具有分布式圖像採集單元的超高清攝像機的製作方法
2023-08-04 05:36:26
專利名稱：具有分布式圖像採集單元的超高清攝像機的製作方法
技術領域：
本發明涉及視頻圖像處理技術領域，尤其涉及一種具有分布式圖像採集單元的超聞清攝像機。
背景技術：
隨著安防視頻監控行業的發展，網絡化、高畫質化成為這個行業的發展趨勢。在現有技術條件下，要實現重點監控區域的連片高清網絡監控，例如一條城市主幹道路的連片監控，一般採用布置多個高清網絡攝像機的方式，例如相隔30到50米設置一臺高清網絡攝像機，每臺高清網絡攝像機傳輸到監控中心的視頻是相互獨立的，其監控區域即使依次重疊，也不能投射形成一幅完整的視頻圖像。目前有採用通過中心端伺服器將前端多臺網絡攝像機採集的依次交疊的實時視頻進行後端合成處理後形成完整全景圖像的實現方式，但因為不同的網絡攝像機採集視頻圖像通過網絡傳輸後存在時延不等，容易產生合成圖像因待拼接圖像時間不匹配導致的運動物體錯位、重疊等問題。
發明內容
本發明的目的就在於克服現有技術存在缺點和不足，提供了一種具有分布式圖像採集單元的超高清攝像機，即提供一種可分布部署多個圖像採集單元，並將多個圖像採集單元採集的圖像合成處理並輸出一幅完整的超高清視頻圖像的超高清攝像機。本發明的技術方案為:
一、具有分布式圖像採集單元的超高清攝像機(簡稱攝像機)
本攝像機由前後連接的圖像採集單元組和圖像處理單元組成；
圖像採集單元組包括第1、2……N圖像採集單元，2 < NS 64 ；
圖像採集單元包括依次連接的鏡頭、圖像傳感器、採集控制模塊和信號傳輸模塊；圖像處理單元由前後連接的信號接收模塊組和數位訊號處理模塊組成，信號接收模塊組包括第1、2……N信號接收模塊，2 < NS 64。二、具有分布式圖像採集單元的超高清攝像方法(簡稱攝像方法)
本攝像方法包括下列步驟:
①N個圖像採集單元分別採集原始視頻圖像；
②圖像處理單元接收N個圖像採集單元採集的原始視頻圖像；
③圖像處理單元對N個圖像採集單元採集的原始視頻圖像進行圖像特徵點提取；
④圖像處理單元對第I個圖像採集單元採集的原始視頻圖像和第2個圖像採集單元採集的原始視頻圖像進行圖像特徵點配準，如果特徵點匹配度低於閾值，則刪除低於閾值的部分特徵點，得到匹配點集；
⑤圖像處理單元對第I個圖像採集單元採集的原始視頻圖像和第2個圖像採集單元採集的原始視頻圖像根據兩幅原始圖像保留的特徵點計算出兩幅圖像的投影坐標差異，並對第2幅圖像進行投影坐標校正；⑥圖像處理單元對第N個圖像採集單元採集的原始視頻圖像和第N-1個經過投影坐標校正後的圖像進行圖像特徵點配準，如果特徵點匹配度低於閾值，則刪除低於閾值的部分特徵點，得到匹配點集；
⑦圖像處理單元對第N個圖像採集單元採集的原始視頻圖像和第N-1個經過投影坐標校正後的圖像保留的特徵點計算出兩幅圖像的投影坐標差異，並對第N個圖像採集單元採集的原始視頻圖像進行投影坐標校正；
⑧圖像處理單元將全部N-1個經過投影坐標校正的圖像刪除相似特徵點部分，並與第一幅圖像採集單元採集的原始視頻圖像合併成一幅完整的超高清視頻圖像；
⑨圖像處理單元將合成後的超高清視頻圖像序列進行視頻壓縮編碼，形成一路超高清視頻圖像輸出。本發明具有以下優點和積極效果:
1、能實現普通單臺攝像機無法實現的完整的超高清全景視頻監控；
3、與採用多個網絡攝像機再通過後端平臺進行拼接合成的方案相比，由於每個圖像採集單元採集到的原始高清視頻數據直接傳輸到圖像處理單元，每個圖像採集單元採集到的圖像傳輸到圖像處理單元無時延，不存在合成圖像因待拼接圖像時間不匹配導致的運動物體錯位、重疊等問題。3、與採用多個網絡攝像機再通過後端平臺進行拼接合成的方案相比具有成本較低的優點；
適用於重點區域的連片超高清視頻監控應用。
