CN103618881A - 多镜头全景拼接控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种多镜头全景拼接控制方法及装置，通过首先读取全景摄像机的多路视频，根据需要监控的视野范围和监控距离，通过电机调整各镜头焦距和夹角，保证相邻画面之间有一部分重叠区域。进而在调整焦距后，各镜头间夹角也做相应调整，而后对重叠的视频序列进行空间匹配对准，经曝光融合后即实现了形成一幅包含各视频序列信息的大视角高分辨率的连续图像的效果。
Description
技术领域
本发明涉及图像处理领域，尤其是指一种多镜头全景拼接控制方法及装置。
背景技术
目前的多镜头全景拼接摄像机大多采用2-8个规格相同的镜头镶在某个特定结构上，使各镜头之间有一定夹角，在焦距固定、夹角固定的情况下，我们所能看到的视野和看清的范围也是固定的，不能根据监控的需求自适应调整。同时，在拼接过程中，常用的方法是提取各图像中的特征点，然后进行匹配，利用匹配对计算透视变换矩阵，从而将各画面映射到全景图像上。
实际应用中，为了减少由于重叠过多造成的像素损失，设计时会尽量减少各画面之间的重叠部分，如果在室内，场景比较简单，在拼接多路视频时，可能因为找不到足够的匹配对而拼接不成功；在室外，环境未知，很多时候也没有理想的拼接环境，这个时候，无论焦距、夹角固定还是自适应调节，多镜头全景拼接摄像机使用起来都有一定的难度。
发明内容
本发明的目的在于克服了上述缺陷，提供一种多镜头全景拼接控制方法及装置。
本发明的目的是这样实现的：一种多镜头全景拼接控制方法，它包括步骤：
A）、从多镜头全景拼接摄像机中依次读入各镜头的视频序列；
B）、根据所要监控的视野和景深控制各镜头调整焦距；
C）、调整各镜头间夹角，使得相邻镜头的视频画面具备重叠区域；
D）、提取相邻镜头的视频画面重叠区域中的特征点并进行特征匹配；
E）、判断匹配对个数是否大于设定阈值，是则继续步骤，否则转回步骤C；
F）、将相邻镜头的视频画面拼接；
G）、播放拼接后的全景视频；
上述方法中，所述步骤B后还包括判断各镜头焦距差值是否小于阈值，若是则继续步骤，若否则对超出阈值的镜头焦距进行变焦调整的步骤；
上述方法中，所述步骤C中，若相邻镜头的视频画面具备重叠区域过大，则调整扩大各镜头夹角；若相邻镜头的视频画面具备重叠区域过小，则调整缩小各镜头夹角；
上述方法中，所述步骤F为，根据重叠区域的特征点匹配通过计算透视变换矩阵依次将相邻镜头的视频画面拼接；
上述方法中，所述步骤C、D之间还包括于多镜头全景拼接摄像机前放置预设图片的步骤；所述预设图片包含丰富场景细节且边缘纹理清晰的图像。
本发明还涉及一种多镜头全景拼接控制装置，它包括：
读取模块，用于从多镜头全景拼接摄像机中依次读入各镜头的视频序列，而后转到调焦模块；
调焦模块，用于根据所要监控的视野和景深控制各镜头调整焦距而后转到夹角调整模块；
夹角调整模块，用于调整各镜头间夹角，使得相邻镜头的视频画面具备重叠区域，而后转到特征匹配模块；
特征匹配模块，用于提取相邻镜头的视频画面重叠区域中的特征点并进行特征匹配，而后转到判断模块；
判断模块，用于判断匹配对个数是否大于设定阈值，是则转到拼接模块，否则转回调焦模块；
拼接模块，用于将相邻镜头的视频画面拼接而后转到播放模块；
播放模块，用于播放拼接后的全景视频；
上述中，所述调焦模块通过焦距判断模块转到夹角调整模块，所述焦距判断模块用于判断各镜头焦距差值是否小于阈值，若否则对超出阈值的镜头焦距进行变焦调整，是则转到夹角调整模块；
