專利名稱：一種具有全景拍攝功能的便攜式拍照設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及數(shù)碼拍照技術(shù)，更具體地說，涉及一種具有全景拍攝功能的便攜式拍照設(shè)備。
背景技術(shù)：
成像視野受限是一般相機都面臨的問題，針對這類問題，人們從機械、光學(xué)及數(shù)字技術(shù)等多方面做了許多改進。
例如，在中國專利ZL 92215421.X中，公開了一種360°環(huán)攝全景照相機，包括照相機機身、鏡頭、電源控制器及相機底盤，機身中間開有一縫隙式曝光孔的成像面，機身下的底盤內(nèi)裝有微型電機和減速器；其電源控制器為三擋控制電機變速的調(diào)壓器。該裝置精度高，適合拍攝室內(nèi)全景，野外寬闊畫風(fēng)景和大型團體照等，但需添加額外的機械裝置和驅(qū)動部件，不適于便攜使用。
在中國專利申請00802545.2(公開號CN 1352754)中，公開了一種兩反射器系統(tǒng)，如一個是雙曲面反射鏡，另一個是凹橢圓或球面反射鏡，通過光學(xué)原理消除光學(xué)像差，用于捕獲超廣角全景圖像。但是其精密而龐大的光學(xué)設(shè)備同樣不適宜小巧靈活的便攜設(shè)備。
近年來，數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用極大地促進了成像技術(shù)的發(fā)展。數(shù)碼成像技術(shù)的最大好處是處理準確靈活。一張照片被數(shù)字化為百萬像素的數(shù)字集合，進而對該照片的處理可充分利用高速大容量的計算機進行像素級的編輯，對多幅照片的拼接組合也就簡化為相應(yīng)像素集合的重組和排列。具有部分重疊的兩張照片在計算機中可以先進行內(nèi)容匹配，定位出重疊位置，然后按內(nèi)容連續(xù)地拼接為一張更大的照片。這樣，在不更改成像器材的情況下，即可達到擴展成像視野、提高成像質(zhì)量的目的。該方案的缺點在于其離線非實時性使用者首先使用傳統(tǒng)相機連續(xù)拍攝多張照片，然后再將這些照片輸入到計算機進行排序、匹配、拼接。這不可避免地造成了整個處理周期長、操作麻煩，一旦個別照片不合乎要求，將導(dǎo)致整個拼接失敗，使用者需要重新拍攝并重復(fù)上述操作。
現(xiàn)今的數(shù)碼相機，主要用途是拍攝和存儲，其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。包括成像模塊21、控制模塊22、存儲模塊23，當(dāng)然，還包括未在本圖中畫出的電源模塊等部分。其中，成像模塊11包括光電圖像傳感器和傳感器信號處理器，用來完成圖像的光電信號轉(zhuǎn)換及處理工作，將其轉(zhuǎn)換為后端集成電路可以接受的數(shù)據(jù)格式?？刂颇K12完成圖像數(shù)據(jù)在存儲模塊13中的存儲及與計算機的通信。該方案簡單經(jīng)濟，可以滿足用戶拍攝單張照片并保存的需要。但上述結(jié)構(gòu)無法滿足現(xiàn)場全景拍照的要求。
實用新型內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本實用新型要解決現(xiàn)有便攜相機成像視野受限的缺點，提供一種具有全景拍攝功能的數(shù)字便攜式拍照設(shè)備。
本實用新型的技術(shù)方案是，構(gòu)造一種具有全景拍攝功能的數(shù)字便攜式拍照設(shè)備，包括控制模塊、數(shù)字成像模塊、以及用于存儲所拍攝照片的照片存儲模塊，其中還包括用于存儲主體照片的第一緩沖存儲器；用于存儲后接照片的第二緩沖存儲器；用于對所述后接照片與主體照片之間的重疊區(qū)狀況進行分析的圖像匹配模塊；以及，根據(jù)所述圖像匹配模塊的輸出結(jié)果，對所述后接照片與主體照片之間的重疊區(qū)進行拼接以生成一張連續(xù)一體的新照片，并將其作為新的主體照片暫存到所述第一緩沖存儲器中的圖像拼接模塊；所述控制模塊還控制所述第一、第二緩沖存儲器、圖像匹配模塊及圖像拼接模塊的工作狀態(tài)，并將最后生成的主體照片保存到所述照片存儲模塊中。
