专利名称：可控视野显示装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种显示装置，特别涉及一种可控视野显示装置，属于保安摄像监视设备。
现就应用于摄像监视领域加以说明经申请人调研及查阅资料，目前常用的保安监视系统如1999年6月23日-26日，北京中国国际展览中心举办’99公共安全、消防产品及建筑防火材料展览会，第1A134展台展出的DVR884智能数字监控装置，以及《中国社会公共安全产品行业综合信息》杂志(1999年第3期第44页)“HT300微机警卫监控系统”文章中介绍的监控装置，均需把摄像机采集的视频图像信息直接送入一台或几台微型数字计算机(微机)的视频捕获卡上，并转换成数字量送入微机的显视缓存区中，然后通过公知的管理软件及视频显视卡在微机的显视器上显视。由于上述监控装置摄像机的视野均较窄，因而显视对应图像的视野同样较窄，虽然可以通过采用广角镜头展宽视野，但必然导致图像畸变而不利于图像识别。因此，上述监控装置的摄像机均按装在可上、下、左、右转动的云台上，当需要移动摄像机的角度，或需要采集全方位视觉信息时，监控装置的微机发出控制信号，控制云台中两台直流或交流伺服电动机，驱动云台中齿轮组使云台上、下、左、右的转动来完成。而光圈、焦距的调整，则同样依靠监控装置微机发出的控制信号，控制两台微型直流电动机驱动一系列机械传动部分实现。采集现场的图像信息除供显视外，还送入录像机或数字存储装置保存。综上所述，目前监控装置存在着三方面的缺陷其一，由于摄像机的视野较窄，须依靠云台的机械动作实现摄像机镜头的移动，导致图像采集速度慢，完成一幅立体180度全方位视觉信息的图像采集，机械移动扫描需要数秒乃至数十秒。因而，在某一时刻，显示装置中得到的图像只能是立体全方位视觉信息图像的某一局部，常常顾此失彼，存在着较大的图像信息损失。由于摄像机角度移动速度慢，作为安全防范领域的摄像监视设备，很多现场的情况未能及时摄取并保存。其二，由于这类监控装置的电动机及机械设备多，因而功耗大、隐蔽性差、成本高、易损坏等缺点比较突出。其三，当多个监视者想要观查某一现场不同的位置时，如按装在大型商厦售货现场的摄像机需把图像信息分别送入总经理、管理人员、保安人员的微机中显示。上述人员均可发出控制信号，控制现场云台上摄像机的位置与姿态，以选取自己感兴趣的现场图像显示。总经理统观全局，但比较侧重客流量及销售情况，管理人员则注重售货员是否坚守岗位及工作态度，保安人员则关心商厦的安全如盗窃或抢劫等事件。由于上述人员关心的角度不同，因此在控制现场云台上摄像机的位置与姿态时会发生冲突。一种解决方法是现场可以多按装几套摄像监视设备，以满足不同人员的需要，但势必造成重复投资，尤其云台价格较贵使投资成本大幅度提高。另一种解决的方法是对总经理、管理人员、保安人员的微机发出的控制信号进行加权处理。总经理位置最重要，因此加权最重，总经理进行控制时，能通过硬件或软件屏蔽管理人员及保安人员微机发出的控制信号，现场摄像机只接受总经理发出的控制信号。管理人员只有在总经理没有控制的情况下才能控制现场摄像机的位置与姿态。由于盗窃或抢劫等案发事件概率低，保安人员的加权最轻，只有在上述两者均无控制信号发出时，才能控制摄像机选取自己感兴趣的现场图像。从上述人员的工作情况不难看出总经理对现场摄像机的控制影响了管理人员的工作，同样，总经理和管理人员又会影响保安人员对现场的监视。当然，可以根据需要对上述人员的加权重新分配，但在目前摄像监视设备的条件下，仍然存在着互相影响的问题。
本实用新型的目的，就是要克服上述摄像及显示装置的这些缺陷，指出一种根据仿生学的原理，类似昆虫球形多截面复眼结构的全方位摄像机，以及有多路图像并行采集、合成与图像处理能力的显示设备，把全方位的视觉信息送入一台或多台微机的显视缓存区中，以构成一位或多位操作者，可以在各自微机的显视缓存区中选择自己感兴趣的图像部份，并在显示器上显示的可控视野显示装置。
为了达到上述目的，本装置的全方位摄像机模仿昆虫复眼结构。众所周知蜻蜒等昆虫具有球形复眼，复眼中有很多只小眼睛，每一只负责采集一路视觉信息，并将它传送到昆虫的脑中进行信息处理，多只小眼睛采集的视觉信息经昆虫大脑合成后，成为一幅完整的立体全方位视觉图像。本装置根据这一仿生学的原理，将多台摄像机固定封装在球形或半球形装置中，每一台摄像机相当于昆虫复眼中的一只小眼睛而采集一路信息，多台摄像机互相配合使可视范围能够达到立体180度(半球形)或立体360度(球形)全方位。
