[发明专利]高分辨率实时全景高动态范围图像获取装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像处理领域和虚拟现实领域，尤其是一种用于获取360°全景数字图像的装置及方法。

背景技术

目前在全场景高动态范围数字图像采集装置中，Jonas Unger，Stefan Gustavson在文献High Dynamic Range Video for Photometric Measurement of Illumination中设计了一种利用传统感光器件CMOS和快速多次曝光技术相结合的图像获取系统，利用其采集高速，高质量的高动态范围(HDR)图像。该系统使用具有高速并行处理能力和控制逻辑的轻便片上传感器和快速百叶窗式快门。由于快门结构的限制，当设备与场景之间有相对运动时获取的图像会出现垂直幕效应，使得图像的质量下降。该设备通过对圆形玻璃球面的反射光线捕捉来获得全场景的图像，所以无法消除拍摄设备在图像中的成像，并且由于设备及拍摄者在图像的中间部分，使得有效光线遮挡较多。Jessi Stumpfel，Andrew Jones，Paul Debevec等在文献Direct HDR Capture of the Sun and Sky 中设计了一套使用标准的商业数目相机配鱼眼镜头的设备。通过设置相机的快门和光圈，并增加中灰滤镜可以通过捕捉七张不同曝光的图像合成一张HDR图像。该设备的缺点在于，鱼眼镜头的光学性质使得越靠近图像边缘的光线分辨率越低，图像的畸变越大，而且受相机的限制无法获取高分辨率HDR图像。

发明内容

为了克服现有技术分辨率不高，图像畸变严重，动态范围不足，实时性差等不足，本发明提供一种高分辨率全景实时高动态范围图像采集装置，与已有的装置及方法相比，该装置可以实时的获得高分辨率全景高动态范围图像。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括N台图像获取设备、N个L型支架和一个工作台，N＞5；各L型支架的呈圆周均匀分布在工作台上，L型支架的底端固定在工作台上；图像获取设备分别固定在L型支架上端，且每台图像获取设备的镜头水平朝向圆周外侧，每台图像获取设备镜头的光轴延长线向圆周内交汇于一点，该点在工作台的投影为L型支架所分布圆周的圆心。将第N+1台图像获取设备置于工作台上，其镜头垂直向上，镜头的光轴延长线通过L型支架所分布圆周的圆心。该装置置于需拍摄场景的中心位置。图像获取设备通过数据线和控制线与图像处理工作站连接，由图像处理工作站对图像获取设备进行参数设置，连续快门同步以触发获取图像，将获取图像存储在图像处理工作站中并合成一张高分辨率全景高动态范围图像。

所述的图像获取设备配置一枚水平视角大于等于150°的超广角镜头，以减少图像获取设备数量，缩小装置体积。每台图像获取设备的垂直视角大于等于100°，水平放置的N台数字相机的视角重叠须大于等于14°以利于后期图像处理，水平放置的图像获取设备与第N+1台图像获取设备的视角重叠大于等于20°。

所述的图像获取设备采用分辨率大于等于1230万像素的数字相机。

通过9000mA/h，7.4V电源模块为图像获取设备供电，使得一次完全充电后数字相机的连续拍摄图像数量不少于6600张。

使用按照图像获取设备底座形状加工的底座和L形支架快速稳定的固定相机。

本发明还提供一种高分辨率全景实时高动态范围图像采集方法，包括以下步骤：

(1)将所述的高分辨率全景实时高动态范围图像采集装置放置在所摄对象中心位置。

(2)使用任意一台图像获取设备进行测光，自动获取当前场景正确曝光的光圈快门参数，以此作为其他相机的正确光圈快门参数。对于所有的图像获取设备，以正确曝光数据为中心基准，自动生成9组具有相同间隔曝光值(EV)的光圈快门参数序列(-8/3EV，-2EV，-4/3EV，-2/3EV，0EV，+2/3EV，+4/3EV，+2EV，+8/3EV)。

(3)以获得的光圈快门参数序列对图像获取设备进行快门触发，获取多幅不同曝光参数和拍摄角度的图像并进行存储。

(4)对步骤(3)获得的图像进行校正，并且将校正后同一曝光参数下不同拍摄角度的图像进行拼接，得到多幅不同曝光参数的全景图。

(5)通过多幅不同曝光参数的全景图合成一张高分辨率全景高动态范围图像。

校正的方法是用图像获取设备拍摄棋盘格标定板，提取获得图像中的harris角点作为图像特征点。根据棋盘格的物理尺寸和形状得到校正后的理论特征点。根据透镜畸变的原理，通过最小化二乘误差可以求解出图像获取设备线性畸变系数。根据此系数可以校正相机拍摄到的图像。