在控制模塊的控制下，本實用新型的拍照設(shè)備可工作于普通拍攝模式和連續(xù)拍攝模式，在連續(xù)拍攝模式時，先根據(jù)使用者輸入的指令拍攝第一張照片，并將其作為主體照片暫存；再根據(jù)使用者輸入的指令拍攝下一張照片，并將其作為后接照片暫存；再由圖像匹配模塊對所述后接照片與主體照片之間的重疊區(qū)狀態(tài)進行分析，包括是否有重疊，重疊范圍大小等；然后由圖像拼接模塊根據(jù)后接照片與主體照片之間的重疊區(qū)狀態(tài)，將兩者拼為一張連續(xù)一體的新照片，并將其作為新的主體照片到所述第一緩沖存儲器中；拍完之后，再將最后的主體照片作為全景照片保存到照片存儲模塊。
本實用新型將實時處理及智能識別技術(shù)引入拍照設(shè)備，采用人機配合方式完成主動取景、連續(xù)拍攝及智能拼接，形成一種新穎實用的現(xiàn)場全景拍照設(shè)備對使用者拍得的照片現(xiàn)場進行智能拼接，達到“即拍即拼，拍完即現(xiàn)”。本實用新型不需要采用任何額外附加的機械或光學(xué)設(shè)備，小巧便攜，保持通常的手工拍攝習(xí)慣；本實用新型不要求操作者必須很精確地旋轉(zhuǎn)拍照設(shè)備，方便使用，具有現(xiàn)場成像的優(yōu)點。


下面將結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明，附圖中圖1是傳統(tǒng)數(shù)碼相機的原理框圖；圖2是本實用新型一個優(yōu)選實施例的原理框圖；圖3是本實用新型一個優(yōu)選實施例中所采用的5向鍵的實例圖；圖4是圖2中所示數(shù)碼相機的電路圖；圖5是利用本實用新型的相機進行連續(xù)全景拍攝時的流程圖；圖6是本實用新型中進行全景拍一個實例效果圖。
具體實施方式
本實用新型的一個優(yōu)選實施例如圖2所示，從圖中可以看出，本實施例是對圖1中所示數(shù)碼相機的改進。其中除了普通數(shù)碼相機的成像模塊21、控制模塊22和存儲模塊23之外，還包括第一緩沖存儲器25、第二緩沖存儲器26、圖像匹配模塊27、以及圖像拼接模塊28。
其中，圖像匹配模塊27和圖像拼接模塊28可集成到一個數(shù)字處理器中，該數(shù)字處理器可以是專用處理器、可編程處理器、或采用動態(tài)重配置技術(shù)的通用集成電路。第一緩沖存儲器25和第二緩沖存儲器26可是以同一緩沖存儲器的兩個存儲區(qū)。
本實施例的數(shù)碼相機可工作于普通拍攝模式和全景拍攝模式。普通拍攝模式等同于傳統(tǒng)拍照，即拍攝一張，保存一張。在全景拍攝模式時，先根據(jù)使用者輸入的指令拍攝第一張照片，并將其作為主體照片暫存到第一緩沖存儲器25中；再根據(jù)使用者輸入的指令拍攝下一張照片，并將其作為后接照片暫存到第二緩沖存儲器26中；再由圖像匹配模塊27對后接照片與主體照片之間的重疊區(qū)狀態(tài)進行分析，包括是否有重疊，重疊范圍大小等；然后由圖像拼接模塊28對后接照片與主體照片之間的重疊區(qū)進行融合處理，拼接出一張連續(xù)一體的新照片，并將其作為新的主體照片放到第一緩沖存儲器25中；拍完之后，再將最后的主體照片作為全景照片保存到存儲模塊23中。
本實施例的數(shù)碼相機可以動態(tài)回放照片存儲模塊中的全景照片，根據(jù)時鐘和位置計數(shù)器自動滾動顯示大幅面的全景照片，同時也可響應(yīng)用戶的“上、下、左、右、?！钡劝存I操作即時改變顯示狀態(tài)。圖3給出了一個所述5向鍵的實例圖，其中包括向上鍵31，向下鍵32，向左鍵33，向右鍵34和停止鍵35。
在本實用新型的一個優(yōu)選實施例中，上述成像模塊21采用單片高分辨數(shù)字攝像芯片OV7620，控制模塊22采用芯片OV681，存儲模塊23采用CMOS FLASH存儲器AM29LV160D，集成有圖像匹配模塊27和圖像拼接模塊28功能的數(shù)字處理器采用MC68VZ328，并用SDRAM HYB39S6416A作為緩沖存儲器25、26。
