CN1432968A - 基于彩色线性ccd的二维360°全景图的成像方法及其*** - Google Patents
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Abstract
基于彩色线性CCD的二维360°全景图的成像方法及其***属于二维数字图像处理技术领域，其特征在于：它是一种利用彩色线性CCD获取一系列彩色图像并快速把它们拼接为二维360度全景图的成像方法。所述的彩色图像获取装置是由光学镜头和彩色线性CCD组成的红、绿、蓝三色一维图像获取单元，同时相应地提出了由计算机、步进电机和上述彩色图像获取装置共同构成的成像***。它可以快速、准确地获取二维360度全景图像，极大地节省用于由二维图像拼接成像的图像配准的时间；而且由于彩色CCD可以达到很高的分辨率，因此，在彩色线性CCD感光单元分布方向可以达到比二维CCD更高分辨率的图像信息。
Description
技术领域：
基于彩色线性CCD的二维360°全景图的成像方法及其***属于二维数字图像处理技术领域。
背景技术：
具有拍摄全景的数字照相机可以用在网络会议，建筑物的360°全景演示等方面。拍摄全景指的是在水平平面内以一给定的角度(一般是0°～360°)转动照相机，360°的场景能够在一幅二维图像中展现。目前拍摄360°全景图像装置，主要还是通过旋转普通相机到某一角度进行拍摄，然后将获取的顺序二维图像使用通用的配准技术和投影变换达到360°全景显示目的。因此这样的全景照相机所获取的全景图像很大程度上是依靠二维图像的配准技术，以及360°投影技术。本发明通过基于彩色线性CCD成像技术，通过获取的一系列一维彩色图像拼接成一幅全景图像，可以极大地节省图像配准拼接的时间，能够快速获取360°全景图像。另外，由于彩色线性CCD可以达到很高的分辨率，因此在彩色线性CCD感光单元分布方向可以达到比二维CCD更高分辨率的图像信息。而用彩色线性CCD拼接为二维图像的另外一维方向上的分辨率可以通过控制步进电机的步进角大小来调节。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种把一维图像快速拼接为二维360°全景图的基于彩色线性CCD的成像方法及其***。
彩色一维传感器获取空间一维图像拼接为一幅360°全景图像的基本原理如下：空间一幅二维图像可在一个方向，按照一定宽度等间隔的分割为一幅幅一维图像(线状图像)。360°全景图像拼接就是这个过程的逆过程。假设一幅全景图像由N幅线状图组成，那么相机旋转360°，彩色线性CCD获取的N幅一维图像，按照拍摄顺序从1到N，将这N幅拼接起来，就可以得到一幅360°全景图像。如果继续拍摄，那么得到的第N+1幅一维图像，将和前面的N幅一维图像有重叠。
本发明提出的成像方法，其特征在于：它是一种利用彩色线性CCD获取一系列一维彩色图像并快速把它们拼接为二维360°全景图的成像方法，它依次含有以下步骤：
(1)初始化：输入一维图像获取单元用的彩色线性CCD器件的扫描夹角及步进角的步距，其步距由被控的步进马达的分频数确定；
(2)计算机启动拍摄程序；
(3)单片机向可编程器件EPLD发送控制命令信号；
(4)EPLD分别同时启动彩色线性CCD的红、绿、蓝三个通道的扫描；
(5)彩色线性CCD分别使红、绿、蓝三种颜色数据经各自的A/D转换器后进行同步采样，并将结果存到各自的FIFO数据缓冲器中；
(6)判别一场是否结束？；
若否，则返回步骤(5)；
若是，则EPLD向单片机发出中断脉冲；
(7)单片机响应中断脉冲；
(8)EPLD关闭彩色线性CCD的扫描，停止采样；
(9)单片机分别控制各FIFO数据缓冲器经数据总线向计算机传送数据；
(10)计算机判别全景拍摄结束否；
若结束，则全景成像中止；
若否，则通过单片机使步进马达旋转一个步进角，再返回步骤(3)，继续拍摄下一场。
本发明提出的成像***，其特征在于：它含有：由光学成像镜头和彩色线性CCD构成的一维图像获取单元组成的红、绿、蓝三色图像获取装置；依次与红、绿、蓝色线性CCD的输出端相串的三条各自信号放大和电平调整电路、模/数转换电路和FIFO数据缓冲器构成的信号转换和缓存电路；数据输入端分别与上述三条信号转换和缓存电路和输出端相连的计算机；通过ECP模式(或USB接口)控制信号线与上述计算机互连且向上述各FIFO数据缓冲器发送读取信号的单片机；接收单片机发送的开启/停止CCD采样控制信号且在时钟电路控制下分别向彩色线性CCD发送驱动时序指令向模数转换电路发送A/D转换控制时序指令，向上述各FIFO数据缓存器发送数据写入控制信号的可编程逻辑器件EPLD以及一端经脉冲分配器受控于单片机而又与红、绿、蓝色线性CCD轴联接的步进马达。
