专利名称：一种全景成像调整方法和装置以及全景成像装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及视频监控技术领域，尤其涉及一种全景成像调整方法和装置以及全景 成像装置。
背景技术：
目前的全景监控设备主要是由全景镜头和(XD/CM0S成像组件构成，将模拟视频 信号输出接入到全景视频服务器，由全景视频服务器将展开的图像传到监控室或者直接接 到监视器上进行显示。全景相机是一种新兴的全景监控设备，无需采用多台相机，一台全景 相机就能够实现对大空间360度的无盲区监控。图1为现有技术中实现360度周视全景成 像的原理结构示意图。如图所示，成像器102位于成全景成像镜头的焦平面104上，全景成 像镜头101的光轴103通过成像器102的几何中心。发明人通过对现有技术的研究发现，现有的全景成像设备应用在等俯仰角的周视 要求小于360度的场合中时，存在的无用信息多，成像器件像素利用率较低。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种全景成像调整方法和装置以及全景 成像装置，提高在等俯仰角的周视要求小于360度的场合中成像器件像素利用率。为实现上述目的，本发明实施例提供了如下技术方案一种全景成像调整方法，该方法应用于一全景成像装置中，包括确定当前待检测区域的周视角和俯仰角；确定所述全景成像装置中矩形成像器件的边长；根据所述矩形成像器件的边长以及当前待检测区域的周视角和俯仰角调整所述 全景镜头在焦平面上所成圆形全景像，使所述全景镜头在焦平面上所成圆形全景像的直径 大于矩形成像器件的短边长度。上述方法还包括根据所述矩形成像器件的边长以及当前待检测区域的周视角和俯仰角沿所述全 景镜头光轴方向移动所述全景镜头或者矩形成像器件来调整所述全景镜头和所述矩形成 像器件的相对位置，使所述矩形成像器件位于所述全景镜头的焦平面上。上述方法还包括根据所述矩形成像器件的边长和当前待检测区域的周视角和俯仰角在垂直于所 述全景镜头光轴的平面上调整所述全景镜头和所述矩形成像器件的相对位置，使所述矩形 成像器件的几何中心偏离所述全景镜头的光轴。调整所述全景镜头和所述矩形成像器件的相对位置包括沿所述矩形成像器件的长边方向移动所述全景镜头或者矩形成像器件。调整所述全景镜头和所述矩形成像器件的相对位置包括沿所述矩形成像器件的短边方向移动所述全景镜头或者矩形成像器件。
一种全景成像调整装置，包括第一确定单元，用于确定当前待检测区域的周视角和俯仰角；第二确定单元，用于确定所述全景成像装置中矩形成像器件的边长；第一调整单元，用于根据所述矩形成像器件的边长以及当前待检测区域的周视角 和俯仰角调整所述全景镜头在焦平面上所成圆形全景像，使所述全景镜头在焦平面上所成 圆形全景像的直径大于矩形成像器件的短边长度。上述装置还包括第二调整单元，用于通过沿所述全景镜头光轴方向移动所述全景镜头或者矩形成 像器件来调整所述全景镜头和所述矩形成像器件的相对位置。使所述矩形成像器件位于所 述全景镜头的焦平面上。上述装置还包括第三调整单元，用于根据所述矩形成像器件的边长和当前待检测区域的周视角和 俯仰角在垂直于所述全景镜头光轴的平面上调整所述全景镜头和所述矩形成像器件的相 对位置，使所述矩形成像器件的几何中心偏离所述全景镜头的光轴。所述第三调整单元，具体通过沿所述矩形成像器件的长边方向移动所述全景镜头 或者矩形成像器件来调整所述全景镜头和所述矩形成像器件的相对位置。所述第三调整单元，具体通过沿所述矩形成像器件的短边方向移动所述全景镜头 或者矩形成像器件来调整所述全景镜头和所述矩形成像器件的相对位置。一种全景成像装置，该装置包括全景镜头和成像器件，所述全景镜头在焦平面上 所成圆形全景像的直径大于矩形成像器件短边长度。上述全景成像装置还包括所述矩形成像器件的几何中心偏离所述全景镜头的光轴。可见，在本发明实施例中，检测全景成像装置中全景镜头在焦平面上所成圆形全 景像的直径；确定所述全景成像装置中矩形成像器件的短边长度；确定当前待检测区域的 最大周视角；根据矩形成像器件的短边长度和当前待检测区域的最大周视角调整所述全景 镜头在焦平面上所成圆形全景像，使所述全景镜头在焦平面上所成圆形全景像的直径大于 矩形成像器件短边长度，通过本发明实施例所提供的方法，有效地提高了在等俯仰角的周 视要求小于360度的场合中成像器件像素利用率，提高了成像质量。
