专利名称：全数字全景摄像机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及全景摄像机，特别涉及用于轨道交通的全数字全景摄像机。所述全数字全景摄像机包括摄像机壳体、图像采集电路板和图像加工电路板。
背景技术：
目前民用市场上监控摄像机使用最多的是模拟摄像机，而模拟信号传输时容易受干扰，造成图像失真且信号不稳定。另外，传统的模拟摄像机监控范围窄。数字摄像机刚刚启动，而全景摄像机更是凤毛麟角。而轨道交通行业所用的摄像机还需要耐高温、耐冲击振动、高可靠、布线简单、不受高压电磁干扰等行业特点。《中国摄影家》杂志2005年第06期对鱼眼镜头进行了介绍，鱼眼镜头是超广角镜 头的一种特例，它前端第一片透镜通常向前凸起，好似鼓起的金鱼眼故此得名。鱼眼镜头的焦距极短并且视场角最大，接近或等于、甚至超过180度，在所拍的画面中呈现极端夸张的圆弧形状的畸变，因此它又属于特殊效果镜头，目前市场中最常见的鱼眼镜头大体可归纳为两类一类是“圆形鱼眼镜头”，也称为“全天候鱼眼镜头”，它的最大像场比照相机曝光窗小，其水平视角与垂直视角相等，所拍摄的画面为圆形且视角大于180度。“圆形鱼眼镜头”最初产于1923年，它是由英国科学家R 西鲁设计完成并且获得专利权，“圆形鱼眼镜头”当初主要应用在天文、气象观测等科学领域，因此用“全天候” 一词来形容。西鲁所设计的鱼眼镜头视场角为180度，前面为一枚大口径凹透镜，光线由该凹透镜摄入到里面镜片的入射角非常小，这种构造现今仍在使用。通常它的视角要大于180度，最高可达到220度，例如尼克尔6mmf/2. 8鱼眼镜头的视角为220度。另一类是“对角线鱼眼镜头”它的最大像场比照相机曝光窗大，其对角线视角为180度，其呈现出水平视角与垂直视角不相等且均小于180度。虽然鱼眼镜头的水平视角大，覆盖的范围比普通镜头要广，然而鱼眼镜头所拍到的画面发生了严重变形，产生曲角效应，需要对曲角画面进行矫正以便清楚查看。申请号为200810119629. 2的中国发明专利公开了一种图像矫正装置，其包括音频采集与处理单元用于采集音频信号；音源识别单元，用于根据音频采集与处理单元采集的音频信号判断声音的来源方向，并生成相应的水平视角；图像采集与处理单元，用于采集摄取的全景图像；图像矫正单元，用于根据音源识别单元生成的水平视角，选择所述图像采集与处理单元采集的全景图像在所述水平视角上的窗口区域进行矫正，得到窗口区域的平面图像；压缩与传输单元，用于对图像矫正单元得到的所述窗口区域的平面图像及所述音频信号进行压缩并传输。但是，该发明是根据声音的来源方向来获取图像，所覆盖的范围没有达到360度。另外，该发明不能对图像进行任意分割选择，不便于查看。申请号为201110280276. 6的中国发明专利公开了一种360度实时全景摄像机，其包括至少四路、并且呈同轴环绕分布的多路摄像单元，在主控芯片的控制下，视频采集模块采集来自摄像单元的多路视频信号，然后通过图像矫正模块分别对各路视频信号进行图像矫正，最后通过图像拼接模块进行图像拼接后经图像输出模块输出至显示器，同时利用DSP算法及内置高清视频协处理器(HD-VICP)，实现图像的H. 264压缩，并通过网络接口进行数据包的传送。但是，该全景摄像机包括了至少四路鱼眼摄像头，因此结构复杂、成本高，而且，矫正后的图像没有角度感和方向感，不便于查看，不适用于轨道交通行业。
发明内容为了克服现有技术存在的不足，本实用新型的目的是提供一种监控范围广、便于查看、可靠性高、布线简单且不受高压电磁干扰的全数字全景摄像机。为实现上述目的，本实用新型提供了全数字全景摄像机，其特征在于其包括摄像机壳体、图像采集电路板和图像加工电路板；所述图像采集电路板包括唯一的一个鱼眼镜头、光电传感器和图像处理模块，且所述图像加工电路板包括图像编码模块、中央控制器和输出模块；所述图像处理模块包括分割单元和矫正单元，其中，所述分割单元按全景图像的区域位置进行分割，且所述矫正单元对具有曲角效应的全景图像进行矫正。这样，在使用时，通过分割单元的处理，可以使一幅全景图像根据角度和方向的需要被分割成若干幅图像，再通过矫正单元对具有曲角效应的图像进行矫正，达到清楚方便查看的目的，适合被应用在特种行业，特别是轨道交通行业。 