球型全景摄像装置的制作方法

本实用新型涉及一种球型全景摄像装置，属于全景视频采集技术领域。

背景技术：

随着当前全景视频、VR(虚拟现实)、AR(增强现实)技术的飞速发展，图像/视频的采集与显示形式变得多种多样，且逐步向360°全方位球型各角度无死区展示视频信息的方向发展，以力求使观看者有种身临其境的感觉，如三星、LG公司分别推出的Gear 360、360Cam全景相机。

在2016年4月13日，Facebook在年度开发者大会(F8)上发布了一款360度全景摄像机产品Surround 360相机，其采用飞碟形状的外形设计，上下呈锥形凸出，有些像陀螺，相机共搭载了17个摄像头，分别为包围在四周的14个广角摄像头、1个顶部鱼眼摄像头和2个底部摄像头，这些摄像头拍摄的全角度视频构成了球形360度全景视频。

虽然Surround 360相机可堪称全景摄像机产品的代表，但其仍存在不足：其没有克服摄像头之间的拍摄死区问题，因此依靠其配套软件自动渲染成360度的3D视频时，近距离观看到的图像会出现碎片化问题，极大影响了观看效果。

由此可见，设计出一种可真正实现360°球型全方位无死区拍摄的技术方案，是目前急需解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种球型全景摄像装置，其真正实现了360°球型全方位无拍摄盲区的视频图像拍摄效果，且易加工制作，成本低，视频图像传输速度快，即便在网速不高的条件下也不易出现显示卡钝现象。

为了实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：

一种球型全景摄像装置，其特征在于：它包括采集水平方向360度视频图像、上下设置的两组窄角摄像机，每组窄角摄像机设有处于同一水平面的4个窄角摄像机，上面一组4个窄角摄像机的摄像头朝下且各窄角摄像机下方设有倾斜的反射镜，下面一组4个窄角摄像机的摄像头朝上且各窄角摄像机上方设有倾斜的反射镜，8个窄角摄像机利用反射镜实现虚拟光心重合于一点，其中，8个窄角摄像机的虚拟光心重合形成的公共光心上、下方各设有1个广角摄像 机，分别采集顶部、底部视频图像的2个广角摄像机的实际光心与公共光心处于同一纵轴。

沿竖直方向上看，每组所述窄角摄像机在同一水平面内均布，实现8个所述窄角摄像机拍摄的视场之间不存在拍摄盲区，并且上面4个所述窄角摄像机与上面的所述广角摄像机拍摄的视场之间以及下面4个所述窄角摄像机与下面的所述广角摄像机拍摄的视场之间不存在拍摄盲区。

进一步地，8个所述窄角摄像机和2个所述广角摄像机通过Wi-Fi无线方式受微控制器控制，且8个所述窄角摄像机和2个所述广角摄像机通过Wi-Fi无线方式，基于频分多址或码分多址或时分多址技术向多路调试选择器并列同时传输视频图像，LCD调试屏幕接收并显示多路调试选择器送出的视频图像。

所述微控制器还可连接有温度控制电路和风扇。

所述微控制器还可连接有键盘控制电路。

本实用新型的优点是：

本实用新型球型全景摄像装置利用虚拟光心重合与共轴的原理，基于上下设置的8个窄角摄像机(普通摄像机)、顶底部设置的2个广角摄像机以及反射镜，真正实现了360°球型全方位无拍摄盲区的视频图像拍摄功能。

本实用新型球型全景摄像装置结构简洁、布局合理，易加工制作，成本低，采用频分多址、码分多址或时分多址的并联无线Wi-Fi方式传输视频图像，传输速率高、速度快，即便在网络速率不高的条件下也不易出现视频图像显示卡钝现象，观看效果好，能够使观看者真正有种身临其境的感觉。

