CN107087155A - 一种全景3d摄像机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全景3D摄像机。该全景3D摄像机包括：至少一组摄像头模组以及承重板，其中，所述承重板至少包括第一安装平台；所述至少一组摄像头模组中的每一个摄像头模组均安装于所述第一安装平台，用于采集全景图像信息。通过承重板上的至少一组摄像头模组中的摄像头模组采集图像信息，并对图像信息进行合成，进而获取全景3D图像。

Description

一种全景3D摄像机

技术领域

本发明涉及图像处理领域，尤其涉及一种全景3D摄像机。

背景技术

全景3D摄像机是可以独立实现大范围无死角拍摄的摄像机，其内部封装多个不同朝向的单体摄像机或者图像采集器模组，通过对各个摄像机或图像采集器采集到的分画面进行图像拼接操作得到全景效果。当前市场上主流全景摄像机的结构是把若干百万像素以上的传感器或者摄像机，以及视场角独立短焦镜头封装在统一的外壳中，将若干单独的画面按用户需求集成为360°的高清全景画面，再由网络或高速总线传输到后端管理平台。一台全景摄像机可以取代多台普通的摄像机，做到无缝拍摄。全景摄像机实现了拍摄新应用，可应用于各个领域，其中包括娱乐现场、政府机关、银行、社会安全、监狱、公共场所、文化场所等。

为达到全景拍摄目的，目前市场上比较成型产品采用双摄像头的方式：在全景摄像机的左右(或者前后)两个方向分别设置大范围广角摄像头，通常每个摄像头的单头拍摄范围为大于180°覆盖，这种方式每个摄像头负责自己方向的环境视频拍摄，由于每个摄像头都是大于180°覆盖，因此全景相机收集到两个摄像头的拍摄信息后在设备内部进行视频合成，输出为360°全景视频。

但是，采用两个大范围广角摄像头分别拍摄不同方向的视频然后合成的方案，虽然可以生成全景视频，但由于每个摄像头都为180°广角甚至鱼眼镜头，边缘畸变较大，边缘处视频质量下降，而且受限于单个摄像头传感器分辨率的限制，没法进行高分辨率的拍摄，并且合成出来的全景视频无法具有 3D效果。

为了避免上述缺陷，现有技术中，还有部分全景设备生产厂家采用多个现有单眼摄像机简单堆叠的方式，每个摄像机对准不同的方向负责采集该方向的图像信息，采用增加摄像头的方式来减少边缘畸变并增加拼接后的整体分辨率并产生全景3D视觉效果。

但是，这种方式由于单眼摄像机自身体积已经比较大，为实现全景拍摄效果，多台摄像机捆绑在一起使得全景摄像机的体积更为巨大，便携性显著降低，为提高便携性，此种方案往往只能将多个摄像机按圆周排列，拍摄设备四周的景象而牺牲了设备上方和下方的两个区域的众多影像信息。

单眼摄像机并非为全景拍摄所定制，因此会有各种迎合市场和消费者的附加功能，造成电力消耗大，多个单眼摄像机的堆叠，对电源的严重依赖会造成野外拍摄非常困难，即使在室内拍摄，也必须使用固定电源供电，移动和拍摄范围严重受限于电线的长度。

此外，组成这种全景摄像机的各个单体相机是现有产品，并非为全景拍摄而设计，各个相机相互独立，互相不能协调工作，而全景视频拍摄过程要求所有机器工作完全一致，任何单机的随机拍摄失败都会导致整个拍摄任务失败，费时费力而且花费巨大，全景视频的拍摄效果严重依赖后期处理，最终导致视频抖动严重，给观看者带来严重的眩晕感。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种全景3D摄像机。

第一方面，本发明提供了一种全景3D摄像机，该全景3D摄像机包括：

至少一组摄像头模组以及承重板，其中，承重板至少包括第一安装平台；

至少一组摄像头模组中的每一个摄像头模组均安装于第一安装平台，用于采集与全景3D摄像机对应的水平方向的全景图像信息，其中，摄像头模组中的每一个摄像头模组镜头均与水平方向平行。

本发明的有益效果是：至少一组摄像头模组，安装于承重板的第一安装平台，每一个摄像头模组都可以分别获取水平方向不同角度的图像信息，而且尽量避免了“拍摄死角”问题，对不同角度的图像信息进行处理后，最终合成后的全景视频可以实现全景3D效果。摄像头模组越多，图像分辨率越高。通过本发明提供的全景3D摄像机，可以最大程度且高分辨率的还原实际景物。同时，摄像头模组轻便简洁，构成的全景3D摄像机便携性高。

