半球型全景成像裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種半球型全景成像裝置及方法，該裝置包括：殼體，殼體包括半球面部分；圖像采集模塊，包括多個(gè)攝像頭，以從不同角度同時(shí)采集多個(gè)圖像，多個(gè)攝像頭均勻設(shè)置在半球面部分上；以及圖像拼接模塊，用于將多個(gè)圖像拼接成一幅全景圖像。通過(guò)在半球面部分上設(shè)置較多數(shù)量的攝像頭，易于獲得高分辨率的全景圖像。另一方面，由于多個(gè)攝像頭均勻分布在半球面部分上，從理論上來(lái)說(shuō)，每個(gè)攝像頭在圖像采集過(guò)程中的視角較小。由于采用小視角的攝像頭，能夠大幅度減輕采集到的圖像的桶形形變，甚至該桶形形變可忽略不計(jì)，由此可以簡(jiǎn)化圖像處理程序，減少圖像處理成本，提高圖像處理速度。
【專利說(shuō)明】半球型全景成像裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及成像裝置及方法，尤其涉及一種半球型全景成像裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的全景成像裝置一般有三類，一類是利用單個(gè)攝像頭旋轉(zhuǎn)攝錄后，拼接成一幅全景圖像；第二類是將多個(gè)攝像頭均勻設(shè)置在一個(gè)水平圓環(huán)上，將攝錄圖片投影到柱面，再拼接成一幅全景圖像，這就是所謂的柱狀投影全景；第三類是單攝像頭光學(xué)投影全景，直接從攝像頭獲取全景圖像。這三類全景成像裝置各有優(yōu)缺點(diǎn)，其中，對(duì)于第一類而言，由于全景圖像是通過(guò)鏡頭旋轉(zhuǎn)得到的，因此全景圖像的采集速率不高，難以滿足拍攝的實(shí)時(shí)性要求。對(duì)于第二類而言，柱狀投影的缺陷在于，只能攝錄到某個(gè)平面內(nèi)360°范圍內(nèi)的景物，對(duì)于與該平面以為的景物則無(wú)法攝錄到。對(duì)于第三類而言，雖然單鏡頭光學(xué)投影可以通過(guò)適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)設(shè)計(jì)達(dá)到半球的景物攝錄，但是由于單個(gè)攝像頭以及鏡頭的限制，采集得到的圖像的分辨率比較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中全景圖像分辨率低的缺陷，提供一種半球型全景成像裝置及方法。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所利用的技術(shù)方案是:提供一種半球型全景成像裝置，包括:
[0005]殼體，所述殼體包括半球面部分；
[0006]圖像采集模塊，包括多個(gè)攝像頭，以從不同角度同時(shí)采集多個(gè)圖像，所述多個(gè)攝像頭均勻設(shè)置在所述半球面部分上；以及
[0007]圖像拼接模塊，用于將所述多個(gè)圖像拼接成一幅全景圖像。
[0008]在依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半球型全景成像裝置中，所述圖像采集模塊包括至少5個(gè)攝像頭。
[0009]在依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半球型全景成像裝置中，所述圖像采集模塊包括13個(gè)攝像頭。
[0010]在依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半球型全景成像裝置中，所述圖像拼接模塊包括:
[0011]圖像映射單元，基于所述多個(gè)攝像頭在所述半球面部分上的位置排布，將所述多個(gè)圖像從直角坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到球坐標(biāo)系；以及
[0012]圖像拼接單元，根據(jù)預(yù)先標(biāo)定的標(biāo)準(zhǔn)圖像，分別將所述多個(gè)圖像裁剪成五邊形；再將所述多個(gè)圖像拼接成一幅半球面全景圖像。
[0013]在依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半球型全景成像裝置中，所述圖像拼接模塊進(jìn)一步包括圖像平面顯示單元，用于將所述半球全景圖像從球坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到直角坐標(biāo)系，以形成平面全景圖像。
[0014]在依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半球型全景成像裝置中，所述圖像拼接模塊為基于數(shù)字芯片的圖像拼接模塊。
[0015]在依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半球型全景成像裝置中，所述數(shù)字芯片為FPGA。
[0016]在依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半球型全景成像裝置中，所述半球型全景成像裝置進(jìn)一步包括圖像傳輸模塊，用于輸出所述全景圖像。
[0017]本發(fā)明還提供了一種半球型全景成像方法，包括步驟:
[0018]S100、利用多個(gè)攝像頭從不同角度同時(shí)采集多個(gè)圖像，所述多個(gè)攝像頭均勻設(shè)置在殼體的半球面部分上；以及
[0019]S200、將所述多個(gè)圖像拼接成一幅全景圖像。
