专利名称：单环场镜头影像系统无死角无扭曲全景浏览的方法
技术领域：
本发明涉及一种环场镜头影像系统全景浏览的方法，特别涉及一种单环场镜头影像系统无死角无扭曲全景浏览的方法。
背景技术：
目前，环场镜头影像全景浏览应用范围非常广泛。在生活方面可提供观光景点、楼宇、游乐场等全景介绍；在安全监控方面可提供监视环境全景，特别适于广域环境，如监狱、机场、车站、商场、学校等区域监视；在军事科学方面可提供目标物方位坐标等。国内外涉及该项目的研究较多，例如，CN1437165公开了《一种基于两张鱼眼图像的智能型全景生成方法》，还有美国传感电子公司关于电视监视系统方面的中国专利申请CN1192315和CN1192312，所涉及影像系统全景浏览的方法各不相同，有的采用多环场镜头，有的实施方式较为复杂，有的需要配备机械装置等。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足之处，提供一种单环场镜头影像无死角无扭曲全景浏览的方法。
为实现上述目的本发明所采用的技术方案是一种单环场镜头影像系统无死角无扭曲全景浏览的方法，所述单环场镜头影像系统包括单一镜头影像来源，如照相机、数码相机或摄像机的鱼眼镜头，影像形态来源可以是固定影像或是视频讯息，其输出也可以是固定影像或是视频讯息，其特征在于所述方法包括以下步骤(a)以单一环场镜头取得影像；(b)选取环场图像圆形范围，镜头生成的图像为一个圆形区域，其直径所涵盖对角线所包含角度不小于180度；(c)选三或四个分割子画面，取等分圆形图像hFov的最大值；(d)为达到hFov值大于360度的要求，采用公式一可以计算出hFov的最大值；
360/PI*atan((Height/Width)*tan(((hFov/2)*PI)/180))＝DOV/2(公式一)(e)进行子画面摇摆值Yaw的设定，采用三分割子画面完成全景环场影像还原，将hFov调至120度以上，每个子画面摇摆值定为120度；或采用四分割子画面完成全景环场影像还原，将hFov调整至90度以上，每个子画面摇摆值定为90度；(f)避免hFov值过大使还原影像画面超出圆形区域范围，通过公式二调整Pitch(俯仰角)的值，使解像范围能够完全限制在环场镜像的圆内，将解像画面限制在环场影像圆形区域内；Pitch＝(360/PI*atan((Height/Width)*tan(((hFov/2*PI)/180)))/2(公式二)if(Pitch＜0)Pitch＝0if(Pitch＞DOV/2)Pitch＝DOV/2(g)透过环绕轴心的展开角总和大于360度，当所有子画面的水平展开角，也就是环绕圆心的角度，总和大于360度时，三或四个分割子画面完成全景环场影像还原，全景影像即可同时无死角、无扭曲的显示。
本发明的优点是采用单一环场镜头，全景浏览无死角、无扭曲、无变形、画面清晰不失真。该方法参数调整公式化，准确、简捷。完成全景浏览功能的程序控制不需任何机械马达装置。
例如应用在监视系统上，使用三或四个分割子画面，每个画面展开角度如果设置为120度以上，并把摄像机置于地面或天花板上即可保证使用单一镜头完成全区域无死角、无扭曲监视与浏览。若使用传统监视器摄像机(监视角度为30度～45度)对一个正方形区域作无死角的监视，则必需配置8～12台摄像机。本发明经济效益显著，可广泛应用于旅游观光、安全监控及军事科学等领域。
图1为本发明流程图；图2为本发明工作原理示意图；
图3为三分割子画面实现全景影像还原效果图，其中每个子画面的hFov值需大于120度；图4为四分割子画面实现全景影像还原效果图，其中每个子画面的hFov值需大于90度；图5为数学参数名词示意图。
具体实施例方式
以下结合附图对本发明作进一步详述鱼眼镜头是一种能将其镜头前方整个半球体广大范围的影像压缩成一个圆形区域的特殊镜头，其特性为涵盖范围非常大(180°×180°以上)，但是鱼眼镜头的成像却严重扭曲。本发明利用鱼眼镜头超大视场的特性，开发解像的软件包及相关应用。
一种单环场镜头影像系统无死角无扭曲全景浏览的方法，所述单环场镜头影像系统包括单一镜头影像来源，如照相机、数码相机或摄像机的鱼眼镜头，影像形态来源可以是固定影像或是视频讯息，其输出也可以是固定影像或是视频讯息，其特征在于所述方法包括以下步骤(见图1)(a)以单一环场镜头取得影像；(b)选取环场图像圆形范围，镜头生成的图像为一个圆形区域，其直径所涵盖对角线所包含角度不小于180度；(c)选三或四个分割子画面，取等分圆形图像hFov的最大值；(d)为达到hFov值大于360度的要求，采用公式一可以计算出hFov的最大值；360/PI*atan((Height/Width)*tan(((hFov/2)*PI)/180))＝DOV/2(公式一)根据上面的公式可以知道，如何通过由Height与Width的比例，而得出hFov的最大值。HFov得值可以指出要完成全景同时解像需要多少个子画面。