进一步，当所述摄像头模组数为至少两组时，所述承重板还包括第二安装平台，所述第二安装平台和至少一组摄像头模组安装于所述第一安装平台的上部或下部；

所述至少两组摄像头模组中，除安装于所述第一安装平台的摄像头模组外的摄像头模组安装于所述第二安装平台，用于采集与第二安装平台安装的摄像头模组对应的图像信息，其中，安装于所述第二安装平台的摄像头模组中每一个摄像头模组的镜头均与水平方向成第一预设角度。

采用上述进一步的方案的有益技术效果在于，当全景3D摄像机仅在第一安装平台安装摄像头模组时，仅可以获取水平方向的3D图像。那么，在第二安装平台安装摄像头模组后，则可以同时获取与第二安装平台安装的摄像头模组对应方向的图像信息。将水平方向的图像信息和与第二安装平台安装的摄像头模组对应方向的图像信息进行综合处理，则能够还原更真实的景物，实现全景3D效果。

进一步的，当摄像头模组包括至少三组时，除安装于第一安装平台的摄像头模组，以及安装于第二安装平台的摄像头模组之外的模组，安装于第三安装平台，用于采集与第三安装平台安装的摄像头模组对应方向的图像信息，其中，所述第三安装平台安装于所述第一安装平台上，且安装于与所述第二安装平台对立位置，安装于第三安装平台的摄像头模组中每一个摄像头模组均与水平方向成第二预设角度。

采用上述进一步的方案的有益技术效果在于，在摄像机承重板的第一安装平台、第二安装平台的摄像头模组，以及安装于第三安装平台的摄像头模组共同采集图像信息，然后对图像信息进行相应处理后，可以获取一个360°的环视3D图像信息，实现全景3D效果。

进一步，至少一组摄像头模组中包括一个主摄像头模组，用于控制安装于至少一组摄像头模组中所有摄像头模组同时工作。

采用上述进一步的技术方案的有益技术效果在于，摄像头模组中，有一个摄像头模组为主摄像头模组，其他为辅助摄像头模组。主摄像头模组控制所有摄像头模组同时工作，可以保证各个摄像头模组拍摄的视频帧具有同步性。由此，可以避免由于摄像头模组不同时工作而导致的拍摄视频抖动严重，而导致的用户体验低的问题。

进一步的，至少一组摄像头模组中，每一个摄像头模组中均包括：镜头，镜头座，以及集成电路板；

镜头安装镜头座上，集成电路板与镜头座相连接；

镜头用于采集光线信息；

镜头座用于支撑镜头；

集成电路板用于根据镜头采集的光线信息，获取图像信息，并对图像信息进行相应处理。

进一步的，集成电路板中至少包括图像采集器，数据传输总线以及信息处理器；

图像采集器用于捕捉从镜头进入的光线，采集图像信息；

信息处理器用于将图像信息通过数据传输总线传输至图像综合处理器，以便图像综合处理器用于对图像信息进行综合处理，其中，图像综合处理器为外部设备。

采用上述进一步的技术方案的有益技术效果在于，每一个摄像头模组采集图像信息后，都分别通过数据传输总线传输至图像综合处理器，可以更加高效。

进一步的，每一个摄像头模组的集成电路板中至少包括图像采集器，数据传输总线以及信息处理器；

图像采集器用于捕捉从镜头进入的光线，采集图像信息；

至少一组摄像头模组中除主摄像头模组之外的摄像头模组对应的信息处理器用于，将采集的图像信息传输至主摄像头模组对应的信息处理器中；

主摄像头模组对应的信息处理器用于对至少一组摄像头模组中所有摄像头模组分别采集的图像信息进行图像压缩处理，并通过数据传输总线上传至图像综合处理器，以便图像综合处理器用于对图像信息进行综合处理，其中，图像综合处理器为外部设备。

采用上述进一步的技术方案的有益技术效果在于：通过一个主摄像头模组的信息处理器收集所有摄像头模组采集的图像信息，进行统一图像压缩处理后，上传至图像综合处理器，可以方便图像综合处理器统一下载，并进行处理。

进一步的，全景3D摄像机还包括：主信息处理器；

每一个摄像头模组的集成电路板中至少包括图像采集器，数据传输总线以及分信息处理器；

图像采集器用于捕捉从镜头进入的光线，采集图像信息；

分信息处理器用于将图像信息传输至主信息处理器；

主信息处理器用于接收至少一组摄像头模组中每一个摄像头模组分别采集的图像信息，并将至少一组摄像头模组中每一个摄像头模组分别采集的图像信息进行图像压缩处理后，通过数据传输总线上传至图像综合处理器，以便图像综合处理器用于对图像信息进行综合处理，其中，图像综合处理器为外部设备。

