专利名称：一种环幕摄像系统的制作方法
技术领域：
本发明摄像领域，特别是涉及一种环幕摄像系统。
背景技术：
环幕电影是指将拍摄到的水平方向360度范围内的景物影像放映到环形银幕上，使置身于幕圈内的观众获得强烈临场感的电影。根据所用摄影机(或放映机)的数量，可分为单机环幕电影与多机环幕电影两大类。目前世界上广泛应用的是由9台35mm摄影机组合的环幕摄影机，通过反光镜拍摄四周360度的景物，然后放映到9块银幕组成的环形银幕上，配置11路立体声还音。例如，中国专利第93111105.6号专利文件就公开了一种环幕电视投影系统，包括有同一型号的九套电视投影机、激光视盘放映机以及音响机等。
环幕摄像需要得到一个环状全景画面，所述环状全景画面是指在水平方向上具有360度视角，垂直方向上具有一定视角的画面。视角就是指摄像机拍摄景物的角度，由于摄像机或电影机的感光部分不是正方形的，例如4∶3或16∶9，所以会导致在水平和垂直方向上的视角是不同的。由于每台摄像装置的拍摄视角有限，为了得到一个环状全景画面，就必须要求多台摄影机组成一个摄影机组，由这个摄影机组同时拍摄一个景物，每个摄影机负责一个角度的拍摄，这些角度的画面组合起来，就是一个在水平方向上具有360度视角的画面。
《影视技术概论》)(中国电影出版社，李念芦编著，ISBN7-106-01402-8/TB·0095，第265页)，就公开了一种环幕摄影系统，使用9台35mm摄影机和9面平面反光镜组成一台环幕摄影机，9台摄影机通过同步电机进行拍摄控制，每台电影机负责水平40度角景物的拍摄。由于电影放映机的镜头一般为水平20度张角，而前文中描述的环幕放映环境中，需要9台放映机才能够覆盖全部360度的水平视角。而每一个放映机所放映的胶片就需要一台摄影机来拍摄，由此设计的电影机环幕拍摄设备就需要9台摄影机，每个摄影机对应一个独立的平面反光镜，各个平面反光镜之间存在缝隙。
上述现有技术虽然可以实现环幕影像的拍摄和放映，但是由于各个单独的摄像画面之间相互独立，难以融合，距离真正的环幕放映还是有很大的区别。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一环幕摄像系统，能够真正将多个相互独立的拍摄画面融合成为一张环状全景画面，从而方便放映、提升观看效果。
为了解决上述问题，根据本发明的一个实施例，公开了一种环幕摄像系统，包括锥形反射镜，所述锥形反射镜具有连续镜面，以锥顶向下的方式，置于一柱体上；多个摄像装置，所述摄像装置，根据拍摄视角的大小，分布在所述柱体的侧面上，各摄像装置的拍摄视角互有重叠；所述摄像装置向上拍摄；所述各摄像装置通过所述锥形反射镜形成的虚像位于所述锥形反射镜的中心轴上。
优选的，所述各摄像装置通过所述锥形反射镜形成的虚像重合于所述锥形反射镜的中心轴的同一点上。
优选的，所述锥形反射镜的锥角为90度，纵切面的侧边缘为直线，横切面为圆；所述各个摄像装置的拍摄视角相同，所述摄像装置平均分布在所述柱体的侧面圆周上。进一步，所述摄像装置的拍摄方向与所述锥形反射镜的镜面成45度角，其成像平面距锥形反射镜铅垂方向上的距离等于其铅垂方向与锥形反射镜的交点到所述锥形反射镜横切圆的半径；并且，各个摄像装置的成像平面距锥形反射镜铅垂方向上的距离相等。
优选的，所述锥形反射镜的纵切面的侧边缘为二次曲线，横切面为圆；或者，所述锥形反射镜的纵切面的侧边缘为直线，横切面为椭圆；或者，所述锥形反射镜的纵切面的侧边缘为二次曲线，横切面为椭圆。
优选的，所述多边棱柱为正九棱柱，所述环幕摄像装置包括九个摄像装置，所述摄像装置平均分布在所述正九棱柱的各个侧面上；所述摄像装置的视角为水平60度，垂直45度。
优选的，所述相邻两个摄像装置的视角上存在不小于15％的重叠。
