一種球型攝像機(jī)生成全景圖像的方法及球型攝像機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及視頻圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種球型攝像機(jī)生成全景圖像的方 法及球型攝像機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002] 全景圖像拼接是指將一組有重疊部分的圖像序列經(jīng)過空間配準(zhǔn)、圖像融合后形成 一幅包含每個(gè)圖像序列的全景圖像。在進(jìn)行全景圖像拼接時(shí)包括：圖像與處理、圖像配準(zhǔn)、 圖像融合H個(gè)關(guān)鍵步驟，其中圖像配準(zhǔn)是全景圖像拼接的核必部分，其目的在于找到一個(gè) 空間變換，使得數(shù)字圖像序列之間相互重疊的部分的坐標(biāo)點(diǎn)能夠?qū)?zhǔn)。在圖像配準(zhǔn)之后，為 了保證不同圖像之間所存在的亮度和色度的平衡，對(duì)圖像配準(zhǔn)之后得到的圖像進(jìn)行圖像融 合的處理。
[0003] 現(xiàn)有的全景圖像拼接的方案主要為基于特征點(diǎn)的拼接方案，在具體實(shí)施時(shí)，需要 計(jì)算圖像之間的變換矩陣，利用變換矩陣對(duì)采集到的多幅圖像進(jìn)行拼接，從而得到全景圖 像，主要步驟包括；提取特征點(diǎn)；特征點(diǎn)匹配；變換參數(shù)估計(jì)；圖像融合，從而得到全景圖 像。
[0004] 基于特征點(diǎn)的拼接方案精度較高，但該方法要求被拼接的圖像之間相互重疊，且 重疊的部分必須存在較多的特征點(diǎn)，并且，要求場景的景深基本一致。在利用送種方法拼接 全景圖像時(shí)，對(duì)圖像內(nèi)容要求較高，若圖像內(nèi)容比較單一（比如只有墻壁），則無法提取明 顯的特征點(diǎn)，此時(shí)對(duì)圖像進(jìn)行拼接時(shí)會(huì)出現(xiàn)較大誤差。而且，送種方法無法拼接成360全景 圖像。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供了一種球型攝像機(jī)生成全景圖像的方法及球型攝像機(jī)，用于解決現(xiàn)有 技術(shù)中在進(jìn)行圖像拼接時(shí)，對(duì)圖像要求太高且無法拼接成360全景圖像的問題。
[0006] 本發(fā)明提供了一種球型攝像機(jī)生成全景圖像的方法，包括：
[0007] 球型攝像機(jī)按照設(shè)定規(guī)則進(jìn)行多次轉(zhuǎn)動(dòng)，每完成一次轉(zhuǎn)動(dòng)，采集當(dāng)前位置的圖像， 其中，所述球型攝像機(jī)按照設(shè)定規(guī)則進(jìn)行多次轉(zhuǎn)動(dòng)為：球型攝像機(jī)在兩個(gè)垂直平面內(nèi)W設(shè) 定轉(zhuǎn)動(dòng)方向和設(shè)定轉(zhuǎn)動(dòng)步長，在設(shè)定的角度范圍內(nèi)進(jìn)行多次轉(zhuǎn)動(dòng)；
[0008] 根據(jù)圖像坐標(biāo)系與預(yù)先建立的世界坐標(biāo)系之間的映射關(guān)系，將當(dāng)前位置的圖像上 每個(gè)像素點(diǎn)映射到預(yù)先建立的世界坐標(biāo)系中，得到該圖像在世界坐標(biāo)系中的曲面圖像；
[0009] 根據(jù)預(yù)先建立的世界坐標(biāo)系與預(yù)先建立的球型攝像機(jī)坐標(biāo)系之間的映射關(guān)系，將 當(dāng)前位置的圖像上每個(gè)像素點(diǎn)映射到球型攝像機(jī)坐標(biāo)系中，得到該圖像在球型攝像機(jī)坐標(biāo) 系中的曲面圖像，其中，預(yù)先建立的球型攝像機(jī)坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)為球型攝像機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的中 必，該坐標(biāo)系的X軸和y軸分別在所述兩個(gè)垂直平面內(nèi)，Z軸與所述X軸和y軸垂直，該坐 標(biāo)系中任一點(diǎn)的X軸坐標(biāo)為該點(diǎn)與球必的連線投影到X軸所在的平面后，與該平面內(nèi)的參 考線的夾角，y軸坐標(biāo)為該點(diǎn)與球必的連線投影到y(tǒng)軸所在的平面后，與該平面內(nèi)的參考線 的夾角，Z軸坐標(biāo)為設(shè)定半徑；
