本发明专利技术提供一种多焦距镜头超高分辨率联动成像装置，该装置通过使用多焦距镜头对大范围区域同时进行监控，采集得到的超高分辨率图像横向视场角大于90°，从而使得该装置能够在大范围场景监控中实现无死角全覆盖，并在距装置130m范围内，采集影像的像素密度大于125像素/米，使得整个监控图像的像素达到了一亿以上。
【技术实现步骤摘要】
多焦距镜头超高分辨率联动成像装置
本专利技术涉及图像成像
，具体的涉及一种多焦距镜头超高分辨率联动成像装置。
技术介绍
目前，在政府广场、大型停车场、机场候车厅、车站候车厅等大范围区域的视频监控方案中，现有监控方案主要采用多台枪机和高速球相配合进行。现有的长焦镜头枪机视野范围有限；而安装短焦镜头的枪机，对于远处的目标则仅能获得像素不足的目标图像；另一方面，高速球的观察范围有限，不能同时兼顾整个场景和局部具体放大图，使用时会存在盲区。对于用户来说，采用这种监控方案还需在多台摄像机的图像之间进行切换，才能进行监控，非常不方便，降低了监控效率，增加了监控难度。所以现有监控方案已经很难适应现代监控需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种多焦距镜头超高分辨率联动成像装置，该专利技术解决了现有技术中对于大范围区域进行实时监控时，仅依靠一套监控装置难以兼顾远景目标清晰成像和整个场景全覆盖监控的限制；以及摄像机云台装置在近景成像和远景成像不断切换时造成的监控遗漏的技术问题。本专利技术提供一种多焦距镜头超高分辨率联动成像装置，包括:视频采集模块，用于获取监控区域的实时图像信息，设置于监控区域附近，包括至少一个用于采集低分辨率的监控区域场景概貌图像信息的概貌采集单元和至少十个用于采集监控区域中目标物的细节图像信息的细节采集单元，细节采集单元的各镜头焦距不同；存储模块，用于存储视频采集模块获取的图像信息；视频管理模块，用于对场景概貌图像和细节图像进行空间配准，并根据空间配准信息对概貌采集单元和细节采集单元所获取的图像进行协同联动预览和回放；视频管理模块中包括空间配准模块，空间配准模块用以实现概貌采集单元和细节采集单元之间的空间配准，获得两者之间的映射关系，空间配准模块通过空间配准方法实现概貌采集单元和细节采集单元所得图像的空间配准；空间配准方法包括以下步骤：(1)分别建立各单镜头单元的采集图像坐标系XpYpOp，同时采用球型模型建立空间坐标系XsYsZsOs，以单镜头单元的左方为Xp轴正方向，下方为Yp轴正方向，空间坐标系XsYsZsOs的Xs轴正方向与Xp轴正方向相反，Ys轴正方向与Yp轴正方向相反，前方为Zs轴正方向；取以空间坐标系XsYsZsOs的原点为球心半径为1的球面上的一点ms，ms的奇次坐标为(xs,ys,zs,1)T，mp点为ms点在采集图像坐标系XpYpOp上的成像点，其奇次坐标为mp＝(xp,yp,1)T，空间坐标中的点ms到采集图像坐标系上点mp的对应关系表示为：mp＝K(R,0)ms＝(KR,0)ms＝Pms(1)其中，矩阵P＝K(R,0)通常称为摄像机矩阵，是摄像机的内参数矩阵，fx＝f/dx，fy＝f/dy，分别称为Xp轴和Yp轴上的归一化焦距；f为镜头单元的焦距，dx和dy分别表示Xp轴和Yp轴上单位像素的尺寸大小，cx和cy表示光学中心，(R,0)为单镜头单元的外参数矩阵，其中R基于点ms到单镜头单元光轴的水平夹角α和垂直夹角β计算得到：(2)分别对场景概貌图像和细节采集单元的视频图像采样：分别预览场景概貌图像和一个细节图像，并对相同物体同一点在两个图像中的像素坐标进行记录，每组记录组成一个像素坐标组，共记录6组像素坐标组，按照这种方法，分别采集场景概貌图像和每一个细节图像的像素坐标组，以完成场景概貌图像分别与每一个细节采集单元获取的图像的像素坐标采样。计算场景概貌图像和任一细节图像中对应像素坐标组中，场景概貌图像中同一物体同一点的像素坐标与细节图像中物体同一点的像素坐标的映射关系：首先根据公式(1)，将对应像素坐标组中的6个场景概貌图像像素坐标转换为空间坐标系XsYsZsOs，得到包含6个向量v1,v2…v6的概貌向量；将对应像素坐标组中细节采集单元所获取的图像上的6个像素坐标转换为空间坐标系XsYsZsOs，得到包含6个向量v1',v2'…v6'的细节向量，按照公式(5)～(7)以概貌向量组成矩阵MatH，细节向量组成矩MatD，求解旋转矩阵MatH2D：MatD＝[v1,v2,v3,v4,v5,v6](5)MatH＝[v1',v2',v3',v4',v5',v6'](6)MatH2D＝MatD×PINV(MatH)(7)，其中，PINV(