一种基于多摄像头的全向视觉装置的制作方法

本实用新型属于成像装置技术领域，具体地说，是涉及一种用于采集360°全景视野的全向视觉装置。

背景技术：

全向视觉系统是指具有360°视野的目标检测或监控系统，可同时采集360°范围内的全部场景。全向视觉的应用范围非常广，可应用于机器人、无人驾驶、安全监控、目标检测等领域。

目前的全向视觉系统多采用以下两种技术实现:

（1）单一镜头或少量镜头多次拼接技术。即，通过控制一个镜头或少量镜头在360°方向上旋转扫描或多次拍摄，以获取多幅不同方位的场景图像，然后利用图像处理运算方法对这些场景图像进行多次拼接，形成一幅360°范围内的全景图像。这种技术所依赖的图像处理运算方法比较复杂，运算量比较大，且多需借助云台等装置携带镜头转动，因而增加了系统的体积和复杂性，最终全景图像的显示具有滞后性且容易丢失目标，不能做到实时显示。

（2）镜面反射式镜头或曲面镜头等非常规镜头采集技术。即，采用曲面镜头或镜面反射式镜头、或者在常规镜头前加装曲面透镜或凸面反射镜的方式来扩大镜头可摄取的场景角度范围，进而获取360°范围内的全景图像。这种技术由于采用异面透镜，因此获取到的图像质量不能保证，存在失真等情况，因而导致全景图像的视觉效果并不好。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种基于多摄像头的全向视觉装置，无需控制镜头旋转扫描或借助云台转动，无需在常规镜头前加装异面透镜，也无需采用曲面镜头或镜面反射式镜头等非常规镜头，即可采集到360°范围内的全景图像。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

一种基于多摄像头的全向视觉装置，包括仓体、多个摄像头、视频采集卡、视频处理器和数据传输模块；其中，所述仓体包括仓体上壳、仓体下壳以及位于所述仓体上壳与仓体下壳之间的一圈透明环；所述多个摄像头位于所述仓体中，其镜头均朝向所述透明环，所述多个摄像头呈圆周排布；所述视频采集卡内置于所述仓体中，用于采集每一个所述摄像头输出的视频信号并进行汇总；所述视频处理器内置于所述仓体中，用于对所述视频采集卡汇总后的视频信号进行处理，生成全景图像；所述数据传输模块内置于所述仓体中，用于将所述视频处理器生成的全景图像发送至外部设备。

在本申请的一些实施例中，所述多个摄像头优选采用规格相同的摄像头，其镜头中心线位于同一水平面，且每两个相邻摄像头的镜头中心线所成夹角均相等。通过设计所有的摄像头在圆周方向上等间隔排布，并为每一个摄像头配置预定的取景角度范围，由此在采用图像拼接技术对每一个摄像头拍摄到的图像进行拼接时，可以大大降低图像处理运算方法的复杂度和运算量，加快全景图像生成的速度，达到一种类似于实时显示的效果。

在本申请的一些实施例中，所述全向视觉装置还包括摄像头安装架，其内置于所述仓体中，包括上安装支架和下安装支架；所述上安装支架和下安装支架优选设计成相同形状的正多边形框架式结构，所述正多边形的边数与所述摄像头的个数相等；在所述上安装支架与下安装支架的每一组上下正对边之间分别连接有一根竖直支撑梁，由此便可形成多个工字型支架；将每一个所述摄像头对应安装在一块固定板上，每一块固定板对应安装在一个所述工字型支架上，由此实现摄像头在摄像头安装架上的装配固定。

在本申请的一些实施例中，所述全向视觉装置还包括下支撑板、上支撑板和电路板；其中，所述下支撑板内置于所述仓体中，包括底面和顶面；所述下支撑板的底面优选通过下支撑杆支撑安装于所述仓体下壳的底面，所述摄像头安装架优选安装于所述下支撑板的顶面；所述上支撑板内置于所述仓体中且位于所述摄像头安装架的上方，包括底面和顶面；所述上支撑板的底面优选通过上支撑杆支撑安装于所述下支撑板的顶面；所述电路板优选安装在所述下支撑板的底面和/或所述上支撑板的顶面；所述视频采集卡和视频处理器布设在所述电路板上。本实用新型采用支撑板和支撑杆相配合方式，将仓体的内部腔室分割成上、中、下三个空间，由此可以便于摄像头、电路板、数据传输模块等器件的合理布设，有利于缩小仓体的整体体积，实现全向视觉装置结构的小型化设计。