所述分割单元包括存储分割算法的存储器和运算器。这样，使用时，运算器执行来自中央控制器的指令，调取存储器中的算法并进行分割处理。所述鱼眼镜头的水平视场角大于170°，优选大于180°，更为优选地为185°，使得全数字全景摄像机可以覆盖360°的监控范围。所述摄像机壳体内包括红外灯和亮度传感器，红外灯设置在鱼眼镜头附近，亮度传感器和红外灯连接以控制红外灯的接通。这样，可以使全数字全景摄像机在无光线的环境下继续工作。所述图像采集电路板和所述图像加工电路板之间通过第一视频数据传输接口进行物理连接。这样，图像数据、电源和总线控制信号都经过该接口，使摄像机内部布线简单。所述图像处理模块和所述光电传感器之间通过第二视频数据传输接口进行物理连接。所述第一视频数据传输接口针数大于15针，优选地为20针。所述第二视频数据传输接口针数大于15针，优选地为20针。所述摄像机壳体内安装有存储设备，存储设备与图像编码模块连接，用于存储经编码模块处理过的数据。这样，在需要时，可以查阅过去某个时段的图像数据。所述图像编码模块连接有麦克风，所述摄像机壳体内设有模数转换器，模数转换器与麦克风连接，用于将麦克风获得的声音模拟信号转换成数字信号并传给编码模块。这样，在需要时，可以实现图像和声音同时记录。所述图像编码模块连接有音频输入接口，用于获取声音数据，并传给所述模数转换器。这样，在麦克风损坏失灵的情况下，使用音频输入接口来获取声音，实现图像声音同时记录。所述鱼眼镜头的视角和方向是可以调节的。这样，在使用时根据需要进行调整，使得监控更加灵活。所述摄像机壳体内包含电源模块。这样，在外接电源断电时，可以使用所述电源模块，以保证监控的持续性。[0020]所述摄像机壳体是全金属。这样可以减小高压电磁的干扰。本实用新型提供的全数字全景摄像机采用鱼眼镜头可以覆盖360度的监控范围，这意味着透过一台全景摄像机可以一次性看到整个监控现场，而且，得到的是完整、连贯的画面，避免了过去存在的画面不连贯的问题，因此，结构简单、维护便利并且成本低廉。而且，该全数字全景摄像机具备无机械部件、布线简单等优势，同时监控数据以IP数字方式传输，避免模拟信号传输干扰问题。摄像机采用吸顶式设计，安装时直接嵌入车体中，乘客感觉不到有摄像装置在监控。正常情况下，全景摄像机以Dl格式进行监控，当紧急情况发生后，摄像机可以以720P或1080P高清方式进行监控。另外，视角和方向可以调节。通过视频处理，将原始的环形图片拓展为2方向的两副图像，也可以显示为4方位的四副图像。可广泛用于有轨电车、地铁、动车、高铁等各个区域的监控。
图I是本实用新型的结构框架图； 图2是本实用新型的结构示意图；其中，I、图像采集电路板；2、摄像机壳体；3、第二视频数据传输接口 ；4、矫正单元；5、图像处理模块；6、图像加工电路板；7、麦克风；8、音频输入接口 ；9、模数转换器；10、图像编码模块；11、中央控制器；12、存储设备；13、输出模块；14、电源模块；15、第一视频数据传输接口 ；16、存储器；17、运算器；18、分割单元、19、亮度传感器；20、红外灯；21、鱼眼镜头；22、光电传感器。
具体实施方式
如图I所示，本实用新型提供的全数字全景摄像机的结构如下一种全数字全景摄像机，包括摄像机壳体2、图像采集电路板I和图像加工电路板6 ;图像采集电路板I包括唯一的一个鱼眼镜头21、光电传感器22和图像处理模块5 ;图像加工电路板6包括图像编码模块10、中央控制器11和输出模块13 ;输出模块13和电源模块14与图像编码模块10连接；图像处理模块5包括矫正单元4和分割单元18 ;分割单元还包括存储分割算法的存储器16和运算器17 ;在鱼眼镜头21附近设置有红外灯20，亮度传感器19与红外灯20连接；图像编码模块10连接有麦克风7和音频输入接口 8，模数转换器9与图像编码模块10、麦克风7和音频输入接口 8连接，用于将麦克风7和音频输入接口 8获得的音频模拟信号转换为数字信号并传给编码模块10编码压缩；在摄像机壳体2内安装存储设备12，与图像编码模块10连接。鱼眼镜头21是超广角镜头的一种特例，它前端第一片透镜通常向前凸起，好似鼓起的金鱼眼故此得名。鱼眼镜头的焦距极短并且视场角最大，接近或等于、甚至超过180度，在所拍的画面中呈现极端夸张的圆弧形状的畸变，因此它又属于特殊效果镜头。