优选的，所述的环幕摄像系统还可以包括用于通过计算机控制所述多个摄像装置进行同步拍摄的图像采集控制单元；用于存储所拍摄的图像的多个图像存储单元，每个图像存储单元对应一个摄像装置。
优选的，所述的环幕摄像系统还可以包括序列图像转换单元，用于将拍摄得到的视频流图像转换为序列图像；图像融合单元，用于将各个摄像装置同步拍摄的相应的序列图像，拼接成一全景图像。
优选的，所述图像融合单元可以进一步包括正交图像变换模块，用于将变形的序列图像转换为正交图像；羽化模块，用于将一正交图像的重合区域的亮度权重从1渐变至0，另一相邻正交图像的重合区域的亮度权重从0变至1；拼接模块，用于对相邻正交图像叠加后的重合区域的亮度权重做加法操作。
与现有技术相比，本发明具有以下优点本发明创新的在环幕摄像系统中使用了锥形反射镜，采用锥形反射镜进行图像的采集，可以使得相邻的摄像头所采集到的画面有一定的重合区域，从而保证能够通过计算机对相邻图像进行融和处理，形成一张环幕全景画面。
其次，本发明优选采用数字摄像头进行图像采集，可以避免胶片摄影机固有的机械抖动；并可以实时调整采集到图像的亮度，颜色空间等。
再者，传统的放映方式，9个放映机投射的画面是相互独立的，各个画面之间有一条或大或小的黑色缝隙相隔，视觉上画面不完整。而采用本发明所获得的图像是连续的，这样就给连续的图像放映提供了条件，在放映上可以做到画面连续，而不会有黑色缝隙。
图1是本发明一环幕摄像系统实施例的部件组成图；图2是图1所示实施例的三维示意图；图3是各个摄像装置的虚像是否重合至一点的拍摄情况对比图；图4是当摄像装置以铅垂方向向上拍摄时，定点虚像位置的光学示意图；图5是图1所示实施例的俯视示意图；图6是当拍摄物体为一量筒时，通过锥形反射镜反射所拍摄的模拟画面；图7是针对图6所摄图像的融合处理过程图；图8是图像融合单元的部件细化图；
图9a-图9b是本发明实施例2的对照示意图；图10a-图10c是本发明实施例3的对照示意图；图11a-图11b是本发明实施例5的示意图；图12a-图12b是本发明实施例6的示意图。
具体实施例方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。
参照图1，示出了本发明一环幕摄像系统实施例的部件组成图，同时请参照图2，为图1所示环幕摄像系统的三维示意图。图1所示的环幕摄像系统包括以下部件锥形反射镜101，所述锥形反射镜101以锥顶向下的方式，置于一柱体102上；多个摄像装置103，所述摄像装置103，根据拍摄视角的大小，分布在所述柱体的侧面上，各摄像装置103的拍摄视角互有重叠；所述摄像装置103向上拍摄。
锥形反射镜101和摄像装置103的设置是保证获得环状全景画面的基础，并且要为之后的图像融合提供正确图像。环状全景画面是指在水平方向上具有360度视角，垂直方向上具有一定视角的画面(一般为至少40度视角)，而现有的摄像机和镜头不能单独拍摄水平方向360度视角，为此就必须设计成多个摄像机和镜头组合成为恰当的形式，分别拍摄水平某一个角度的图像，最后将这些图像通过计算机拼接融合成一个画面。
优选的，图1所示实施例中的所述锥形反射镜101的锥角为90度，纵切面的侧边缘为直线，横切面为圆。当所述摄像装置103以铅垂方向向上拍摄时，其与所述锥形反射镜101的光学反射镜面成45度角，则恰好可以保证摄像装置103的成像平面在水平方向上成一个虚像，即达到了拍摄的画面宛如在水平方向上拍摄一样的效果。通过多个摄像装置103的排列以及各摄像装置103的视角一般都大于40度，从而保证了可以获取水平方向上360度范围内，以及垂直40度以上视角的图像。优选的，图1所示实施例中的所述各个摄像装置103的拍摄视角为水平60度，垂直45度。
优选的，图1所示实施例中的所述各个摄像装置103的拍摄视角相同，所述摄像装置103平均分布在所述柱体102的侧面上，以保证相邻两个图像之间确定的重合区域。