采用上述进一步的技术方案的有益技术效果在于：通过主信息处理器将所有摄像头模组采集的图像信息进行图像压缩处理后，再统一传输至图像综合处理器中。可以实现在本地进行汇总，然后通过有限的带宽传输至图像综合处理器中，同样可以实现高效的数据传输。

进一步的，安装于第一安装平台的摄像头模组，安装于第二安装平台的摄像头模组，以及安装于第三安装平台的摄像头模组中，每一个摄像头模组均安装于预设安装位置。

采用上述进一步的有益效果在于，在第一安装平台、第二安装平台以及第三安装平台的摄像头模组，均按照预设的位置进行安装。摄像头模组越多，相邻两个摄像头模组之间采集的图像信息重叠部分将会越多，那么在做图像拼接时，更容易将图像信息还原成实际景象。但是，摄像头模组越多，成本也越高。而且，第一安装平台、第二安装平台以及第三安装平台面积有限，也不可能承载更多的摄像头模组。因此，需要预设合适的位置，安装最佳个数的摄像头模组。

进一步的，安装于第二安装平台的摄像头模组，以及安装于第三安装平台的摄像头模组中，均包括至少一个摄像头模组。

采用上述进一步的有益效果在于，当安装于第二安装平台的摄像头模组和/或第三安装平台的摄像头模组为一个时，则这个摄像头模组可以是一个广角摄像头模组或者鱼眼摄像头模组，以便采集全景图像信息。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种全景3D摄像机原理结构示意图；

图2为在第二安装平台安装1个摄像头模组的结构示意图；

图3为在第二安装平台安装6个摄像头模组的结构示意图；

图4为在第三安装平台安装6个摄像头模组的结构示意图；

图5为全景3D摄像机的承重板包含第一安装平台、第二安装平台以及第三安装平台的结构示意图；

图6为通过人眼睫状肌的收缩从而使物体清晰成像的示意图；

图7为两眼在观察同一物体时，构成不同成像的示意图；

图8为构成全景中所有光线排列的结构示意图；

图9为人眼中左眼和右眼分别看到的光线示意图；

图10为两个相邻摄像头模组所采集光线的示意图；

图11为相邻两个虚拟相机采集的图像的示意图；

图12为确定摄像头模组的可视范围、全景3D摄像机3D拼接半径、左右眼内圆半径以及人眼视觉张角之间关系的结构示意图；

图13为一种简化摄像头模组的可视范围、全景3D摄像机3D拼接半径、左右眼内圆半径以及人眼视觉张角之间关系的结构示意图：

图14为本发明实施例提供的一种全景3D摄像机的主视原理示意图；

图15为本发明实施例提供的一种全景3D摄像机的俯视原理示意图；

图16为本发明实施例提供的另一种全景3D摄像机的主视原理示意图；

图17为本发明实施例提供的一种全景3D摄像机的仰视原理示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、接口、技术之类的具体细节，以便透切理解本发明。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

图1为本发明实施例提供的一种全景3D摄像机原理结构示意图，该全景 3D摄像机包括：至少一组摄像头模组以及承重板。

至少一组摄像头模组以及承重板，其中，承重板至少包括第一安装平台；至少一组摄像头模组中的每一个摄像头模组均安装于第一安装平台，用于采集与全景3D摄像机对应的水平方向的全景图像信息，其中，摄像头模组中的每一个摄像头模组镜头均与水平方向平行。

在本发明实施例中，具体如图1所示，第一安装平台包括一组摄像头模组，该组摄像头模组包括12个摄像头模组。优选的，全景3D摄像机还可以包括支撑杆，该支撑杆起到支撑作用。当然，也可以采用其他方式实现支撑全景3D摄像机，并非必须采用支撑杆。其他方式这里不做限定。

另外，如果仅在第一安装平台安装摄像头模组，那么，对摄像头模组中的摄像头模组所采集的图像信息进行相应处理后，可以合成为水平方向的360°图像信息。为了能够实现水平方向和垂直方向同样为360°环视的图像信息，承重板还可以包括第二安装平台，第二安装平台和至少一组摄像头模组安装于第一安装平台上部或下部，而第二安装平台具体安装与第一安装平台的上部或者下部，则根据需要采集的图像处于全景3D摄像机的上部还是下部来确定。此时，摄像头模组数量为至少两组。至少两组摄像头模组中，除安装于第一安装平台的摄像头模组外的摄像头模组安装于第二安装平台，用于采集与第二安装平台安装的摄像头模组对应方向的图像信息，其中，安装于第二安装平台的摄像头模组中每一个摄像头模组的镜头均与水平方向成第一预设角度(第一预设角度也即是下文中的θ₂)。