在上述實施例中，OV7620包括光電圖像傳感器和傳感器信號處理器，用來完成圖像的光電信號轉(zhuǎn)換及處理工作，將其轉(zhuǎn)換為AM29LV160D，HYB39S6416A及MC68VZ328可以接受的數(shù)據(jù)格式。OV681控制圖像數(shù)據(jù)在AM29LV160D中的存儲及與MC68VZ328的通信。MC68VZ328為可編程數(shù)字處理器，通過編程具有圖像匹配和圖像拼接功能模塊。HYB39S6416A通過尋址空間的設(shè)定被MC68VZ328分為兩個數(shù)據(jù)緩沖空間，作為用于存儲主體照片的第一緩沖存儲器和用于存儲后接照片的第二緩沖存儲器。
如圖4所示為圖2中所示數(shù)碼相機的電路圖，其中示出了MC68VZ328與HYB39S6416A和AM29LV160D之間的電連接關(guān)系。
本實用新型可工作于普通拍攝模式和連續(xù)拍攝模式，在連續(xù)拍攝模式時，可按圖5所示的流程工作。
(1)使用者根據(jù)需要拍攝的全景范圍，先對準第一個取景范圍，如果是按由左至右的方式拍攝，則先對準最左邊的取景范圍，當(dāng)然，也可按由右至左、由上至下、或由下至上的方式進行拍攝；此時，相機的拍攝鏡頭所對準的取景范圍的圖像將會傳送到顯示器進行實時顯示，以供使用者判斷是否對準了所需的取景范圍，并進行相應(yīng)的調(diào)整的；(2)當(dāng)確定了第一張照片的取景范圍之后，使用者通過按下拍攝鍵，即可拍攝第一張照片，此時會將拍攝鏡頭當(dāng)前所對準的取景范圍的場景被OV7620成像并通過OV681和MC68VZ328控制作為主體照片保存到HYB39S6416A中的第一緩沖存儲器中，同時自動進入下一次取景狀態(tài)。
(3)使用者適當(dāng)旋轉(zhuǎn)拍攝鏡頭或自身身體，準備拍攝下一張照片，同樣，相機的拍攝鏡頭所對準的取景范圍的圖像將會傳送到顯示器進行實時顯示。
(4)MC68VZ328中的圖像匹配模塊實時判斷拍攝鏡頭當(dāng)前所對準的取景范圍的圖像與當(dāng)前主體照片之間的重疊范圍(如圖6中的第二行所示)，計算出當(dāng)前重疊區(qū)面積占整個圖像面積的比例；若發(fā)現(xiàn)重疊區(qū)大于25％，則發(fā)出向右旋轉(zhuǎn)提示信號，以減小重疊；若發(fā)現(xiàn)重疊區(qū)小于15％，則發(fā)出向左旋轉(zhuǎn)提示信號，以增大重疊；當(dāng)重疊比例為20％左右(15-25％之間)時，則發(fā)出拍攝提示信號，提示使用者此時為最佳拍攝范圍。這里的提示信號可以是由顯示器所顯示出的圖標或文字、由發(fā)聲器件所發(fā)出的聲音、或者是由發(fā)光器件所發(fā)出的燈光。
(5)使用者根據(jù)上述提示信號可調(diào)整身體角度或拍攝角度，選擇合適場景即可通過按下拍攝鍵拍攝一張后接照片，該照片被保存到HYB39S6416A中的第二緩沖存儲器中。
(6)MC68VZ328中的圖像拼接模塊自動對上述主體照片和后接照片進行連續(xù)拼接處理，拼接出一張連續(xù)一體的新照片，并將其作為新的主體照片保存到HYB39S6416A中的第一緩沖存儲器中；同時自動進入下一次取景狀態(tài)。
(7)如圖5所示，重復(fù)上述步驟(3)-(6)，當(dāng)完成了系統(tǒng)預(yù)定的拼接數(shù)量(例如5張拼接)或使用者輸入結(jié)束指令，此時會將最后生成的主體照片作為全景照片輸出到照片存儲模塊AM29LV160D中，或通過標準接口輸出到外接于相機的閃存中，或輸出到其它非易失性存儲器中。
(8)全景拍攝完畢，顯示器會自動滾動顯示該全景照片，同時響應(yīng)用戶的按鍵控制。如果用戶按下圖3中的向左鍵33，系統(tǒng)向左滾動顯示該照片；如果用戶按下向右鍵34，系統(tǒng)向右滾動顯示該照片；同理實現(xiàn)“上下左右?！?種控制。