[0020]在依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半球型全景成像方法中，所述步驟S200進(jìn)一步包括:
[0021]S210、基于所述多個(gè)攝像頭在所述半球面部分上的位置排布，將所述多個(gè)圖像從直角坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到球坐標(biāo)系；
[0022]S220、根據(jù)預(yù)先標(biāo)定的標(biāo)準(zhǔn)圖像，分別將所述多個(gè)圖像裁剪成五邊形；再將所述多個(gè)圖像拼接成一幅半球面全景圖像。
[0023]在依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半球型全景成像方法中，所述步驟S200進(jìn)一步包括:
[0024]S230、將所述半球全景圖像從球坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到直角坐標(biāo)系，以形成平面全景圖像。
[0025]本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是:通過(guò)在半球面部分上設(shè)置較多數(shù)量的攝像頭，易于獲得高分辨率的全景圖像。另一方面，由于多個(gè)攝像頭均勻分布在半球面部分上，從理論上來(lái)說(shuō)，每個(gè)攝像頭在圖像采集過(guò)程中的視角較小。由于采用小視角的攝像頭，能夠大幅度減輕采集到的圖像的桶形形變，甚至該桶形形變可忽略不計(jì)，由此可以簡(jiǎn)化圖像處理程序，減少圖像處理成本，提高圖像處理速度。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026]下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，附圖中:
[0027]圖1是依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半球型全景成像裝置的正視圖；
[0028]圖2是依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半球型全景成像裝置的俯視圖；
[0029]圖3示出了依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半球型全景成像裝置的邏輯框圖；
[0030]圖4示出了依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半球型全景成像方法的流程圖；
[0031]圖5示出了圖4中步驟S200的子步驟的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0033]依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半球型全景成像裝置包括殼體、圖像采集模塊以及圖像拼接模塊。其中，圖像采集模塊包括多個(gè)攝像頭，可從不同角度同時(shí)采集多個(gè)圖像，圖像拼接模塊可將采集的多個(gè)圖像拼接成一幅全景圖像。下面將結(jié)合附圖闡述半球型全景成像裝置的各個(gè)組成部分，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知曉，以下描述的各個(gè)部分既可以單獨(dú)應(yīng)用于半球型全景成像裝置，也可以任意的組合應(yīng)用于半球型全景成像裝置。
[0034]圖1和2分別示出了依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半球型全景成像裝置的正視圖和俯視圖。如圖1和2所示，殼體100至少包括一半球面部分。圖像采集裝置包括多個(gè)攝像頭20(V2002、…、200k，一般至少5個(gè)攝像頭，其均勻設(shè)置在上述殼體100的半球面部分上。優(yōu)選地，圖像采集裝置包括13個(gè)攝像頭。應(yīng)當(dāng)注意的是，圖1和2中只示例性地標(biāo)出了數(shù)個(gè)攝像頭，其它攝像頭并沒(méi)有一一標(biāo)出，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知曉其也同為攝像頭。
[0035]圖3示出了依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半球型全景成像裝置的邏輯框圖，如圖3所示，圖像采集模塊200的輸出端與圖像拼接模塊300的輸入端連接，從而將多個(gè)攝像頭采集的多個(gè)圖像傳輸至圖像拼接模塊300，以拼接形成一幅全景圖像。
[0036]具體而言，該圖像拼接模塊300包括圖像映射單元310，通常地，半球面部分上設(shè)置的每個(gè)攝像頭攝錄的圖像均為平面圖像(例如為方形平面圖像)，因此無(wú)法直接對(duì)所攝錄的多個(gè)平面圖像進(jìn)行直接拼接來(lái)形成全景圖像，所以首先采用圖像映射單元310，基于多個(gè)攝像頭在半球面部分上的位置排布，將多個(gè)平面圖像從直角坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到球坐標(biāo)系，從而將多個(gè)圖像分別映射到一個(gè)半球面上，使得每個(gè)攝錄的圖像成為一個(gè)半球面圖像的一部分。在坐標(biāo)轉(zhuǎn)換過(guò)程中，圖像的光學(xué)中心點(diǎn)保持不變。