圖1為攝像機的結構方框 圖2為圖像採集單元的結構方框 圖3為圖像處理單元的結構方框 圖4為數位訊號處理模塊的結構方框 圖5為特徵點匹配流程圖。圖中:
100—圖像採集單元組，
110、120、......1N0—H 1、2......第N圖像採集單元，2彡N彡64 ;
111 一鏡頭，112 —圖像傳感器，113採集控制模塊，114一信號傳輸模塊；
200—圖像處理單元，
210—信號接收模塊組，
211,212……21N—第1、2……第N信號接收模塊，2彡N彡64。220—數位訊號處理模塊，
221—圖像特徵點提取模塊，222—特徵點配準模塊，
223—圖像變換模塊， 224—圖像融合模塊，
225—圖像編碼壓縮模塊。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例詳細說明:
一、總體
如圖1，本攝像機由前後連接的圖像採集單元組100和圖像處理單元200組成；
圖像採集單元組100包括第1、2……N圖像採集單元1N0，2 < N < 64 ;
二、功能部件
1、圖像採集單元組100 I)第I圖像採集單元110
如圖2，第I圖像採集單元110包括依次連接的鏡頭111、圖像傳感器112、採集控制模塊113和信號傳輸模塊114。(I)鏡頭111採用安防行業通用的鏡頭。(2)圖像傳感器112為通用的高清數字圖像傳感器。(3)採集控制模塊113為與圖像傳感器112配套的圖像信號傳感器控制器。(4)信號傳輸模塊114為通用的SDI信號轉換驅動晶片。第I圖像採集單元110的工作機理:` 鏡頭111將採集的實景圖像投射在圖像傳感器112上，圖像傳感器112將實景圖像通過光電轉換形成的原始RAW格式的視頻圖像傳輸到採集控制模塊113上，採集控制模塊113一方面負責圖像傳感器112的時序產生及參數配置，另一方面負責將原始的RAW格式的視頻圖像轉換為BT.1120格式的視頻數據並傳遞給信號傳輸模塊114，信號傳輸模塊114負責對信號進行串並轉換並進行信號的預加重等處理。2)第2圖像採集單元120……N圖像採集單元INO和第I圖像採集單元110的結構、功能相同。2、圖像處理單元200
如圖3，圖像處理單元200由前後連接的信號接收模塊組210和數位訊號處理模塊220組成；
信號接收模塊組210包括第1、2……第N信號接收模塊211、212……21N，分別負責對應接收來自第1、第2……N圖像採集單元221、222……22N採集的視頻數據；
數位訊號處理模塊220負責接收N個原始視頻圖像並將其合成處理並輸出一幅完整的超聞清視頻圖像。數位訊號處理模塊220其硬體配置是:通用的高性能數位訊號處理器為核心的最小系統。如圖4，數位訊號處理模塊220其軟體是由依次交互的圖像特徵點提取模塊211、特徵點配準模塊212、圖像變換模塊213、圖像融合模塊214和圖像編碼壓縮模塊215組成。I)圖像特徵點提取模塊211負責對圖像的關鍵特徵點進行提取，提取的關鍵特徵點將作為兩幅圖像進行融合匹配的基礎信息；採用通用的SUSAN角點檢測算法提取。2)特徵點配準模塊212負責對圖像特徵點根據相對坐標信息進行比對從而得到兩幅圖像的匹配點集；採用特徵向量的距離和點之間的相似性策略對特徵點進行匹配；具體採用通用的最大相關法；在得到初步匹配點集後，將採用通用的RANSAC算法對數據進行擬合，從而去除低於匹配閾值的點，得到最優匹配點集。具體地，如圖5，特徵點配準模塊212的工作流程是: ①採用最大相關法取得初步匹配點集I;
②採用RANSAC算法進行擬合2；
③判斷匹配度是否低於閾值3，是則進入步驟④，否則從匹配點集中刪除5；