进一步优选的，当摄像头模组包括至少三组时，除安装于第一安装平台的摄像头模组，以及安装于第二安装平台的摄像头模组之外的模组，安装于第三安装平台，用于采集与第三安装平台安装的摄像头模组对应方向的图像信息，其中，第三安装平台安装于第一安装平台上，且安装于与第二安装平台对立位置，安装于第三安装平台的摄像头模组中每一个摄像头模组均与水平方向成第二预设角度(第二预设角度也即是下文中的θ₃)。

进一步的，安装于第二安装平台的摄像头模组，以及安装于第三安装平台的摄像头模组，均包括至少一个摄像头模组。例如，在第二安装平台，仅包括一组摄像头模组，且该组摄像头模组仅包括一个摄像头模组。那么，这个摄像头模组可以是1个180°可视范围的广角或者鱼眼镜头。采集到与第二安装平台安装的摄像头模组对应方向图像信息。结构如图2所示。图2为在第二安装平台安装1个摄像头模组的结构示意图。类似的，如果在第三安装平台，仅包括一组摄像头模组，且该组摄像头模组仅包括一个摄像头模组。同样的，可以采用1个180°可视范围的广角或者鱼眼镜头。而采用一个摄像头模组采集图像信息时，必然会采集到支撑杆的图像信息，那么在后续图像处理过程中，可以将支撑杆的图像通过一些现有技术进行去除掉。例如采用 PS技术等。采用1个摄像头模组的好处就在于可以节省开支。如果对图像信息要求不太高的情况下，就可以使用一个摄像头模组。

如果对图像信息要求很高的情况下，则可以采用至少两个摄像头模组。具体如图3所示。图3为在第二安装平台安装6个摄像头模组的结构示意图。而当摄像头模组为多个时，则可以采用普通摄像头、广角或者鱼眼镜头等。具体采用哪一种摄像头模组，这里不做限制。

类似的，图4为在第三安装平台安装6个摄像头模组的结构示意图，具体如图4所示。图4中的摄像头模组同样可以采用普通摄像头模组、广角或者鱼眼镜头等。具体采用哪一种摄像头模组，这里不做限制。

图5则给出了全景3D摄像机的承重板包含第一安装平台、第二安装平台以及第三安装平台的结构示意图，具体如图5所示。其中，第一安装平台，第二安装平台以及第三安装平台均包含多个摄像头模组。

为了能够保证摄像头模组能够同时工作，保证各个摄像头模组拍摄的视频帧具有同步性。那么，可以将至少一组摄像头模组中其中一个摄像头模组配置为主摄像头模组，用于控制安装于至少一组摄像头模组中所有摄像头模组同时工作，由此保证各个摄像头模组拍摄的视频帧具有同步性。而这种同步性可以完美的消除全景视频拼接过程中的抖动，提高视频观看的质量，减少观看者产生的眩晕等不适反应。

具体而言，一个摄像头模组可以包括：镜头，镜头座，以及集成电路板。镜头安装镜头座上，集成电路板位于镜头座底部；镜头用于采集光线信息；镜头座用于支撑镜头；集成电路板用于根据镜头采集的光线信息，获取图像信息，并对图像信息进行相应处理。

这里对图像信息进行相应处理可以包括三种情况。在介绍这三种情况之前，首先介绍以下摄像头模组中所包括的集成电路板：

集成电路板中至少包括图像采集器，数据传输总线以及信息处理器，图像采集器用于捕捉从镜头进入的光线，采集图像信息。

信息处理器用于对图像信息进行相应处理。

那么，具体的，在第一种情况中：

如果每一个摄像头模组在采集图像信息后，分别将图像信息发送至图像综合处理器的话，那么，每一个摄像头模组包括的集成电路板中的信息处理器则分别用于将图像信息通过数据传输总线传输至图像综合处理器(图中未显示)，以便图像综合处理器用于对图像信息进行综合处理。这里图像综合处理器对图像信息进行综合处理，其实指的就是对图像信息进行拼接和合成等等相应处理，以便最终合成的图像能够呈现全景3D效果，这里需要说明的是，文中所述的图像综合处理器为一个外部设备。例如，是一个PC机，或者是能够实现对图像处理的终端设备。具体是什么，这里不做限制。

在第二种情况中，如果至少一组摄像头模组中包括一个主摄像头模组。那么，至少一组摄像头模组中除主摄像头模组之外的摄像头模组对应的信息处理器用于，将采集的图像信息传输至主摄像头模组对应的信息处理器中；主摄像头模组对应的信息处理器用于对至少一组摄像头模组中所有摄像头模组分别采集的图像信息进行图像压缩处理，并通过数据传输总线上传至图像综合处理器。

