一種具有全景和特寫功能的智能車載攝像機的製作方法
2023-08-07 16:24:21 1
本發明涉及安防監控領域，尤其涉及一種具有全景和特寫功能的智能車載攝像機。
背景技術：
當今社會，由於經濟的發展和城鎮化建設的加快，公交、長途客運、校車、計程車等成為大眾出行的主要交通工具，出行問題成為社會越來越關注的問題，但是由於交通擁堵、超載、疲勞駕駛等問題造成的交通事故頻發，我國每年死於交通事故的人數多達10萬。為了改善交通壓力、降低交通事故發生率，政府除了構建新型的出行方式以外(比如地鐵)，同時也在推動智能交通監控系統建設。同時隨著社會形勢變得複雜，警察對於城市治安管理面臨的考驗越來越嚴峻，為了進一步維護社會穩定，公安系統需要不斷提升執法能力，對智能車載監控系統的需求越來越迫切。而車載監控終端做為智能監控系統的核心，對它的要求越來越嚴格。
隨著行車記錄儀、GPS車載終端、車載娛樂系統等原有車載產品形態演進，人們已不滿足只有車輛行車信息採集、定位數據採集、圖片抓拍等功能，還需要實時記錄視頻圖像，便於事後還原現場情況，能夠實時在監控中心遠程獲取前端車輛車內外視頻畫面，便於對行駛中的車輛、人員進行可視化監管，需要實現車輛各種運行信號精確採集，便於對駕駛行為、滿載情況、運營報表等提供可靠的數據來源。
隨著科學技術的進步，現有的車載終端攝像機能滿足基本的監控需求，機芯採集到的視頻畫面經過圖像處理模塊傳輸到監控屏幕上實現監控。但是現有的車載終端一般只有一個攝像頭採集視頻圖像，只能通過配套的控制鍵盤控制車載雲臺的運動來監控各個方向的畫面，一個車載終端攝像機不能看到全景畫面，需要多個車載終端攝像機同時採集視頻圖像，再經過另外的圖像處理模塊才能拼接到一起實現全景畫面，這樣使整個系統複雜、成本高、操作不便。
技術實現要素：
本發明的目的在於針對現有技術的不足，提供一種具有全景和特寫功能的智能車載攝像機，利用車載終端上部的高清一體化機芯採集到的圖像實現某一個方向的特寫功能，利用底部的四個廣角鏡頭採集到的圖像拼接在一起實現全景功能。
為實現上述目的，本發明採用的技術方案是：一種具有全景和特寫功能的智能車載攝像機，包括前罩、後罩、內支架、外殼和底座；所述前罩和後罩裝配在一起後，一側通過滑動軸承固定在內支架上，另一側通過蝸輪蝸杆減速機的蝸輪固定在內支架上，蝸輪蝸杆減速機框體固定在前罩和後罩內，由於蝸輪固定，蝸輪蝸杆減速機的動力傳到蝸杆上，經過蝸輪蝸杆嚙合傳動，反過來驅動蝸輪蝸杆減速機框體、蝸杆、前罩和後罩做上下-20°～90°旋轉運動；所述外殼固定在內支架上，內支架通過轉軸和軸承裝配在底座上，內支架可繞轉軸水平360°旋轉，底座間隔90°裝有四個廣角鏡頭；所述前罩裝配高清機芯，通過高清機芯的旋轉實現某一方向視頻畫面的特寫。
進一步地，所述前罩還裝配紅外雷射燈，增添輔助夜視功能，白天夜晚模式可自由切換。
進一步地，任意一個廣角鏡頭的視角大於90°，四個廣角鏡頭採集的視頻圖像經過圖像處理模塊拼接成全景視頻從而實現全景功能，其全景拼接方法如下：
(1)對廣角鏡頭獲取的每一幀視頻圖像進行畸變校正，校正方法如下：使用公式
作為校正模型表達式，其中向量P代表校正圖像平面坐標系上的一個像素點，向量x代表對應畸變圖像平面坐標系上的一個像素點，||x||代表畸變圖像上的點x到平面坐標系中心的距離，γ代表校正係數。
