專利名稱：復眼式全方位攝像裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種攝像裝置，特別涉及一種復眼式全方位攝像裝置，屬于電視攝像轉播及攝像監(jiān)視設備。
現(xiàn)就應用于安全防范領域的攝像監(jiān)視設備加以說明經申請人調研及查閱資料，目前常用的保安監(jiān)視系統(tǒng)中的攝像部分如日本星牌一體化監(jiān)控裝置MD-100、美國威視康一體化監(jiān)控裝置VC0945S等監(jiān)控裝置中攝像機的視野均較窄，因此全方位視覺信息的采集，依靠云臺上、下、左、右的移動來完成。一般采用二至四臺交流或直流伺服電動機作為機械驅動，以及一系列機械傳動部分完成上述動作。其外圍設備多、功耗大、隱蔽性差、成本高等缺點已日益突出。這類監(jiān)控系統(tǒng)的最大缺點是機械動作速度慢，完成全方位視覺信息的機械掃描圖像采集需要數(shù)百毫秒乃至數(shù)秒，因而在監(jiān)視過程中顧此失彼，存在較大盲點和死區(qū)。
本裝置的目的，就是要克服上述攝像機的這些缺陷，指出一種根據(jù)仿生學的原理，類似昆蟲球形多截面復眼結構的全方位攝像機，以及有多路圖像并行采集、合成與圖像處理能力的顯示設備，把全方位的視覺信息送入一臺或多臺微機的顯示緩沖區(qū)中，以構成一位或多位操作者，可以在各自微機的顯示緩沖區(qū)中選擇自己感興趣的圖像部分，并在顯示器上顯示的全方位攝像裝置。
為了達到上述目的，本裝置將多臺攝像機封裝在球形或半球形裝置中，每一臺攝像機的鏡頭指向不同的方向，相當于昆蟲復眼中的一只小眼睛而采集一路信息，以構成類似昆蟲球形多截面復眼結構的全方位攝像機群。多臺攝像機互相配合使可視范圍能夠達到立體180度(半球形)或立體360度(球形)全方位，并把采集的全方位圖像信息通過PCI總線視頻采集卡上的視頻合成芯片、視頻捕獲和處理模塊、I2C總線單片機送入微機中，完成圖像拼接并構成全方位圖像信息，存放在顯示緩沖區(qū)中，以供不同的操作者通過鼠標、操縱桿或其他控制方法從顯示緩沖區(qū)中選取自己感興趣的畫面顯示。
由于每一臺攝像機的鏡頭指向不同的方向，將不同攝像機的圖像信息拼成一幅完整的現(xiàn)場全方位實況。為防止信息丟失，相關攝像機之間邊沿部分是互相迭加的，多臺攝像機信息送入計算機(微機)進行圖像編輯和處理，濾去迭加的重復部分，使其信息銜接良好。此時，攝像機采集現(xiàn)場的視覺信息是連續(xù)的，無死區(qū)的。處理后的信息存放在微機的顯示緩沖區(qū)中，在相應的軟件支持下，操作者通過鼠標、操縱桿或其他控制方法從顯示緩沖區(qū)中選取自己感興趣的畫面顯示。進行數(shù)字調焦，放大或縮小視野，而無須再經過機械驅動以及一系列機械傳動部分完成上述圖像信息的采集。
因此，本實用新型所述的全方位攝像裝置應用于攝像監(jiān)視領域時具有很突出的優(yōu)點。首先，本裝置全部采用電子線路完成全方位圖像信息的采集，而無須再經過電動機驅動以及一系列機械傳動部分來完成，因而在可靠性、快速性、隱蔽性等方面明顯優(yōu)于傳統(tǒng)機械掃描監(jiān)控裝置。其次，攝像裝置的圖像傳感器，無論CCD芯片還是CMOS芯片價格均很低廉，包括固定鏡頭，本例中采用六臺攝像機構成半球形全方位攝像裝置，其成本仍低于一臺變焦鏡頭加云臺構成的攝像裝置。隨著微電子技術的發(fā)展，集成電路芯片的集成度越來越高，處理速度越來越快，價格也越來越低。而電動機及機械傳動部分的價格卻沒有下降的趨勢?？梢?，隨著時間的推移，本裝置會具有越來越明顯的價格優(yōu)勢。