如果所述各个摄像装置103的拍摄视角有所不同，例如，在9个摄像装置中，8个摄像装置都是50度视角，而其中1个摄像装置的拍摄视角为40度，则需要根据该摄像装置的40度在所有摄像装置的440之中占有的比例进行该摄像装置的位置设定。如果以柱体102的侧面为360度进行划分，则各摄像装置的排列依次可以为0度，40.9度、81.8度、122.7度、163.6度、204.5度、245.4度、286.3度、323.2度，前8个摄像装置在圆周上的分布间隔为40.9度，而最后一个摄像装置与其他摄像装置在圆周上的分布间隔为36.7度。当然，上述计算仅仅为一举例，实际应用中，本领域技术人员根据实际情况进行调整即可，总之，由于摄像装置的拍摄视角的不同可能会导致摄像装置在柱体102侧面上的分布位置发生变化。
由于采用本发明拍摄得到的图像需要融合在一起，所以必须要求各个摄像装置拍摄的图像具有一定的重合，并且在所述重合区域中，各个图像点成像的空间位置要位于同一个点上，如果图像点成像位置不能重合，则会造成两个摄像装置拍摄的相邻图片无法融合。所以图1所示的实施例中，所述各摄像装置103通过所述锥形反射镜101形成的虚像必须重合于所述锥形反射镜101的中心轴的同一点上。
参见图3a，是各个摄像装置的虚像重合至一点的拍摄情况，参见图3b，是各个摄像装置的虚像没有重合至一点，而是沿一定轨迹变化的拍摄情况。
图3中假设空间上两个点A、B和摄像机成像平面点处于三点一线情况下，对于观众而言，应该看不见远离摄像机成像平面的B点。对于图3a而言，确实如此，图3a的左右下角就是两个摄像装置拍摄的相邻画面，这样的画面融合后就可以得到拼接很好、没有缝隙的全景画面；但是在图3b中，由于两个摄像装置的拍摄点没有重合在一起，产生了成像平面空间上的位移，使得A点和B点同时在图像上可见，同时，当以A点为基准时，B点成像的位置与成像平面位置的位移方向相反，这样，在拍摄相邻的图像时，就会产生图像上物体位置关系的变化，从而造成相邻图像无法融合、拼接。
但是众所周知，由于摄像装置具有物理上的大小，在实际空间中，两个摄像装置是不可能在空间上相互重叠的，所以必须通过反射的方式实现，使得各摄像装置的虚像重合。
对于图1所示实施例中的正锥形反射镜而言，通过以下方式就实现上述目标。参照图4，是当摄像装置以铅垂方向向上拍摄时，定点虚像位置的光学示意图，下方的401为真实的摄像装置，反射镜面上方的402为摄像装置的虚像。由于图1所示实施例中的正锥形反射镜与摄像装置的铅垂拍摄方向成45度角，故恰好可以使摄像装置的虚像成为在水平方向的拍摄。为了，保证各摄像装置的虚像能够重合在一点，则要求其成像平面距锥形反射镜铅垂方向上的距离等于其铅垂方向与锥形反射镜的交点到所述锥形反射镜横切圆的半径；并且，各个摄像装置的成像平面距锥形反射镜铅垂方向上的距离相等。对于图1所示实施例中的正锥形反射镜而言，可以为各个摄像装置的成像平面与锥形反射镜的中心轴的距离相等，以及各个摄像装置的成像平面在同一水平面上。
参见图5，是图1所示实施例的俯视示意图。图中列出了9部摄像机中3部以示意。实际摄像机以铅垂方向向上拍摄，位置为平均分布在锥形反射镜的下方的同心圆上，其成像平面距锥形反射镜铅垂方向上的距离等于其铅垂方向与锥形反射镜交点处锥形镜横切圆的半径。这样，所有摄像机的成像平面就重合于锥形反射镜的中心轴上的某一点了。
当然，实际当中，由于摄像装置物理大小的不同，会导致所述锥形反射镜与摄像装置的相对位置存在不同，但是最终目的就是使得各个摄像装置的虚拟成像点重合于锥形反射镜的中心轴上的同一点。
图1所示实施例中的柱体102可以为各种柱体，因为其主要作用就是用于放置多个摄像装置。优选的，可以为多边棱柱或者圆柱。当所述柱体为多边棱柱，所述摄像装置平均分布在所述多边棱柱的各个侧面上。进一步，由于环幕摄像中一般优选采用九个摄像装置，所以所述多边棱柱也优选为正九棱柱。