在第三种情况中，全景3D摄像机还包括：主信息处理器。那么，将集成电路板中的信息处理器理解为分信息处理器的话，那么，分信息处理器用于将图像信息传输至主信息处理器；

主信息处理器用于接收至少一组摄像头模组中每一个摄像头模组分别采集的图像信息，并将至少一组摄像头模组中每一个摄像头模组分别采集的图像信息进行图像压缩处理后，通过数据传输总线上传至图像综合处理器，以便图像综合处理器用于对图像信息进行综合处理。

为了使拍摄的图像能够更好的呈现垂直方向360°全景视频，以及环视 360°全景3D视频。需要对摄像头模组的安装位置做一定的限定。即安装于第一安装平台的摄像头模组，安装于第二安装平台的摄像头模组，以及安装于第三安装平台的摄像头模组中，每一个摄像头模组均安装于预设安装位置。也即是摄像头模组的安装位置必须满足一定的限定条件。在确定限定条件之前，首先介绍一下实现3D成像的原理。

具体的，实现3D成像的方式基本分为两种:单眼立体视觉和双眼立体视觉。单眼立体视觉暗示包括两种：焦点调节和单眼移动视差。焦点调节指人在观看比较近的物体(10m以内)时，通过人眼睫状肌的收缩从而使物体清晰成像的同时，大脑会计算出物体的距离(具体如图6所示)。单眼移动视差是指观察者移动的时候，与观察者距离不同的物体在观察者眼中的运动速度不相同，从而可以得到物体的前后关系。

双眼立体视觉主要利用的是人的两眼在观察同一物体的时候成像的不同来获得物体的前后关系。由于左眼看到物体的左边多一点，右眼看到的物体右边多一点，因而形成了视觉上的差异，即双目视差，具体如图7所示。双目视差是获得深度信息的生理基础。当前的3D系统基本上采用的都是该原理进行成像。换句话说，就是分别让左眼和右眼在同一时间看到不同的图像。

在本发明实施例中，则采用的是第二种方式产生3D视觉效果。

一般而言，一张全景图表示的是绕着某个点在水平方向上旋转360度都能看到对应的光线信息，如图8所示，图8中每个箭头表示一个唯一方向上的光线，也对应着全景图的某一列像素。光线越密集(全景图水平像素越高)，表示全景信息越齐全。

而如果要形成3D全景，就需要2张类似的全景图分别对应左右眼，但需要满足2个约束条件：

1、每张图都必须记录下完整的全景信息，也就是说360度都有对应的光线；

2、左右眼在相同的方向上(在图像上体现为相同位置的列像素)必须是空间上两个有视差的光线，至于这个视差多大可以自由设置。为了符合人的观看习惯，可以让这2个光线平行并且之间的距离为人眼的距离(人眼距离大概是6.4cm)。具体如图9所示，在图9中，左眼所能看到的光线和右眼所能看到的光线是互相平行的两条光线。如图9中所示，实线代表右眼所能看到的光线，虚线为左眼所能看到的光线。这样每一组平行的光线表示空间上某个唯一方向上左右眼看到的光线信息。

有了上述的模型后，我们就需要设计一种摄像机结构来捕捉到左右眼需要的所有光线。然而有个无法避免的问题，就是实际的摄像机体积有限，我们无法为每条光线配置一个相机。如图10所示，其中内圆为我们模型建立的虚拟圆，外圆为摄像机摆放的圆(半径为R)

需要说明的是，实际上相机摆放的形状不要求是圆，但圆的对称性有利于算法的计算，因此，我们以摄像机摆放的形状为圆形为进行示意性说明。

具体如图10所示，图10中a，b，c代表的是右眼所能看到的3个方向上的光线，a光线可以从A相机中得到，c光线也可以从C相机中得到，而由于相机体积的原因，已没有办法摆放B相机来获取b光线。也即是b光线实际上是无法获取的，缺失的。那么，如果没有b光线进入相机的话，图像很有可能就是缺失的，不完整的。而解决这一问题的问题办法就是：增大R的值。让相机之间的距离变大，才有可能为每个光线配置一个相机。但是，如果多配置相机的话，必然会增加生产成本。那么，为了在不增加成本的前提下，则可以采用光流算法(现有技术中的一种算法，这里不做详细介绍)来算出b光线的值。换言之，就是利用A相机和C相机所提供的数据，通过光流算法，获取到光线b的准确值。也可以理解为通过光流算法，模拟生成一个“虚拟相机B”。如此一来就可以利用有限的相机，获取大量的全景光线。

本发明中，以第一安装平台为例，第一安装平台安装m个摄像头模组时，主要采用环视m个摄像机均匀等距等角度安放于全景设备周围的方式。每个摄像头模组的图像采集器距离第一安装平台中心的距离为R，环视弧度2π (360°)，则摄像机之间的角度为：