优选地，本实用新型采用一个水平视场角达到185°的鱼眼镜头，这样可以覆盖360度的监控范围，而且鱼眼镜头的视角和方向可以根据需要调节。光电传感器22是把镜头采集到的光信号转换成电信号的器件，是摄像机中必不可少的部件之一。目前光电传感器主要分为CCD和CMOS两种类型，CCD是指电荷耦合器件图像传感器(Charge Coupled Device), COMS是指互补金属氧化物半导体图像传感器(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)，两者主要差异是数字数据传送的方式不同。CCD传感器中每一行中每一个像素的电荷数据都会依次传送到下一个像素中，由最底端部分输出，再经由传感器边缘的放大器进行放大输出；而在CMOS传感器中，每个像素都会邻接一个放大器及A/D转换电路，用类似内存电路的方式将数据输出。优选地，本实用新型中的光电传感器22采用了 CMOS图像传感器。在有些特殊行业，如轨道交通行业，有时需要对某个角度或方向的图像进行细致查看，而鱼眼镜头获取的全景图像产生了曲角效应，导致画面变形，不适合查看图像的细节部分，因此需要对图像进行一定的选择。图像处理模块5中的分割单元18就是根据需要对整幅全景图像进行分割，该分割单元18包含存储器16和运算器17，存储器中存储了已经编写好的分割算法，中央控制器11向分割单元发出分割指令，运算器17调取存储器16中的算法进行分割处理。整幅全景图像经分割后变成若干幅图像，此时的每幅图像任然有曲角效应，不符合人眼视觉要求，此时需要图像处理模块5中矫正单元4来处理，矫正单元对这些鱼眼图像进行矫正以符合人眼视觉要求。经过图像处理模块5处理后的图像数据非常大，不适合直接在网络上传输，需要经过图像编码模块10按H. 264编码格式打包。在图像编码模块上，连接有麦克风7、音频输入接口 8和模数转换器9，麦克风7和音频输入接口 8录入的音频模拟信号经过模数转换器9进行模数转换后变成数字信号并传输给编码模块10处理。为了使摄像机能在光线弱的环境下如晚上能够继续工作，在鱼眼镜头21的附件设置有红外灯20，亮度传感器19与红外灯20连接。当光线较强时如白天，红外灯19是关闭的，而当光线较弱时，亮度传感器19能够察觉到光线的变化并使红外灯打开20，摄像机能继续工作。为了使摄像机内部布线简单，具有分割、纠形功能的图像处理模块与光电传感器sensor之间通过第二视频数据传输接口 3进行物理连接，图像采集电路板与图像加工电路板之间通过第一视频数据传输接口 15进行物理连接。优选地，如图2所示，两个视频数据传输接口均设置有20针，在20针中，11针用来传输YUV422格式视频信号，2针被图像编码模块2用来以I2C总线形式控制图像处理模块、光电传感器sensor和鱼眼镜头，2针用来传输电流，剩下5针接地。为了使摄像机在外接电源断电时仍能继续工作，在摄像机壳体2内设置有电源模块14，电源模块14与图像编码模块10连接，一旦外接电源断电，电源模块将立即启动，实现摄像机持续不间断工作。本实用新型工作时，在显示控制终端，向编码模块10中的中央控制器11发出指令，使相机开始工作，首先由鱼眼镜头21采集光信号，但由于鱼眼镜头的焦距短和视角范围大，因此其采集的光信号通过光电传感器处理22后所产生的图像是全景图像，虽然拍摄范围广，但不便于细致查看某个角度或方位的图像，这时就需要图像处理模块5中的分割单元18根据需要对整幅全景图像进行分割，如分成四副图像，这样就便于查看四个方向的情况。然而，分割后的各幅图像仍然发生严重变形，表现为除了画面中心的景物保持不变，其他本应水平或垂直的景物都发生了相应的变化，此时再通过图像处理模块5中的矫正单元4对变形的图像进行补偿、纠形，使图像恢复到真实场景。图像处理模块5输出的图像数据量比较大，传输时会不流畅、不完整，这时就需要编码模块10将图像处理模块输出的图像数据进行压缩打包，并通过输出模块13输出，同时压缩后的数据可以存储在摄像机壳体内的存储设备12上。另外，编码模块上附有音频输入接口 8和麦克风7，可以同步录入摄像机所在区域的背景声音，这些声音信号是模拟信号，需要用安装在壳体内的模数转换器9将其转换为数字信号，同样，转换后的图像数据也需要经过编码模块10的压缩打包后通过输出模块13输出并存储在存储设备12上。在外接电源断电时，电源模块14开始工作。当摄像机拍摄区域的光线变暗时，如在晚上或断电情况下，设置在鱼眼镜头21附近的红外灯20开始工作，从而使摄像机能够持续不间断工作。以上详细描述了本实用新型的优选实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中 技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
