专利名称：复眼式全方位摄像装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种摄像装置，特别涉及一种复眼式全方位摄像装置，属于电视摄像转播及摄像监视设备。
现就应用于安全防范领域的摄像监视设备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中的摄像部分如日本星牌一体化监控装置MD-100、美国威视康一体化监控装置VC0945S等监控装置中摄像机的视野均较窄，因此全方位视觉信息的采集，依靠云台上、下、左、右的移动来完成。一般采用二至四台交流或直流伺服电动机作为机械驱动，以及一系列机械传动部分完成上述动作。其外围设备多、功耗大、隐蔽性差、成本高等缺点已日益突出。这类监控系统的最大缺点是机械动作速度慢，完成全方位视觉信息的机械扫描图像采集需要数百毫秒乃至数秒，因而在监视过程中顾此失彼，存在较大盲点和死区。
本装置的目的，就是要克服上述摄像机的这些缺陷，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示缓冲区中，以构成一位或多位操作者，可以在各自微机的显示缓冲区中选择自己感兴趣的图像部分，并在显示器上显示的全方位摄像装置。
为了达到上述目的，本装置将多台摄像机封装在球形或半球形装置中，每一台摄像机的镜头指向不同的方向，相当于昆虫复眼中的一只小眼睛而采集一路信息，以构成类似昆虫球形多截面复眼结构的全方位摄像机群。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，并把采集的全方位图像信息通过PCI总线视频采集卡上的视频合成芯片、视频捕获和处理模块、I2C总线单片机送入微机中，完成图像拼接并构成全方位图像信息，存放在显示缓冲区中，以供不同的操作者通过鼠标、操纵杆或其他控制方法从显示缓冲区中选取自己感兴趣的画面显示。
由于每一台摄像机的镜头指向不同的方向，将不同摄像机的图像信息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分是互相迭加的，多台摄像机信息送入计算机(微机)进行图像编辑和处理，滤去迭加的重复部分，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。处理后的信息存放在微机的显示缓冲区中，在相应的软件支持下，操作者通过鼠标、操纵杆或其他控制方法从显示缓冲区中选取自己感兴趣的画面显示。进行数字调焦，放大或缩小视野，而无须再经过机械驱动以及一系列机械传动部分完成上述图像信息的采集。
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示缓冲区中(如大型商厦总经理、管理人员、保安人员各自微机的显示缓冲区中)。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，从各自微机的显示缓冲区里存储的全方位图像信息中，选取自己感兴趣的部分显示，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示缓冲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为一安装在墙上的半球形全方位摄像装置；图2为本装置框图，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为本装置的具体电路；图8为摄取的演播室全方位仿真部分图像；参照附图将详细描述具体实施方案。
图1中1为一安装在墙上的全方位摄像机的半球形底座，
图1中2为摄像机部分，本例中采用6只摄像机，以2×3的方式排列成半球形结构安装在墙上。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。
从图2中可以看到全方位摄像机从视觉图像信息的采集-发送到接收控制的全过程。结合图2现进一步叙述如下视频/图像摄像机芯片采用OmniVision公司的OV7910 CMOS图像芯片3。OV7910为单芯片高性能、彩色CMOS视频/图像摄像机驱动芯片，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OV7910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/Bt878芯片6。Bt848/Bt878是BrookTree公司生产的单一视频捕捉和处理模块。它能将视频像素数据直接送入微机的显示缓冲区。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，送入微机主板上扩展的显示缓冲区，以供存储及显示。I2C总线单片机83C654芯片7完成与PCI总线进行管理信息的通讯，控制OV7910 CMOS图像芯片3的参数。对SAB9077视频合成芯片5进行编程写入，并完成芯片之间的信息交换。
复眼式全方位摄像装置的详细电路如图3、图4、图5、图6、图7所示，现就图3具体电路加以说明图3由单芯片OV7910 3构成一低成本彩色摄像机。通过I2C接口进行编程设置实现自动增益控制(AGC)、自动曝光控制、GAMMA校正和逆光控制。TDA8310AWEI为视频格式转换芯片4，把视频信号转换为YUV格式，并生成相应的同步信号，送入基于PCI总线的视频捕获卡。图4为PCI总线地址、数据译码和驱动部份，其中74LS688芯片8与DIP开关9作为PCI总线板选，GAL20V8芯片10作为地址译码，74LS373芯片11、12为缓冲器，I2C总线单片机83C654芯片7与74LS273锁存器13配合，完成与PCI总线进行的并行通讯到I2C总线通讯的转换，使得主机CPU与板卡上的芯片数据交换简单。图5为SAB9077视频合成PIP芯片5，它可以将两路实时视频信号合成。随微电子技术的发展，多路视频信号合成芯片的出现将使整个设计方案大为简化。图6中HM538253BJWEI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YUN信号转换PAL信号。图7为Bt848/Bt878芯片6，Bt878芯片增加一音频信号输入口。Bt848/Bt878芯片是BrookTree公司生产的单一芯片视频捕获和处理模块，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通道的控制方式下将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主板上的内存显示缓冲区。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一幅全方位的视觉图像送入主板上扩展的显示缓冲区以供存储及显示。
图8为我们摄取的全方位演播室仿真图像的一部分，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。根据需要，操作者可以通过鼠标、操纵杆或其他控制方法从显示缓冲区中选取自己感兴趣的画面显示，并可进行数字调焦，放大或缩小视野，而无须再经过机械驱动以及一系列机械传动部分完成上述图像信息的采集。
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利要求所限定的精神与范围。
权利要求1.一种复眼式全方位摄像装置，主要由摄像机、球形或半球形底座以及图像处理、发送部分组成，其特征在于摄像部分由多台摄像机(2)构成，每一台的镜头指向不同的方向，封装在球形或半球形底座(1)中，以构成球形多截面复眼结构的全方位摄像机群，它把采集的全方位图像信息通过PCI总线视频采集卡上的视频合成芯片(5)、视频捕获和处理模块(6)、I2C总线单片机(7)送入微机中，完成图像拼接并构成全方位图像信息，存放在显示缓冲区中。
2.根据权利要求1的复眼式全方位摄像装置，其特征是多台摄像机(2)封装在一起，形成球形或半球形结构，其中每一台摄像机采集一路信息，多台摄像机互相配合使可视范围能够达到立体全方位。
专利摘要复眼式全方位摄像装置是由多台摄像机按一定规律排列组合的,并构成了类似昆虫复眼的球形或半球形结构的摄像设备。由于装置中每一台摄像机的镜头指向不同的方向,所采集的不同角度的图像信息,经微机处理后将拼成一幅完整的现场实况,使视野能够达到立体180度或立体360度全方位。送入一台或多台微机的显示缓冲区中的全方位视觉信息,可通过鼠标等控制方法从显示缓冲区中选取自己感兴趣的画面。
文档编号G03B37/00GK2483913SQ0024594
公开日2002年3月27日 申请日期2000年7月28日 优先权日2000年7月28日
发明者王广生, 方穗明 申请人:王广生