一种全景相机的自动稳定视角的方法与流程

本发明涉及摄影摄像领域，尤其涉及一种全景相机的自动稳定视角的方法。

背景技术：

全景相机由于其良好的临场体验和便携性，已经越来越多地用于视频直播和图片分享场合。在常见的手持或移动拍摄场景中，相机拍摄时的姿态无法保持稳定。虽然由于全景相机的超视角特点，并不会导致观看内容的缺失，但是视角的变动仍然会在全景播放端导致用户体验的下降。

技术实现要素：

为了解决现有技术中问题，本发明提供了一种全景相机的自动稳定视角的方法，在摄像机组整体倾斜一定程度时，其投影球面实际相对于实物场景发生一定的旋转或者倾斜，给出两个偏转角度数据(θ,φ)，球面坐标系下，其中φ为OP与平面XOZ的夹角，θ为OP在赤道面投影与OX的夹角；球面上点P的坐标为(θ,φ)，当偏转角度θ≠0且φ≠0时，赤道面作角度为φ的旋转，该旋转矩阵可写为

其中矢量可表示为则叉积

令四元数

使用三角等式可转化为四元数形式

其中

故有

因有

则

本发明的有益效果是：

基于倾斜度测量传感器的数据，对拍摄得到的全景图像进行全局变换映射算法，通过软件方式将全景图像自动纠正为垂直正立视角的图像，从而在拍摄姿态不稳定的情况下仍能提供良好观看效果的全景视频/图像。

对于某张非正立姿态拍摄的全景测试图像进行校正。相机在倾斜状态下拍摄效果如图2：

依据倾斜参数，使用本发明中的方法进行修正后的效果如图3：校正效果良好。

附图说明

图1是本发明球面坐标系的角度表示示意图；

图2是本发明相机在倾斜状态下拍摄效果；

图3是图2使用本发明中的方法进行修正后的效果。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

本发明提出一种全景相机自动稳定拍摄视角的方法。基于倾斜度测量传感器的数据，对拍摄得到的全景图像进行全局变换映射算法，通过软件方式将全景图像自动纠正为垂直正立视角的图像，从而在拍摄姿态不稳定的情况下仍能提供良好观看效果的全景视频或图像。

硬件方案：本发明在普通全景相机的硬件方案基础上，需要额外添加倾斜度测量传感器，常见的有三轴陀螺仪，用于测量相机轴线与重力线的夹角，即相机倾斜度。其余硬件方案与普通全景相机相同。

方法实现：

在全景摄像机中，当摄像机组放置在倾斜平面时，多个摄像机采集的图像按照原始的球面投影矩阵映射所得的全景拼接图像并不能保持很好的“直立”视觉，全景拼接图像会产生一定的扭曲，这种扭曲具备一定的规律。

在摄像机组整体倾斜一定程度时，其投影球面实际相对于实物场景发生一定的旋转或者倾斜，这种偏转可以由三轴陀螺仪给出，通常陀螺仪提供两个偏转角度数据(θ,φ)，球面坐标系的角度表示方法如图1所示。其中φ为OP与平面XOZ的夹角，θ为OP在赤道面投影与OX的夹角。

图1球面坐标系角度表示方法示意图，图中球面上点P的坐标为(θ,φ)，当陀螺仪偏转角度θ≠0且φ≠0时，赤道面作角度为φ的旋转，旋转轴为以矢量和y轴所在平面过球心的垂线。该旋转矩阵可写为

其中矢量可表示为则叉积

令四元数

使用三角等式可转化为四元数形式

其中

故有

因有

则

有了这个旋转矩阵，就可以针对像素坐标进行计算。假设全景图像的宽涵盖θ:0～2π的球面经度范围，高涵盖φ:0～π的球面纬度范围，输入图像与输出图像同样长宽(w,h)，输出图像中的任意像素由球面投影关系可得对应于投影球面上点

其中f1为投影球面半径。

由上文得到的摄像机组旋转矩阵R(q)可知，投影球面上点P1逆向偏转所得投影球面上另一点P0(x0,y0,f0)，且

由P0可得全景图像中与像素对应的亚像素位置

由此，即可根据输入图像中亚像素位置的像素的值，可得对应输出图像中任意坐标位置上像素的值。根据倾斜度参数，对全景相机拍摄的全景视频/图像进行姿态修正，将其修正至相机正立姿态时拍摄的图像效果。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。