试验证明：它可以快速、准确地拍摄二维全景图，而且还能够在拍摄过程中用软件实现360°的场景显示。
附图说明：
图1. 一维图像合成二维全景图的原理图。
图2. 一维图像(线状图)获取单元结构框图。
图3. 360°全景图像获取***的***示意图。
图4. 基于彩色线性CCD的二维360°全景图的成像方法的程序流程框图。
图5. 步进电机驱动一维图像获取单元的程序流程框图。
具体实施方式：
根据图1给出的原理图，一维图像(线状图)获取单元结构图如图2所示。一维图像获取单元结构中，主要包含的元器件有：球面成像透镜，彩色线性CCD，可编程逻辑器件EPLD，20M晶体振荡器，放大器，A/D转换芯片，FIFO存储器，单片机以及计算机。计算机是通过并口线(或USB)和FIFO存储器进行数据通讯的。一维图像获取单元工作原理可以描述如下：(1) 根据测量环境的大小，选择合适焦距的球面透镜作为相机的光学镜头。选取合适的彩
色线性CCD和光学镜头组合，作为图像获取单元。(2) 单片机开启EPLD的CCD采样控制信号，EPLD产生彩色线性CCD的驱动时序，驱
动彩色线性CCD输出包含图像信息的红(Red)、绿(Green)、蓝(Blue)三路脉冲信
号。(3) CCD输出的三路信号分别通过各自的信号放大和电平平移电路，转换成A/D转换芯片
能够接受的电压值。(4) 经过放大和电平平移处理后的CCD的R、G、B三路信号在经过模数转换电路时，由
EPLD的同步A/D转换控制信号(VIDSAMP)驱动下，模拟信号转变成8位的数字信
号。(5) 三个FIFO芯片在EPLD芯片产生的同步写信号(WR)驱动下，CCD输出的每一个象
素的幅值都以一个字节的大小保存在FIFO存储芯片里。根据每一场需要采集的数据
量大小，可以选择不同容量的FIFO芯片作为存储器件。(6) 在一场图像数据保存完毕之后，EPLD将产生一个低脉冲信号传送给单片机，单片机
产生中断作为响应，然后向EPLD发出停止CCD采样的控制信号，EPLD响应单片机
的控制，停止了彩色线性CCD的驱动时序。(7) 在一场信号采集完毕之后，单片机和计算机建立ECP(或USB)握手协议，然后单片机
按顺序向三个FIFO芯片发出读信号(RD)。FIFO芯片中的数据依次出现在数据总线
上，根据单片机和计算机之间的握手协议，数据被读入到计算机中。然后通过显示软
件将这一场的数据显示在计算机屏幕上。
360°全景图像获取***的***示意如图3所示，光学成像透镜1与彩色线性CCD 3共同安装在旋转平台2上，平台由步进电机4带动绕铅垂轴线旋转，通过控制电路5可以控制上述所说的步距角和旋转角度。
360°全景图像获取***的控制框图如图4所示，它的工作步骤如下：针对360°全景图像质量的需求，在开始拍摄之前，首先要设定步进电机的步进角大小。通过步进电机的控制器，可设定步进电机的分频数为1/2，1/8，1/16还是1/32等等。调整照相机的初始拍摄位置，计算机发出开始拍摄的命令给单片机，单片机执行计算机发出的命令。单片机启动一维图像获取单元的拍摄功能。单片机在一维图像获取单元采集完一场数据之后，停止一维图像获取单元的图像获取，然后给步进电机一个驱动脉冲，步进电机按照一个预先设计好的角度绕***的中心轴旋转。计算机设定扫描的角度，再依据设定的步进角大小，转换为步进电机驱动的脉冲数。然后传送给单片机。单片机根据设置的脉冲数，驱动步进电机旋转到设定的角度。
二维360°全景图的成像方法的控制程序流程图如图5所示。
在一维图像获取单元将一维图像数据传送给计算机之后，计算机要针对这样的一维图像数据进行处理。一维图像获取单元获得的数据是R、G、B三种颜色的数据，而一幅彩色图像是RGB三原色的组合色彩。根据计算机获取这三种基色的方式有两种，第一种方式为，三种基色数据相互间隔着传送，如RGBRGBRGB……，第二种方式为，三种基色分别传送，比如先传送完红色，然后绿色，最后蓝色，如RRR……GGG……BBB……。因此在计算机显示软件的色彩合成设计中要考虑数据的存储方式。