上述步驟(4)中的圖像匹配模塊的實現(xiàn)基于數(shù)字處理器對圖像匹配算法的軟硬件實現(xiàn)。在原理上它由兩部分組成，即內(nèi)容一致性測量和場景重疊區(qū)定位。當(dāng)兩張照片被數(shù)字化成以像素為基本單位的數(shù)字集合后(下文均稱數(shù)字圖像)，這兩張照片的內(nèi)容比較可轉(zhuǎn)化為相應(yīng)像素的比較；因而可以將兩張數(shù)字圖像的對應(yīng)像素的平均差異定義為測量圖像中內(nèi)容一致性的一個簡單測度，從數(shù)學(xué)意義上講，該測度是以這兩張數(shù)字圖像張成的兩個矢量的一個距離測度。當(dāng)兩張照片的場景差異越小，也就是說內(nèi)容越一致，這兩張數(shù)字圖像的對應(yīng)像素的平均差異值越小，該測度值越小。該內(nèi)容一致性測度不僅適用于兩張數(shù)字圖像的整體一致性測量，也可推廣到其局部性測量。例如兩張照片僅局部內(nèi)容重疊，則在內(nèi)容真實重疊情況下的重疊區(qū)內(nèi)統(tǒng)計對應(yīng)像素的平均差異，該差異值很??；相反，但對于其它重疊位置，對應(yīng)的內(nèi)容不一樣，其基于像素差異的統(tǒng)計平均值很大，因而該內(nèi)容一致性測度值變大。利用該特性，我們使用內(nèi)容一致性測度來自動定位場景重疊區(qū)首先計算兩張照片在候選的重疊位置下的內(nèi)容一致性測度值；選出最小的內(nèi)容一致性測度值，取得該值時的重疊位置即為這兩張圖像的準確場景重疊位置。
可見，上述圖像匹配算法用于自動準確地定位出兩張照片的場景重疊位置?；诖?，本實用新型所述的圖像拼接模塊也就簡化為兩個圖像相應(yīng)像素集合的重組和排列在重疊區(qū)內(nèi)選擇線性加權(quán)法設(shè)定在新合成圖像中的重疊位置處的像素值，在重疊區(qū)外保留原圖像的對應(yīng)像素值。
需要注意的是，本實用新型要求拍攝的照片之間要有一定的重疊區(qū)，其目的僅是為了給圖像拼接模塊以足夠和準確的線索用于完成連續(xù)完整的圖像拼接。在實際使用中，相鄰照片之間的重疊越多，匹配信息越多但幅面擴展效率越低；相反，相鄰照片之間的重疊越少，指導(dǎo)圖像拼接的線索也相應(yīng)減少，可能會影響圖像拼接的準確度。兼顧拍攝效率和拼接性能，在本實用新型的上述實施例中選擇20％為推薦重疊區(qū)。
利用本實用新型的全景拍照數(shù)碼相機，使用者通過調(diào)整自身位置或相機角度，連續(xù)拍攝的多張照片可被機器自動地拼接成一張大照片，如圖6所示，從而起到擴大成像視野的作用。實際使用中，本設(shè)備可拍攝360度環(huán)繞的全景照片，超越其物理鏡頭的限制，圖像現(xiàn)場生成。所得圖像連續(xù)完整，內(nèi)容豐富，視覺質(zhì)量明顯優(yōu)于普通相機拍攝的單張畫面?；谏鲜龇桨福緦嵱眯滦吞娲藗鹘y(tǒng)的沖印、剪裁、粘貼等一系列繁瑣手工操作，操作簡潔，效果明顯。
本實用新型的方案不僅適用于數(shù)碼相機，還可適用于具有拍攝功能的手機及其他便攜式數(shù)碼攝影設(shè)備。其前提是要在數(shù)碼相機或其他便攜數(shù)碼式攝影設(shè)備中增加具有圖像匹配模塊和圖像拼接模塊的數(shù)字處理器、以及用于實現(xiàn)緩存的數(shù)據(jù)緩沖器。
最后應(yīng)說明的是以上實施例僅用以說明本實用新型而并非限制本實用新型所描述的技術(shù)方案；因此，盡管本說明書參照上述的各個實施例對本實用新型已進行了詳細的說明，但是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對本實用新型進行修改或者等同替換；而一切不脫離本實用新型的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進，其均應(yīng)涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求1.