我们知道，对同一个物体进行多角度的拍摄，尤其是使用不同的摄像装置，它所获得的图像是不可能完全一样的，这样，我们就需要综合两个图像的重叠部分，进行加权操作，使得两个图像的重叠部分能够有一个平滑的过渡。这个重叠部分的多少，决定了过渡部分的平滑程度，而15％是一个最少要求的平滑过渡经验值，过少的重叠，过渡会非常生硬，而过多的重叠，例如40％，则会造成浪费。
上面详细描述了锥形反射镜与各个摄像装置的位置关系及其原因，但是需要指出的是，上述的“铅垂”、“水平”等词汇仅仅是用于说明二者之间的相对位置关系的(例如，垂直关系)，但是并不是绝对意义上的“铅垂”、“水平”；例如，将图2所示的实施例整体改变一定的角度进行应用(例如，旋转90度、60度或者180度)，仍然属于本发明的构思之内。
根据上述的描述，易于得知，本发明采用N个摄像头进行恰当的空间排列，使得它们的拍摄范围能够覆盖水平360度，垂直40度以上的视角，并且采集的相邻图像在水平视角上有着不小于15％范围的重叠。在得到这N个图像后，使用计算机对图像的亮度，对比度和颜色信息进行分析，将这N个图像进行归一化，拼接成为一张完整的全景画面，即可完成整个环幕摄像过程。
为了完成后期的计算机处理，图1所示的实施例，优选的，还可以包括用于通过计算机控制所述多个摄像装置进行同步拍摄的图像采集控制单元104；以及，用于存储所拍摄的图像的多个图像存储单元105，每个图像存储单元105对应一个摄像装置。图像采集控制单元104通过同步发送拍摄信号的方式，可以保证各个摄像装置同时对不同角度的景物进行拍摄。
由于直接对摄像装置拍摄得到的视频流图像进行分析融合是比较困难的，所以图1所示的实施例，优选的，还可以包括序列图像转换单元106，用于将拍摄得到的视频流图像转换为序列图像；图像融合单元107，用于将各个摄像装置同步拍摄的相应的序列图像，拼接成一全景图像。
举一个具体的例子，图1实施例中的，摄像装置为德国Basler公司的A641fc，镜头为M0814-MP，锥形镜为正锥形镜，最大直径55cm，锥角90度，高25cm的光学高反射镜。锥形镜下方为一高度可调节的九棱柱，用以固定摄像头。摄像头图像的传输通过IEEE1394的方式进行传输，摄像头的控制也通过IEEE1394进行操作。图像的存储可以采用msystems公司的mssD系列的固态电子SATA硬盘，以保证在防震的前提下提供足够快的存储速度。所述图像采集控制单元可以为安装在计算机中的软件程序，通过IEEE1394的方式控制多台摄像头进行同步拍摄。存储系统为多个固态电子SATA硬盘组成的存储器，每个硬盘对应一个摄像头，摄像头将拍摄到的图像通过IEEE1394的方式输送到存储系统中，存储系统将每个摄像头的视频流分配到相应的硬盘中存储。存储系统还负责将硬盘中的视频流在需要的时候转换为序列图像，提供给计算机完成拼接的处理，最终得到一个完整的环状全景画面的序列。
下面以一个具体的例子对图像融合过程进行说明，其中被摄物体为一个带有直角坐标标尺的圆筒，该圆筒与锥形镜同心，直径为锥形镜的3倍，通过这种模拟方式可以代表实际拍摄情况。
图6为通过锥形反射镜反射所拍摄的模拟画面。水平方向上的数字为水平视角刻度。通过对图像标尺的研究，发现它与圆筒上的标尺有着某种形式的变形，这是由于锥形反射镜的非平面性导致的，优选的，可以通过图像变换，恢复成原标尺的空间位置。当然，这种变换可以应用到该摄像头拍摄到的任意图像上，从而形成可拼接的图像。
如前所述，这些图像与相邻的图像均有一定的重叠区，这些重叠区可以被用来做图像的融和处理。例如，参见图7，第一拍摄图上的表示110的纵向标尺和第二拍摄图上的表示110的纵向标尺点为相同被摄物，则可以通过设定一定参数的权重来计算最终图片上的融合情况。
