專利名稱：利用視場光闌實(shí)現(xiàn)多鏡頭成像拼接的方法及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種成像方法及其系統(tǒng)，特別涉及利用視場光闌實(shí)現(xiàn)多鏡頭成像拼接的方法及其系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
為了對保安與防范目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)視與記錄，經(jīng)常要對一定規(guī)模的視場進(jìn)行監(jiān)控，因此基于數(shù)字成像技術(shù)而產(chǎn)生的數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)也得到了廣泛的應(yīng)用。在保證高分辨率成像質(zhì)量的前提下實(shí)現(xiàn)大視場的監(jiān)控，如果單純靠提高數(shù)字?jǐn)z像機(jī)性能，其提升空間有限，而且成本過于昂貴。通過把多個數(shù)字?jǐn)z像機(jī)成像所得的多幅圖像拼接成一整幅圖像，能夠?qū)崿F(xiàn)上述目的，達(dá)到較高的性價比。目前國內(nèi)外比較常見的圖像拼接方法是利用已經(jīng)獲得的多幅被測物圖像，提取圖像間的公共特性，并通過公共特征將多圖數(shù)據(jù)統(tǒng)一到同一坐標(biāo)下，從而挖掘出數(shù)據(jù)中的深層次信息。這種方法所要做的工作就是通過一定的算法搜尋相鄰兩幅圖像中相同的內(nèi)容，從而確定它們的相對位置。該方法的主要缺陷是，過分依賴軟件算法的圖像拼接技術(shù)將導(dǎo)致系統(tǒng)的實(shí)時性難以滿足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，從系統(tǒng)硬件方面著手，通過在成像系統(tǒng)前增加視場光闌的方法，限制成像范圍，利用視場光闌實(shí)現(xiàn)多鏡頭成像拼接的方法及其系統(tǒng)。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明提供了一種利用視場光闌實(shí)現(xiàn)多鏡頭成像拼接的方法，包括以下步驟(1)將大范圍寬視場分成至少兩個子視場，在子視場中設(shè)置成像系統(tǒng)；
(2)在每個成像系統(tǒng)的光學(xué)鏡頭組件前放置視場光闌，首先根據(jù)成像需要確定每個光學(xué)系統(tǒng)的物方視場角，然后根據(jù)視場角在每兩個光學(xué)系統(tǒng)之間確定一條邊界分割線。限制每個系統(tǒng)的成像范圍，保證每個成像系統(tǒng)的成像邊界正好落在鏡頭間的各條分割線上。
(3)使用固體圖像傳感器對每個子視場分別成像；(4)將固體圖像傳感器的信號傳輸至圖像采集模塊，并將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；(5)根據(jù)視場光闌的參數(shù)，使用計算機(jī)對各個子系統(tǒng)的圖像進(jìn)行拼接，并顯示于計算機(jī)的顯示器上。
本發(fā)明更進(jìn)一步的目的是提供一種利用視場光闌實(shí)現(xiàn)多鏡頭成像拼接的系統(tǒng)，包括相互連接的圖像采集模塊、計算機(jī)系統(tǒng)，還包括至少兩組成像系統(tǒng)，每組成像系統(tǒng)中均包括依次安裝的一個視場光闌、一個光學(xué)鏡頭組件和一個固體圖像傳感器，每個固體圖像傳感器均與圖像采集模塊連接；所述成像系統(tǒng)中首先根據(jù)成像需要確定每個光學(xué)系統(tǒng)的物方視場角，然后根據(jù)視場角在每兩個光學(xué)系統(tǒng)之間確定一條邊界分割線。使用視場光闌限制每個系統(tǒng)的成像范圍，保證每個成像系統(tǒng)的成像邊界正好落在鏡頭間的各條分割線上。根據(jù)這個限制可以由光學(xué)系統(tǒng)的焦距、像距、物距及成像范圍之間的關(guān)系來確定視場光闌的寬度。
作為進(jìn)一步的改進(jìn)，所述視場光闌是矩形的。
作為進(jìn)一步的改進(jìn)，所述光學(xué)鏡頭組件包括至少一個成像光學(xué)鏡頭。
作為進(jìn)一步的改進(jìn)，所述固體圖像傳感器是CCD或CMOS。
作為進(jìn)一步的改進(jìn)，所述固體圖像傳感器與圖像采集模塊之間是以USB信號線連接的。
作為進(jìn)一步的改進(jìn)，所述圖像采集模塊可以是嵌入式或獨(dú)立式的與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明把大范圍視場分成多個部分，再用多個成像系統(tǒng)對各個小范圍視場成像，在各分系統(tǒng)設(shè)置視場光闌，精確地限制了每個攝像系統(tǒng)的成像范圍。本發(fā)明詳細(xì)的闡述了視場光闌與光學(xué)系統(tǒng)焦距、像距、光闌-透鏡距離、成像范圍等要素之間的關(guān)系。給出了根據(jù)不同的成像要求來計算光闌參數(shù)的方法。通過對光闌參數(shù)的調(diào)用建立計算模型，處理數(shù)據(jù)量大為減少，從而得到更為簡便可行的圖像拼接方法，該方法可以滿足高實(shí)時性的大視場成像系統(tǒng)的要求。