在这种结构中，每相邻两个相机之间的数据都将同时用于左眼和右眼全景图的光流计算，即减少了相机之间的距离，也充分利用了相机的数据，非常适合半径较大或者摄像机视角较大的结构。

为了得到更好的全景3D立体视频，上述摄像机结构在产品结构上应该尽可能满足如下要求：

a、相邻摄像头模组的可视范围应该互相重叠以便实现全景视频的拼接，这个重叠部分越多越便于拼接出高质量的画质，但是随着重叠部分的增大，意味着采用更大广角的镜头或者增加更多的摄像头模组；

b、由于虚拟相机的计算需要同时提供相邻2个相机的数据，所以要求相邻相机的重叠部分能够覆盖到内圆左右眼的所有方向，如图11所示。其中，图11中标注为pleft的点和pright的点均为半径为d的虚线与摄像机(图中为正中心的摄像机)的最大视角线的交点。图12中出现的pleft和pright的意义相同，下文中将不再赘述。

c、相邻摄像头模组之间的距离应该尽可能的小，以便增加相机之间进行插值光场计算的精确度；拥有最佳的视频图像质量，但是这样的需求通常意味着使用更多的摄像头模组。

根据以上要求，摄像头模组的可视范围FOV(field of view)γ，全景3D 摄像机3D拼接半径d，左右眼内圆半径r，人眼视觉张角β之间的关系可用图 12表示。进而，γ，d，r，m以及β的公式约束关系如公式1所示：

由公式可以看出：部署于全景3D摄像机第一安装平台上部的m个摄像头模组数目越多，每个摄像头模组的水平可视角度β越小，但是较多的摄像头模组数目会造成设备整体成本的增加以及设备的体积尤其是拍摄半径的显著增大。具体如公式2-公式6所示：

b²＝d²+R²-2dR cosβ (公式2)

由于：

即，全景3D摄像机的γ，d，r，m，R以及β同时满足公式1，公式2，公式3以及公式6等4个公式时，即可根据光流算法和视频拼接算法将m个摄像头模组采集到的视频信息进行3D全景视频的拼接。

另外，在上面的公式基础上，可以进行适度的简化。具体如图13所示： overlap这个夹角表示相邻两个相机画面的重叠部分，这个角由相机fov(γ) 和距离d决定。因为实际拍摄场景都较大，也就是d要远大于R，这个时候我们可以近似的认为R等于0(其中，算法能够容忍这种近似)，即所有相机的光心都位于同一点。在这种情况下:

同时，

将公式7至公式9，这3个公式结合在一起可以得到：

假设r＝3.2，则需满足：时，才能进行3D全景的拼接。

当然，上述实施例仅仅是说明在第一安装平台安装至少一组摄像头模组时，每个摄像头模组的安装位置的确定公式。下面，将分别介绍在第二安装平台以及在第三安装平台安装至少一组摄像头模组时，每个摄像头模组的安装位置的确定公式及说明。具体如下：

全景3D摄像机第二安装平台安装至少一个摄像头模组时，至少一个摄像头模组的安装位置和角度的说明及限定公式为(此处以安装于第一安装平台上部的安装平台为第二安装平台为例进行说明):

vfov₁为第一安装平台上的环视m个摄像头模组的垂直方向可视角度；

vfov₂为第二安装平台上的向上n个摄像头模组的垂直方向可视角度；

M₁为第一安装平台上的环视m个摄像头模组之一，此处序号1仅为说明方便，并不做第一安装平台上的具体摄像头模组的限定；

N₁为第二安装平台上的向上n个摄像头模组之一，此处序号1仅为说明方便，并不做第二安装平台上的具体摄像头模组的限定；

θ₂为第二安装平台上的向上n个摄像头模组的安装倾斜角度：

R_v2为第一安装平台上m个摄像头模组和第二安装平台上n个摄像头模组垂直方向的视频拼接半径；

r为全景3D摄像机中心到第一安装平台环视m个摄像头模组传感器的半径。

基于以上参数设定，全景3D摄像机的主视图及参数标注如图14所示，图14所示的主视图主要用于说明顶部角度的计算，具体公式如下：

因此，形成全景视频的公式条件为：

＝>

除了垂直方向，全景3D摄像机上部的n个摄像头模组之间需同时满足如下条件才能保证n个摄像头模组之间采集到的图像能够进行全景3D计算，参数说明如下：

n为全景3D摄像机上部第二安装平台的摄像头模组数目：

hfov₂为第二安装平台上的n个摄像头模组的水平方向可视角度；

N₁和N₂为第二安装平台上的n个摄像头模组之中任意相邻的两个摄像头模组，此处序号1、2仅为说明方便，并不做第二安装平台上的具体摄像头模组的限定，只要保证相邻即可；