为了进一步详细说明上述融合处理功能，优选的，参照图8，图1所示实施例的图像融合单元107可以进一步细化为以下部件正交图像变换模块1071，用于将变形的序列图像转换为正交图像；羽化模块1072，用于将一正交图像的重合区域的亮度权重从1渐变至0，另一相邻正交图像的重合区域的亮度权重从0变至1；拼接模块1073，用于对相邻正交图像叠加后的重合区域的亮度权重做加法操作。
参照图7和图8，采用上述单元完成的具体融合处理过程可以如下首先通过正交图像变换模块对第一拍摄图和第二拍摄图进行变换，获得第一正交图和第二正交图。假设，第一正交图和第二正交图之间有15％的重合区域。所述重合区域是根据摄像装置的水平张角以及摄像装置的个数决定的。比如，水平张角是50度，用9个摄像头进行拍摄，则水平角覆盖范围为50*9＝450度，而我们实际有效的画面只有360度，则(450-360)/360＝25％，这个25％就是重叠区域。
然后，对相邻正交图的重合区域进行羽化操作，其中一张图的亮度权重从1渐变到0，而另一张图相对位置的亮度权重从0渐变到1，二者的重合部分根据权重做羽化后，将叠加的部分做加法操作，则可以得到拼接后的图像。同理，可以对剩余的图像进行相应的操作，最后拼接成一个完整的环状全景画面。
详细而言，即将15％的重合区域划分为多份(例如，100份)，然后第一正交图的亮度从1渐变到0(从重合区域的左边开始到右边结束)，第二正交图的亮度从0渐变到1(从重合区域的左边开始到右边结束)，所以两张羽化图的边缘亮度都是最低的；然后将第一羽化图的重合区域的右边缘(亮度为0)叠加到第二羽化图的重合区域的右边缘(亮度为1)，从而叠加之后的图像的亮度是正常的。
下面通过几个其他实施例对本发明作进一步的说明，与图1所示实施例的相同或者相似之处就不详述了，主要说明各个实施例之间的区别之处。
实施例2一般情况下，由于绝大多数的环幕影院的银幕是垂直的，自然会需要垂直的影像来和它匹配，所以就需要水平拍摄环幕图像；因此，在图1所示的实施例中摄像机垂直向上拍摄，通过锥形反射镜形成的虚像的拍摄角度是水平的。在前面对图1实施例的相关描述中，也指出，可以将图1所示的整个系统旋转一定的角度进行拍摄，以满足一些特殊情况下，对倾斜拍摄的需要。
实施例2提出了另一种满足特殊拍摄视角需要的实施方案，其与图1所示实施例的主要区别在于，锥形反射镜仍以锥顶向下的方式垂直设置，但是摄像机并不采用与锥形反射镜中心轴平行的拍摄方向，而是采用具有一定倾斜角度的拍摄方向，则通过锥形反射镜得到的虚像不是水平的，因而在拍摄视角内取到的景物范围是不同的。
参照图9a和图9b，就示出了摄像机拍摄方向的变化导致的采集景物范围的变化情况。图9a中的拍摄方向垂直向上，则虚像成像面为水平拍摄，而图9b中的拍摄方向向右倾斜了一些角度，则虚像成像面的采集景物范围也相应发生了变化——向下偏移了相应角度，即相当于摄像机采用一定的俯视角度进行拍摄。
实施例3图1所示实施例中的锥形镜为正锥形镜，并且，锥角为90度，锥形反射镜面与水平面成45度角，这是一种比较优选的实施方案，可以保证较为适当的摄像垂直视角以及锥形反射镜的镜面大小。但是易于得知的是，锥角是可以变化的，只不过不同的角度变化会导致不同的效果，本领域技术人员根据需要选择应用即可。下面通过图10a、图10b、图10c的比较进行详细说明，为了便于比较，图10a、图10b和图10c中都保证虚像的水平拍摄。
在图10a中，锥形镜面与水平面成60度角，即锥角为60度。为了实现水平拍摄，对摄像机的拍摄方向进行调整，向右旋转一定角度，优选的，摄像机的拍摄方向与锥形镜面成60度角。该方案的好处在于，可以缩小所需锥形镜的尺寸；从图10a中可以看出，虚像的水平采集景物范围与锥形反射镜相交之处，包含的锥形反射镜面的尺寸在图10a、图10b和图10c中最小。但是由于摄像机的拍摄方向向右旋转一定角度，则一般的整个摄像机的物理位置就需要向左偏移，从而导致在极端的情况下，摄像机本身会进入到被拍摄的范围之内，为了避免拍摄到摄像机本身，则需要缩小摄像的垂直视角，即采用该方案时，摄像的垂直视角会受到一定的限制。