由于每一台摄像机的镜头指向不同的方向，不同摄像机的图像信息可拼成一幅完整的现场全方位实况。为防止信息丢失，相关摄像机之间边沿部份是互相迭加的，多台摄像机信息送入微型数字计算机进行合成，使其信息衔接良好。此时，摄像机采集现场的视觉信息是连续的、无死区的全方位图像，不断传输并存放在一台或多台微机的显视缓存区中，在相应的图型软件支持下，不同操作者通过鼠标、操纵杆或其他控制方法，从显视缓存区中存储的全方位图像信息里，选取自己感兴趣的部份显示，并可通过公知的图型软件放大或缩小画面，进行数字调焦，实现图像信息的采集、显视。
因此，本实用新型所述的全方位摄像装置应用于摄像监视领域时具有很突出的优点。首先，本装置全部采用电子线路完成全方位图像信息的采集，而无须再经过电动机驱动以及一系列机械传动部分来完成，因而在可靠性、快速性、隐蔽性等方面明显优于传统机械扫描监控装置。其次，摄像装置的图像传感器，无论CCD芯片还是CMOS芯片价格均很低廉，包括固定镜头，本例中采用六台摄像机构成半球形全方位摄像装置，其成本仍低于一台变焦镜头加云台构成的摄像装置。随着微电子技术的发展，集成电路芯片的集成度越来越高，处理速度越来越快，价格也越来越低。而电动机及机械传动部分的价格却没有下降的趋势。可见，随着时间的推移，本装置会具有越来越明显的价格优势。其三，本装置同时并行采集多路视觉信息，可以供多台微机合成为全方位的视觉图像后，存放在各自微机的显视缓存区中(如上述大型商厦总经理、管理人员、保安人员各自微机的显视缓存区中)。不同操作者(如总经理、管理人员、保安人员)可以通过鼠标、操纵杆或其他控制方法，从各自微机的显视缓存区里存储的全方位图像信息中，选取自己感兴趣的部份显示，满足了不同操作者的需要。同时，把全方位的图像信息送入录像机、磁盘机或其他存储设备进行存储，以备操作者查找当时未从显视缓存区里选取的图像信息，减少了当时现场图像信息的丢失。这是目前监控装置无法实现的。
现结合附图和具体实施例对本实用新型进一步加以说明，其中
图1为一按装在墙上的半球形全方位摄像装置；图2为可控视野显示装置框图，表示六路摄像机同时并行采集六路视觉信息，并合成一幅全方位的视觉图像的过程；图3、图4、图5、图6、图7为可控视野显示装置的具体电路；图8为摄取的演播室全方位仿真部份图像；参照附图将详细描述具体实施方案。
图1中1为一按装在墙上的全方位摄像装置的半球形底座，
图1中2为多台固定封装在半球形底座上的摄像机部份(包括固定镜头、图像传感器)。本例中采用6只摄像机，以2×3的方式排列成半球形结构按装在墙上。每一台摄像机的镜头指向不同的方向，采集不同方位的图像信息，以构成一幅完整的现场全方位实况。
从图2可控视野显示装置的框图中可以看到，全方位摄像机视觉图像信息的采集、发送到接收控制的全过程。图2中3为图像传感器，采用OmniVision公司的0V7910 CMOS，图像芯片。0V7910为单芯片高性能、低成本彩色CMOS图像传感器芯片，它支持一般的视频(video)和超级视频(S-Video)两种视频格式，提供RGB视频信号，并且支持VCR电视监视器或其它终端输入设备。由单芯片0V7910构成的低成本彩色摄像机所采集的图像信息，经过TDA8310AWE信号转换芯片4的视频格式转换，把视频信号转换为YUV形式，送入微机中基于PCI总线的视频捕获卡。卡中SAB9077为视频合成芯片5，它可以将两路实时视频信号合成为一幅图像，然后送入视频捕获卡中Bt848芯片6中。Bt848是BrookTree公司生产的单一视频捕捉、处理芯片，它能将视频像素数据直接送入微机的显视缓存区。三路并行合成的视频输入在软件的管理下将六台摄像机视觉信息合并成一幅全方位的视觉图像，送入微机的显视缓存区，以供存储及显示用。I2C总线83C654单片机7完成与PCI总线进行管理信息的通讯，控制0V7910 CMOS图像芯片3的参数。对SAB9077视频合成芯片5进行编程设置，首先实现两路图像经剪裁拼接后合成为一幅图像的功能，并完成芯片之间的信息交换。
