基于以太网同步的阵列相机的制作方法

本实用新型实施例涉及拍摄技术领域，尤其涉及一种基于以太网同步的阵列相机。

背景技术：

在某些特殊应用场景下，比如高空超大范围监控和大型体育赛事直播等场景下，当前主流的4K高清相机无论是分辨率、视角或者距离都无法满足拍摄需求。另外，在安防行业的场景下，如果使用传统的高清摄像机来做人脸识别，有效距离仅为5米，当前主流的4K高清相机的有效距离是10米左右。但是通常情况下，5米的有效距离仅占安防场景的10％，而在典型的安防场景下需要识别100米，也就是说摄像机需要覆盖到100米才能够满足安防需求。相关技术采用阵列相机为提升相机的分辨率来增加有效识别距离，通过各子相机同步采集图像获取满足要求的图像。

但是，相关技术中采用连接硬件信号线的方式实现同步采集，而在阵列相机中连接硬件信号线必然增加硬件连线复杂度，造成阵列相机的结构复杂。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本实用新型实施例中提供一种基于以太网同步的阵列相机，能够在不增加硬连线复杂度的情况下实现子相机的同步采集。

本实用新型实施中提供一种基于以太网同步的阵列相机，所述阵列相机包括：多个子相机、以太网交换机和图像处理器；其中，

所述阵列相机中各子相机之间按照预设间距呈阵列式排列，所述子相机与所述以太网交换机之间通过以太网连接，所述阵列相机中各子相机之间通过以太网实现同步；所述以太网交换机与所述图像处理器之间通过所述以太网连接；

所述以太网交换机，用于通过所述以太网汇聚所述阵列相机中各子相机同步采集到的各局部图像，并将各局部图像传输到所述图像处理器；

所述图像处理器，用于对各局部图像进行拼接处理，得到拼接图像。

可选的，所述子相机包括：

摄像头，用于通过所述以太网同步采集与所述摄像头的位置和视角相对应的局部图像；

前处理单元，与所述摄像头连接，用于对所述摄像头采集的局部图像进行预处理，并通过所述以太网将所述摄像头采集到的局部图像同步传输至所述以太网交换机；所述预处理包括去噪、白平衡和图像增强中的至少一项。

可选的，所述前处理单元为高性能CPU、FPGA、DSP或者GPU。

可选的，所述子相机与所述以太网交换机之间的以太网和所述以太网交换机与所述图像处理器之间的以太网均采用IEEE 1588协议。

可选的，所述以太网交换机具体用于：通过所述以太网汇聚所述阵列相机中各子相机同步采集到的各局部图像，并将汇聚后的各局部图像通过高速以太网接口传输到所述图像处理器。

可选的，所述图像处理器包含高性能CPU、FPGA、DSP和GPU中的一个或多个的组合。

可选的，所述阵列式排列包括：球形排列和矩阵形排列。

本实用新型实施例中提供了一种基于以太网同步的阵列相机，所述阵列相机包括：多个子相机、以太网交换机和图像处理器；其中，所述阵列相机中各子相机之间按照预设间距呈阵列式排列，所述子相机与所述以太网交换机之间通过以太网连接，所述阵列相机中各子相机之间通过以太网实现同步；所述以太网交换机与所述图像处理器之间通过所述以太网连接；所述以太网交换机用于通过所述以太网汇聚所述阵列相机中各子相机同步采集到的各局部图像，并将各局部图像传输到所述图像处理器；所述图像处理器用于对各局部图像进行拼接处理，得到拼接图像。本实用新型实施例能够在不增加硬连线复杂度情况下实现子相机的同步采集，并通过图像处理器对各个子相机同步采集的局部图像进行拼接处理得到一个视角范围广的拼接图片。

附图说明

图1是本实用新型实施例中提供的一种基于以太网同步的阵列相机的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

图1是本实用新型实施例中提供的一种基于以太网同步的阵列相机的结构示意图。本实用新型实施例中的基于以太网同步的阵列相机可以应用在一些特殊应用场合，比如高空超大范围监控、大型体育赛事直播以及安防场景下。