[0037]圖像拼接模塊300進(jìn)一步包括圖像拼接單元320。由于所攝錄的圖像在上述一個(gè)半球面圖像上有相互重疊的部分，為了形成一幅無(wú)縫全景圖像，圖像拼接單元320根據(jù)預(yù)先標(biāo)定的標(biāo)準(zhǔn)圖像尺寸，分別將多個(gè)圖像裁剪成五邊形，優(yōu)選為正五邊形。裁剪過(guò)程中，保持圖像的光學(xué)中心點(diǎn)不變，并仍以該光學(xué)中心點(diǎn)為中心來(lái)進(jìn)行裁剪。在本實(shí)施例中，圖像拼接模塊300為基于數(shù)字芯片的圖像拼接模塊300，數(shù)字芯片優(yōu)選為FPGA。下面將詳細(xì)描述該圖像裁剪過(guò)程。
[0038]當(dāng)半球面部分確定之后，可根據(jù)上述多個(gè)攝像頭的數(shù)量和位置排布標(biāo)定每個(gè)攝像頭所攝錄的圖像在一幅半球 面圖像中的標(biāo)準(zhǔn)組成圖像，包括該標(biāo)準(zhǔn)組成圖像的形狀、尺寸以及方位，例如，可選用的標(biāo)準(zhǔn)組成圖像為正五邊形，數(shù)量為13個(gè)。其中，該標(biāo)定方法可以是手動(dòng)逼近法；或者是在使用手動(dòng)逼近法的同時(shí)，結(jié)合相機(jī)在外部通過(guò)網(wǎng)格標(biāo)定等輔助方法。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知曉，上述標(biāo)定方法僅用作舉例，并不是對(duì)本發(fā)明的限制，在不脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍的前提下，可采用任意適合的圖像標(biāo)定方法來(lái)進(jìn)行標(biāo)定。
[0039]在該實(shí)施例中，可例如采用緩存器的方式實(shí)現(xiàn)裁剪。以第i個(gè)攝像頭為例，根據(jù)第i個(gè)攝像頭在該半球面部分的位置，可確定該攝像頭的光學(xué)中心點(diǎn)的坐標(biāo)，同時(shí)根據(jù)預(yù)先標(biāo)定的標(biāo)準(zhǔn)五邊形圖像，包括標(biāo)準(zhǔn)五邊形圖像的尺寸和方位，可以確定以第i個(gè)攝像頭的光學(xué)中心點(diǎn)為中心的五邊形，即五邊形五個(gè)頂點(diǎn)的坐標(biāo)。相應(yīng)地，五邊形的五條邊的坐標(biāo)即可確定，即該五邊形的邊界即可確定。設(shè)置緩存器用來(lái)存儲(chǔ)圖像，在該緩存器中只存儲(chǔ)第i個(gè)攝像頭攝錄的圖像在五邊形邊界范圍內(nèi)的像素點(diǎn)，從而通過(guò)存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)了對(duì)該圖像的裁剪。當(dāng)所有攝像頭所攝錄的圖像全部存儲(chǔ)到緩存器中后，因?yàn)榘肭蛎娌糠值淖鴺?biāo)是連續(xù)的，因此所存儲(chǔ)的多個(gè)圖像可拼接形成一幅連續(xù)的半球形全景圖像，從而進(jìn)一步通過(guò)存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)了圖像拼接。
[0040]圖像拼接模塊300進(jìn)一步包括圖像平面顯示單元330，可將該半球形全景圖像中的像素點(diǎn)從球坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到直角坐標(biāo)系，從而形成平面全景圖像。
[0041]依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半球型全景成像裝置進(jìn)一步包括圖像傳輸模塊400，該圖像傳輸模塊400包括合適的邏輯、電路和/或接口，用來(lái)輸出全景圖像。例如，可直接輸出半球形全景圖像，也可輸出半球形全景圖像轉(zhuǎn)換后的平面全景圖像。其中，該圖像傳輸模塊400可例如包括以太網(wǎng)接口，用以將全景圖像快速傳輸至其它裝置，例如顯示裝置。
[0042]圖4示出了依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的采用上述任意一種半球型全景成像裝置實(shí)施半球型全景成像方法的流程圖，下面將按步驟描述該半球型全景成像方法。
[0043]S100、采用多個(gè)攝像頭從不同角度同時(shí)采集多個(gè)圖像，多個(gè)攝像頭均勻設(shè)置在殼體100的半球面部分上。此處所述的多個(gè)攝像頭包括半球型全景成像裝置中的多個(gè)攝像頭的任意或全部技術(shù)特征。
[0044]S200、采用圖像拼接模塊300將多個(gè)圖像拼接成一幅全景圖像，該圖像拼接模塊300包括半球型全景成像裝置中的圖像拼接模塊300的任意或全部技術(shù)特征。其中，步驟S200進(jìn)一步包括以下子步驟，圖5示出了各個(gè)子步驟的流程圖。
[0045]S210、基于多個(gè)攝像頭在半球面部分上的位置排布，將多個(gè)圖像從直角坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到球坐標(biāo)系，從而將多個(gè)圖像分別映射到半球面部分上。
[0046]S220、根據(jù)預(yù)先標(biāo)定的標(biāo)準(zhǔn)圖像(包括標(biāo)準(zhǔn)圖像的形狀、尺寸和方位)，分別將多個(gè)圖像裁剪成五邊形；再將多個(gè)圖像拼接成一幅半球面全景圖像。