图3、图4、图5、图6、图7为可控视野显示装置的具体电路。现说明如下图3由单芯片0V7910构成的低成本彩色摄像机图像传感器3的具体电路。通过I2C接口进行编程设置以实现自动增益控制(AGC)，自动曝光控制，GAMMA校正和逆光控制。TDA8310AWE为视频信号转换芯片4，把视频信号转换为YUV格式，并生成相应的同步信号，送入微机中基于PCI总线的视频捕获卡。图4为PCI总线地址、数据译码及驱动部份，其中74LS688芯片8与DIP开关9作为PCI总线板选地址，通过依次选择不同的板选地址，微机将三路六台摄像机的图像信号送入相应的显视缓存区。GAL20V8芯片10作为地址译码，74LS373芯片11、12为锁存器加缓冲器，I2C总线83C654单片机7与74LS273锁存器13完成与PCI总线进行的并行通讯与I2C总线通讯的转换，使得微机的CPU与板卡上芯片的数据交换变得简单。图5为SAB9077视频合成芯片5的具体电路，该芯片经编程设置后，通过剪裁拼接，可将两路实时视频信号合成为一幅图像，以使并联采集的六路视觉信息，送入微机的显视缓存区之前，简化成三路。随微电子技术的发展，专用设计的多路视频信号合成芯片的出现将使整个方案大为简化。图6中HM538253BJ芯片14为视频信号合成时随机数据存储用2M RAM，TDA8501芯片15将YUV信号转换为PAL信号。图7为Bt848芯片6的具体电路，该芯片可直接挂在PCI总线上，充分利用PCI总线的132MB/s的高带宽。在DMA通道的控制方式下32位字节的视频图象数据传输到PCI总线上，并将视频像素数据直接送入微机的视频显视缓存区。Bt848芯片同样可以通过编程设置，实现图像剪裁拼接功能。三路并行的视频输入在软件的管理下将六路视觉信息合并，成为一幅全方位的视觉图像，进入显视缓存区以供存储及显示。
图8为我们摄取的全方位演播室仿真图像的一部份，该图为六路视觉图像信息中的四幅小图，为清楚看到图像是由四幅小图拼接，该图未经图像处理，各图之间接合部清晰可见，图中的方框部分即为操作者所选择的显示部分。
从上述说明可以看到由于本装置采用全方位电子化信息采集、处理技术，因而在可靠性、快速性、隐蔽性和低成本等方面明显优于传统机械扫描监控装置。在同时供给多位不同操作者全方位视觉信息，并可从中选取自己感兴趣的视觉图像方面比传统机械扫描监控装置有着显著进步。
以上已结合实施例对本装置作了详尽的说明，本领域技术人员不难根据本装置的原理作出若干改型，但它们不会超出本实用新型权力要求所限定的精神与范围。
权利要求1.一种可控视野显示装置，主要由多台摄像机(2)(包括镜头、图像传感器)、球形或半球形底座(1)以及图像合成、处理部份(4)、(5)、(6)、(7)组成，其特征在于根据仿生学原理，摄像部份是由多台摄像机(2)构成的类似昆虫球形多截面复眼结构的全方位摄像装置；其图像合成、处理部份(4)、(5)、(6)、(7)把视频传感器芯片(3)并行采集的图像信息合成、传送给一台或多台微机，并在其中显视缓存区中合并为全方位的视觉图像，供一位或多位操作者通过鼠标、操纵杆或其他控制方法从各自微机的显视缓存区中选取自己感兴趣的画面显示。
2.根据权力要求1所述的可控视野显示装置，其特征是复眼结构的全方位摄像部份，是根据仿生学的原理，多台摄像机(2)封装在一起，象昆虫球形多截面复眼一样，形成球形或半球形按装在底座(1)上，其中每一台摄像机采集一路视觉信息，多台摄像机互相配合使可视范围能够达到立体全方位。
3.根据权力要求1所述的可控视野显示装置，其特征是图像合成、处理部份，是由视频传感器芯片(3)并行采集多路视觉信息，经信号转换芯片(4)，传送给一台或多台微机，通过插在微机总线的视频合成捕捉卡上的视频合成芯片(5)、视频捕捉和处理芯片(6)、I2C总线单片机(7)完成多路图像合并以构成全方位图像信息，存放在微机的显视缓存区中。
专利摘要可控视野显示装置是由类似昆虫球形复眼结构的多台摄像机以及图像合成、处理部分构成,其中每一台摄像机采集一路视觉信息,多台摄像机互相配合使可视范围能够达到立体全方位。多路图像传感器并行采集的多路视觉信息,传送给一台或多台微机,完成多路图像合并以构成全方位图像信息,存放在微机的显视缓存区中。供一位或多位操作者通过鼠标、操纵杆或其他控制方法从各自微机的显视缓存区中选取自己感兴趣的画面显示。
文档编号G09G5/14GK2483797SQ01207968
公开日2002年3月27日 申请日期2001年3月16日 优先权日2001年3月16日
发明者王广生, 方穗明 申请人:王广生