[发明专利]一种可采集360度场景结构的全景深度相机系统

说明书

本发明公开了一种可采集360度场景结构的全景深度相机系统，其特征在于：在一周范围内放置八个鱼眼镜头相机，能够一次采集周围360度空间内的物体，根据场景范围远近适当选择基线长度。由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：1.与主动探测式深度相机不同，该方案在室外依然能够正常工作。2.根据后期算法，相机可以提供360度三维场景结构，可应用于无缝全景图片合成，三维测量，三维建模等领域。3.因为多重投影约束，能够提高视觉三维重建的抗噪声能力，提高系统鲁棒性。4.能够同时拍摄得到360度空间的三维物体，不需要分多次扫描合成，因此提高了系统的拍摄效率。

技术领域

本发明涉及一种虚拟现实领域，具体为一种可采集360度场景结构的全景深度相机系统。

背景技术

现在虚拟现实(Virtual Reality)市场火热。其中，全景视频因为制作成本低，周期短的优点，成为了VR市场最快落地的产品之一。全景视频的制作流程通常是首先采用多个摄像机(大于等于2个)同时对场景进行拍摄，然后再对多个摄像机拍摄的照片或视频进行后期拼接，得到一副360x180度的全景画面。用户端通过VR头盔进行观看时，可以任意转动头部角度，以获得整个场景的视觉内容。

目前市面上拍摄全景的方案中，由于无法获取所拍摄场景的三维结构，在其全景图片合成的算法模型中，通常假设拍摄场景为一个平面，再将所有相机画面投射到一个公共球面上进行拼合。然而，这样做会带来如下问题：

由于相机无法获取场景三维结构，当所拍摄物体在图片缝合处不在一个平面时，会导致在缝合处图像出现虚影，物体不完整，物体无法对齐等现象，也即导致了″拼缝″的出现，采用这种方式拼接的图像可以明显看到，当缝合处存在前后景关系时，会导致″拼缝″出现。

因此，若要从理论上完全消除接缝的存在，则必须要获取真实空间的三维结构，即场景的″深度″。

现在普遍采用两种方案。1.采用专门的深度相机，深度相机能够在获得二维图像的基础上同时得到每个位置对应的深度值。2.采用双目视觉原理(如图 1所示)，在基座上并排放置两个相机，两个相机之间有一定的水平间距，此间距被称为基线长度，因为两个相机视角的差异外界的同一个物体在两个相机上的投影会稍有不同，根据在两个相机上物体投影形成的视差即可以去推测三维物体的几何位置。现有解决方案的缺点：

1.如果采用主动探测式深度相机，深度相机的工作距离固定，工作视角小，要完成360度空间的建模需要多次扫描完成，并且因为深度相机的工作原理导致如果在室外会受到各种干扰无法正常工作，因此大部分都用于室内。

2.如果是双目相机(如图1所示)，现有解决方案一般都是并排放置两个普通视场角镜头，因此工作视角小。并且如果用两个相机对三维空间的测量会导致空间约束不够，因此会很容易受到噪声干扰影响导致三维重建精度不足。

发明内容

针对上述两种方案的不足，为实现对三维空间的高效高精度视觉建模，需要一种工作视角大、重建精度高、适用范围广的技术方案，即为一种可采集 360度场景结构的全景深度相机系统。

本发明采用的技术方案如下：一种可采集360度场景结构的全景深度相机系统，其特征在于：该系统基座分四个面，每个面上并排放置两个鱼眼镜头相机(俯视图如图2所示)，两个鱼眼镜头之间的距离为基线长度，相当于在系统的四个面上总共放置了八个鱼眼镜头相机，能够一次采集周围360度空间内的物体，根据场景范围远近和建模精度的要求可以适当选择基线长度。

本发明所述在一周范围内放置八个鱼眼镜头相机，单个鱼眼镜头的视场角能够达到190度。因此对于空间中的一个物体，能够被两个、三个甚至四个相机同时观测到。对于能够同时被三个或四个相机观测到的物体，其基线长度取决于两两之间的基线最长者。因此在保证近处物体重建成功的前提下，该相机布置方案能够有效提高基线长度，从而提高了物体的重建精度。此外，因为有多个相机同时观测到，相当于增加了空间物体的重建约束，因此也能够提高抗噪声干扰能力，增加系统鲁棒性。