其三，本裝置同時并行采集多路視覺信息，可以供多臺微機合成為全方位的視覺圖像后，存放在各自微機的顯示緩沖區(qū)中(如大型商廈總經理、管理人員、保安人員各自微機的顯示緩沖區(qū)中)。不同操作者(如總經理、管理人員、保安人員)可以通過鼠標、操縱桿或其他控制方法，從各自微機的顯示緩沖區(qū)里存儲的全方位圖像信息中，選取自己感興趣的部分顯示，滿足了不同操作者的需要。同時，把全方位的圖像信息送入錄像機、磁盤機或其他存儲設備進行存儲，以備操作者查找當時未從顯示緩沖區(qū)里選取的圖像信息，減少了當時現(xiàn)場圖像信息的丟失，這是目前監(jiān)控裝置無法實現(xiàn)的。
現(xiàn)結合附圖和具體實施例對本實用新型進一步加以說明，其中


圖1為一安裝在墻上的半球形全方位攝像裝置；圖2為本裝置框圖，表示六路攝像機同時并行采集六路視覺信息，并合成一幅全方位的視覺圖像的過程；圖3、圖4、圖5、圖6、圖7為本裝置的具體電路；圖8為攝取的演播室全方位仿真部分圖像；參照附圖將詳細描述具體實施方案。
圖1中1為一安裝在墻上的全方位攝像機的半球形底座，
圖1中2為攝像機部分，本例中采用6只攝像機，以2×3的方式排列成半球形結構安裝在墻上。每一臺攝像機的鏡頭指向不同的方向，不同攝像機的圖像信息可拼成一幅完整的現(xiàn)場全方位實況。
從圖2中可以看到全方位攝像機從視覺圖像信息的采集-發(fā)送到接收控制的全過程。結合圖2現(xiàn)進一步敘述如下視頻/圖像攝像機芯片采用OmniVision公司的OV7910 CMOS圖像芯片3。OV7910為單芯片高性能、彩色CMOS視頻/圖像攝像機驅動芯片，它支持一般的視頻(video)和超級視頻(S-Video)兩種視頻格式。提供RGB視頻信號，并且支持VCR電視監(jiān)視器或其它終端輸入設備。由單芯片OV7910構成的低成本彩色攝像機所采集的圖像信息，經過TDA8310AWE信號轉換芯片4的視頻格式轉換，把視頻信號轉換為YUV形式，送入微機中基于PCI總線的視頻捕獲卡。卡中SAB9077為視頻合成芯片5，它可以將兩路實時視頻信號合成為一幅圖像，然后送入視頻捕獲卡中Bt848/Bt878芯片6。Bt848/Bt878是BrookTree公司生產的單一視頻捕捉和處理模塊。它能將視頻像素數(shù)據(jù)直接送入微機的顯示緩沖區(qū)。三路并行合成的視頻輸入在軟件的管理下將六臺攝像機視覺信息合并成一幅全方位的視覺圖像，送入微機主板上擴展的顯示緩沖區(qū)，以供存儲及顯示。I2C總線單片機83C654芯片7完成與PCI總線進行管理信息的通訊，控制OV7910 CMOS圖像芯片3的參數(shù)。對SAB9077視頻合成芯片5進行編程寫入，并完成芯片之間的信息交換。
復眼式全方位攝像裝置的詳細電路如圖3、圖4、圖5、圖6、圖7所示，現(xiàn)就圖3具體電路加以說明圖3由單芯片OV7910 3構成一低成本彩色攝像機。通過I2C接口進行編程設置實現(xiàn)自動增益控制(AGC)、自動曝光控制、GAMMA校正和逆光控制。TDA8310AWEI為視頻格式轉換芯片4，把視頻信號轉換為YUV格式，并生成相應的同步信號，送入基于PCI總線的視頻捕獲卡。圖4為PCI總線地址、數(shù)據(jù)譯碼和驅動部份，其中74LS688芯片8與DIP開關9作為PCI總線板選，GAL20V8芯片10作為地址譯碼，74LS373芯片11、12為緩沖器，I2C總線單片機83C654芯片7與74LS273鎖存器13配合，完成與PCI總線進行的并行通訊到I2C總線通訊的轉換，使得主機CPU與板卡上的芯片數(shù)據(jù)交換簡單。