R_h2为第二安装平台上的n个摄像头模组水平方向的视频拼接半径；

r为全景3D摄像机中心到第一安装平台环视m个摄像头模组传感器的半径；

基于以上参数设定，全景3D摄像机的俯视图及参数标注如图15所示。

因此，形成全景视频的公式条件为：

全景3D摄像机下部第三安装平台x个摄像头模组安装位置和角度的说明及限定公式(此处以安装在第一安装平台下部的安装平台为第三安装平台为例进行说明)：

vfov₁为第一安装平台上的环视m个摄像头模组的垂直方向可视角度；

vfov₃为第三安装平台上的向下x个摄像头模组的垂直方向可视角度；

M₁为第一安装平台上的环视m个摄像头模组之一，此处序号1仅为说明方便，并不做第一安装平台上的具体摄像头模组的限定；

X₁为第三安装平台上的向下x个摄像头模组之一，此处序号1仅为说明方便，并不做第三安装平台上的具体摄像头模组的限定；

θ₃为第三安装平台上的向下x个摄像头模组的安装倾斜角度：

R_v3为第一安装平台上m个摄像头模组和第三安装平台上的向下x个摄像头模组垂直方向的视频拼接半径；

r为全景3D摄像机中心到第一安装平台环视m个摄像头模组传感器的半径；

基于以上参数设定，全景3D摄像机的主视图及参数标注如图16所示，图16 所示的主视图主要用于说明底部角度的计算，具体公式如下：

因此，形成全景3D视频的公式条件为：

＝>

除了垂直方向，全景3D摄像机第三安装平台的x个摄像头模组之间需同时满足如下条件才能保证x个摄像头模组之间采集到的图像能够进行全景3D计算：

x为全景3D摄像机安装于第三安装平台的摄像头模组的数目；

hfov₃为第三安装平台上的向下x个摄像头模组的水平方向可视角度；

X₁和X₂为第三安装平台上的向下x个摄像头模组之中任意相邻的两个摄像头模组，此处序号1、2仅为说明方便，并不做第一安装平台上的具体摄像头模组的限定，只要保证相邻即可；

R_h3为第三安装平台上的向下x个摄像头模组水平方向的视频拼接半径；

r为全景3D摄像机中心到第一安装平台环视m个摄像头模组传感器的半径；

基于以上参数设定，全景3D摄像机的仰视图及参数标注如图17所示：

因此，形成全景3D视频的公式条件为：

上述关于全景3D摄像机第二安装平台上的n个摄像头模组垂直方向的视频拼接半径R_v2、第二安装平台n个摄像头模组水平方向的视频拼接半径R_h2、第三安装平台x个摄像头模组垂直方向的视频拼接半径R_v3、第三安装平台x个摄像头模组水平方向的视频拼接半径R_h3以及全景3D摄像机中心到第一安装平台环视m个摄像头模组传感器的半径r，这些参数没有在公式中予以描述，意味着无论R_v2、R_h2、R_v3、R_h3以及r的具体数值，只要满足上述公式形成的全景3D视频效果的全景摄像设备，均在本专利范围内。

还需要说明的是，在本实施例中，一直强调的是全景3D摄像机包括第一安装平台、第二安装平台和第三安装平台。而在实际应用中，其实可以仅包括第一安装平台，或者第一安装平台和其他安装平台之间的任意组合。甚至，还可以包括多个安装平台。

另外，在本发明的上述实施例中，仅以第二安装平台安装在第一安装平台的上部，第三安装平台安装在第一安装平台的下部为例进行说明，但并不局限于此。这里的第一、第二和第三只是区分不同的平台，而并非用于实际限定平台的顺序。而摄像头模组的安装方式也不限于安装在安装平台的上部和下部，还可以安装在安装平台的侧面等其他位置。这里均不作任何限定。而安装平台上安装多少个摄像头模组同样可以根据实际情况而设定，也即是说安装平台上可以安装0个摄像头模组，安装一个摄像头模组，又或者安装至少两个摄像头模组等等。

本发明提供的一种全景3D摄像机，采用至少一组摄像头模组，每一组分别安置于承重板的不同位置，包括上、下以及水平方位。通过每一组摄像头模组，可以分别获取不同角度的图像信息，而且尽量避免了“拍摄死角”问题，对不同角度的图像信息进行处理后，最终合成后的全景视频可以实现3D 效果。摄像头模组越多，图像分辨率越高。通过本发明提供的全景3D摄像机，可以最大程度且高分辨率的还原实际景物。同时，摄像头模组轻便简洁，成本低，构成的全景3D摄像机便携性高。