上述中，所述夹角调整模块，用于若相邻镜头的视频画面具备重叠区域过大，则调整扩大各镜头夹角；若相邻镜头的视频画面具备重叠区域过小，则调整缩小各镜头夹角；
上述中，所述拼接模块用于根据重叠区域的特征点匹配通过计算透视变换矩阵依次将相邻镜头的视频画面拼接，而后转到播放模块；
上述中，所述夹角调整模块通过预放置模块转到特征匹配模块；所述预放置模块用于在多镜头全景拼接摄像机前放置预设图片；所述预设图片包含丰富场景细节且边缘纹理清晰的图像。
本发明的有益效果在于通过首先读取全景摄像机的多路视频，根据需要监控的视野范围和监控距离，通过电机调整各镜头焦距和夹角，保证相邻画面之间有一部分重叠区域。进而在调整焦距后，各镜头间夹角也做相应调整，而后对重叠的视频序列进行空间匹配对准，经曝光融合后即实现了形成一幅包含各视频序列信息的大视角高分辨率的连续图像的效果。
附图说明
下面结合附图详述本发明的具体结构
图1为调整焦距、夹角时各画面视野示意图；
图2为人为设定图片覆盖示意图；
图3为本发明的方法流程图；
图4为本发明的另一实施例方法流程图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
请参阅图3，本实施方式涉及一种多镜头全景拼接控制方法，它包括步骤：
A）、从多镜头全景拼接摄像机中依次读入各镜头的视频序列；
B）、根据所要监控的视野和景深控制各镜头调整焦距；
本步骤通常是通过视频画面来确定需要监控的视野和景深的，若要监控较广视野，则控制电机控制缩小镜头的焦距，反之则放大镜头的焦距。由于处于不同焦距的镜头视野是不一样的，因此，在调整焦距后，下一步需要对各镜头间夹角做相应调整。
C）、调整各镜头间夹角，使得相邻镜头的视频画面具备重叠区域；
如图1所示，通过对多个镜头的重叠的视频序列进行空间匹配对准，从而确保了后续经曝光融合后能形成一幅包含各视频序列信息的大视角高分辨率的连续图像。本步骤还可调整重叠区域，通过查看各相邻画面间重叠部分，保证画面间有一部分重叠区域，如果重叠较多，可减小重合角度。
由于全景拼接过程计算参数的场景、镜头的分辨率、场景亮度，重叠区域等都会影响最终的拼接效果，为了达到良好的拼接效果和减少因重叠较多造成像素损失之间找到一个平衡点，经过大量实验论证，作为一实施例，上述重叠区域最好相邻画面间占1/6-1/4，由此拼接较容易成功且拼接效果良好，拼接的时候需要通过重叠区域计算一些参数，当重叠区域小于（1/6-1/4）时，计算的参数导致拼接出现瑕疵的概率较大。对应的，当图像间重叠区域明显大于1/4时，可以认为重叠较多。而减小重合角度则通过电机自动调整来实现。
此外，由于多镜头全景拼接摄像机中使用的各个镜头规格参数基本相同，多镜头全景拼接摄像机的各镜头之间夹角一般是相同的。因此，在调整时可采用一个电机整体控制镜头之间夹角的大小。为了实现一个电机调整各镜头间夹角大小，需要采用一个结构设计，通过一个电机来控制收缩结构，调节各镜头间的夹角大小。当然也可以不采用此种结构，而是用多个电机来控制各个镜头的位置，从而调整夹角。
D）、提取相邻镜头的视频画面重叠区域中的特征点并进行特征匹配；
E）、判断匹配对个数是否大于设定阈值，是则继续步骤，否则转回步骤C；
F）、将相邻镜头的视频画面拼接；
G）、播放拼接后的全景视频。