图1为现有技术中的全景成像原理示意图；图2为现有技术中全景成像的情景示意图；图3为本发明一实施例所提供的方法的流程图；图4为本发明一实施例所提供方法中两概念的示意图；图5为本发明一实施例所提供的方法应用的场景示意图；图6为本发明一实施例所提供的方法对应的场景示意图；图7为本发明一实施例所提供的方法应用的场景示意图；图8为本发明一实施例所提供的装置的结构示意图；图9为本发明另一实施例所提供的装置的结构示意图。
具体实施例方式本发明实施例公开了一种全景成像调整方法和装置以及全景成像装置，为使本发 明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详 细说明。现有的全景成像原理结构如图1所示，成像器件102位于全景镜头101的焦平面 104上，全景镜头101的光轴103通过成像器件的几何中心。本发明实施例所述的全景镜头指专业领域中所说的“反射折射式全向成像系统 (Catadioptric Omni-directional Imaging System) ”的光学系统，以下提到的全景镜头具 有相同的含义，不再赘述。现有的全景成像均是以获得等俯仰角的360度周视角空间成像能力，同时在既定 成像器件上获得的像具有最大的成像分辨率为目的。由于全景镜头在焦平面上所成的全景像为圆形，而成像器件的形状一般为矩形。 为了获得等俯仰角的360度周视角空间成像能力，这些全景镜头所成圆形全景像的直径必 须不大于矩形成像器件短边边长。又为在既定成像器件上获得像具有最大的成像分辨率， 这些全景镜头所成圆形全景像的直径按照等于矩形成像器件短边边长来设计。即全景像外 圆是成像器件矩形的两条长边相切。而实际应用中，并不是任何时候我们都需要关注360度周视角空间。当关注空间 成像的周视角小于360度或者关注空间的成像的俯仰角不是圆对称的场合时，即人们只关 注圆形全景像中部分的像所对应的空间时，现有的全景成像方案对非关注空间的成像的像 素并没有产生实际效用。例如，一全景成像装置用于对狭长的空间成像，需要关注的是如图2A的201部分， 在窄的方向上不需要很大的俯仰角，如图2A的201的上下两侧，即图2A的202部分。即如 图2A中202部分是不需要关注空间所成的像。再例如，一全景成像装置安装在一面墙上，人们需要关注墙之外的180度周视角 空间所成的像，如图2B的203部分，而不需要关注墙本身对应的180度周视角空间所成的 像，如图2B的204部分。即如图2B中204部分是不需要关注空间所成的像。在上面两个例子中，按照现有的全景成像方案，202和204部分的像素没有发挥实 际的效用，降低了整个成像器件的利用率。为了解决上述问题，本发明实施例提供了一种全景成像方法，参见图3，该方法包 括S301，确定当前待检测区域的周视角和俯仰角。为了使本发明更易理解，下面结合附图，对周视角和俯仰角这两个概念进行解释。如图4A所示，周视角即全景镜头在垂直于光轴平面上的视场角。俯仰角为全景镜 头通过光轴的平面上的视场角。确定了当前待检测区域的周视角和俯仰角实际上就确定了当前待检测区域中关 注点的范围。S302，确定所述全景成像装置中矩形成像器件的边长。一般情况下，矩形成像器件的边长包括短边长和长边长；特别的，当所述矩形成像
6器件为正方形时，长边长与短边长相等，只需要确定任意一边的长度即可。S303，根据所述矩形成像器件的边长以及当前待检测区域的周视角和俯仰角调整 所述全景镜头在焦平面上所成圆形全景像，使所述全景镜头在焦平面上所成圆形全景像的 直径大于矩形成像器件短边长度。特别地，当所述矩形成像器件为正方形时，所述全景镜头在焦平面上所成圆形全 景像的直径大于所述矩形成像器件的任意一边长度即可。其中S301和S302之间无必然的先后顺序，只要确定这些参数即可。图5为本发明实施例所提供的方法在一个场景中应用的示意图。该场景中关注的 区域为图5A中所示的501部分，很显然，它只是360度全景像中的一部分。