在本申请的一些实施例中，所述数据传输模块可以采用交换机，安装在所述仓体下壳的底面上；在所述交换机上安装网线，所述网线可以通过开设在所述仓体下壳的底面上的通孔伸出所述仓体，以连接外部的有线网络。利用网络传输方式，可以将全向视觉装置生成的全景图像上传至上位机进行显示，满足近距离和远距离的监控要求。

在本申请的一些实施例中，在所述仓体上壳的下缘与所述仓体下壳的上缘分别开设有安装槽；所述透明环优选采用透明玻璃环，将所述透明玻璃环的上缘安装在所述仓体上壳的安装槽内，并通过密封圈与仓体上壳密封装配；将所述透明玻璃环的下缘安装在所述仓体下壳的安装槽内，并通过密封圈与仓体下壳密封装配，由此可以使仓体防水防尘，适应更多的应用场合。

在本申请的一些实施例中，所述仓体上壳与所述仓体下壳优选通过固定杆装配固定；所述固定杆优选内置于所述仓体中，固定杆的上端形成有外螺纹，与开设在仓体上壳的内螺纹孔螺纹连接；固定杆的下端开设有内螺纹孔，与内角螺钉螺纹连接，所述内角螺钉优选设置在所述仓体下壳上开设的沉孔中。内角螺钉在安装固定的过程中可挤压密封圈使仓体的上壳、下壳与透明玻璃环之间产生预紧力，从而使仓体各部分的安装更加牢固，密封、防水、防尘。

在本申请的一些实施例中，所述全向视觉装置还包括底座和仓体安装架；其中，所述底座包括底板和凸出于底板的安装部，在所述底板上开设有用于将全向视觉装置安装于其他载体上的安装孔；所述仓体安装架安装在所述仓体的底部，用于与所述安装部装配。为仓体设计底座，有利于将仓体安装到其他需要获取全景图像的载体上，以满足用户的不同应用需求。

在本申请的一些实施例中，所述仓体整体呈中空的圆柱状；所述仓体安装架为圆环状，其上缘设置有若干个向圆心方向延伸的安装凸台，在所述安装凸台上开设有安装孔，安装孔用于插装螺钉，进而采用螺纹连接方式将所述仓体安装架安装于所述仓体的底部；在所述仓体安装架的内侧壁上设置有若干个向圆心方向延伸的定位柱，在所述底座的安装部上开设有若干个定位口，通过将所述定位柱安装于所述定位口中，以实现所述仓体安装架与所述底座之间的装配。这种设计方式可以便于仓体与底座之间的组装与拆卸操作。

在本申请的一些实施例中，所述定位口优选设计成l型，从所述底座的安装部的上缘开始向下方开设，在l型定位口的水平底面上形成有凸起，所述凸起以倾斜过渡面衔接所述水平底面。利用所述凸起可以防止定位柱滑脱，提高仓体与底座之间装配的稳定性。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型的全向视觉装置体积小、集成度高，安装拆卸方便，在不需要摄像头转动扫描或借助云台转动的情况下即可同时采集360°范围内的全部场景，且摄像头可选用常规镜头，避免了使用曲面镜头或镜面反射式镜头导致的图像失真问题，提高了全景图像的生成质量。

结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型所提出的全向视觉装置的一种实施例的整体结构示意图；

图2是图1的局部纵向剖视图；

图3是图2中的摄像头与摄像头安装架的一种实施例的安装结构示意图；

图4是图2中的固定杆的一种实施例的安装结构示意图；

图5是图2中的底座与仓体安装架的一种实施例的结构示意图；

图6是图5中的底座与仓体安装架之间的装配关系示意图；

图7是图6中的a部放大图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细地说明。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“竖”、“横”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本实用新型的限制。

此外，还需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

参见图1、图2，本实施例的全向视觉装置包括仓体10以及内置于仓体10中的摄像头30、视频采集卡、视频处理器和数据传输模块40等主要部件。

在本实施例中，仓体10主要由仓体上壳11、仓体下壳12以及透明环13组装而成。其中，仓体上壳11包括顶面和四周侧壁，仓体下壳12包括底面和四周侧壁，透明环13为具有一定高度的环状，位于仓体上壳11与仓体下壳12之间。