如图1所示，本实用新型实施中提供的基于以太网同步的阵列相机10可以包括：多个子相机110、以太网交换机120和图像处理器130。其中，

阵列相机10中各子相机110之间可以按照预设间距呈阵列式排列，子相机110与以太网交换机120之间通过以太网连接。阵列相机10中各子相机110之间通过以太网实现同步。以太网交换机120与图像处理器130之间通过以太网连接。

以太网交换机120可以用于通过以太网汇聚阵列相机10中各子相机110同步采集到的各局部图像，并将各局部图像传输到图像处理器130。

图像处理器130可以用于对各局部图像进行拼接处理，得到拼接图像。

具体地，参见图1，阵列相机10中可以包含多个子相机，比如50个、100个、1000个，甚至更多。在本实施例中以阵列相机中包括7个子相机进行说明，阵列相机10中各相机110之间可以按着预设间距通过阵列设置的方式进行排列，阵列相机10中任一子相机110可以在子相机110所位于的排列位置处的呈一定的视角进行设置，从而使得阵列相机10中的各子相机110能够提供不同位置和不同视角的成像通道。每一个子相机110均可以采集在子相机所在位置和所在视角下对应的局部图像，换言之，各子相机110可以从不同的位置和不同的视角拍摄图像得到局部图像。

可选的，阵列相机10中各子相机110之间的阵列式排列方式可以为球形排列方式或矩阵形排列方式。通过球形排列方式可以将阵列相机10中的各个子相机110以球形方式进行分布设置，以使的各子相机110在球形表面呈现不同的位置和不同的视角。通过矩阵形排列方式可以将阵列相机10中的各个子相机110在平面上以矩阵形进行分布设置，以使的各子相机110在平面矩阵表面上呈现不同的位置和不同的视角。

具体地，参见图1，阵列相机10中的每一个子相机110均可以通过以太网与以太网交换机120连接。可选的，子相机110可以包括：摄像头1101和前处理单元1102。摄像头1101可以用于通过以太网同步采集与摄像头1101的位置和视角相对应的局部图像。前处理单元1102可以与摄像头1101连接，通过前处理单元1102可以用于对摄像头1101采集的局部图像进行预处理，并在对局部图像进行预处理后，通过以太网将摄像头1101采集到的局部图像同步传输至以太网交换机120。每一个摄像头1101在采集到相应的一帧局部图像后，均可以将该一帧局部图像传输到前处理单元1102中进行预处理，以便后续根据预处理的局部图像进行后续的拼接处理。该预处理可以包括去噪、白平衡和图像增强等处理方式中的至少一项。可选的，该摄像头可以采用高清数码摄像头。可选的，前处理单元1102可以为可编程门阵列FPGA、数字信号处理器DSP或者图形处理器GPU。通过使用FPGA、DSP或者GPU等进行编程实现对摄像头1101采集的局部图像的预处理。

具体地，参见图1，子相机110与以太网交换机120之间的以太网和以太网交换机120与图像处理器130之间的以太网均采用IEEE 1588协议。阵列相机10中各子相机110可以通过同步以太网与以太网交换机120连接，该同步以太网可以采用IEEE 1588时钟同步协议来实现以太网中各个传输子相机110采集的局部图像的以太网单元之间的时钟同步，从而实现阵列相机10中各子相机110之间的同步。由于同步以太网可以实现阵列相机中各个子相机110的同步，进而使得各子相机110同步采集各个局部图像，并通过同步以太网中以太网单元将子相机110同步采集的各个局部图像传输以太网交换机120的各个以太网交换机接口。采用同步以太网连接以太网交换机120和阵列相机10中各个子相机110的好处在于：同步以太网采用IEEE 1588等时钟同步协议来实现各个以太网单元之间的时钟同步，可以直接利用传递局部图像的以太网接口，无需额外增加硬件连线，降低了硬件复杂度。并且，基于IEEE 1588等时钟同步协议的同步以太网可以达到亚微秒级的同步精度，可以满足阵列相机绝大部分的应用场景需求。