图10b示出了与图1所示实施例相同的情况，锥形镜面与水平面成45度角，便于与图10a和图10c进行比较。
在图10c中，锥形镜面与水平面成30度角，即锥角为120度。为了实现水平拍摄，对摄像机的拍摄方向进行调整，向左旋转一定角度，优选的，摄像机的拍摄方向与锥形镜面成30度角。该方案的好处在于，可以满足垂直视角比较大的拍摄需求；但是从图10c中可以看出，虚像的水平采集景物范围与锥形反射镜相交之处，包含的锥形反射镜面的尺寸在图10a、图10b和图10c中最大，甚至在有限的图示中都无法相交，即说明如果要实现这样的拍摄方案，则所需的锥形反射镜面的尺寸要相当的大，否则，难以拍摄到全部的景物。
从图10a、图10b和图10c中所示的三种典型方案的比较，可以看出，本发明的锥形反射镜的锥角并不限于90度，即锥形反射镜面与水平面的角度并不拘泥于45度，本领域技术人员完全可以根据摄像机的垂直视角以及具体的拍摄需求对该角度进行调整，以满足特殊需要。
实施例4通过实施例3的介绍，可以得知，锥形反射镜的锥角是可以变化的。图1所示实施例的锥形反射镜为正锥形镜，即各个方向上的锥形反射镜面与水平面所成的角度都是相同的，锥形反射镜的横切面是一个圆。而实施例4与图1所示实施例的最大区别就在于，各个方向上的锥形反射镜面与水平面所成的角度都并不是完全一致的，例如，是在30-60度角之间变化的，或者在42-48度角之间变化，即实施例4中的横切面并不是一个规则的圆。
由于实施例4中的横切面并不是一个规则的圆，有可能各个摄像机面对的锥形反射镜的角度是不相同的，从实施例3的介绍中，可以得知，不同锥角的锥形反射镜，为了保证水平拍摄，则各个摄像机需要根据不同的锥角进行位置和拍摄方向的调整。
即如果实施例4中，各个摄像机的位置和拍摄方向一致，则无法保证各个摄像机的虚像为水平拍摄，会导致每个摄像头捕捉到的纵向图像会不一样(或者，取景范围不同)，从而为后期的图像融合处理带来困难和麻烦。所以，优选的，在实施例4中，各个摄像机的位置和拍摄方向都根据各个相应锥形反射镜的锥角进行调整，从而通过前期的设置保证各个摄像机的虚像为水平拍摄，并保证大致相同的取景范围。
通过上述的设置，尤其对于横切面为椭圆的情况以及角度变化较小的情况下，实施例4完全可以满足一些特殊需求。但是实施例4会具有以下的缺点由于不同锥角的锥形反射镜反射得到的景物的变形也是不相同的，则在后期处理的图像正交变换的过程中每一个画面的计算公式都可能是不一样的，从而导致计算与前述的各实施例相比更加麻烦。
实施例5本实施例与图1所示实施例的主要区别在于，图1所示实施例中的锥形反射镜的侧边缘为直线，而本实施例中的锥形反射镜的侧边缘为曲线(例如，是弧线)。参照图11a，是一种适用与本实施例的典型锥形反射镜的示意图，其锥形反射镜的侧边缘为一条光滑的二次曲线。
为了适应图11a的锥形反射镜，各摄像机的位置要根据纵切的曲面来调整，以保证都获得水平的拍摄范围。但是由于图11a中的锥形反射镜不仅具有横向的非平面性，同时也具有了纵向的非平面性，从而会导致所拍摄图像的更大的变形，如图11b所示。从图11b所示的图像可以得知，采用本实施例的方案，可以在垂直方向获得较大的视角，但牺牲了一定的图像质量。这种方法在实际应用中也是可行的，但问题在于图像变换到正交的计算相对麻烦一些。
实施例6本实施例与图1所示实施例的最大区别在于，各个摄像机的虚拟成像点并不在中心轴的同一个点上，而仅仅保证在锥形反射镜的中心轴上，即虚拟摄像点在轴向上有纵向的错位。如图12a所示，各个摄像机在中心轴上形成了两个虚拟成像点，进而导致拍摄所得的图像在纵向上具有一些错位。但如果截取其中一部分未错位的图像来使用也是可以的，如图12b所示，仅仅选取各图像中未错位的图像进行融合使用也完全是可行的，从而满足一些特殊情况的应用。