[0010] 根據(jù)預(yù)先建立的球型攝像機(jī)坐標(biāo)系與預(yù)先建立的全景圖像坐標(biāo)系之間的映射關(guān) 系，將當(dāng)前位置的圖像上每個(gè)像素點(diǎn)映射到全景圖像坐標(biāo)系中，得到該圖像在全景圖像坐 標(biāo)系中的平面圖像；
[0011] 根據(jù)當(dāng)前位置的圖像在全景圖像坐標(biāo)系中的平面圖像，進(jìn)行全景圖像的拼接。
[0012] 所述方法中，所述按照設(shè)定規(guī)則進(jìn)行多次轉(zhuǎn)動(dòng)，具體包括：
[0013] 球型攝像機(jī)在設(shè)定的坐標(biāo)原點(diǎn)，從設(shè)定初始位置開始，在第一平面內(nèi)W設(shè)定第一 步長和設(shè)定第一方向轉(zhuǎn)動(dòng)；
[0014] 當(dāng)完成在第一平面內(nèi)的設(shè)定角度范圍的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，球型攝像機(jī)在第二平面內(nèi)W設(shè)定 第二步長和設(shè)定第二方向轉(zhuǎn)動(dòng)，其中，在第二平面內(nèi)每轉(zhuǎn)動(dòng)一次后，球型攝像機(jī)重新在第一 平面內(nèi)W設(shè)定第一步長和設(shè)定第一方向轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)完成在第一平面內(nèi)的設(shè)定角度范圍的轉(zhuǎn)動(dòng) 時(shí)，球型攝像機(jī)繼續(xù)在第二平面內(nèi)W設(shè)定第二步長和設(shè)定第二方向轉(zhuǎn)動(dòng)，直到球型攝像機(jī) 完成在第二平面內(nèi)的設(shè)定角度范圍的轉(zhuǎn)動(dòng)，所述第一平面與所述第二平面相互垂直。
[0015] 采用送種轉(zhuǎn)動(dòng)規(guī)則，球型攝像機(jī)可采集到其可能的視角范圍內(nèi)的多張圖片，利用 送些圖片可拼接處360的全景圖像。
[0016] 所述方法，在全景圖像拼接完成之后，還包括：
[0017] 在全景圖像上設(shè)置特征點(diǎn)，根據(jù)預(yù)先建立的球型攝像機(jī)坐標(biāo)系與預(yù)先建立的全景 圖像坐標(biāo)系之間的映射關(guān)系，將所述特征點(diǎn)在預(yù)先建立的全景圖像坐標(biāo)系中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為 預(yù)先建立的球型攝像機(jī)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)；
[0018] 確定所述特征點(diǎn)被選擇時(shí)，球型攝像機(jī)根據(jù)所述特征點(diǎn)在球型攝像機(jī)坐標(biāo)系中的 坐標(biāo)，轉(zhuǎn)動(dòng)到所述特征點(diǎn)所在位置。
[0019] 通過設(shè)置特征點(diǎn)，W及預(yù)先建立的球型攝像機(jī)坐標(biāo)系與預(yù)先建立的全景圖像坐標(biāo) 系之間的映射關(guān)系，可控制球型攝像機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)到特定位置。
[0020] 所述方法中，所述圖像坐標(biāo)系與預(yù)先建立的世界坐標(biāo)系之間的映射關(guān)系采用如下 方式確定：
[0021] W當(dāng)前位置的圖像中必為坐標(biāo)原點(diǎn)，建立圖像坐標(biāo)系；
[0022] 根據(jù)當(dāng)前位置的球型攝像機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度信息、設(shè)定的第一投影半徑參數(shù)，確定圖 像坐標(biāo)系與預(yù)先建立的世界坐標(biāo)系之間的映射關(guān)系；
