利用单摄像机实时生成半球全景视频图像的方法及系统技术方案

本发明专利技术适用于图像处理技术领域，提供了一种利用单摄像机实时生成半球全景视频图像的方法及系统。本发明专利技术利用现使用的普通单摄像机，在水平360度、俯仰90度范围旋转的云台上，随云台的旋转进行连续的视频采集，将连续采集的多帧图像，经计算机实时合成半球全景视频图像，计算、拼接和成像速度快，设备简单，成本低，可广泛应用于车站候车厅和机场候机厅等大场面场景视频监控及交通监控、全景安防监控等使用。

【技术实现步骤摘要】
利用单摄像机实时生成半球全景视频图像的方法及系统
本专利技术属于图像处理
，尤其涉及一种利用单摄像机实时生成半球全景视频图像的方法及系统。
技术介绍
实时生成半球全景视频图像对于在安防监控系统中的应用有着非常重要的意义， 同时也可用于其它使用，现有技术中，生成半球全景视频图像的方法有1992年,美国Alabama大学使用全景环形透镜PAL,利用它的平面圆柱透镜现象提出了半球成像和跟踪系统，实现实时的接近半球视场范围(160° )内寻的制导和跟踪的全新方案。2001年中国科学院计算所实现了一个基于固定视点的球面全景图室内漫游系统， 该系统能够将水平方向的图像投影到球面上，并实现漫游功能。该系统只是针对静态图像， 并且没有完整的实现整个半球模型。2005年浙江大学CAD&CG国家重点实验室开发了一套桌面型虚拟建筑环境实时漫游系统，该系统读取多幅静态图像，然后进行水平拼接和垂直拼图两种操作，生成全景图， 并实现漫游功能。该系统是针对静态图像，实时性不强，并且能够覆盖的视角有限。“中国安防”年2006年12月出版的第3期中，文中介绍其“全景视频监控” 是指只用一个摄像头不用机械移动部件，也不用图像拼接，能够捕捉涵盖整个半球 (180° X 360° )，单文中并未给出具体的实现方法。综上所述，现有技术中，利用单个普通摄像机实时生成整个半球全景视频图像的方法处于空白。
技术实现思路
本专利技术所要解决的第一个技术问题在于提供一种利用单摄像机实时生成半球全景视频图像的方法，旨在实现利用单个普通摄像机实时生成整个半球全景视频图像。本专利技术是这样实现的，一种利用单摄像机实时生成半球全景视频图像的方法，包括下述步骤步骤A，在半球面上选定一条经线作为0°经线，沿0°经线方向在俯仰90度的范围内设置若干个预置点，相邻预置点之间纬度差基本一致；步骤B，在各个预置点处，将摄像机光轴的俯仰角方向调整为预置点所在的纬线的纬度方向，从预置点开始绕垂直轴在水平360度的范围内旋转摄像机，并在旋转过程中每隔一定时间间隔采集图像，将即时采集的每帧视频图像预处理；步骤C，将预处理后的与同一个预置点纬度相同的视频图像拼接为一沿水平方向设置的条带全景；各个预置点的条带全景沿竖直方向排列；步骤D，对各条带全景中嵌入的每帧视频图像，对其与左、右帧视频图像的重叠区域进行光线一致性调整；步骤E，将各条带全景进行0°经度对齐后拼接为一半球展开图像；步骤F，将所述半球展开图像正投影成圆盘显示；步骤G，将所述半球展开图像正侧投影成半球显示。本专利技术所要解决的第二个技术问题在于提供一种利用单摄像机实时生成半球全景视频图像的系统，包括一摄像机，其放置在一个俯仰90度、水平360度的范围内旋转的云台上；云台控制单元，用于控制云台将摄像机光轴的俯仰角方向调整为预置点所在的纬线的纬度方向，带动所述摄像机从预置点开始绕垂直轴在水平360度的范围内旋转；所述各个预置点沿半球面上选定的一条0°经线方向设置，且相邻预置点之间纬度差基本一图像采集单元，用于在所述摄像机旋转过程中每隔一定时间间隔采集图像，并将即时采集的每帧视频图像预处理；条带全景拼接单元，用于将预处理后的与同一个预置点相对应的视频图像拼接为一沿水平方向设置的条带全景，并针对各条带全景中嵌入的每帧视频图像，对其与左、右帧视频图像的重叠区域进行光线一致性调整；各个预置点的条带全景沿竖直方向排列；半球展开图像拼接单元，用于将所述条带全景拼接单元拼接成的各条带全景进行 0°经度对齐后进一步拼接为一半球展开图像；半球全景视频图像生成单元，用于将所述半球展开图像正投影成圆盘显示、正侧投影成半球显示。本专利技术中，半球全景视频图像由多幅水平方向和垂直方向的图像拼接融合生成， 计算、拼接和成像速度快，设备简单，成本低，可广泛应用于车站候车厅和机场候机厅等大场面场景视频监控及交通监控、全景安防监控等使用。