可见，本发明方案核心在于首先读取全景摄像机的多路视频，根据需要监控的视野范围和监控距离，通过电机调整各镜头焦距和夹角，保证相邻画面之间有一部分重叠区域。进而在调整焦距后，各镜头间夹角也要做相应调整，而后对重叠的视频序列进行空间匹配对准，经曝光融合后即可形成一幅包含各视频序列信息的大视角高分辨率的连续图像。
作为一实施例，上述步骤B后还包括判断各镜头焦距差值是否小于阈值，若是则继续步骤，若否则对超出阈值的镜头焦距进行变焦调整的步骤。
由于在图像拼接的时候各镜头焦距基本一致，否则在拼接的过程中会造成拼接画面像素损失，因此本实施例中，每步骤B对单个镜头调整后，综合判断所有镜头的焦距是否在允许的误差值内，从而确保后续拼接时画面像素最小程度的损失。
作为一实施例，上述步骤C中，若相邻镜头的视频画面具备重叠区域过大，则调整扩大各镜头夹角；若相邻镜头的视频画面具备重叠区域过小，则调整缩小各镜头夹角。本实施例中，步骤C是具体根据需要而调整的，通过合适的大、小的重叠区域调整，使得每个镜头的画面最大程度的被利用，克服了原有简单调整中因镜头之间重叠区域过大而导致的整体覆盖角度损失的问题。
作为一实施例，上述步骤F为，根据重叠区域的特征点匹配通过计算透视变换矩阵依次将相邻镜头的视频画面拼接。本实施例中，通过重叠区域的特征点匹配后，在由一定的计算透视变换矩阵，再将各拼接单画面投影到全景画布上，然后进行融合(处理接缝)、曝光处理（减少各画面间亮度、色度差异），最后即可实现相邻镜头的视频画面拼接。
参见图4，作为一实施例，上述步骤C、D之间还包括于多镜头全景拼接摄像机前放置预设图片的步骤；所述预设图片包含丰富场景细节且边缘纹理清晰的图像。
由于在日常调整过程中，经常碰到在减少像素损失和保证拼接成功之间一直很难有好的平衡点，例如在提取图像特征过程中，若重叠区域太小，重叠区域是墙壁、湖面、天空等场景较单一的画面，拼接较不容易成功。因此，本实施例在步骤C、D中加一个额外的步骤，如图2所示，人为选取一些场景细节丰富、边缘轮廓较强的图片打印，在实际拼接中，将图片放在摄像机前面，使各重叠部分画面由图片画面覆盖，这样能够有效的利用仅有的重叠区域，在较小的重叠区域中也能提取足够多的特征匹配对，特征提取匹配效果也比一般实际场景好。而且无论处于何种环境，只要在拼接全景摄像机前面找一个位置，将图片贴上，使各镜头画面重叠区域正好是人为设计的图片画面，既能节省特征提取时间，也能保证特征匹配对个数，使用起来也简单方便。
本发明还涉及一种多镜头全景拼接控制装置，它包括：
读取模块，用于从多镜头全景拼接摄像机中依次读入各镜头的视频序列，而后转到调焦模块；
调焦模块，用于根据所要监控的视野和景深控制各镜头调整焦距而后转到夹角调整模块；
夹角调整模块，用于调整各镜头间夹角，使得相邻镜头的视频画面具备重叠区域，而后转到特征匹配模块；
特征匹配模块，用于提取相邻镜头的视频画面重叠区域中的特征点并进行特征匹配，而后转到判断模块；
判断模块，用于判断匹配对个数是否大于设定阈值，是则转到拼接模块，否则转回调焦模块；
拼接模块，用于将相邻镜头的视频画面拼接而后转到播放模块；
播放模块，用于播放拼接后的全景视频；
上述中，所述调焦模块通过焦距判断模块转到夹角调整模块，所述焦距判断模块用于判断各镜头焦距差值是否小于阈值，若否则对超出阈值的镜头焦距进行变焦调整，是则转到夹角调整模块；
上述中，所述夹角调整模块，用于若相邻镜头的视频画面具备重叠区域过大，则调整扩大各镜头夹角；若相邻镜头的视频画面具备重叠区域过小，则调整缩小各镜头夹角；
上述中，所述拼接模块用于根据重叠区域的特征点匹配通过计算透视变换矩阵依次将相邻镜头的视频画面拼接，而后转到播放模块；