[0023] 所述預(yù)先建立的世界坐標(biāo)系與預(yù)先建立的球型攝像機(jī)坐標(biāo)系之間的映射關(guān)系采 用如下方式確定：
[0024] 所述世界坐標(biāo)系與所述球型攝像機(jī)坐標(biāo)系不重合時(shí)，將世界坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)轉(zhuǎn) 換到球型攝像機(jī)坐標(biāo)系原點(diǎn)所在的位置，并且各個(gè)坐標(biāo)軸的方向重合；
[0025] 根據(jù)當(dāng)前圖像在轉(zhuǎn)換后的世界坐標(biāo)系中的曲面圖像中每個(gè)像素點(diǎn)與預(yù)先建立的 球型攝像機(jī)坐標(biāo)系原點(diǎn)的連線投影到X軸所在的平面后，與該平面內(nèi)的參考線的夾角W及 投影到y(tǒng)軸所在的平面后，與該平面內(nèi)的參考線的夾角，確定預(yù)先建立的世界坐標(biāo)系與預(yù) 先建立的球型攝像機(jī)坐標(biāo)系之間的映射關(guān)系；
[0026] 所述世界坐標(biāo)系與所述球型攝像機(jī)坐標(biāo)系重合時(shí)，根據(jù)當(dāng)前圖像在世界坐標(biāo)系中 的曲面圖像中每個(gè)像素點(diǎn)與預(yù)先建立的球型攝像機(jī)坐標(biāo)系原點(diǎn)的連線投影到X軸所在的 平面后，與該平面內(nèi)的參考線的夾角W及投影到y(tǒng)軸所在的平面后，與該平面內(nèi)的參考線 的夾角，確定預(yù)先建立的世界坐標(biāo)系與預(yù)先建立的球型攝像機(jī)坐標(biāo)系之間的映射關(guān)系；
[0027] 所述預(yù)先建立的球型攝像機(jī)坐標(biāo)系與預(yù)先建立的全景圖像坐標(biāo)系之間的映射關(guān) 系采用如下方式確定：
[0028] 在預(yù)設(shè)的全景圖像模板上，W全景圖像模板的中必為坐標(biāo)原點(diǎn)建立全景圖像坐標(biāo) 系；
[0029] 根據(jù)預(yù)設(shè)的第二投影半徑參數(shù)、預(yù)先建立的全景圖像坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)，得到預(yù) 先建立的球型攝像機(jī)坐標(biāo)系與預(yù)先建立的全景圖像坐標(biāo)系之間的映射關(guān)系。
[0030] 本發(fā)明實(shí)施例中，可通過建立的各個(gè)坐標(biāo)系之間的映射關(guān)系，最終得到球型攝像 機(jī)采集到的圖像在全景圖像坐標(biāo)系中的顯示位置。
[0031] 所述方法中，將當(dāng)前位置的圖像上任一像素點(diǎn)在圖像坐標(biāo)中的坐標(biāo)映射為該像素 點(diǎn)在世界坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，計(jì)算方式如下：
[0032] X = pb*sin (th) *cos 巧）+ix*sin 巧）-iy*cos (th) *cos 巧）
[0033] y = pb*sin (th) *sin 巧）-ix*cos 巧）-iy*cos (th) *sin 巧）
[0034] Z = pb*cos(th)+iy*sin(th)
[0035] 其中，Pb表示設(shè)定的第一投影半徑參數(shù)，ix表示當(dāng)前位置的圖像中任一像素點(diǎn)在 圖像坐標(biāo)系中的橫坐標(biāo)，iy表示當(dāng)前位置的圖像中任一像素點(diǎn)在圖像坐標(biāo)系中的縱坐標(biāo)， th，fi分別表示球型攝像機(jī)在當(dāng)前位置的轉(zhuǎn)動(dòng)角度對(duì)應(yīng)的弧度，X、y、Z分別表示當(dāng)前位置的 圖像中任一像素點(diǎn)在世界坐標(biāo)系中的坐標(biāo)；
[0036] 所述世界坐標(biāo)系與所述球型攝像機(jī)坐標(biāo)系重合時(shí)，將當(dāng)前位置的圖像上任一像素 點(diǎn)在世界坐標(biāo)系中的坐標(biāo)映射為該像素點(diǎn)在球型攝像機(jī)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，計(jì)算方式如下：