附图说明图1是本专利技术实施例提供的利用单摄像机实时生成半球全景视频图像方法的实现流程图2是本专利技术实施例提供的图像球面变换示意图3是本专利技术实施例提供的条带全景向球面投影示意图4是本专利技术实施例提供的半球展开图像示意图5是本专利技术实施例提供的半球展开图像条带融合示意图6是本专利技术实施例提供的半球展开图像正侧投影行坐标示意图7是本专利技术实施例提供的半球展开图像正侧投影列坐标示意图8是本专利技术实施例提供的利用单摄像机实时生成半球全景视频图像的方法原理图9是本专利技术实施例提供的利用单摄像机实时生成半球全景视频图像的系统结构原理图10是图9的控制原理图11是本专利技术实施例提供的条带全景拼接单元的结构原理图12是本专利技术实施例提供的半球展开图像拼接单元的结构原理图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术利用现使用的普通单摄像机，在水平360°、俯仰90°范围旋转的云台上， 随云台的旋转进行连续的视频采集，将连续采集的多帧图像，经计算机实时合成半球全景视频图像。半球全景视频图像由多幅水平方向和垂直方向的图像拼接融合生成，本专利技术实施例中垂直方向上有9幅图像条带，水平方向每个条带上有161. I幅图像。本专利技术首先选定一条经线作为0°经线，沿0°经线设置9个预置点，对各个条带，以预置点为起点，沿同一纬度圆在水平旋转过程中采集图像，将采集的图像预处理后嵌入条带。预置点处于0°纬度的条带全景为第I个条带，垂直向上，与9个预置点相对应的条带全景编号依次为1，2，. . .，9。 根据各个条带半径计算出各个条带全景在半球展开图像中的位置，将条带全景进行O经度对齐后嵌入半球展开图像，对相邻条带全景重叠区域进行光线一致性调整。将半球展开图像正投影成圆盘显示，正侧投影成半球显示。图I示出了本专利技术提供的利用单摄像机实时生成半球全景视频图像方法的实现流程，详述如下步骤A，在半球面上选定一条经线作为0°经线，沿0°经线方向在俯仰90度的范围内设置若干个预置点，相邻预置点之间纬度差基本一致。步骤B，在各个预置点上，将摄像机光轴的俯仰角方向调整为预置点所在的纬线的纬度方向，从预置点开始绕垂直轴在水平360度的范围内旋转摄像机，并在旋转过程中每隔一定时间间隔采集图像，将即时采集的每帧视频图像预处理。预处理包括视频奇偶场景锯齿消减，删除每帧视频图像中变形较大的视频图像左、右边界垂直条带，保留变形较小的视频图像中间垂直条带。视频奇偶场锯齿消减的具体方案和目的是对于逐行扫描的摄像机可以省略这一步骤；对于隔行扫描的摄像机，只取每一帧视频图像的奇数场，对奇数场的每一行，计算每一个奇数列像素与后续相邻偶数列像素的平均值，然后将偶数列像素丢弃。该步骤的目的是为了消除某些摄像机由于运动带来的图像奇偶场锯齿偏移。保留变形较小的视频图像中间垂直条带的标准是，一般摄像机会在边界处有一些非成像的黑条带，并在四周边界处变形较大。根据摄像机质量的差异，剪切掉视频图像每帧左右各10至30个像素宽度的垂直条带。步骤C，将预处理后的与同一个预置点相对应的纬度圆上的视频图像拼接为一沿水平方向设置的条带全景；各个预置点的条带全景沿竖直方向排列。在预置点所在的同一纬度圆的水平方向本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用单摄像机实时生成半球全景视频图像的方法，其特征在于，包括下述步骤：步骤A，在半球面上选定一条经线作为0°经线，沿0°经线方向在俯仰90度的范围内设置若干个预置点，相邻预置点之间纬度差基本一致；步骤B，在各个预置点处，将摄像机光轴的俯仰角方向调整为预置点所在的纬线的纬度方向，从预置点开始绕垂直轴在水平360度的范围内旋转摄像机，并在旋转过程中每隔一定时间间隔采集图像，将即时采集的每帧视频图像预处理；步骤C，将预处理后的与同一个预置点纬度相同的视频图像拼接为一沿水平方向设置的条带全景；各个预置点的条带全景沿竖直方向排列；步骤D，对各条带全景中嵌入的每帧视频图像，对其与左、右帧视频图像的重叠区域进行光线一致性调整；步骤E，将各条带全景进行0°经度对齐后拼接为一半球展开图像；步骤F，将所述半球展开图像正投影成圆盘显示；步骤G，将所述半球展开图像正侧投影成半球显示。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：裴继红，谢维信，杨烜，杨焰，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：