图5B中根据本 发明实施例所提供的方法增大全景镜头在焦平面上所成圆形全景像的直径至矩形成像器 件的长边长度。具体地，图5A中，501所示扇形OEH和OFG区域的各周视角方向的俯仰角相 等，均为θ，三角形区域EOF与HOG的各周视角方向的俯仰角不相等，都小于θ。502部分 是非关注空间成像的区域。图5Β中，将图5Α中的圆形全景像的直径调整到等于矩形成像 器件长边长度，使得图5Α中502所示的非关注空间的成像区域在图5Β中落在的成像器件 之外。503与501对应的成像空间是相同的，但是由于503占用了成像器件更多的像素，成 像分辨率得到提高。通过本发明实施例所提供的方法，可以根据当前待检测区域的俯仰角及周视角， 调整全景镜头在焦平面上所成圆形全景像的直径，将非关注空间的成像区域挤出成像器件 之外，从而使得关注空间在成像器件上占据更多的像素，具有更好的图像质量。在本发明另一实施例中，图3所示的方法还包括S304，根据所述矩形成像器件的边长以及当前待检测区域的周视角和俯仰角沿所 述全景镜头光轴方向移动所述全景镜头或者矩形成像器件来调整所述全景镜头和所述矩 形成像器件的相对位置，使所述矩形成像器件位于所述全景镜头的焦平面上。可选地，在本发明另一实施例中，图3所示的方法还包括S305，根据矩形成像器件的边长以及当前待检测区域的俯仰角和周视角在垂直于 所述全景镜头光轴的平面上调整所述全景镜头与所述矩形成像器件的相对位置，使所述矩 形成像器件的几何中心偏离所述全景镜头的光轴。具体地，调整所述全景镜头和所述矩形成像器件的相对位置包括沿所述矩形成像器件的长边方向移动所述全景镜头或者矩形成像器件。或者，沿所述矩形成像器件的短边方向移动所述全景镜头或者矩形成像器件。这样，通过上述方法可以分别沿着光轴方向或者在垂直于光轴的平面上对光轴与 成像器件的相对位置进行调整。参见图6，本发明实施例所提供的方法在垂直于光轴的平面上调整矩形成像器件 几何中心与光轴的相对位置关系，为描述方便，下面以光轴为参考对象，以移动矩形成像器 件为例对矩形成像器件几何中心与光轴的相对位置关系进行说明。矩形成像器件几何中心与光轴的相对位置关系具体包括3种形式，分别如图6Α、 图6Β和图6C所示。图6Α中，0为矩形成像器件的中心，pi为光轴在圆形投影像上的投影点。图6Α 中，成像器件沿y轴方向(即矩形成像器件的短边方向)偏离光轴，偏离的距离为el。
图6B中，0为矩形成像器件的中心，p2为光轴在圆形投影像上的投影点。图6B 中，成像器件沿χ轴方向(即矩形成像器件的长边方向)偏离光轴，偏离的距离为e2。图6C中，0为矩形成像器件的中心，ρ为光轴在圆形投影像上的投影点。图6C中， 成像器件分别沿X轴方向(即矩形成像器件的长边方向)和y轴方向(即矩形成像器件的 短边方向)偏离光轴，偏离的距离分别为ex和ey。参见图7，以图6A所示的偏移方式，对关注空间为180°周视角空间为例，对本发 明实施例所提供的方法进行说明。如图7A和7B所示，矩形成像器件的长边边长为a，像素数m。短边边长为b，像素数 η。如图7A所示，传统的方法设计的全景成像装置在成像器件上成的像，701是关注的180度
周视角空间所成的像。rl = ‘，701所对应的成像器件像素数(或面积)为Sa
2ο
各个周视角方向的俯仰角都相等，为等俯仰角系统，系统俯仰角为θ。图7Β为利用本发明实施例所提供的方法设计的全景成像装置在成像器件上的
像。703是假定人们关注的180度周视角空间所成的像，〃2 = ·，703所对应的成像器件像
素数(或面积)为Sli=^mn，扇形QOP区域的各周视角方向的俯仰角相等，等于图7Α所
示系统的俯仰角的θ，三角形QOP区域的各周视角方向的俯仰角是变化的且小于θ。扇形
2Ζ)
QOP区域对应的周视角为a = 2arccos(l——)。