Matrix)为矩阵Matrix的广义逆；按照采集单元的个数重复前述步骤，得到场景概貌图像对应每一个细节采集单元图像的旋转矩阵；(3)匹配联动预览或回放时，首先获取选取的概貌图像上的场景坐标(xp,yp,1)T，根据公式(1)，计算该点在空间坐标系XsYsZsOs下的奇次坐标v＝(xs,ys,zs,1)T；遍历每一个细节采集单元的旋转矩阵MatH2D，由v×MatH2D＝v'(9)得到各概貌向量对应的坐标点在每一个细节采集单元图像下的空间坐标va',vb'…vj'，最后由va',vb'…vj'，根据公式(1)计算所选取场景在每一个细节采集单元中的像素坐标(xa',ya')，(xb',yb')…(xj',yj')，去掉不合理的结果，并选取其中距细节采集单元中心坐标最近的一个像素坐标作为概貌图像中与细节图像中匹配联动的对象。进一步地，概貌采集单元和细节采集单元设置于壳体内，壳体内间隔设置第一平板、第二平板和第三平板，第二平板和第三平板均与水平面平行，第一平板向水平面倾斜设置；概貌采集单元设置于第二平板的中间，细节采集单元围绕概貌采集单元设置。进一步地，第一平板与水平面所成锐角为20°。进一步地，包括10个细节采集单元，每个细节采集单元均包括细节网络摄像机，细节网络摄像机的视频采集分辨率为4000×3000，编码方式为h264标准，其中任意3台细节网络摄像机的前端均设置中焦距镜头组成近距离摄像组，用于构成横向90°的视场角以覆盖近距离区域，近距离摄像组设置于第一平板上；余下7台细节网络摄像机前端均设置长焦距镜头，组成远距离摄像组，用于构成横向90°的视场角以覆盖远距离区域，远距离摄像组均匀设置于第二平板和第三块平板上。进一步地，概貌采集单元通过用于调节倾角的基座与第二平板相连接，基座与水平面的倾角为20°。进一步地，壳体由导热金属制成。进一步地，概貌采集单元包括概貌网络摄像机，概貌网络摄像机为1080P网络摄像机，编码方式使用h264标准，其前端连接短焦距镜头，横向视场角达到90度。进一步地，存储模块包括彼此独立的第一网口和第二网口，第一网口，用于联通视频采集模块获取的图像信息与存储模块。第二网口，用于联通储存模块与视频管理模块。。本专利技术的技术效果：本专利技术提供多焦距镜头超高分辨率联动成像装置，能够实现场景概貌和超高分辨率图像的联动监控，并且设备横向视场角大于90°，能够在大范围场景监控中实现无死角全覆盖，并在距装置130m的范围内，采集影像的像素密度大于125像素/米，可识别人或者车辆等物体。具体请参考根据本专利技术的多焦距镜头超高分辨率联动成像装置提出的各种实施例的如下描述，将使得本专利技术的上述和其他方面显而易见。附图说明图1是本专利技术优选实施例多焦距镜头超高分辨率联动成像装置结构示意图；图2是本专利技术优选实施例壳体安装状态示意图，其中(a)是壳体主视图(b)式壳体侧视图；图3是本专利技术优选实施例提供的多焦距镜头超高分辨率联动成像装置视场覆盖范围示意图；图4本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种多焦距镜头超高分辨率联动成像装置，其特征在于，包括:视频采集模块，用于获取监控区域的实时图像信息，设置于所述监控区域附近，包括至少一个用于采集低分辨率的所述监控区域场景概貌图像信息的概貌采集单元和至少十个用于采集所述监控区域中目标物的细节图像信息的细节采集单元，所述细节采集单元的各镜头焦距不同，；存储模块，用于存储所述视频采集模块获取的图像信息；视频管理模块，用于对所述场景概貌图像和所述细节图像进行空间配准，并根据空间配准信息对所述概貌采集单元和所述细节采集单元所获取的图像进行协同联动预览和回放；所述视频管理模块中包括空间配准模块，所述空间配准模块用以实现所述概貌采集单元和所述细节采集单元之间的空间配准，获得两者之间的映射关系，所述空间配准模块通过空间配准方法实现概貌采集单元和细节采集单元所得图像的空间配准；所述空间配准方法包括以下步骤：(1)分别建立各单镜头单元的采集图像坐标系XpYpOp，同时采用球型模型建立空间坐标系XsYsZsOs，以单镜头单元的左方为Xp轴正方向，下方为Yp轴正方向，空间坐标系XsYsZsOs的Xs轴正方向与Xp轴正方向相反，Ys轴正方向与Yp轴正方向相反，前方为Zp轴正方向；取以所述空间坐标系XsYsZsOs的原点为球心半径为1的球面上的一点ms，ms的奇次坐标为(xs,ys,zs,1)T，所述mp点为ms点在采集图像坐标系XpYpOp上的成像点，其奇次坐标为mp＝(xp,yp,1)T，所述空间坐标中的点ms到采集图像坐标系上点mp的对应关系表示为：mp＝K(R,0)ms＝(KR,0)ms＝Pms (1)其中，矩阵P＝K(R,0)通常称为摄像机矩阵，是摄像机的内参数矩阵，fx＝f/dx，fy＝f/dy，分别称为Xp轴和Yp轴上的归一化焦距；f为镜头单元的焦距，dx和dy分别表示Xp轴和Yp轴上单位像素的尺寸大小，cx和cy表示光学中心，(R,0)为单镜头单元的外参数矩阵，其中R基于点ms到单镜头单元光轴的水平夹角α和垂直夹角β计算得到：R=1000cosβ-sinβ0sinβcosβcosα0-sinα010sinα0cosα---(2)]]>α=tan-1xszs,β=tan-1ysxs2+zs2.