一种获取全景图像的装置及其组装方法与流程

本发明涉及全景成像技术领域，具体而言，涉及一种获取全景图像的装置及其组装方法。

背景技术：

现有的全景成像方式分为柱面全景成像和球面全景成像。真实的全景图像的重要前提之一是全景影像信息的真实性，尤其是视场里的景物不能虚假增加。但是现有技术中，全景影像在拼接区域都有景物目标的重复出现，形成虚假信息图像。这一现象在细节上比较明显，即使采用摄影测量处理技术也不能完全消除这些伪信息。相邻图像的重叠区里，相同场景对同一个目标形成的构像射线角是不同的，场景中远近不同的目标在像面上产生投影视差，后期拼接全景图像时很难消除同一目标“成双”出现的失真问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种获取全景图像的装置，以改善现有技术中全景影像在拼接区域都有景物目标在像面上产生投影视差，形成虚假信息图像的问题。

第一方面，本发明实施例提供的一种获取全景图像的装置，包括多个相机、多个光路变换元件及框架，多个所述相机和多个所述光路变换元件均设置于所述框架侧壁，每个所述相机的镜头光心到对应的所述光路变换元件的光程等于所述光路变换元件至所述框架的几何中心或轴线的距离。

优选的，所述框架的形状为棱柱或圆柱体，多个所述相机均匀的分布于所述框架的侧壁，每个所述相机的镜头光心到对应的所述光路变换元件的光程等于所述光路变换元件至所述框架的轴线的距离。

优选的，多个所述光路变换元件位于垂直于所述框架的轴线的截面内。

优选的，多个所述相机的每一个所述相机在全景图像的拼接方向的视场角之和大于360度。

优选的，所述框架的形状为球体，多个所述相机均匀的分布于所述框架的侧壁，每个所述相机的镜头光心到对应的所述光路变换元件的光程等于所述光路变换元件至所述框架的球心的距离。

优选的，多个所述相机的每一个所述相机的视场角对应的球面度之和大于4π弧度。

优选的，所述光路变换元件为反射镜或棱镜中的至少一种。

第二方面，本发明实施例还提供一种获取全景图像的装置，包括至少一个相机及旋转装置，至少一个所述相机安装于所述旋转装置，所述旋转装置用于带动至少一个所述相机以围绕所述相机的镜头光心旋转。

第三方面，本发明实施例还提供一种获取全景图像的装置的组装方法，所述方法包括：计算相机的有效视场角；依据框架的形状及所述相机的有效视场角，确定需要的所述相机的个数；依据所述相机的个数及安装所需的尺寸，确定所述框架的大小；安装光路变换元件及所述相机，使每个所述相机的镜头光心到对应的所述光路变换元件的光程等于所述光路变换元件至所述框架的几何中心或轴线的距离。

优选的，计算所述相机的有效视场角包括：设所述相机的成像幅面为矩形，利用在全景图像的拼接方向的视场角减去预设重叠区域的视场角后，得到每个所述相机的有效视场角；依据框架的形状及所述相机的有效视场角，确定需要的所述相机的个数包括：若所述框架为圆柱体，则需要的所述相机的个数为360度除以每个所述相机的有效视场角；若所述框架为球体，将所述相机的有效视场角换算为对应的球面度，则需要的所述相机的个数为4π球面度除以每个所述相机的有效视场角对应的球面度。

与现有技术相比，本发明实施例提供的获取全景图像的装置包括多个相机，多个相机同时进行拍摄，通过转移相机的光心，使每个相机的光心对应的虚拟光心交汇至同一点，在实时全景拍摄时，获取的多幅图像具有同一光心，不易产生错位，直接减少了全景图像镶嵌处理的工作量和时间。另一实施例的获取全景图像的装置采用单个相机，使单个相机绕光心进行一维或二维的旋转，以拍摄360度环形全景图或全方位立体全景图，不同时刻拍摄的图像在拍摄时具有同一光心，不同时刻拍摄的图片在拼接时不易产生错位。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明第一实施例提供的获取全景图像的装置的结构示意图。

图2为本发明第一实施例提供的获取全景图像的装置的相机与光路变换元件的光路图。

图3为本发明第一实施例提供的获取全景图像的装置的相机与光路变换元件以及框架的几何原理图。

图4为本发明第二实施例提供的获取全景图像的装置的结构示意图。

图5为本发明第三实施例提供的获取全景图像的装置的结构示意图。

图6为本发明第四实施例提供的获取全景图像的装置的组装方法的流程图。

图标：10-获取全景图像的装置；100-相机；101-镜头；102-成像焦平面；103-主光轴；200-光路变换元件；300-框架；400-景物。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

第一实施例

请参考图1，是本发明第一实施例提供的获取全景图像的装置10的结构示意图。本发明实施例提供一种获取全景图像的装置10，用于对柱状空间内侧和环形周边的全景成像，如隧道、管道、井等内壁空间成像，以及街景环形全景的成像。本实施例采用多个相机100环绕一个中心布置。

