì)量全景視頻可用于交互娛樂系統(tǒng) 或交互軍事訓練系統(tǒng)中的真實環(huán)境影像的獲得，并且可安裝于自動行走裝置上 用于機器人成像系統(tǒng)，以滿足軍事或治安偵察的目的。

圖1是單體式實時全景無縫無失真視頻攝像機剖視圖； 圖2是本實用新型的系統(tǒng)原理圖；圖3是本實用新型的成像原理圖 圖4是本實用新型的軟件流程圖。
具體實施方式
如圖l所示，單體式實時全景無縫無失真視頻攝像機包括主體外殼l，主體外殼中間設(shè)有分隔板10，位于分隔板上部的主體外殼側(cè)壁上設(shè)有多個攝像頭模 塊3，攝像頭模塊通過攝像模塊盒7固定在主體外殼上，多個攝像頭模塊之間通 過數(shù)據(jù)連接線9相連接，主體外殼分隔板下方設(shè)有控制器11、可充電蓄電池12、 開關(guān)電源13。單體式系統(tǒng)包括多個攝像頭模塊3陣列，數(shù)量為4 12?？刂破?11采用PIC16C54單片機。所有的系統(tǒng)部件集中在單一外殼中。在單體式系統(tǒng) 工作狀態(tài)下，系統(tǒng)分散部件少，集成度高，整體體積小，容易使用及管理，系 統(tǒng)維護簡便。單體式實時全景無縫無失真視頻攝像機通過連接外部電源獲得工作電源和 充電電源。在電源連接的情況下，六組攝像頭即開始工作，獲取周圍視頻信息。 在外部電源無效的情況下，控制器ll立即接通電池供電，其切換過程不會導致 系統(tǒng)工作中斷。內(nèi)部蓄電池12在滿電狀態(tài)下可供給系統(tǒng)持續(xù)工作24小時。蓄 電池電量用完后在仍無外部供電的情況下，主控板控制攝像機關(guān)機。如外部供 電恢復，控制器ll控制充電器對缺電蓄電池進行充電。如圖2所示，多攝像頭陣列有六個獨立高分辨率攝像頭通過各自的廣角光 學鏡頭獲得六個邊界重疊的視頻圖像。獲得的視頻通過兩路火線高速傳輸通道 (Firewire 800)傳輸至計算機上的系統(tǒng)處理軟件中?；鹁€傳輸支持串行數(shù)據(jù)傳 輸，使用兩路火線即每三個獨立攝像頭占用一路通道，有效保證了 1024X768 大分辨率、30*s以上高數(shù)據(jù)量狀態(tài)下視頻的實時通暢傳輸。外部電路的供電部 分用于支持系統(tǒng)穩(wěn)定工作，以及無外接電源環(huán)境下的持續(xù)工作能力。視頻數(shù)據(jù) 傳遞至計算機內(nèi)的處理軟件中，經(jīng)過軟件標定、同步、匹配的環(huán)節(jié)把視頻處理 成圖像上連續(xù)完整的視頻段，經(jīng)拼接成單一視頻后最終輸出成單一無失真的視 頻文件。如圖3所示，多攝像頭陣列由六個獨立高分辨率攝像頭六邊形柱面陣列分 布，通過各自的廣角光學鏡頭獲得六個邊界重疊的視頻圖像。六邊柱面成像由 六臺獨立的攝像機按照60度的夾角放置而成。由各攝像頭的鏡頭角度形成了視 區(qū)、盲區(qū)和重疊區(qū)。視區(qū)是無需經(jīng)過處理即可進行最終拼接的視頻區(qū)域。盲區(qū) 內(nèi)的物體無法被鏡頭攝入，是最終視頻中無法獲取的區(qū)域。重疊區(qū)的物體和環(huán) 境同時存在于相鄰的兩攝像機視頻的邊緣位置上，兩路獨立的視頻在處理軟件中進行檢測和匹配處理，形成可以與視區(qū)完美拼接的視頻。如圖4所示，攝像頭獲取視頻時，在每個視頻幀采集時都在相應(yīng)音頻軌道 寫入一個時間戳，通過這些時間戳將各個視頻流中屬于同一時刻的幀都一一對 應(yīng)起來。攝像機先從不同方向拍攝一個平面模板(作為標定物)的多幅圖像，對于 每個視點獲得圖像，提取圖像上的網(wǎng)格角點；平面模板與圖像間的網(wǎng)格角點對 應(yīng)關(guān)系，確定了單應(yīng)性矩陣(Homography);那么對每幅圖像，就可確定一個單 應(yīng)性矩陣，這樣就能夠通過攝像機標定的方法對各個視頻流分別進行矯正。接下來對一組同步的視頻幀進行全景拼接，計算出各幀的拼接參數(shù)。