需要说明的是，将上述各个实施例在不矛盾的情况组合使用也完全是本领域技术人员根据本说明能够思及的，本说明书中将其分为多个单独的实施例只是为了方便说明各个改进之处。
以上对本发明所提供的环幕摄像系统，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
权利要求
1.一种环幕摄像系统，其特征在于，包括锥形反射镜，所述锥形反射镜具有连续镜面，以锥顶向下的方式，置于一柱体上；多个摄像装置，所述摄像装置，根据拍摄视角的大小，分布在所述柱体的侧面上，各摄像装置的拍摄视角互有重叠；所述摄像装置向上拍摄；所述各摄像装置通过所述锥形反射镜形成的虚像位于所述锥形反射镜的中心轴上。
2.如权利要求1所述的环幕摄像系统，其特征在于，所述各摄像装置通过所述锥形反射镜形成的虚像重合于所述锥形反射镜的中心轴的同一点上。
3.如权利要求1所述的环幕摄像系统，其特征在于，所述锥形反射镜的锥角为90度，纵切面的侧边缘为直线，横切面为圆；所述各个摄像装置的拍摄视角相同，所述摄像装置平均分布在所述柱体的侧面圆周上。
4.如权利要求3所述的环幕摄像系统，其特征在于，所述摄像装置的拍摄方向与所述锥形反射镜的镜面成45度角，其成像平面距锥形反射镜铅垂方向上的距离等于其铅垂方向与锥形反射镜的交点到所述锥形反射镜横切圆的半径；并且，各个摄像装置的成像平面距锥形反射镜铅垂方向上的距离相等。
5.如权利要求1或2所述的环幕摄像系统，其特征在于，所述锥形反射镜的纵切面的侧边缘为二次曲线，横切面为圆；或者，所述锥形反射镜的纵切面的侧边缘为二次曲线，横切面为椭圆；或者，所述锥形反射镜的纵切面的侧边缘为直线，横切面为椭圆。
6.如权利要求1或2所述的环幕摄像系统，其特征在于，所述多边棱柱为正九棱柱，所述环幕摄像装置包括九个摄像装置，所述摄像装置平均分布在所述正九棱柱的各个侧面上；所述摄像装置的视角为水平60度，垂直45度。
7.如权利要求1或2所述的环幕摄像系统，其特征在于，所述相邻两个摄像装置的视角上存在不小于15％的重叠。
8.如权利要求1所述的环幕摄像系统，其特征在于，还包括用于通过计算机控制所述多个摄像装置进行同步拍摄的图像采集控制单元；用于存储所拍摄的图像的多个图像存储单元，每个图像存储单元对应一个摄像装置。
9.如权利要求8所述的环幕摄像系统，其特征在于，还包括序列图像转换单元，用于将拍摄得到的视频流图像转换为序列图像；图像融合单元，用于将各个摄像装置同步拍摄的相应的序列图像，拼接成一全景图像。
10.如权利要求9所述的环幕摄像系统，其特征在于，所述图像融合单元，包括正交图像变换模块，用于将变形的序列图像转换为正交图像；羽化模块，用于将一正交图像的重合区域的亮度权重从1渐变至0，另一相邻正交图像的重合区域的亮度权重从0变至1；拼接模块，用于对相邻正交图像叠加后的重合区域的亮度权重做加法操作。
全文摘要
本发明提供了一种环幕摄像系统，包括锥形反射镜，所述锥形反射镜具有连续镜面，以锥顶向下的方式，置于一柱体上；多个摄像装置，所述摄像装置，根据拍摄视角的大小，分布在所述柱体的侧面上，各摄像装置的拍摄视角互有重叠；所述摄像装置向上拍摄；所述各摄像装置通过所述锥形反射镜形成的虚像位于所述锥形反射镜的中心轴上。本发明创新的在环幕摄像系统中使用了锥形反射镜，采用锥形反射镜进行图像的采集，可以使得相邻的摄像头所采集到的画面有一定的重合区域，从而保证能够通过计算机对相邻图像进行融和处理，形成一张环幕全景画面。
文档编号G03B35/18GK101021678SQ20071009070
公开日2007年8月22日 申请日期2007年4月4日 优先权日2007年4月4日
发明者乔楠 申请人:乔楠