作为一种优选实施例，所述仓体10优选设计成圆柱状，透明环13优选采用透明玻璃制成一圈圆环状的透明玻璃环。在仓体上壳11的下缘（即，仓体上壳11的四周侧壁的底面）开设有一圈安装槽，并在安装槽内设置一圈密封圈15（例如橡胶密封圈等），结合图2、图4所示。同样的，在仓体下壳12的上缘（即，仓体下壳12的四周侧壁的顶面）也开设有一圈安装槽，安装槽内也设置有一圈密封圈16。将透明玻璃环13的上缘安装在仓体上壳11的安装槽内，并通过密封圈15实现透明玻璃环13与仓体上壳11的密封；将透明玻璃环13的下缘安装在仓体下壳12的安装槽内，并通过密封圈16实现透明玻璃环13与仓体下壳12的密封。

仓体上壳11与仓体下壳12之间可以利用固定杆17连接固定，如图2所示。优选将固定杆17内置于仓体10中，以保证全向视觉装置外形简洁，提高其整体的美观性。所述固定杆17可以设置两根、三根或者更多根，以三根为宜，以兼顾结构的简单化以及组装的稳固性。

在本实施例中，可以在固定杆17的顶部开设外螺纹，并在仓体上壳11的顶面的内侧开设螺纹孔，如图4所示，从而采用螺纹连接的方式实现固定杆17与仓体上壳11的装配固定。在固定杆17的底部可以开设内螺纹孔，并在仓体下壳12的底面的内侧开设沉孔，沉孔中安装内角螺钉18（例如内六角螺钉），通过内角螺钉18与固定杆17上的内螺纹孔螺纹连接，由此实现固定杆17与仓体下壳12的装配固定。

设计固定杆17的长度略小于仓体10的内部高度，在旋紧内角螺钉18的过程中，可挤压橡胶密封圈15、16使仓体上壳11、仓体下壳12以及透明玻璃环13之间产生预紧力，从而使壳体安装得更加牢固，且具有密封、防水、防尘的效果。此外，当仓体上壳11与仓体下壳12安装紧固时，透明玻璃环13受到垂直方向的压力，此时橡胶密封圈15、16还能够起到保护透明玻璃环12的作用。

将仓体10设计成中空结构，以用于封装摄像头30、视频采集卡、视频处理器和数据传输模块40等电子部件。

在本实施例中，所述摄像头30设置有多个，优选沿周向方向等间距排布一圈，如图2所示，以用于拍摄360°范围内不同角度区间的图像。作为一种优选实施例，所述摄像头30在仓体10内的安装高度优选与透明玻璃环13的高度一致，即，每一个摄像头30的镜头均正对透明玻璃环13，透过透明玻璃环13摄取外部的场景图像。

本实施例的摄像头30优选采用ccd摄像头，所有的摄像头30规格相同，为每一个摄像头30设置相同的参数，以保证通过每一个摄像头30获取到的图像质量相同。为了简化后期图像处理运算的复杂度，可以为每一个摄像头30配置预设的拍摄角度范围，这样在对相邻的摄像头30获取到的图像进行拼接时，可以很容易地定位重叠区域，方便特征值的提取，继而大幅度地减少图像处理算法的运算量，很好地解决了全景图像显示滞后性的问题，基本上可以达到全景图像实时显示的效果。

作为摄像头30在仓体10内安装固定的一种优选实现方式，本实施例针对所有的摄像头30配置了一个框架式结构的摄像头安装架50，如图3所示。所述摄像头安装架50分成上、下两层，上安装支架51与下安装支架52均呈正多边形结构，且边数与摄像头30的个数相等。图3示出的摄像头安装架50呈正八边形结构，用于安装八个摄像头30摄取360°范围内的全景图像。

在本实施例中，摄像头安装架50的上安装支架51与下安装支架52的各条边分别上下平行且正对，在每一组上下平行正对边之间分别安装一根竖直支撑梁53，由此便可形成多个工字型支架。将每一个摄像头30分别安装在一块固定板54上，在每一块固定板54与每一个工字型支架的对应位置上分别开设安装孔55，在安装孔55中插装螺钉，采用螺纹连接的方式将固定板54安装于工字型支架上，进而实现摄像头30在摄像头安装架50上的安装固定。将所有的摄像头30安装于摄像头安装架50后，各摄像头30的镜头的中心线可以位于同一水平面，且每两个相邻摄像头30的镜头中心线所成夹角均相等，从而满足了各摄像头30圆周等间距排布的布设要求。