一種具有全景拍攝功能的數(shù)字便攜式拍照設(shè)備，包括控制模塊、數(shù)字成像模塊、以及用于存儲所拍攝照片的照片存儲模塊，其特征在于，還包括用于存儲主體照片的第一緩沖存儲器；用于存儲后接照片的第二緩沖存儲器；用于對所述后接照片與主體照片之間的重疊區(qū)狀況進行分析的圖像匹配模塊；以及，根據(jù)所述圖像匹配模塊的輸出結(jié)果，對所述后接照片與主體照片之間的重疊區(qū)進行拼接以生成一張連續(xù)一體的新照片，并將其作為新的主體照片暫存到所述第一緩沖存儲器中的圖像拼接模塊；所述控制模塊還控制所述第一、第二緩沖存儲器、圖像匹配模塊及圖像拼接模塊的工作狀態(tài)，并將最后生成的主體照片保存到所述照片存儲模塊中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有全景拍攝功能的數(shù)字便攜式拍照設(shè)備，其特征在于，所述第一、第二緩沖存儲器是同一緩沖存儲器中的兩個存儲區(qū)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有全景拍攝功能的數(shù)字便攜式拍照設(shè)備，其特征在于，所述圖像匹配模塊和圖像拼接模塊集成到同一個數(shù)字處理器中，所述數(shù)字處理器可以是專用處理器、可編程處理器、或采用動態(tài)重配置技術(shù)的通用集成電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有全景拍攝功能的數(shù)字便攜式拍照設(shè)備，其特征在于，還包括用于顯示所拍攝照片的顯示模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有全景拍攝功能的數(shù)字便攜式拍照設(shè)備，其特征在于，所述顯示模塊中包括用于滾動顯示全景照片的時鐘和位置計數(shù)器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有全景拍攝功能的數(shù)字便攜式拍照設(shè)備，其特征在于，所述顯示模塊中還包括用于控制全景照片滾動顯示方向的方向按鈕。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有全景拍攝功能的數(shù)字便攜式拍照設(shè)備，其特征在于，所述方向按鈕是具有“上、下、左、右、停”5個操作模式的5向鍵或5向操縱桿。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述的具有全景拍攝功能的數(shù)字便攜式拍照設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備中還包括移動通信模塊，從而構(gòu)成一個具有全景拍攝功能的移動通信終端。
專利摘要本實用新型涉及一種可實時拍攝連續(xù)全景照片的數(shù)字便攜式拍照設(shè)備，為了解決現(xiàn)有相機成像視野較小的問題，本實用新型的數(shù)字便攜式拍照設(shè)備中除了包括現(xiàn)有控制模塊、數(shù)字成像模塊和照片存儲模塊之外，還包括用于存儲主體照片的第一緩沖存儲器；用于存儲后接照片的第二緩沖存儲器；用于對后接照片與主體照片之間的重疊區(qū)狀況進行分析的圖像匹配模塊；以及根據(jù)所述圖像匹配模塊的輸出結(jié)果，將后接照片與主體照片拼接成一張連續(xù)一體的新照片，并將其作為新的主體照片暫存到第一緩沖存儲器中的圖像拼接模塊；最后生成的主體照片將在控制模塊的控制下保存到照片存儲模塊中。利用本實用新型的數(shù)字相機，可實時拍攝出連續(xù)的全景照片。
文檔編號G03B37/00GK2632725SQ0326722
公開日2004年8月11日 申請日期2003年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月2日
發(fā)明者馬堃 申請人:馬堃