权利要求1.全数字全景摄像机，其特征在于其包括摄像机壳体(2)、图像采集电路板(I)和图像加工电路板(6)； 所述图像采集电路板(I)包括唯一的一个鱼眼镜头(21)、光电传感器(22)和图像处理模块(5)，且所述图像加工电路板(6)包括图像编码模块(10)、中央控制器(11)和输出模块(13)； 所述图像处理模块(5)包括分割单元(18)和矫正单元(4)，其中，所述分割单元(18)按全景图像的区域位置进行分割，且所述矫正单元(4)对具有曲角效应的全景图像进行矫正。
2.根据权利要求I所述的全数字全景摄像机，其特征在于所述分割单元包括存储分割算法的存储器(16)和运算器(17)。
3.根据权利要求I或2所述的全数字全景摄像机，其特征在于所述鱼眼镜头的水平视场角大于170°，优选大于180°，更为优选地为185°。
4.根据权利要求I至3中任一权利要求所述的全数字全景摄像机，其特征在于所述摄像机壳体内包括红外灯(20)和亮度传感器(19)，红外灯(20)设置在鱼眼镜头附近，亮度传感器(19)和红外灯(20)连接以控制红外灯的接通。
5.根据权利要求I至4中任一权利要求所述的全数字全景摄像机，其特征在于所述图像采集电路板(I)和所述图像加工电路板(6)之间通过第一视频数据传输接口(15)进行物理连接。
6.根据权利要求I至5中任一权利要求所述的全数字全景摄像机，其特征在于所述图像处理模块(5)和所述光电传感器(22)之间通过第二视频数据传输接口(3)进行物理连接。
7.根据权利要求5所述的全数字全景摄像机，其特征在于所述第一视频数据传输接口(15)的针数大于15针，优选地为20针。
8.根据权利要求6所述的全数字全景摄像机，其特征在于所述第二视频数据传输接口⑶的针数大于15针，优选地为20针。
9.根据权利要求I至8中任一权利要求所述的全数字全景摄像机，其特征在于所述摄像机壳体内安装有存储设备(12)，存储设备(12)与图像编码模块(10)连接，用于存储经编码模块处理过的数据。
10.根据权利要求I至9中任一权利要求所述的全数字全景摄像机，其特征在于所述图像编码模块连接有麦克风(7)，所述摄像机壳体内设有模数转换器(9)，模数转换器(9)与麦克风(7)连接，用于将麦克风获得的声音模拟信号转换成数字信号并传给编码模块(10)。
11.根据权利要求10所述的全数字全景摄像机，其特征在于所述图像编码模块连接有音频输入接口(8)，用于获取声音数据，并传给所述模数转换器(9)。
12.根据权利要求I至11中任一权利要求所述的全数字全景摄像机，其特征在于所述鱼眼镜头(21)的视角和方向是可以调节的。
13.根据权利要求I至12中任一权利要求所述的全数字全景摄像机，其特征在于所述摄像机壳体内包含电源模块(14)。
14.根据权利要求I至13中任一利要求所述的全数字全景摄像机，其特征在于所述摄像机 壳体是全金属。
专利摘要本实用新型公开了全数字全景摄像机，包括摄像机壳体、唯一的一个鱼眼镜头、光电传感器、图像处理模块、图像编码模块和输出模块，图像处理模块包括分割单元和矫正单元，分割单元根据需要按全景图像的区域位置进行分割，矫正单元对变形的全景图像进行矫正。由于采用了鱼眼镜头，使得监控范围广、无死角，同时可在指定范围内代替多台摄像机。而且，图像处理模块可以对图像进行分割，从而便于查看不同角度和方向，适合用于轨道交通行业。本全数字全景摄像机监控范围广、可靠性高、布线简单且不受高压电磁干扰。
文档编号H04N5/225GK202818442SQ201220238009
公开日2013年3月20日 申请日期2012年5月25日 优先权日2012年5月25日
发明者张海峰, 周鹏, 肖涛 申请人:常州泰勒维克今创电子有限公司