附图说明

图1是本实用新型球型全景摄像装置的示意图。

图2是窄角摄像机和广角摄像机与微控制器、多路调试选择器的连接示意图。

图3是本实用新型球型全景摄像装置所拍摄的球型全景图像效果说明图。

具体实施方式

如图1，本实用新型球型全景摄像装置包括采集水平方向360度视频图像、上下设置的两组窄角摄像机，每组窄角摄像机包括处于同一水平面的4个窄角摄像机，上面一组窄角摄像机中的4个窄角摄像机的摄像头朝下且各窄角摄像机下方设有倾斜的反射镜21，下面一组窄角摄像机中的4个窄角摄像机的摄像头朝上且各窄角摄像机上方设有倾斜的反射镜22，反射镜21、22由框架50支撑，框架50中间设有容置空间51，8个窄角摄像机利用反射镜实现虚拟光 心重合于一点，即公共光心O，其中，8个窄角摄像机的虚拟光心重合形成的公共光心O的上、下方各设有1个广角摄像机，在实际制作中，2个广角摄像机30、40可设置在容置空间51中，分别采集顶部、底部视频图像的2个广角摄像机30、40的实际光心与公共光心O处于同一纵轴L，即处于与水平面相垂直的同一竖轴上。

在实际实施中，窄角摄像机为大于45度小于90度视角的摄像机，优选45度视角的摄像机来进一步达到无重影区效果，但实现难度大，图像融合效果差。沿竖直方向上看，每组窄角摄像机在同一水平面内以纵轴L均布，以实现8个窄角摄像机拍摄的视场之间不存在拍摄盲区，并且上面4个窄角摄像机与上面的广角摄像机30拍摄的视场之间以及下面4个窄角摄像机与下面的广角摄像机40拍摄的视场之间不存在拍摄盲区。而8个窄角摄像机中相邻两个窄角摄像机拍摄的视场之间、上面4个窄角摄像机与上面的广角摄像机30之间以及下面4个窄角摄像机与下面的广角摄像机40拍摄的视场之间存在的重影区，可通过相关软件来处理解决，从而真正实现360°球型全方位无拍摄盲区的目的。

在实际设计中，反射镜21、22的倾斜角度视实际需求而定，一般地可设定为45度，使得光线相对于反射镜形成45度的反射角。当然本实用新型并不局限于反射镜，在实际实施时还可采用具有相同功能的其它类似反射装置。

具体举例来说，如图1，上面一组窄角摄像机(参见图1中示出的窄角摄像机11、12、13、14)和下面一组窄角摄像机(参见图1，图中仅示出1个窄角摄像机18，其余3个未示出)共8个窄角摄像机分成两组，并基于纵轴L对称分布。上面的4个窄角摄像机分别接收来自各自下方反射镜21对拍摄物体光线所反射射出的投影，下面的4个窄角摄像机分别接收来自各自上方反射镜22对拍摄物体光线所反射射出的投影，8个窄角摄像机的虚拟光心重合于一点O，每个窄角摄像机的拍摄视角例如为可消除鱼眼效应的50度，因此8个窄角摄像机可实现水平面360度视角的无间隙拍摄。在纵轴L上，公共光心O上下方、位于框架50中部形成的容置空间51内，分别设有广角摄像机30、40，也就是说，广角摄像机30、40的实际光心与公共光心O共同处于同一竖轴上，这使得8个窄角摄像机与2个广角摄像机拍摄的视场之间不存在拍摄盲区，从而真正实现360°球型全方位视频图像采集功能。

如图2，在实际设计中，8个窄角摄像机和2个广角摄像机通过Wi-Fi无线方式受微控制器61控制，且8个窄角摄像机和2个广角摄像机这10路传输 通道通过Wi-Fi无线方式，基于频分多址、码分多址或时分多址技术向多路调试选择器62并列同时传输视频图像，LCD调试屏幕63接收并显示多路调试选择器62送出的视频图像。本实用新型所采取的这种Wi-Fi无线并列传输视频图像的方式大大提高了视频图像的传输速率。

在实际电路设计中，8个窄角摄像机和2个广角摄像机的控制信号端口分别与微控制器61的相应IO端口相连，多路调试选择器62、LCD调试屏幕63的控制信号端口分别与微控制器61的相应IO端口相连，8个窄角摄像机和2个广角摄像机的传输通道端口分别与多路调试选择器62的信号输送端口相连，多路调试选择器62的图像输送端口与LCD调试屏幕63的相应信号端口相连。