拼接參 數(shù)來自于幀配準、圖像再投影和平滑拼接。首先對相鄰的兩個攝像頭采集的同 步對應(yīng)幀進行圖像配準,包括幾何學配準和光度學配準。幾何學配準釆用先使用 基于頻域分析的方法來得到仿射模型，再進而根據(jù)需要，利用光流的方法在仿 射模型的基礎(chǔ)上得到投影模型；光度學配準利用一個從幾何配準的輸入圖像估 計光度模型參數(shù)。將光度模型分為RGB三個通道進行單獨處理。接著將配準后 的圖像進行再投影。由于不同攝像機的圖像之間存在視差，不能直接用于拼接。 對圖像進行圓柱投影可以減少圖像之間的視差。由于圖像間幾何校正和光度學 校正的誤差，并且存在視差，使得圖像間存在拼接裂縫，因此必須采用平滑策 略消除全景視頻中的拼接裂縫。對于簡單的場景我們采用簡單圖像平滑策略， 在兩幅圖的重疊區(qū)域，我們將兩幀圖的象素值按一定的權(quán)值合成到新圖。對于 復雜的場景釆用多分辨率圖像平滑策略，首先求得拼接后圖像的重合區(qū)域在兩 幀圖像上的對應(yīng)部分，以這兩幅公共部分圖像的尺寸生成一幅二值圖像，在縫 合線的周圍，不同的頻段采用不同寬度的平滑帶。在高頻部分，也就是圖像變 化較為尖銳的部分，平滑帶窄一些，而在頻率較低的部分，也就是圖像變化較 為緩和的部分，平滑帶寬一些。然后將計算的拼接參數(shù)應(yīng)用到各視頻流中的每一幀，再將同步的每一組幀 進行拼接，得到由全景幀組成的全景視頻。由于各攝像頭均固定焦距和相關(guān)光 學參數(shù)，彼此之間位置固定，視頻的融合區(qū)和成像區(qū)域為常數(shù)，每一幀的縫合 合成函數(shù)也相同，因此可以保持拼接參數(shù)不變，這樣就能極大的提高拼接效率。
權(quán)利要求1. 一種單體式實時全景無縫無失真視頻攝像機，其特征在于包括主體外殼(1)，主體外殼中間設(shè)有分隔板(10)，位于分隔板上部的主體外殼側(cè)壁上設(shè)有多個攝像頭模塊(3)，攝像頭模塊通過攝像模塊盒(7)固定在主體外殼上，多個攝像頭模塊之間通過數(shù)據(jù)連接線(9)相連接，主體外殼分隔板下方設(shè)有控制器(11)、可充電蓄電池(12)、開關(guān)電源(13)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單體式實時全景無縫無失真視頻攝像機，其特 征在于所述的多個攝像頭模塊(3)陣列，數(shù)量為4 12。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單體式實時全景無縫無失真視頻攝像機，其特 征在于所述的控制器(ll)采用PIC16C54單片機。
專利摘要本實用新型公開了一種單體式實時全景無縫無失真視頻攝像機。它包括主體外殼，主體外殼中間設(shè)有分隔板，位于分隔板上部的主體外殼側(cè)壁上設(shè)有多個攝像頭模塊，攝像頭模塊通過攝像模塊盒固定在主體外殼上，多個攝像頭模塊之間通過數(shù)據(jù)連接線相連接，主體外殼分隔板下方設(shè)有控制器、可充電蓄電池、開關(guān)電源。本實用新型可作為實時的監(jiān)控設(shè)備在單一顯示器上進行實時監(jiān)控。可獲取真實的道路信息以用于城鎮(zhèn)的道路導航系統(tǒng)，結(jié)合路徑選擇程序?qū)π凶呗肪€進行直觀有效的引導?？捎糜诮换蕵废到y(tǒng)或交互軍事訓練系統(tǒng)中的真實環(huán)境影像的獲得，可安裝于自動行走裝置上用于機器人成像系統(tǒng)。單體式系統(tǒng)的優(yōu)點是整體緊湊，集成度高。
文檔編號H04N9/09GK201118859SQ200720112358
公開日2008年9月17日 申請日期2007年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月27日
發(fā)明者琤 姚, 莊越挺, 銘 陳 申請人:浙江大學