圖5為SAB9077視頻合成PIP芯片5，它可以將兩路實時視頻信號合成。隨微電子技術的發(fā)展，多路視頻信號合成芯片的出現(xiàn)將使整個設計方案大為簡化。圖6中HM538253BJWEI芯片14為視頻信號合成時隨機數(shù)據(jù)存儲用2M RAM，TDA8501芯片15將YUN信號轉換PAL信號。圖7為Bt848/Bt878芯片6，Bt878芯片增加一音頻信號輸入口。Bt848/Bt878芯片是BrookTree公司生產的單一芯片視頻捕獲和處理模塊，可直接掛在PCI總線上，充分利用PCI總線的132MB/s的高帶寬，在DMA通道的控制方式下將32位字節(jié)的視頻圖象數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇CI總線上，并將視頻像素數(shù)據(jù)直接送入微機主板上的內存顯示緩沖區(qū)。三路并行的視頻輸入在軟件的管理下將六路視覺信息合并成一幅全方位的視覺圖像送入主板上擴展的顯示緩沖區(qū)以供存儲及顯示。
圖8為我們攝取的全方位演播室仿真圖像的一部分，該圖為六路視覺圖像信息中的四幅小圖，為清楚看到圖像是由四幅小圖拼接，該圖未經圖像處理，各圖之間接合部清晰可見，圖中的方框部分即為操作者所選擇的顯示部分。根據(jù)需要，操作者可以通過鼠標、操縱桿或其他控制方法從顯示緩沖區(qū)中選取自己感興趣的畫面顯示，并可進行數(shù)字調焦，放大或縮小視野，而無須再經過機械驅動以及一系列機械傳動部分完成上述圖像信息的采集。
從上述說明可以看到由于本裝置采用全方位電子化信息采集處理技術、因而在可靠性、快速性、隱蔽性和低成本等方面明顯優(yōu)于傳統(tǒng)機械掃描監(jiān)控裝置。在同時供給多位不同操作者全方位視覺信息，并可從中選取自己感興趣的視覺圖像方面比傳統(tǒng)機械掃描監(jiān)控裝置有著顯著進步。
以上已結合實施例對本裝置作了詳盡的說明，本領域技術人員不難根據(jù)本裝置的原理作出若干改型，但它們不會超出本實用新型權利要求所限定的精神與范圍。
權利要求1.一種復眼式全方位攝像裝置，主要由攝像機、球形或半球形底座以及圖像處理、發(fā)送部分組成，其特征在于攝像部分由多臺攝像機(2)構成，每一臺的鏡頭指向不同的方向，封裝在球形或半球形底座(1)中，以構成球形多截面復眼結構的全方位攝像機群，它把采集的全方位圖像信息通過PCI總線視頻采集卡上的視頻合成芯片(5)、視頻捕獲和處理模塊(6)、I2C總線單片機(7)送入微機中，完成圖像拼接并構成全方位圖像信息，存放在顯示緩沖區(qū)中。
2.根據(jù)權利要求1的復眼式全方位攝像裝置，其特征是多臺攝像機(2)封裝在一起，形成球形或半球形結構，其中每一臺攝像機采集一路信息，多臺攝像機互相配合使可視范圍能夠達到立體全方位。
專利摘要復眼式全方位攝像裝置是由多臺攝像機按一定規(guī)律排列組合的,并構成了類似昆蟲復眼的球形或半球形結構的攝像設備。由于裝置中每一臺攝像機的鏡頭指向不同的方向,所采集的不同角度的圖像信息,經微機處理后將拼成一幅完整的現(xiàn)場實況,使視野能夠達到立體180度或立體360度全方位。送入一臺或多臺微機的顯示緩沖區(qū)中的全方位視覺信息,可通過鼠標等控制方法從顯示緩沖區(qū)中選取自己感興趣的畫面。
文檔編號G03B37/00GK2483913SQ0024594
公開日2002年3月27日 申請日期2000年7月28日 優(yōu)先權日2000年7月28日
發(fā)明者王廣生, 方穗明 申請人:王廣生