在合成二维图像方面，因为计算机获取的是彩色的一维图像，因此在合成360°全景时不需要考虑多幅二维图像融合中的配准问题，这样大大减少了一幅全景图像显示的时间。并且本全景拍摄装置可以做到实时显示功能。另外在图像畸变矫正上，大大减少矫正的难度，因为获得的是一维图像，在采用广角镜头时，只需要做一维图像畸变矫正，大大降低了畸变矫正的难度，提高了图像的精度。
在获得360°全景图像之后，通过计算机视觉和虚拟现实技术，实现场景的模拟三维显示。使用者只需简单操作鼠标或者键盘的方向键，就可以实现场景的前进、后退，放大，缩小和旋转功能。在建筑物内部演示和产品展示方面有特别好的效果。
发明本装置的主要优点有以下几方面：1.采用高分辨率的彩色线性CCD作为获取图像彩色信息的设备。并只需要通过更换更高象素的彩色线性CCD器件，得到更高分辨率的图像。2.采用EPLD器件集成彩色线性CCD象素的控制时序，A/D转换(数字化)和放大器的控制时序。***结构紧凑，集成度高。3.采用FIFO存储器存储获取的每一场图像数据，通过并口ECP(或USB)模式，将数据实时传送给计算机，通过显示软件实现全景图像的实时显示。4.采用高分辨率的步进电机来驱动相机镜头的转动，根据对图像质量的实际需求，增加或者减少步进电机每一步的转角来获得相应的图像。通过步进电机的转动，可以获取360度或者任意方向和角度的图像。5.得到的全景图像是经过每一次获取到的线状彩色图像拼接而成的，因此避免了通过二维图像拼接成360度全景图像的配准问题。6.只需做一维图像畸变矫正，避免了复杂的二维图像的畸变矫正，降低了图像处理难度。7.通过计算机视觉和虚拟现实技术，实现场景的模拟三维演示和观看。
Claims (2)
1.基于彩色线性CCD的二维360°全景图的成像方法，含有彩色线性CCD成像的步骤，其特征在于，它是一种利用彩色线性CCD获取一系列一维彩色图像并快速把它们拼接为二维360°全景图的成像方法，它依次含有以下步骤：
(1)初始化：输入一维图像获取单元用的彩色线性CCD器件的扫描夹角及步进角的步距；其步距由被控的步进马达的分频数确定；
(2)计算机启动拍摄程序；
(3)单片机向可编程器件EPLD发送控制命令信号；
(4)EPLD分别同时启动彩色线性CCD的红、绿、蓝三个通道的扫描；
(5)彩色线性CCD分别使红、绿、蓝三种颜色数据经各自的A/D转换器后进行同步采样，并将结果存到各自的FIFO数据缓冲器中；
(6)判别一场是否结束？；
若否，则返回步骤(5)；
若是，则EPLD向单片机发出中断脉冲；
(7)单片机响应中断脉冲；
(8)EPLD关闭彩色线性CCD的扫描，停止采样；
(9)单片机分别控制各FIFO数据缓冲器经数据总线向计算机传送数据；
(10)计算机判别全景拍摄结束否；
若结束，则全景成像中止；
若否，则通过单片机使步进马达旋转一个步进角，再返回步骤(3)，继续拍摄下一场。
2.根据权利要求1所述的基于彩色线性CCD的二维360度全景用的成像方法而提出的***，其特征在于，它含有：由光学成像镜头和彩色线性CCD构成的一维图像获取单元组成的红、绿、蓝三色图像获取装置；依次与红、绿、蓝色线性CCD的输出端相串的三条各自信号放大和电平调整电路、模/数转换电路和FIFO数据缓冲器构成的信号转换和缓存电路；数据输入端分别与上述三条信号转换和缓存电路和输出端相连的计算机；通过ECP模式(或USB接口)控制信号线与上述计算机互连且向上述各FIFO数据缓冲器发送读取信号的单片机；接收单片机发送的开启/停止CCD采样控制信号且在时钟电路控制下分别向彩色线性CCD发送驱动时序指令向模数转换电路发送A/D转换控制时序指令，向上述各FIFO数据缓存器发送数据写入控制信号的可编程逻辑器件EPLD以及一端经脉冲分配器受控于单片机而又与红、绿、蓝色线性CCD轴联接的步进马达。
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|---|---|---|---|---|
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| CN101252687B (zh) * | 2008-03-20 | 2010-06-02 | 上海交通大学 | 实现多通道联合的感兴趣区域视频编码及传输的方法 |
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