假設點P(u,v)是畸變圖像平面上一點，P′(u′,′)是校正圖像平面中對應的一點，使用後向校正方法利用校正模型表達式可得到校正前後像素點的關係表達式：
其中我們把點(u0,v0)定義為畸變圖像平面坐標系上的一個基準點，校正後變成了點(u′0,v′0)，γ代表校正係數，dx、dy為像素尺寸因子；
(2)把校正後的視頻圖像投影到圓柱面上；
(3)利用改進的ORB算法對待拼接視頻圖像進行圖像配準，具體步驟為：
(3.1)利用積分圖像和盒子濾波器建立圖像金字塔即構建尺度空間，再利用Hession矩陣行列式定位特徵點，同時利用像素點的質心方向作為特徵點的方向，然後利用rBRIEF算法對特徵點進行描述得到具有尺度不變和旋轉不變性的特徵點；
(3.2)對圖像中的某個特徵點找到待匹配圖像中歐式距離最近距離匹配點和鄰近距離匹配點，若最近距離比上鄰近距離的比值小於設定閾值，則表示這個最近距離點是一個匹配點；利用雙向匹配方法對特徵點進行提純，剔除無匹配點。
(3.3)對經過步驟(3.2)留下的最佳匹配點用PROSAC算法求出單應矩陣其中a0、a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7這8個參數分別表示圖像的8個自由度，可以表示圖像的平移、縮放和旋轉運動；再對視頻圖像進行透視變化，把四個鏡頭的視頻畫面變換到同一個平面；
(4)使用拉普拉斯金字塔算法進行圖像融合，得到柱面全景視頻。
進一步地，高清機芯和廣角鏡頭採集的圖像能夠同時在顯示器上顯示，既能看到某一方向視頻畫面的特寫，又能看到360°全景畫面，且能實現自由切換。
本發明的有益效果是：本發明的具有全景和特寫功能的智能車載攝像機，利用車載終端上部的高清機芯採集到的視頻圖像實現某一個方向的特寫功能，車載攝像機的上下旋轉通過蝸輪蝸杆減速機驅動，運轉平穩、噪音小且能實現自鎖，避免在震動環境下攝像機的上下擺動；同時利用底部的四個廣角鏡頭採集到的視頻圖像經過全景拼接方法得到全景視頻實現全景功能，得到的全景視頻實時性和視覺效果好；本發明經過一個裝置就可提供全景和特寫畫面，兼顧全景和細節，具有結構緊湊、功能齊全、易於攜帶、操作簡單的特點，可廣泛應用於智能監控系統和安防領域。
附圖說明
圖1是智能車載攝像機軸測圖。
圖2是智能車載攝像機剖視圖。
圖3(a)是前罩一個角度結構圖。
圖3(b)是前罩另一個角度結構圖。
圖4(a)是後罩一個角度結構圖。
圖4(b)是後罩另一個角度結構圖。
圖5(a)是外殼一個角度結構圖。
圖5(b)是外殼另一個角度結構圖。
圖6是內支架結構圖。
圖7是底座結構圖。
圖8是全景和特寫視頻畫面實現系統示意圖。
圖中：1、後罩，2、前罩，3、內支架，4、外殼，5、底座，6、紅外雷射燈，7、機芯，8、廣角鏡頭，9、轉軸，10、滑動軸承，11、蝸輪，12、蝸杆，13、蝸輪蝸杆減速機框體，14、導電滑環。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明。