[0047]S230、將半球全景圖像從球坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到直角坐標(biāo)系，以形成平面全景圖像。該步驟為可選步驟。
[0048]從以上可以看出，在依據(jù)本發(fā)明的半球型全景成像裝置及方法中，設(shè)置在半球面部分上是攝像頭數(shù)量較多(例如13個(gè))，因此易于獲得高分辨率的全景圖像。例如，如果采用100萬(wàn)像素的攝像頭，則可獲得分辨率高達(dá)1300萬(wàn)像素的全景圖像。實(shí)際應(yīng)用中，基于對(duì)整體硬件成本的考慮，可采用30萬(wàn)像素的攝像頭，獲得390萬(wàn)像素的全景圖像，幾乎是1080P的兩倍。另一方面，由于多個(gè)攝像頭均勻分布在半球面部分上，從理論上來(lái)說(shuō)，每個(gè)攝像頭在圖像采集過(guò)程中的視角只有36?45°。而在采用4?6個(gè)攝像頭的柱狀投影全景圖像采集中，每個(gè)攝像頭的視角為90?120°。由于采用小視角的攝像頭，能夠大幅度減輕采集到的圖像的桶形形變，甚至該桶形形變可忽略不計(jì)，由此可以簡(jiǎn)化圖像處理程序，減少圖像處理成本，提高圖像處理速度。
[0049]應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)上述說(shuō)明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種半球型全景成像裝置，其特征在于，包括: 殼體，所述殼體包括半球面部分； 圖像采集模塊，包括多個(gè)攝像頭，以從不同角度同時(shí)采集多個(gè)圖像，所述多個(gè)攝像頭均勻設(shè)置在所述半球面部分上；以及 圖像拼接模塊，用于將所述多個(gè)圖像拼接成一幅全景圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半球型全景成像裝置，其特征在于，所述圖像采集模塊包括至少5個(gè)攝像頭。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半球型全景成像裝置，其特征在于，所述圖像采集模塊包括13個(gè)攝像頭。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半球型全景成像裝置，其特征在于，所述圖像拼接模塊包括: 圖像映射單元，基于所述多個(gè)攝像頭在所述半球面部分上的位置排布，將所述多個(gè)圖像從直角坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到球坐標(biāo)系；以及 圖像拼接單元，根據(jù)預(yù)先標(biāo)定的標(biāo)準(zhǔn)圖像，分別將所述多個(gè)圖像裁剪成五邊形；再將所述多個(gè)圖像拼接成一幅半球面全景圖像。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半球型全景成像裝置，其特征在于，所述圖像拼接模塊進(jìn)一步包括圖像平面顯示單元，用于將所述半球全景圖像從球坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到直角坐標(biāo)系，以形成平面全景圖像。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半球型全景成像裝置，其特征在于，所述圖像拼接模塊為基于數(shù)字芯片的圖像拼接模塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半球型全景成像裝置，其特征在于，所述數(shù)字芯片為FPGA。
8.一種半球型全景成像方法，其特征在于，包括步驟: S100、利用多個(gè)攝像頭從不同角度同時(shí)采集多個(gè)圖像，所述多個(gè)攝像頭均勻設(shè)置在殼體的半球面部分上；以及 S200、將所述多個(gè)圖像拼接成一幅全景圖像。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半球型全景成像方法，其特征在于，所述步驟S200進(jìn)一步包括: S210、基于所述多個(gè)攝像頭在所述半球面部分上的位置排布，將所述多個(gè)圖像從直角坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到球坐標(biāo)系； S220、根據(jù)預(yù)先標(biāo)定的標(biāo)準(zhǔn)圖像，分別將所述多個(gè)圖像裁剪成五邊形；再將所述多個(gè)圖像拼接成一幅半球面全景圖像。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半球型全景成像方法，其特征在于，所述步驟S200進(jìn)一步包括: S230、將所述半球全景圖像從球坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到直角坐標(biāo)系，以形成平面全景圖像。
【文檔編號(hào)】H04N5/232GK103973944SQ201310048011
【公開(kāi)日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2013年2月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月6日
【發(fā)明者】徐淵, 周清海, 李昆華, 朱明程, 馮雁軍, 張建國(guó), 孫偉昶, 賴澤勇 申請(qǐng)人:深圳市振華微電子有限公司, 中國(guó)振華（集團(tuán)）科技股份有限公司