[發(fā)明專(zhuān)利]高分辨率實(shí)時(shí)全景高動(dòng)態(tài)范圍圖像獲取裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010257795.6
• 申請(qǐng)日: 2010-08-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101963751A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-02-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王慶;周果清;肖照林;吳文杰;李磊;紀(jì)超
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G03B37/04
• 分類(lèi)號(hào): G03B37/04;H04N5/225
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專(zhuān)利中心 61204
• 代理人: 顧潮琪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及圖像處理領(lǐng)域和虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域，尤其是一種用于獲取360°全景數(shù)字圖像的裝置及方法。

背景技術(shù)

目前在全場(chǎng)景高動(dòng)態(tài)范圍數(shù)字圖像采集裝置中，Jonas?Unger，Stefan?Gustavson在文獻(xiàn)High?Dynamic?Range?Video?for?Photometric?Measurement?of?Illumination中設(shè)計(jì)了一種利用傳統(tǒng)感光器件CMOS和快速多次曝光技術(shù)相結(jié)合的圖像獲取系統(tǒng)，利用其采集高速，高質(zhì)量的高動(dòng)態(tài)范圍(HDR)圖像。該系統(tǒng)使用具有高速并行處理能力和控制邏輯的輕便片上傳感器和快速百葉窗式快門(mén)。由于快門(mén)結(jié)構(gòu)的限制，當(dāng)設(shè)備與場(chǎng)景之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)獲取的圖像會(huì)出現(xiàn)垂直幕效應(yīng)，使得圖像的質(zhì)量下降。該設(shè)備通過(guò)對(duì)圓形玻璃球面的反射光線捕捉來(lái)獲得全場(chǎng)景的圖像，所以無(wú)法消除拍攝設(shè)備在圖像中的成像，并且由于設(shè)備及拍攝者在圖像的中間部分，使得有效光線遮擋較多。Jessi?Stumpfel，Andrew?Jones，Paul?Debevec等在文獻(xiàn)Direct?HDR?Capture?of?the?Sun?and?Sky?中設(shè)計(jì)了一套使用標(biāo)準(zhǔn)的商業(yè)數(shù)目相機(jī)配魚(yú)眼鏡頭的設(shè)備。通過(guò)設(shè)置相機(jī)的快門(mén)和光圈，并增加中灰濾鏡可以通過(guò)捕捉七張不同曝光的圖像合成一張HDR圖像。該設(shè)備的缺點(diǎn)在于，魚(yú)眼鏡頭的光學(xué)性質(zhì)使得越靠近圖像邊緣的光線分辨率越低，圖像的畸變?cè)酱螅沂芟鄼C(jī)的限制無(wú)法獲取高分辨率HDR圖像。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)分辨率不高，圖像畸變嚴(yán)重，動(dòng)態(tài)范圍不足，實(shí)時(shí)性差等不足，本發(fā)明提供一種高分辨率全景實(shí)時(shí)高動(dòng)態(tài)范圍圖像采集裝置，與已有的裝置及方法相比，該裝置可以實(shí)時(shí)的獲得高分辨率全景高動(dòng)態(tài)范圍圖像。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：包括N臺(tái)圖像獲取設(shè)備、N個(gè)L型支架和一個(gè)工作臺(tái)，N＞5；各L型支架的呈圓周均勻分布在工作臺(tái)上，L型支架的底端固定在工作臺(tái)上；圖像獲取設(shè)備分別固定在L型支架上端，且每臺(tái)圖像獲取設(shè)備的鏡頭水平朝向圓周外側(cè)，每臺(tái)圖像獲取設(shè)備鏡頭的光軸延長(zhǎng)線向圓周內(nèi)交匯于一點(diǎn)，該點(diǎn)在工作臺(tái)的投影為L(zhǎng)型支架所分布圓周的圓心。將第N+1臺(tái)圖像獲取設(shè)備置于工作臺(tái)上，其鏡頭垂直向上，鏡頭的光軸延長(zhǎng)線通過(guò)L型支架所分布圓周的圓心。該裝置置于需拍攝場(chǎng)景的中心位置。圖像獲取設(shè)備通過(guò)數(shù)據(jù)線和控制線與圖像處理工作站連接，由圖像處理工作站對(duì)圖像獲取設(shè)備進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，連續(xù)快門(mén)同步以觸發(fā)獲取圖像，將獲取圖像存儲(chǔ)在圖像處理工作站中并合成一張高分辨率全景高動(dòng)態(tài)范圍圖像。

所述的圖像獲取設(shè)備配置一枚水平視角大于等于150°的超廣角鏡頭，以減少圖像獲取設(shè)備數(shù)量，縮小裝置體積。每臺(tái)圖像獲取設(shè)備的垂直視角大于等于100°，水平放置的N臺(tái)數(shù)字相機(jī)的視角重疊須大于等于14°以利于后期圖像處理，水平放置的圖像獲取設(shè)備與第N+1臺(tái)圖像獲取設(shè)備的視角重疊大于等于20°。

所述的圖像獲取設(shè)備采用分辨率大于等于1230萬(wàn)像素的數(shù)字相機(jī)。

通過(guò)9000mA/h，7.4V電源模塊為圖像獲取設(shè)備供電，使得一次完全充電后數(shù)字相機(jī)的連續(xù)拍攝圖像數(shù)量不少于6600張。

使用按照?qǐng)D像獲取設(shè)備底座形狀加工的底座和L形支架快速穩(wěn)定的固定相機(jī)。

本發(fā)明還提供一種高分辨率全景實(shí)時(shí)高動(dòng)態(tài)范圍圖像采集方法，包括以下步驟：

(1)將所述的高分辨率全景實(shí)時(shí)高動(dòng)態(tài)范圍圖像采集裝置放置在所攝對(duì)象中心位置。

(2)使用任意一臺(tái)圖像獲取設(shè)備進(jìn)行測(cè)光，自動(dòng)獲取當(dāng)前場(chǎng)景正確曝光的光圈快門(mén)參數(shù)，以此作為其他相機(jī)的正確光圈快門(mén)參數(shù)。對(duì)于所有的圖像獲取設(shè)備，以正確曝光數(shù)據(jù)為中心基準(zhǔn)，自動(dòng)生成9組具有相同間隔曝光值(EV)的光圈快門(mén)參數(shù)序列(-8/3EV，-2EV，-4/3EV，-2/3EV，0EV，+2/3EV，+4/3EV，+2EV，+8/3EV)。

(3)以獲得的光圈快門(mén)參數(shù)序列對(duì)圖像獲取設(shè)備進(jìn)行快門(mén)觸發(fā)，獲取多幅不同曝光參數(shù)和拍攝角度的圖像并進(jìn)行存儲(chǔ)。

(4)對(duì)步驟(3)獲得的圖像進(jìn)行校正，并且將校正后同一曝光參數(shù)下不同拍攝角度的圖像進(jìn)行拼接，得到多幅不同曝光參數(shù)的全景圖。

(5)通過(guò)多幅不同曝光參數(shù)的全景圖合成一張高分辨率全景高動(dòng)態(tài)范圍圖像。

校正的方法是用圖像獲取設(shè)備拍攝棋盤(pán)格標(biāo)定板，提取獲得圖像中的harris角點(diǎn)作為圖像特征點(diǎn)。根據(jù)棋盤(pán)格的物理尺寸和形狀得到校正后的理論特征點(diǎn)。根據(jù)透鏡畸變的原理，通過(guò)最小化二乘誤差可以求解出圖像獲取設(shè)備線性畸變系數(shù)。根據(jù)此系數(shù)可以校正相機(jī)拍攝到的圖像。