[0039] 其中，alpha表示當(dāng)前位置的曲面圖像中任一像素點(diǎn)與球型攝像機(jī)坐標(biāo)系的坐標(biāo) 原點(diǎn)的連線投影到球型攝像機(jī)坐標(biāo)系的X軸所在的平面后，與該平面內(nèi)的參考線的夾角， Iam表示當(dāng)前位置的曲面圖像中任一像素點(diǎn)與球型攝像機(jī)坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)的連線投影到 球型攝像機(jī)坐標(biāo)系的y軸所在的平面后，與該平面內(nèi)的參考線的夾角；
[0040] 將當(dāng)前位置的圖像上任一像素點(diǎn)在球型攝像機(jī)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)映射為該像素點(diǎn) 在全景圖像坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，計(jì)算方式如下：
[0041] r = pk*al 地a
[0042] OX =巧COS (Iam)+CX
[0043] oy = r*sin (Iam)+cy
[0044] 其中，ox、oy分別表示當(dāng)前位置的圖像中的任一像素點(diǎn)在全景圖像坐標(biāo)系中的橫 縱坐標(biāo)，CX、cy分別表示全景圖像坐標(biāo)系中坐標(biāo)原點(diǎn)的橫縱坐標(biāo)，Pk表示設(shè)定的第二投影 半徑參數(shù)。
[0045] 利用本發(fā)明實(shí)施例，可W得到圖像坐標(biāo)系與世界坐標(biāo)系的坐標(biāo)點(diǎn)之間一一對(duì)應(yīng)的 關(guān)系、世界坐標(biāo)系與球型攝像機(jī)坐標(biāo)系的坐標(biāo)點(diǎn)之間一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系、球型攝像機(jī)坐標(biāo)系 與全景圖像坐標(biāo)系的坐標(biāo)點(diǎn)之間一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，從而使得拼接的全進(jìn)圖像更加準(zhǔn)確。
[0046] 所述方法中，所述球型攝像機(jī)在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中采用設(shè)定的曝光參數(shù)和設(shè)定的白平衡 參數(shù)。
[0047] 采用設(shè)定的曝光參數(shù)和白平衡參數(shù)可W使攝像機(jī)采集到的圖像更加穩(wěn)定。
[0048] 所述方法中，所述球型攝像機(jī)按照設(shè)定規(guī)則進(jìn)行多次轉(zhuǎn)動(dòng)之前，確定設(shè)定的曝光 參數(shù)和設(shè)定的白平衡參數(shù)，具體包括：
[0049] 球型攝像機(jī)按照設(shè)定規(guī)則連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，所述球型攝像在連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)過程中自動(dòng)調(diào)整曝 光參數(shù)和白平衡參數(shù)；
[0050] 獲取球型攝像機(jī)在連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)過程中采用的所有曝光參數(shù)和白平衡參數(shù)并保存；
[0051] 確定獲取的所有自動(dòng)曝光參數(shù)的中間值為設(shè)定的曝光參數(shù)，確定獲取的所有白平 衡參數(shù)的中間值為設(shè)定的白平衡參數(shù)。
[0052] 送種確定設(shè)定曝光參數(shù)和白平衡參數(shù)的方法可W得到一個(gè)相對(duì)問題的曝光參數(shù) 和白平衡參數(shù)，作為設(shè)定的曝光參數(shù)和白平衡參數(shù)。
[0053] 本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種球型攝像機(jī)，包括：
[0054] 采