所述获取全景图像的装置10包括多个相机100、多个光路变换元件200及框架300，多个所述相机100和多个所述光路变换元件200均设置于所述框架300侧壁。

本实施例中，所述框架300的形状为圆柱体，多个所述相机100均匀的分布于所述框架300的侧壁。当然，在其他具体实施方式中，所述框架300还可以为其他形状，例如六棱柱、正方体等等。每个相机100同时进行拍照，将多幅图像拼接后即可得到360度环绕的全景图。相机100实际要拍摄的景物与柱形框架300的侧壁垂直，通过光路变换元件200将光路的方向进行变化或入射至相机100，本实施例中所述光路变换元件200为反射镜，在其他具体实施方式中，光路变换元件200还可以为其他，如三棱镜或三棱镜和反射镜的组合。

请参考图2，是本发明第一实施例提供的获取全景图像的装置10的相机100与光路变换元件200的几何原理图。由于每一个相机100的镜头101都具有光心A，光心A一般在镜头101内，通过本实施例的反射镜可以将光路进行改变，将光心A与镜头101分离得到虚拟光心B。景物400发射或反射的光，沿主光轴103照射到反射镜后进入镜头101内，经过光心A后，最终在相机100的成像焦平面102内成像。根据光学原理可以知道，光心A至反射镜C点的距离可以与所述虚拟光心B至C点的距离相等，光心A和虚拟光心B的像是相同的，及光心A处的像与所述虚拟光心B的像相同，对于不同的光路变换元件200成像可能方向相反，只需要在图像处理过程中简单的图像变换即可。

请参考图3，是本发明第一实施例提供的获取全景图像的装置10的相机100与光路变换元件200以及框架300的几何原理图。获取全景图像的装置10包括多个相机100和多个反射镜，多个反射镜在柱形框架300的截面为圆形的平面内。每个相机100均可拍摄与柱形框架300垂直的景物，当景物的光从反射镜发射进入镜头101后，可以通过光心A，当柱形框架300的轴线与多个反射镜在柱形框架300的截面的交点D与虚拟光心B重合时，光心A出的像与所述交点D处的像大小一致，如此，只要保证光心A至C点的光程(空气中的折射率可以近似等于真空的折射率)等于C点到交点D的距离，即可实现多个相机100的虚拟光心B相交于交点D。

需要提到的是，只要保证光心A至C点的光程等于C点到交点D的距离即可，可以通过改变光路变换元件200的结构组成可以实现光心A至C点的几何距离的改变，例如，在光心A至C点之间设置多个棱镜、反射镜等。另外，每一个相机100在全景图像的拼接方向的视场角之和应当大于360度，如此才能拍摄完整的环形全景图像的同时，保证每个相机100拍摄的图像之间方便拼接。其中，设所述相机100的成像幅面为矩形，矩形短边形成的视场角是最小视场角。

如此，解决了多个相机100在安装时无法使光心A共同处于交点D的问题。通过多台相机100构象光线的光路改变，使多台相机100具有不同的空间安装位置，但每台相机100的虚拟光心B具有相同的空间点位置。这样，既实现了多台相机100对全景空间视场成像的实时、同步、快速，并且也保证了相邻相片重叠区里的相同目标形成的构象光线都是一样的。相邻相片对于场景中远近不同的目标没有投影差，后期不仅可以取消投影变换的处理环节，而且能够快速拼接成完美的全景图像。本实施例尤其适用于动态场景及实时性要求高的场景，由于多个相机100同时进行拍摄，可以满足上述场景。另外，镜头101与光路变换元件200之间可以增加其他光学元件，如棱镜、反射镜，以达到镜头101与光路变换元件200之间的光程不变的情况下，减小镜头101与光路变换元件200之间的几何距离，节省安装空间。

第二实施例

请参考图4，是本发明第二实施例提供的获取全景图像的装置10的结构示意图。本实施例中，所述框架300的形状为球体，球体框架300外表面设置有多个相机100和多个光路变换元件200，图中仅示出了部分相机100及光路变换元件200，优选的，获取全景图像的装置10中的相机100与光路变换元件200的个数一致。

本实施例中的获取全景图像的装置10的原理与第一实施例的原理基本相同，其中，所述镜头101的光心A与光路变换元件200的光程，等于光路变换元件200与球心的距离，以保证多个相机100的虚拟光心B均相交于球心，便于多个相机100拍摄的图像在拼接时，不产生错位和重影。

需要提到的是，每个相机100的视场角换算为对应的球面度后，其总和应当大于4π球面度。球体表面的相机100个数依据每个相机100的视场角而定，若相机100的视场角越大，则需要分布的相机100个数越少，若相机100的视场角越小，则需要分布的相机100个数越多。当然，镜头101与光路变换元件200之间可以增加其他光学元件，如棱镜、反射镜，以达到镜头101与光路变换元件200之间的光程不变的情况下，减小镜头101与光路变换元件200之间的几何距离，节省安装空间。