在实际设计中，如图2，微控制器61的相应IO端口可与温度控制电路64和风扇66的信号端口连接。当温度控制电路64检测到微控制器61内部温度超过设定值时，启动风扇66强迫风冷降温。

在实际设计中，如图2，微控制器61的相应IO端口还可与键盘控制电路65的输入端口连接。

在实际实施中，微控制器61用于接收键盘控制电路65输入的用户指令，向窄角摄像机11、12、……、18、广角摄像机30、40发出拍摄控制信号以及向多路调试选择器62、LCD调试屏幕63等发出相关控制信号。

多路调试选择器62用于独立调试时选择10路摄像机中任意一路来进行对比度、白平衡等参数的调整。

在实际实施本实用新型球型全景摄像装置时，可采用如下视频图像传输方法，其包括步骤：

1)各窄角摄像机各自拍摄相应视角内的视频画面，同时顶部、底部广角摄像机分别拍摄顶部、底部视频画面；

2)8个窄角摄像机和2个广角摄像机基于频分多址、码分多址或时分多址技术通过Wi-Fi无线方式将各自拍摄的视频画面并列同时传出。

在实际使用中，在水平面360度方向上，本实用新型装置将360度视场均分为8等份，每个窄角摄像机负责一等份对应视角的场景拍摄，即每个窄角摄像机接收经由与其相对应的反射镜对水平光线反射的投影而实现对相应角度视角的拍摄。而顶部的广角摄像机30负责顶部视频图像的拍摄，底部的广角摄像机40负责底部视频图像的拍摄。

当各个窄角摄像机和广角摄像机拍摄完毕后便在微控制器61的控制下，基于频分多址、码分多址或时分多址技术，将各自拍摄的视频图像通过无线 Wi-Fi方式并列同时传输给多路调试选择器62。

由于本实用新型装置的结构对称设计，上面4个与下面4个窄角摄像机之间拍摄的视频图像存在方向相反的特点，因此在多路调试选择器62中需利用相关软件对反向图像进行校正处理，使上下不同层的视频图像能很好的融合起来。而本实用新型装置中8个窄角摄像机拍摄的视场之间在水平方向上不存在拍摄盲区的影响，因此近距离拍摄不会出现碎片化图像。8个窄角摄像机拍摄的视场之间的重影区影响需通过相关软件来进行处理。

在本实用新型中，由于光心共轴设计，在竖直方向上，上面4个窄角摄像机11、12、13、14与顶部的1个广角摄像机30拍摄的视场之间以及下面4个窄角摄像机(仅示出标号18的1个窄角摄像机)与底部1个广角摄像机40拍摄的视场之间不存在拍摄盲区影响，但也存在重影区的影响，因此也需通过相关软件来进行处理。

当多路调试选择器62处理完接收的视频图像后，便通过LCD调试屏幕63进行实时显示，显示的实际效果如图3所示，标号71为顶部的广角摄像机30拍摄并处理后得到的视频图像，标号73为底部的广角摄像机40拍摄并处理后得到的视频图像，标号72为中部8个窄角摄像机拍摄并处理合成后得到的视频图像。由图3可以看出，基于本实用新型装置设计的10个摄像机完全可以得到完整的球型视频图像。

本实用新型的优点是：

本实用新型球型全景摄像装置利用虚拟光心重合与共轴的原理，基于上下设置的8个窄角摄像机(普通摄像机)、顶底部设置的2个广角摄像机以及反射镜，真正实现了360°球型全方位无拍摄盲区的视频图像拍摄功能。

本实用新型球型全景摄像装置结构简洁、布局合理，易加工制作，成本低，采用频分多址、码分多址或时分多址的并联无线Wi-Fi方式传输视频图像，传输速率高、速度快，即便在网络速率不高的条件下也不易出现视频图像显示卡钝现象，观看效果好，能够使观看者真正有种身临其境的感觉。

以上所述是本实用新型较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本实用新型的精神和范围的情况下，任何基于本实用新型技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本实用新型保护范围之内。