如圖1-8所示，本發明提供的一種具有全景和特寫功能的智能車載攝像機，包括前罩2、後罩1、內支架3、外殼4和底座5；所述前罩2和後罩1裝配在一起後，一側通過滑動軸承10固定在內支架3上，另一側通過蝸輪蝸杆減速機的蝸輪11固定在內支架3上，蝸輪蝸杆減速機框體13固定在前罩2和後罩1內，由於蝸輪11固定，蝸輪蝸杆減速機的動力傳到蝸杆12上，經過蝸輪蝸杆嚙合傳動，反過來驅動蝸輪蝸杆減速機框體13、蝸杆12、前罩2和後罩1做上下-20°～90°旋轉運動；所述外殼4固定在內支架3上，內支架3通過轉軸9和軸承裝配在底座5上，內支架3可繞轉軸9水平360°旋轉，底座5間隔90°裝有四個廣角鏡頭8；所述前罩2裝配高清機芯7，通過高清機芯7的旋轉實現某一方向視頻畫面的特寫。
進一步地，所述前罩2還裝配紅外雷射燈6，增添輔助夜視功能，白天夜晚模式可自由切換。
進一步地，任意一個廣角鏡頭8的視角大於90°，四個廣角鏡頭8採集的視頻圖像經過圖像處理模塊拼接成全景視頻從而實現全景功能，其全景拼接方法如下：
(1)對廣角鏡頭獲取的每一幀視頻圖像進行畸變校正，校正方法如下：使用公式
作為校正模型表達式，其中向量P代表校正圖像平面坐標系上的一個像素點，向量x代表對應畸變圖像平面坐標系上的一個像素點，||x||代表畸變圖像上的點x到平面坐標系中心的距離，γ代表校正係數。
假設點P(u,v)是畸變圖像平面上一點，P′(u′,v′)是校正圖像平面中對應的一點，使用後向校正方法利用校正模型表達式可得到校正前後像素點的關係表達式：
其中我們把點(u0,v0)定義為畸變圖像平面坐標系上的一個基準點，校正後變成了點(u′0,v′0)，γ代表校正係數，dx、dy為像素尺寸因子；
(2)把校正後的視頻圖像投影到圓柱面上；
(3)利用改進的ORB算法對待拼接視頻圖像進行圖像配準，具體步驟為：
(3.1)利用積分圖像和盒子濾波器建立圖像金字塔即構建尺度空間，再利用Hession矩陣行列式定位特徵點，同時利用像素點的質心方向作為特徵點的方向，然後利用rBRIEF算法對特徵點進行描述得到具有尺度不變和旋轉不變性的特徵點；
(3.2)對圖像中的某個特徵點找到待匹配圖像中歐式距離最近距離匹配點和鄰近距離匹配點，若最近距離比上鄰近距離的比值小於設定閾值，則表示這個最近距離點是一個匹配點；利用雙向匹配方法對特徵點進行提純，剔除無匹配點。
(3.3)對經過步驟(3.2)留下的最佳匹配點用PROSAC算法求出單應矩陣其中a0、a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7這8個參數分別表示圖像的8個自由度，可以表示圖像的平移、縮放和旋轉運動；再對視頻圖像進行透視變化，把四個鏡頭的視頻畫面變換到同一個平面；
(4)使用拉普拉斯金字塔算法進行圖像融合，得到柱面全景視頻。
進一步地，高清機芯7和廣角鏡頭8採集的圖像能夠同時在顯示器上顯示，既能看到某一方向視頻畫面的特寫，又能看到360°全景畫面，且能實現自由切換。
圖8是全景和特寫視頻畫面實現系統示意圖，上部的雲臺控制模塊控制高清機芯上下左右旋轉實現對某一個方向視頻畫面的採集，然後經過導電滑環14傳到下部的圖像處理模塊，下部間隔90°的四個廣角鏡頭8分別採集一個方向的視頻畫面，然後傳輸到圖像處理模塊拼接成一個全景畫面，控制電路模塊和圖像處理模塊集成到一起，分別實現系統的控制和視頻圖像畫面的處理，經過底座5上的航空頭接口傳輸到顯示系統，顯示系統可同時顯示全景畫面和對某一方向的特寫畫面。
上述具體實施方式用來解釋說明本發明，而不是對本發明進行限制，在本發明的精神和權利要求的保護範圍內，對本發明作出的任何修改和改變，都落入本發明的保護範圍。