(e)进行子画面摇摆值Yaw的设定，采用三分割子画面完成全景环场影像还原，将hFov调至120度以上，每个子画面摇摆值定为120度；或采用四分割子画面完成全景环场影像还原，将hFov调整至90度以上，每个子画面摇摆值定为90度；
(f)避免hFov值过大使还原影像画面超出圆形区域范围，通过公式二调整Pitch(俯仰角)的值，使解像范围能够完全限制在环场镜像的圆内，将解像画面限制在环场影像圆形区域内；Pitch＝(360/PI*atan((Height/Width)*tan(((hFov/2*PI)/180)))/2(公式二)if(Pitch＜0)Pitch＝0if(Pitch＞DOV/2)Pitch＝DOV/2(g)透过环绕轴心的展开角总和大于360度，当所有子画面的水平展开角，也就是环绕圆心的角度，总和大于360度时，三或四个分割子画面完成全景环场影像还原，全景影像即可同时无死角、无扭曲显示。(见图2、3、4)以下为公式中数学符号及名词含义的说明(见图5)a.Width还原影像的宽度；b.Height还原影像的长度；c.hove环绕来源影像中心的水平展开角；d.PI圆周率(3.141592654)；e.DOV环场镜头对角展开角度；f.Yaw解像焦点的水平经度(摇摆角其范围在0～360度)；g.Pitch解像焦点的垂直纬度(俯仰角其范围在0～DOV/2)；h.环场镜头指的是，一个镜头生成的图像为一个圆形区域，其直径所涵盖对角线所包含角度不小于180度。
本发明以鱼眼镜头呈像的中心为轴心，实现单一影像即可创建VR的360°×90°全景浏览模式，并提供软件模拟PTZ(PAN，TILT，ZOOM)操作。使用环场影像俯视还原技术，由圆心向外圈360度的环场还原影像。例如以2×2的4分割子画面，分别作出区域还原，当所有子画面的水平展开角，也就是绕着圆心的环绕角度，总和能够大于360度，所有还原影像也均能同时包含圆心，这样的呈现方式即可保证透过适当的子画面水平摇摆分布，可以将全部360度的场景同时显现。在监视系统中使用三或四个子画面，即可保证使用单一镜头完成全域无死角、无扭曲监视与浏览功能；使用者可通过网络或Video实现VR与全景无机械装置的无死角、无扭曲监视与浏览。
权利要求
1.一种单环场镜头影像系统无死角无扭曲全景浏览的方法，所述单环场镜头影像系统包括单一镜头影像来源，如照相机、数码相机或摄像机的鱼眼镜头，影像形态来源可以是固定影像或是视频讯息，其输出也可以是固定影像或是视频讯息，其特征在于所述方法包括以下步骤(a)以单一环场镜头取得影像；(b)选取环场图像圆形范围，镜头生成的图像为一个圆形区域，其直径所涵盖对角线所包含角度不小于180度；(c)选三或四个分割子画面，取等分圆形图像hFov的最大值；(d)为达到hFov值大于360度的要求，采用公式一可以计算出hFov的最大值；360/PI*atan((Height/Width)*tan(((hFov/2)*PI)/180))＝DOV/2(公式一)(e)进行子画面摇摆值Yaw的设定，采用三分割子画面完成全景环场影像还原，将hFov调至120度以上，每个子画面摇摆值定为120度；或采用四分割子画面完成全景环场影像还原，将hFov调整至90度以上，每个子画面摇摆值定为90度；(f)避免hFov值过大使还原影像画面超出圆形区域范围，通过公式二调整Pitch(俯仰角)的值，使解像范围能够完全限制在环场镜像的圆内，将解像画面限制在环场影像圆形区域内；Pitch＝(360/PI*atan((Height/Width)*tan(((hFov/2*PI)/180)))/2(公式二)if(Pitch＜0)Pitch＝0if(Pitch＞DOV/2)Pitch＝DOV/2(g)透过环绕轴心的展开角总和大于360度，当所有子画面的水平展开角，也就是环绕圆心的角度，总和大于360度时，三或四个分割子画面完成全景环场影像还原，全景影像即可同时无死角、无扭曲的显示。
全文摘要
本发明公开了一种单环场镜头影像系统无死角无扭曲全景浏览的方法，所述单环场镜头影像系统包括单一镜头影像来源，如照相机、数码相机或摄像机的鱼眼镜头，影像形态来源可以是固定影像或是视频讯息，其输出也可以是固定影像或是视频讯息，其特征在于所述方法包括以下步骤由单环场镜头获取影像；以呈像的圆心为轴选取环场影像圆形范围，选用三或四个分割子画面分别作出区域还原，当所有子画面的水平展开角，也就是环绕圆心的角度，其总和大于360度时，全景影像即可同时无扭曲的显示。进行全景浏览无死角、无扭曲、无变形、画面清晰不失真，程序控制不需任何机械装置。该方法可广泛应用于旅游观光、安全监控及军事科学等领域。
文档编号H04N7/18GK1717009SQ20041001982
公开日2006年1月4日 申请日期2004年6月29日 优先权日2004年6月29日
发明者施广益 申请人:天津精英机电设备有限公司