a实际应用中，不同的矩形成像器件的尺寸可以获得不同的周视角，例如当r2 = a/2，矩形成像器件的 a b = 4 3 时，α = 240° ；当r2 = a/2，矩形成像器件的a b = 16 9时，α 194°。对图7Α和图7Β进行比较可以知道，因为a > b所以Sb > Sa，即图7Β与图7Α相 比，701与703对应的同一个空间，703比701利用了更多的成像器件的像素，所以图7B所 对应装置相对于图7A所对应装置，提高了全景成像系统的成像分辨率。通过对成像器件几何中心以及全景镜头在焦平面上所成圆形全景像的直径的综 合调整，使得本发明实施例所提供的方法能够更为灵活地根据当前待检测区域的最大周视 角，将非关注空间的成像区域挤出成像器件之外，从而使得关注空间在成像器件上占据更 多的像素，具有更好的图像质量。与方法实施例相对应，参见图8，本发明实施例还提供一种全景成像调整装置，包 括第一确定单元801，用于确定当前待检测区域的周视角和俯仰角；第二确定单元802，用于确定所述全景成像装置中矩形成像器件的边长；第一调整单元803，用于根据所述矩形成像器件的边长以及当前待检测区域的周 视角和俯仰角调整所述全景镜头在焦平面上所成圆形全景像，使所述全景镜头在焦平面上 所成圆形全景像的直径大于矩形成像器件的短边长度。在本发明另一实施例中，本发明实施例所提供的装置还包括第二调整单元804，用于根据所述矩形成像器件的边长以及当前待检测区域的周 视角和俯仰角沿所述全景镜头光轴方向移动所述全景镜头或者矩形成像器件来调整所述全景镜头和所述矩形成像器件的相对位置，使所述矩形成像器件位于所述全景镜头的焦平 面上。可选地，在本发明另一实施例中，图8所示的装置还包括第三调整单元805，用于根据所述矩形成像器件的边长和当前待检测区域的周视 角和俯仰角在垂直于所述全景镜头光轴的平面上调整所述全景镜头和所述矩形成像器件 的相对位置，使所述矩形成像器件的几何中心偏离全景镜头的光轴。其中，所述第二调整单元，具体通过沿所述矩形成像器件的长边方向移动所述全 景镜头或者矩形成像器件来调整所述全景镜头和所述矩形成像器件的相对位置；或者通过 沿所述矩形成像器件的短边方向移动所述全景镜头或者矩形成像器件来调整所述全景镜 头和所述矩形成像器件的相对位置。或者，在本发明的另一实施例中图8所示的装置还包括第三调整单元805，用于通 过沿所述全景镜头光轴方向移动所述全景镜头或者矩形成像器件来调整所述全景镜头和 所述矩形成像器件的相对位置。使所述矩形成像器件位于所述全景镜头的焦平面上。通过所述第二调整单元和第三调整单元可以实现对全景镜头和成像器件之间的 相对位置关系进行灵活调整。本发明另一实施例还提供一种全景成像装置，该装置包括全景镜头和成像器件， 具体地，所述全景镜头在焦平面上所成圆形全景像的直径大于矩形成像器件短边长度。进一步地，上述装置的全景镜头的光轴偏离所述矩形成像器件的几何中心。图9为本发明实施例所提供的一全景成像装置的结构示意图。其中，9是具有二 次曲线回转面面形的反射镜，通过上盖6固定于透明的圆筒10上，7是外盖，用以保证透明 圆筒10上端的防水性能。透明圆筒10的下端固定基座5上。透明圆筒10与固定基座5 及上盖7的之间固定，采用紫外固化胶黏结。固定基座5和基座8通过螺纹连接1 一起，内 部有一空腔。固定基座5的下表面装有光阑11，用以减少透明圆筒内外表面反射的杂散光 对成像质量的影响。镜头14是通用的商业镜头具备C或CS的接口，口径、焦距等光学参数 符合系统的设计要求，固定在镜头座2上。13是CCD或CMOS相机，通过转接板1固定在镜 头座2的另一端，通过本发明实施例所提供的成像调整装置对镜头14的上下位置和焦距的 调整可以改变圆形全景像的直径，通过本发明实施例所提供的成像调整装置对成像器件15 进行调整，使得成像器件15位于全景镜头的焦平面上，且成像器件的几何中心对光轴有一 个沿成像器件偏移量e。上述部件组成的成像装置，可以通过一个支撑架12固定在一个垂直面上，实现对 垂直面外空间的成像效用。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。
权利要求