读者应理解，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种全景3D摄像机，其特征在于，所述全景3D摄像机包括:

至少一组摄像头模组以及承重板，其中，所述承重板至少包括第一安装平台；

所述至少一组摄像头模组中的每一个摄像头模组均安装于所述第一安装平台，用于采集与所述全景3D摄像机对应的水平方向的全景图像信息，其中，所述摄像头模组中的每一个摄像头模组镜头均与水平方向平行。

2.根据权利要求1所述的全景3D摄像机，其特征在于，当所述摄像头模组数为至少两组时，所述承重板还包括第二安装平台，所述第二安装平台和至少一组摄像头模组安装于所述第一安装平台的上部或下部；

所述至少两组摄像头模组中，除安装于所述第一安装平台的摄像头模组外的摄像头模组安装于所述第二安装平台，用于采集与所述第二安装平台安装的摄像头模组对应方向的图像信息，其中，安装于所述第二安装平台的摄像头模组中每一个摄像头模组的镜头均与水平方向成第一预设角度。

3.根据权利要求2所述的全景3D摄像机，其特征在于，当所述摄像头模组包括至少三组时，除安装于所述第一安装平台的摄像头模组，以及安装于第二安装平台的摄像头模组之外的模组，安装于所述第三安装平台，用于采集与所述第三安装平台安装的摄像头模组对应方向的图像信息，其中，所述第三安装平台安装于所述第一安装平台上，且安装于与所述第二安装平台对立位置，安装于所述第三安装平台的摄像头模组中每一个摄像头模组均与水平方向成第二预设角度。

4.根据权利要求1-3任一项所述的全景3D摄像机，其特征在于，所述至少一组摄像头模组中包括一个主摄像头模组，用于控制所述至少一组摄像头模组中所有摄像头模组同时工作。

5.根据权利要求1-3任一项所述的全景3D摄像机，其特征在于，所述至少一组摄像头模组中，每一个摄像头模组中均包括：镜头，镜头座，以及集成电路板；

所述镜头安装所述镜头座上；

所述镜头用于采集光线信息；

所述镜头座用于支撑所述镜头；

所述集成电路板用于根据所述镜头采集的光线信息，获取图像信息，并对所述图像信息进行相应处理。

6.根据权利要求5所述的全景3D摄像机，其特征在于，所述集成电路板中至少包括图像采集器，数据传输总线以及信息处理器；

所述图像采集器用于捕捉从镜头进入的光线，采集图像信息；

所述信息处理器用于将所述图像信息通过数据传输总线传输至图像综合处理器，以便所述图像综合处理器用于对所述图像信息进行综合处理，其中，所述图像综合处理器为外部设备。

7.根据权利要求5所述的全景3D摄像机，其特征在于，所述每一个摄像头模组的集成电路板中至少包括图像采集器，数据传输总线以及信息处理器；

所述图像采集器用于捕捉从镜头进入的光线，采集图像信息；

所述至少一组摄像头模组中除所述主摄像头模组之外的摄像头模组对应的信息处理器用于，将采集的图像信息传输至所述主摄像头模组对应的信息处理器中；

所述主摄像头模组对应的信息处理器用于对所述至少一组摄像头模组中所有摄像头模组分别采集的图像信息进行图像压缩处理，并通过数据传输总线上传至图像综合处理器，以便所述图像综合处理器用于对所述图像信息进行综合处理，其中，所述图像综合处理器为外部设备。

8.根据权利要求5所述的全景3D摄像机，其特征在于，所述全景3D摄像机还包括：主信息处理器；

所述每一个摄像头模组的集成电路板中至少包括图像采集器，数据传输总线以及分信息处理器；

所述图像采集器用于捕捉从镜头进入的光线，采集图像信息；

所述分信息处理器用于将所述图像信息传输至所述主信息处理器；

所述主信息处理器用于接收所述至少一组摄像头模组中每一个摄像头模组分别采集的图像信息，并将所述至少一组摄像头模组中每一个摄像头模组分别采集的图像信息进行图像压缩处理后，通过数据传输总线上传至图像综合处理器，以便所述图像综合处理器用于对所述图像信息进行综合处理，其中，所述图像综合处理器为外部设备。

9.根据权利要求3所述的全景3D摄像机，其特征在于，所述安装于所述第一安装平台的摄像头模组，安装于所述第二安装平台的摄像头模组，以及安装于第三安装平台的摄像头模组中，每一个摄像头模组均安装于预设安装位置。

10.根据权利要求3所述的全景3D摄像机，其特征在于，所述安装于第二安装平台的摄像头模组，以及所述安装于第三安装平台的摄像头模组中，均包括至少一个摄像头模组。