④得到最優匹配點集，流程結束。3)圖像變換模塊213負責根據配準的匹配點集將匹配圖像向參考圖像進行投影，得到校正後圖像；採用通用的坐標變換法進行。4)圖像融合模塊214負責將校正後圖像去除匹配區域圖像後並與參考圖像拼接；拼接線採用通用的加權平滑法進行處理。5)圖像編碼壓縮模塊215負責將圖像序列進行編碼壓縮；採用目前常用的H.264編碼壓縮算法。以上所述，僅是本發明的較佳實例，本發明所主張的權利範圍並不局限於此。本發明還有其他多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情況下，該領域技術人員當可根據本發明做出各種相應的改變和變形，但這些改變和變形都應屬於本發明所附的權利要求的保護範圍。
權利要求
1.一種具有分布式圖像採集單元的超高清攝像機，其特徵在於: 由前後連接的圖像採集單元組(100)和圖像處理單元(200)組成； 圖像採集單元組(100)包括第1、2……N圖像採集單元(110、120……1N0)，2彡N彡64 ;圖像採集單元包括依次連接的鏡頭(111)、圖像傳感器(112)、採集控制模塊(113)和信號傳輸模塊(114)； 圖像處理單元(200)由前後連接的信號接收模塊組(210)和數位訊號處理模塊(220)組成；信號接收模塊組(210)包括第1、2……N信號接收模塊(211、212……21N), 2 ^ N ^ 64ο
2.按權利要求1所述的具有分布式圖像採集單元的超高清攝像機的攝像方法，其特徵在於包括下列步驟: ①N個圖像採集單元分別採集原始視頻圖像； ②圖像處理單元接收N個圖像採集單元採集的原始視頻圖像； ③圖像處理單元對N個圖像採集單元採集的原始視頻圖像進行圖像特徵點提取； ④圖像處理單元對第I個圖像採集單元採集的原始視頻圖像和第2個圖像採集單元採集的原始視頻圖像進行圖像特徵點配準，如果特徵點匹配度低於閾值，則刪除低於閾值的部分特徵點，得到匹配點集； ⑤圖像處理單元對第I個圖像採集單元採集的原始視頻圖像和第2個圖像採集單元採集的原始視頻圖 像根據兩幅原始圖像保留的特徵點計算出兩幅圖像的投影坐標差異，並對第2幅圖像進行投影坐標校正； ⑥圖像處理單元對第N個圖像採集單元採集的原始視頻圖像和第N-1個經過投影坐標校正後的圖像進行圖像特徵點配準，如果特徵點匹配度低於閾值，則刪除低於閾值的部分特徵點，得到匹配點集； ⑦圖像處理單元對第N個圖像採集單元採集的原始視頻圖像和第N-1個經過投影坐標校正後的圖像保留的特徵點計算出兩幅圖像的投影坐標差異，並對第N個圖像採集單元採集的原始視頻圖像進行投影坐標校正； ⑧圖像處理單元將全部N-1個經過投影坐標校正的圖像刪除相似特徵點部分，並與第一幅圖像採集單元採集的原始視頻圖像合併成一幅完整的超高清視頻圖像； ⑨圖像處理單元將合成後的超高清視頻圖像序列進行視頻壓縮編碼，形成一路超高清視頻圖像輸出。
全文摘要
本發明公開了一種具有分布式圖像採集單元的超高清攝像機，涉及視頻圖像處理技術領域。本發明由前後連接的圖像採集單元組和圖像處理單元組成；圖像採集單元組包括第1、2……N圖像採集單元；圖像採集單元包括依次連接的鏡頭、圖像傳感器、採集控制模塊和信號傳輸模塊；圖像處理單元由前後連接的信號接收模塊組和數位訊號處理模塊組成；信號接收模塊組包括第1、2……N信號接收模塊。本發明能實現普通單臺攝像機無法實現的完整的超高清全景視頻監控；不存在合成圖像因待拼接圖像時間不匹配導致的運動物體錯位、重疊等問題；適用於重點區域的連片超高清視頻監控應用。
文檔編號H04N7/18GK103095990SQ20121055041
公開日2013年5月8日 申請日期2012年12月18日 優先權日2012年12月18日
發明者賀波濤, 餘少華, 王峰 申請人:武漢烽火眾智數位技術有限責任公司