圖1是本發(fā)明中光闌成像原理圖；圖2是實(shí)施例1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖1、2通過具體實(shí)施例1進(jìn)一步對本發(fā)明進(jìn)行描述。
實(shí)施例1中的多鏡頭成像拼接的系統(tǒng)包括圖像采集模塊6、計算機(jī)系統(tǒng)7和三組完全相同的成像系統(tǒng)1，每組成像系統(tǒng)1中均包括依次安裝的一個視場光闌2、一個光學(xué)鏡頭組件3和一個固體圖像傳感器CCD4，每個固體圖像傳感器CCD4均通過USB信號線5與圖像采集模塊6連接。當(dāng)然固體圖像傳感器CCD4與圖像采集模塊6之間的信號傳遞也可以通過無線協(xié)議或TCP/IP)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等有線信號傳輸?shù)男问健?br> 每組成像系統(tǒng)中，首先根據(jù)成像需要確定每個光學(xué)系統(tǒng)的物方視場角，然后根據(jù)視場角在每兩個光學(xué)系統(tǒng)之間確定一條邊界分割線。使用視場光闌限制每個系統(tǒng)的成像范圍，保證每個成像系統(tǒng)的成像邊界正好落在鏡頭間的各條分割線上。根據(jù)這個限制可以由光學(xué)系統(tǒng)的焦距、像距、物距、光闌-透鏡距離及成像范圍之間的關(guān)系來確定視場光闌的寬度。
本實(shí)施例中的視場光闌采用的是可調(diào)的矩形狹縫光闌，當(dāng)然也可以選用其他形狀的光闌。光學(xué)鏡頭組件可以是一個成像光學(xué)鏡頭，也可以是一套光學(xué)鏡頭構(gòu)成的組件。
本實(shí)施例中的固體圖像傳感器CCD4選用的是ARONIX公司生產(chǎn)的MCC2036CCD攝像機(jī)，也可以選用CMOS類型的圖像傳感器。
圖像采集模塊6用于將所得到的圖像信息進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換并送入計算機(jī)。圖像采集模塊6可以是嵌入式或獨(dú)立式，例如嵌入式可以選用?？?04H圖像采集卡，如果是獨(dú)立式則可以使用TI公司的DSP芯片TMS6416為核心設(shè)計獨(dú)立的圖像采集電路。
計算機(jī)系統(tǒng)7包括一個顯示器，用于接受并顯示經(jīng)計算機(jī)系統(tǒng)7處理拼接后的圖像。
本發(fā)明的原理是
本發(fā)明的系統(tǒng)主要是利用三組完全相同的成像系統(tǒng)1對同一大視場內(nèi)的物體成像，三個光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)完全相同，安裝時相互之間具有一定的夾角。光闌的作用就是限制每個系統(tǒng)的成像范圍。
如附圖1所示，首先根據(jù)成像需要確定每個光學(xué)系統(tǒng)的物方視場角，然后根據(jù)視場角在每兩個光學(xué)系統(tǒng)之間確定一條邊界分割線。實(shí)驗(yàn)設(shè)定3個CCD攝像系統(tǒng)總視場角為120°。結(jié)合實(shí)驗(yàn)條件器件因素，最后確定視場角分別為37°，46°，37°。兩條分割線就位于各個視場的邊界之上。使用光闌保證3個攝像系統(tǒng)的成像邊界正好落在兩條分割線C和C’上。
(物距d，d′，光闌半寬h，h′，透鏡半寬hl，h′l，物方視場角θ和θ′，相鄰兩系統(tǒng)之間的夾角α，物方成像區(qū)域的大小hm，h′m，t是光闌-透鏡距離)h=td(hm+hl)-hl;]]>(其中hm＝d·tanθ)(1)h'=td'(h'm+h'l)-h'l;]]>(2)一般情況下，由于(hl，h′l，l，l′，f，f′＜＜d，d′，hm，h′m)，所以當(dāng)Δr/Δx＜1/2時(即當(dāng)d大于一定值時)h=td(hm+hl)-hl≈tdhm-hl;---(3)]]>h'=td'(h'm+h'l)-h'l≈td'h'm-h'l;---(4)]]>這就是視場光闌半寬h，h′，和物距d，以及光闌與透鏡之間的距離t和t′之間的關(guān)系。這樣在已經(jīng)確定了成像范圍，物距，及透鏡寬度以后就可以計算出光闌的寬度與光闌位置之間的相對關(guān)系。給定一個光闌的位置就可以得出一個確定的光闌寬度。
圖像拼接算法需要對兩幅圖像的重疊區(qū)域進(jìn)行搜尋匹配來確定圖像之間的相對坐標(biāo)關(guān)系。在增加視場光闌的前提下相鄰圖像重疊區(qū)域的寬度約為整幅視頻圖像寬度的20％，也就是說圖像的重疊部分僅僅限制在占圖像寬度20％的區(qū)域，并且圖像是水平重疊的。這樣，拼接算法只需要在水平方向20％圖像寬度的范圍內(nèi)進(jìn)行匹配。經(jīng)簡單的計算可知，在理論上通過設(shè)計視場光闌可以把圖像匹配算法的計算量(循環(huán)次數(shù))大大降低。
本實(shí)施例中多鏡頭成像拼接是通過以下方法完成的(1)將大范圍寬視場分成三個子視場，在每個子視場中設(shè)置一組成像系統(tǒng)1，三組成像系統(tǒng)的視場角分別為37°，46°，37°。