一种全景成像调整方法，其特征在于，该方法应用于一全景成像装置中，包括确定当前待检测区域的周视角和俯仰角；确定所述全景成像装置中矩形成像器件的边长；根据所述矩形成像器件的边长以及当前待检测区域的周视角和俯仰角调整所述全景镜头在焦平面上所成圆形全景像，使所述全景镜头在焦平面上所成圆形全景像的直径大于矩形成像器件的短边长度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括根据所述矩形成像器件的边长以及当前待检测区域的周视角和俯仰角沿所述全景镜 头光轴方向移动所述全景镜头或者矩形成像器件来调整所述全景镜头和所述矩形成像器 件的相对位置，使所述矩形成像器件位于所述全景镜头的焦平面上。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括根据所述矩形成像器件的边长和当前待检测区域的周视角和俯仰角在垂直于所述全 景镜头光轴的平面上调整所述全景镜头和所述矩形成像器件的相对位置，使所述矩形成像 器件的几何中心偏离所述全景镜头的光轴。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，调整所述全景镜头和所述矩形成像器件 的相对位置包括沿所述矩形成像器件的长边方向移动所述全景镜头或者矩形成像器件。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，调整所述全景镜头和所述矩形成像器件 的相对位置包括沿所述矩形成像器件的短边方向移动所述全景镜头或者矩形成像器件。
6.一种全景成像调整装置，其特征在于，包括第一确定单元，用于确定当前待检测区域的周视角和俯仰角；第二确定单元，用于确定所述全景成像装置中矩形成像器件的边长；第一调整单元，用于根据所述矩形成像器件的边长以及当前待检测区域的周视角和俯 仰角调整所述全景镜头在焦平面上所成圆形全景像，使所述全景镜头在焦平面上所成圆形 全景像的直径大于矩形成像器件的短边长度。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括第二调整单元，用于通过沿所述全景镜头光轴方向移动所述全景镜头或者矩形成像器 件来调整所述全景镜头和所述矩形成像器件的相对位置。使所述矩形成像器件位于所述全 景镜头的焦平面上。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括第三调整单元，用于根据所述矩形成像器件的边长和当前待检测区域的周视角和俯仰 角在垂直于所述全景镜头光轴的平面上调整所述全景镜头和所述矩形成像器件的相对位 置，使所述矩形成像器件的几何中心偏离所述全景镜头的光轴。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第三调整单元，具体通过沿所述矩形 成像器件的长边方向移动所述全景镜头或者矩形成像器件来调整所述全景镜头和所述矩 形成像器件的相对位置。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第三调整单元，具体通过沿所述矩 形成像器件的短边方向移动所述全景镜头或者矩形成像器件来调整所述全景镜头和所述矩形成像器件的相对位置。
11.一种全景成像装置，该装置包括全景镜头和成像器件，其特征在于，所述全景镜头在焦平面上所成圆形全景像的直径大于矩形成像器件短边长度。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，还包括 所述矩形成像器件的几何中心偏离所述全景镜头的光轴。
全文摘要
本发明实施例公开了一种全景成像调整方法和装置以及全景成像装置。其中，所述方法为确定当前待检测区域的周视角和俯仰角；确定所述全景成像装置中矩形成像器件的边长；根据所述矩形成像器件的边长以及当前待检测区域的周视角和俯仰角调整所述全景镜头在焦平面上所成圆形全景像，使所述全景镜头在焦平面上所成圆形全景像的直径大于矩形成像器件的短边长度，通过本发明实施例所提供的方法，有效地提高了在等俯仰角的周视要求小于360度的场合中成像器件像素利用率，提高了成像质量。
文档编号G03B37/00GK101930161SQ200910171549
公开日2010年12月29日 申请日期2009年8月28日 优先权日2009年8月28日
发明者李必勇, 李捷 申请人:杭州普维光电技术有限公司