为了对仓体10的内部空间进行合理利用，以尽可能地缩小仓体10的体积，实现装置的小型化设计，本实施例在仓体10所形成的内部腔室中设置有至少两个支撑板，例如上支撑板56和下支撑板57，如图2所示。其中，下支撑板57通过下支撑杆59支撑在仓体下壳12的底面上，上支撑板57通过上支撑杆58支撑在下支撑板57的顶面，由此将仓体10的内部腔室分割成上、中、下三个区间。在本实施例中，优选将数据传输模块40安装在仓体下壳12的底面上，位于下支撑板57的下方；将摄像头安装架50固定在下支撑板57的顶面，位于上支撑板56的下方；在下支撑板57的底面以及上支撑板56的顶面均可以安装电路板60，以用于布设系统运行所需要的电子元器件。优选将视频采集卡和视频处理器布设在位于下支撑板57底面的电路板60上，以便于在摄像头30、视频采集卡、视频处理器以及数据传输模块40之间布线。

在本实施例中，可以利用布设在电路板60上的控制器控制所有摄像头30在同一时刻摄取仓体10外部的景象，并分别生成视频信号传输至视频采集卡。视频采集卡采集所有摄像头30输出的视频信号并进行汇总后，发送至视频处理器进行图像的拼接处理，最终生成360°全景图像发送至数据传输模块40，进而通过数据传输模块40发送至外部设备。

在本实施例中，视频处理器可以采用现有的图像拼接技术对各个摄像头30拍摄的多幅图像进行拼接处理，以生成360°全景图像。所述数据传输模块40优选采用交换机，通过网线41连接上位机，以网络传输的方式将360°全景图像发送至上位机进行实时显示。

为了将连接交换机40的网线41引出仓体10，本实施例在仓体下壳12的底面开设有通孔42，如图2所示。网线41穿过通孔42后，可以在通孔42中进一步加装橡胶密封圈，以对仓体10内的部件起到密封、防水的作用。

为了便于将仓体10安装到其他载体上，本实施例在全向视觉装置中还配置有底座20，并在仓体10的底面安装有仓体安装架14，结合图2、图5所示。所述仓体安装架14优选设计成圆环形，在圆环形的仓体安装架14的上缘设置有向圆心方向延伸的安装凸台61，安装凸台61上开设有安装孔62，可以在安装孔62中插装螺钉，采用螺纹连接的方式将仓体安装架14安装于仓体10的底部。

在本实施例中，所述安装凸台61可以设置多个，沿仓体安装架14的上缘等间距周向排布，以提高仓体安装架14与仓体10连接的稳固性。

为了便于仓体安装架14与底座20之间的组装与拆卸，本实施例在仓体安装架14的圆环内壁上还设置有若干个定位柱63，如图5所示。所述定位柱63优选布设多个，沿圆环内壁一周等间距布设，且向圆心方向延伸。

底座20包括底板21和安装部22。底板21可以设计成平板，四周开设安装孔25。安装部22可以设计成圆环状，凸出安装于底板21的顶面，且直径略小于仓体安装架14的直径。在安装部22上开设若干个定位口23，所述定位口23的开设个数和开设位置应与仓体安装架14上的定位柱63的布设数量以及布设位置一一对应。通过将定位柱63安装于定位口23中，实现仓体安装架14与底座20的装配。

作为一种优选实施例，本实施例设计定位口23为l型，从安装部22的上缘开设向下方开设。即，l型定位口23的竖向口在安装部22的上缘形成缺口，并向下延伸至安装部22的中间部位，水平口形成在安装部22的中间部位。在水平口的水平底面26上形成有凸起24，设计凸起24以倾斜过渡面27衔接水平底面26，如图7所示。

在将仓体10安装到底座20上时，首先将定位柱63对准定位口23在安装部22的上缘形成的缺口，然后下移仓体10，使定位柱63下移至定位口23的水平底面26；接着，水平移动仓体10，使定位柱63沿定位口23的水平底面26水平移动，越过凸起24，限位于定位口23中，如图6所示。拆卸时，反方向移动仓体10，使定位柱63脱离定位口23，实现仓体10与底座20的分离。

本实施例将凸起24的相对两个侧面设计成倾斜过渡面27，由此可以在施加较小的外力下，就可使定位柱63越过凸起24，实现定位或脱离。

在将本实施例的全向视觉装置安装于其他载体上时，例如安装于无人机、巡逻车等载体上时，可以在底板21上开设的安装孔25中插装螺钉，采用螺纹连接的方式固定在其他载体上。

本实施例的全向视觉装置体积小、集成度高、安装拆卸方便，获取到的全景图像无失真，视觉效果好，适合应用在机器人、无人机、安全监控、目标检测等多种领域。

当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。