(2)在每組成像系統(tǒng)1的光學(xué)鏡頭組件前放置視場光闌2，并使光闌的寬度與光闌-透鏡距離滿足公式(3)，(4)所規(guī)定的要求。以限制子視場的成像范圍；(3)使用固體圖像傳感器CCD4對每個子視場分別成像；(4)將固體圖像傳感器CCD4的信號傳輸至圖像采集模塊，并將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；(5)根據(jù)視場光闌的參數(shù)，使用計算機(jī)對各個子系統(tǒng)的圖像進(jìn)行融合拼接的運(yùn)算，得到一幅完整的大視場的圖像，并顯示于計算機(jī)的顯示器上。
最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的具體實(shí)施例子。顯然，本發(fā)明不限于以上實(shí)施例子，還可以有許多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種利用視場光闌實(shí)現(xiàn)多鏡頭成像拼接的方法，包括以下步驟(1)將大范圍寬視場分成至少兩個子視場，按照以下方式在子視場中設(shè)置成像系統(tǒng)a、確定每個成像系統(tǒng)中光學(xué)鏡頭組件的物方視場角；b、根據(jù)物方視場角在每兩個光學(xué)鏡頭組件之間確定一條邊界分割線；c、限制每個成像系統(tǒng)的成像范圍，使成像系統(tǒng)的成像邊界正好落在光學(xué)鏡頭組件間的邊界分割線上；(2)使用固體圖像傳感器對每個子視場中的目標(biāo)物分別成像；(3)將固體圖像傳感器的信號傳輸至圖像采集模塊，并將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；(4)根據(jù)各個成像系統(tǒng)中視場光闌的參數(shù)，使用計算機(jī)對各個成像系統(tǒng)的圖像進(jìn)行拼接，并顯示于計算機(jī)的顯示器上。
2.一種利用視場光闌實(shí)現(xiàn)多鏡頭成像拼接的系統(tǒng)，包括相互連接的圖像采集模塊和計算機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，還包括至少兩組成像系統(tǒng)，每組成像系統(tǒng)中均包括依次安裝的一個視場光闌、一個光學(xué)鏡頭組件和一個固體圖像傳感器，每個固體圖像傳感器均與圖像采集模塊連接；在所述系統(tǒng)中，每兩組成像系統(tǒng)的光學(xué)鏡頭組件之間具有一條根據(jù)各自物方視場角確定的邊界分割線，每兩組成像系統(tǒng)之間設(shè)置位置使其成像邊界正好落在邊界分割線上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多鏡頭成像拼接的系統(tǒng)，其特征在于，所述視場光闌是矩形的。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多鏡頭成像拼接的系統(tǒng)，其特征在于，所述光學(xué)鏡頭組件包括至少一個成像光學(xué)鏡頭。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多鏡頭成像拼接的系統(tǒng)，其特征在于，所述固體圖像傳感器是CCD或CMOS。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多鏡頭成像拼接的系統(tǒng)，其特征在于，所述固體圖像傳感器與圖像采集模塊之間是以USB信號線連接的。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多鏡頭成像拼接的系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像采集模塊是嵌入式或獨(dú)立式的。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種成像方法及其系統(tǒng)，旨在提供一種利用視場光闌實(shí)現(xiàn)多鏡頭成像拼接的方法及其系統(tǒng)。該方法包括將大范圍寬視場分成至少兩個子視場，在子視場中設(shè)置成像系統(tǒng)；在每個成像系統(tǒng)的光學(xué)鏡頭組件前放置視場光闌；使用固體圖像傳感器對每個子視場分別成像；將固體圖像傳感器的信號傳輸至圖像采集模塊，并將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；根據(jù)視場光闌的參數(shù)，使用計算機(jī)對各個子系統(tǒng)的圖像進(jìn)行拼接，并顯示于計算機(jī)的顯示器上。該系統(tǒng)包括上述設(shè)備及裝置。本發(fā)明通過對光闌參數(shù)的調(diào)用建立計算模型，處理數(shù)據(jù)量大為減少，從而得到更為簡便可行的圖像拼接方法，該方法可以滿足高實(shí)時性的大視場成像系統(tǒng)的要求。
文檔編號H04N7/18GK1963594SQ20061015479
公開日2007年5月16日 申請日期2006年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月27日
發(fā)明者陳浙泊, 林斌 申請人:浙江大學(xué)