上述中，所述夹角调整模块通过预放置模块转到特征匹配模块；所述预放置模块用于在多镜头全景拼接摄像机前放置预设图片；所述预设图片包含丰富场景细节且边缘纹理清晰的图像。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种多镜头全景拼接控制方法，其特征在于：它包括步骤，
A）、从多镜头全景拼接摄像机中依次读入各镜头的视频序列；
B）、根据所要监控的视野和景深控制各镜头调整焦距；
C）、调整各镜头间夹角，使得相邻镜头的视频画面具备重叠区域；
D）、提取相邻镜头的视频画面重叠区域中的特征点并进行特征匹配；
E）、判断匹配对个数是否大于设定阈值，是则继续步骤，否则转回步骤C；
F）、将相邻镜头的视频画面拼接；
G）、播放拼接后的全景视频。
2.如权利要求1所述的多镜头全景拼接控制方法，其特征在于：所述步骤B后还包括判断各镜头焦距差值是否小于阈值，若是则继续步骤，若否则对超出阈值的镜头焦距进行变焦调整的步骤。
3.如权利要求1所述的多镜头全景拼接控制方法，其特征在于：所述步骤C中，若相邻镜头的视频画面具备重叠区域过大，则调整扩大各镜头夹角；若相邻镜头的视频画面具备重叠区域过小，则调整缩小各镜头夹角。
4.如权利要求1所述的多镜头全景拼接控制方法，其特征在于：所述步骤F为，根据重叠区域的特征点匹配通过计算透视变换矩阵依次将相邻镜头的视频画面拼接。
5.如权利要求1-4任意一项所述的多镜头全景拼接控制方法，其特征在于：所述步骤C、D之间还包括于多镜头全景拼接摄像机前放置预设图片的步骤；所述预设图片包含丰富场景细节且边缘纹理清晰的图像。
6.一种多镜头全景拼接控制装置，其特征在于：它包括，
读取模块，用于从多镜头全景拼接摄像机中依次读入各镜头的视频序列，而后转到调焦模块；
调焦模块，用于根据所要监控的视野和景深控制各镜头调整焦距而后转到夹角调整模块；
夹角调整模块，用于调整各镜头间夹角，使得相邻镜头的视频画面具备重叠区域，而后转到特征匹配模块；
特征匹配模块，用于提取相邻镜头的视频画面重叠区域中的特征点并进行特征匹配，而后转到判断模块；
判断模块，用于判断匹配对个数是否大于设定阈值，是则转到拼接模块，否则转回调焦模块；
拼接模块，用于将相邻镜头的视频画面拼接而后转到播放模块；
播放模块，用于播放拼接后的全景视频。
7.如权利要求6所述的多镜头全景拼接控制装置，其特征在于：所述调焦模块通过焦距判断模块转到夹角调整模块，所述焦距判断模块用于判断各镜头焦距差值是否小于阈值，若否则对超出阈值的镜头焦距进行变焦调整，是则转到夹角调整模块。
8.如权利要求6所述的多镜头全景拼接控制装置，其特征在于：所述夹角调整模块，用于若相邻镜头的视频画面具备重叠区域过大，则调整扩大各镜头夹角；若相邻镜头的视频画面具备重叠区域过小，则调整缩小各镜头夹角。
9.如权利要求6所述的多镜头全景拼接控制装置，其特征在于：所述拼接模块用于根据重叠区域的特征点匹配通过计算透视变换矩阵依次将相邻镜头的视频画面拼接，而后转到播放模块。
10.如权利要求6-9任意一项所述的多镜头全景拼接控制装置，其特征在于：所述夹角调整模块通过预放置模块转到特征匹配模块；所述预放置模块用于在多镜头全景拼接摄像机前放置预设图片；所述预设图片包含丰富场景细节且边缘纹理清晰的图像。
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