第三实施例

请参考图5，是本发明第三实施例提供的获取全景图像的装置10的结构示意图。本发明实施例还提供一种获取全景图像的装置10，包括一个相机100及旋转装置(图中未示出)，所述相机100安装于所述旋转装置，所述旋转装置用于带动所述相机100以围绕所述相机100的镜头101光心A旋转。

在获取全景图像中，有两种方式利用单相机100获取全景图，分别为一维旋转和二维旋转。以光心A为原点建立X、Y、Z三维坐标系。一维旋转方式为，将相机100安装在旋转装置上后，旋转装置带动相机100转动，其转动的轴心沿Y轴转动，如此，相机100可以拍摄垂直于Y轴方向的全景图，在拍摄过程中，在一段时间段内，完成大于或等于360度的旋转，在时间段内的不同时刻拍摄有多张图片，由于每张图片在拍摄时具有相同的光心A，每张图片在拼接时，不会产生错位，便于拼接，且拼接的图像完整。

二维旋转方式为，旋转装置包括两个转动轴，保证两个转动轴与Y轴和Z轴重合，即保证相机100在两个维度旋转时，均保证旋转的轴过光心A，如此不同时刻的拍摄的图片在拼接时，不会产生错位。本实施例的获取全景图像的装置10尤其适用于变化小的拍摄场景，如静态场景等。

在其他具体实施方式中，所述相机100的个数还可以为多个，相比于一个相机100进行旋转，可以减小旋转角度，提高全景成像的实时性。例如，当相机100的个数为3个，每一个相机100的视场角为60度时，可以将三个相机100相邻设置，此时，拍摄全景图时，获取全景图像的装置10需要至少旋转180度；也可以将三个相机100相互间隔设置，此时，拍摄全景图时，获取全景图像的装置10只需要至少旋转60度，所转动的角度小。

第四实施例

请参考图6，是本发明第四实施例提供的获取全景图像的装置的组装方法的流程图。本实施例的组装方法应用于对第一实施例和第二实施例的获取全景图像的装置10。所述方法包括：

S101，计算相机100的有效视场角。

设所述相机100的成像幅面为矩形，在全景图像的拼接方向的视场角减去预设重叠区域的视场角后，得到每个所述相机100的有效视场角。例如，若柱状结构下，把矩形的长边对应环绕成像拼接为全景图时，利用单个相机100的长边的视场角减去预设重叠区域的视场角后，得到每个所述相机100的有效视场角；把矩形的短边对应环绕成像拼接为全景图时，利用单个相机100的短边的视场角减去预设重叠区域的视场角后，得到每个所述相机100的有效视场角。在球形结构下，利用单个相机100的短边的视场角减去预设重叠区域的视场角后，得到每个所述相机100的有效视场角。

其中，在所述步骤S101之前还包括选取相机100。按照全景相机100的成像指标，确定一个像素的角分辨率。被选型相机100的像素的数量乘以一个像素的角分辨率，就确定了被选相机100的视场角大小，然后可以选取符合要求的相机100和匹配的镜头101。

S102，确定需要的所述相机100的个数。

依据框架300的形状，确定需要的所述相机100的个数。若所述框架300为圆柱体或棱柱，即需要进行环形全景图时，则需要的所述相机100的个数为360度除以每个所述相机100的有效视场角；若所述框架300为球体，将所述相机100的有效视场角换算为对应的球面度，则需要的所述相机100的个数为4π球面度除以每个所述相机100的有效视场角对应的球面度。需要提到的是，若所得相机个数为非整数时，应采用收尾法，使相机个数为整数并且大于计算值。

S103，确定所述框架300的大小。

根据相机100的安装的几何尺寸，确定对应的框架300的直径大小，保证相机100及其附件有足够的安装空间。

S104，安装光路变换元件200及所述相机100。

每一个相机100的成像光路上，设置一个光路变换元件200，使相机100的光心A实际空间位置与虚拟光心B位置在几何空间上分离。保证多个相机100具有同一个虚拟光心B，解决了多相机100镜头101光心A无法处于同一个空间点的问题。优选的，光路变换元件200为一个反光镜，方便简单。

通过上述步骤，可以制造出能够实时拍摄360度环形全景或实时拍摄全方位立体全景图的获取全景图像的装置10。

综上所述，本发明实施例提供的获取全景图像的装置包括多个相机，多个相机同时进行拍摄，通过转移相机的光心，使每个相机的光心对应的虚拟光心交汇至同一点，在实时全景拍摄时，获取的多幅图像具有同一光心，不易产生错位，直接减少了全景图像镶嵌处理的工作量和时间。另一实施例的获取全景图像的装置采用单个相机，使单个相机绕光心进行一维或二维的旋转，以拍摄360度环形全景图或全方位立体全景图，不同时刻拍摄的图像在拍摄时具有同一光心，不同时刻拍摄的图片在拼接时不易产生错位。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。