具体地，参见图1，以太网交换机120通过同步以太网与阵列相机中的各个子相机110连接，以太网交换机120可以接入阵列相机10中各子相机110通过同步以太网输出的各个局部图像。以太网交换机120可以通过以太网交换机120与个子相机110之间的同步以太网汇聚阵列相机10中各子相机同步采集到的各局部图像，并通过同步以太网传输至图像处理器130。具体可以为：以太网交换机120通过同步以太网汇聚阵列相机10中各子相机110同步采集到的各局部图像，并将汇聚后的各局部图像通过以太网交换机120中的高速以太网接口传输到图像处理器130。

具体地，参见图1，阵列相机就是利用许多小镜头去模拟一个大镜头，它其中的原理与昆虫的视觉器官复眼和阵列式天文望远镜较为相似，通过多个镜头进行复合达到更佳的效果。由于阵列相机10中各相机110是按照预设间距呈阵列式排列，使得每一个子相机110能够提供不同位置和不同视角的成像通道。相应的，由于各子相机位于不同位置和不同视角具有不同的成像通道，从而使得采集的局部图像之间可以具有横向位移和纵向位移，各个局部图像中均含有相异的信息。阵列相机10中每一个子相机110均可以提供各子相机在各自位置和各自视角上的局部图像，各个局部图像中之间的包含的关键信息也有所不同。图像处理器130在获取各个子相机110传输的各个局部图像之后，可以利用各个局部图像之间的差异信息对各个局部图像进行重新拼接。所谓的图像拼接实际上就是在同一坐标中将所获取的各个含有一定范围重叠区域的局部图像进行重新的组合，以便将各个含有相互重叠区域的视野范围较小的局部图像拼接合成一幅我们想要的视野范围较大的拼接图像。可选的，图像处理器130可以包含高性能计算机、高性能CPU(包括但不限于STM32、ARM)、FPGA和GPU中的一个或多个的组合。比如，将后端的核心视频计算机作为图像处理器130，通过后端的核心视频计算机将各子相机在同一时间点采集的各个局部图像进行拼接处理，得到一个在视角、分辨率和距离均满足要求的拼接图像。其中，图像处理器140在对各子相机采集的各局部图像进行拼接处理时采用了现有的图像拼接技术，这里不再具体限定。该后端核心视频计算机可以为FPGA+ARM的后端核心视频计算机平台。后端核心视频计算机可以对各个子相机的局部图像极性拼接和对拼接图像进行压缩显示。其中，后端核心视频计算机为以ARM为核心处理器，FPGA为协处理器的数据处理平台，通过FPGA部分实现图像拼接，通过ARM部分实现图像压缩显示。

本实用新型的技术方案的优点在于：采用了不同于硬连线的阵列相机同步方案，通过同步以太网连接阵列相机中子相机与以太网交换机，即同步以太网来实现各子相机之间的同步，无需额外增加硬件连线控制各子相机的同步，可以降低硬件连线的复杂度，对许多硬件连线同步难以实施的场景，提供了一种新的可同步阵列相机的实现方案。本实用新型对于距离较远的分布式相机同样适用。

本实用新型实施例中提供了一种基于以太网同步的阵列相机，阵列相机包括：多个子相机、以太网交换机和图像处理器；阵列相机中各子相机之间按照预设间距呈阵列式排列，子相机与以太网交换机之间通过以太网连接，阵列相机中各子相机之间通过以太网实现同步，以太网交换机与图像处理器之间通过以太网连接，以太网交换机用于通过以太网汇聚阵列相机中各子相机同步采集到的各局部图像，并将各局部图像传输到图像处理器；图像处理器用于对各局部图像进行拼接处理，得到拼接图像。本实用新型实施例的技术方案能够在不增加硬连线复杂度情况下实现子相机的同步采集，并通过图像处理器对各个子相机同步采集的局部图像进行拼接处理得到一个视角范围广的拼接图片。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。