---(3);]]>(2)分别对场景概貌图像和10个细节采集单元的视频图像采样：分别预览场景概貌图像和一个细节图像，并对相同物体同一点在两个图像中的像素坐标进行记录，每组记录组成一个像素坐标组，共记录6组像素坐标组，按照这种方法，分别采集场景概貌图像和每一个细节图像的像素坐标组，以完成场景概貌图像分别与每一个细节采集单元获取的图像的像素坐标采样；计算场景概貌图像和任一细节图像中对应像素坐标组中，场景概貌图像中同一物体同一点的像素坐标与细节图像中物体同一点的像素坐标的映射关系：首先根据公式(1)，将对应像素坐标组中的6个场景概貌图像像素坐标转换为所述空间坐标系XsYsZsOs，得到包含6个向量v1,v2…v6的概貌向量；将对应像素坐标组中细节采集单元所获取的图像上的6个像素坐标转换为空间坐标系XsYsZsOs，得到包含6个向量v1',v2'…v6'的细节向量，按照公式(5)～(7)以概貌向量组成矩阵MatH，细节向量组成矩MatD，求解旋转矩阵MatH2D：MatD＝[v1,v2,v3,v4,v5,v6] (5)MatH＝[v1',v2',v3',v4',v5',v6'] (6)MatH2D＝MatD×PINV(MatH) (7)，其中，PINV(Matrix)为矩阵Matrix的广义逆；重复节采集单元个数次，得到场景概貌图像对应每一个细节采集单元图像的旋转矩阵；(3)匹配联动预览或回放时，首先获取选取的概貌图像上的场景坐标(xp,yp,1)T，根据公式(1)，计算该点在空间坐标系XsYsZsOs下的奇次坐标v＝(xs,ys,zs,1)T；遍历每一个细节采集单元的旋转矩阵MatH2D，由v×MatH2D＝v'(9)得到各概貌向量对应的坐标点在每一个细节采集单元图像下的空间坐标va',vb'…vj'，最后由va',vb'…vj'，根据公式(1)计算所选取场景在每一个细节采集单元中的像素坐标(xa',ya')，(xb',yb')…(xj',yj')，去掉不合理的结果，并选取其中距细节采集单元中心坐标最近的一个像素坐标作为概貌图像中与细节图像中匹配联动的对象。...
【技术特征摘要】
1.一种多焦距镜头超高分辨率联动成像装置，其特征在于，包括:视频采集模块，用于获取监控区域的实时图像信息，设置于所述监控区域附近，包括至少一个用于采集低分辨率的所述监控区域场景概貌图像信息的概貌采集单元和至少十个用于采集所述监控区域中目标物的细节图像信息的细节采集单元，所述细节采集单元的各镜头焦距不同；存储模块，用于存储所述视频采集模块获取的图像信息；视频管理模块，用于对所述场景概貌图像和所述细节图像进行空间配准，并根据空间配准信息对所述概貌采集单元和所述细节采集单元所获取的图像进行协同联动预览和回放；所述视频管理模块中包括空间配准模块，所述空间配准模块用以实现所述概貌采集单元和所述细节采集单元之间的空间配准，获得两者之间的映射关系，所述空间配准模块通过空间配准方法实现概貌采集单元和细节采集单元所得图像的空间配准；所述空间配准方法包括以下步骤：(1)分别建立各单镜头单元的采集图像坐标系XpYpOp，同时采用球型模型建立空间坐标系XsYsZsOs，以单镜头单元的左方为Xp轴正方向，下方为Yp轴正方向，空间坐标系XsYsZsOs的Xs轴正方向与Xp轴正方向相反，Ys轴正方向与Yp轴正方向相反，前方为Zs轴正方向；取以所述空间坐标系XsYsZsOs的原点为球心半径为1的球面上的一点ms，ms的奇次坐标为(xs,ys,zs,1)T，mp点为ms点在采集图像坐标系XpYpOp上的成像点，其奇次坐标为mp＝(xp,yp,1)T，所述空间坐标中的点ms到采集图像坐标系上点mp的对应关系表示为：mp＝K(R,0)ms＝(KR,0)ms＝Pms(1)其中，矩阵P＝K(R,0)通常称为摄像机矩阵，是摄像机的内参数矩阵，fx＝f/dx，fy＝f/dy，分别称为Xp轴和Yp轴上的归一化焦距；f为镜头单元的焦距，dx和dy分别表示Xp轴和Yp轴上单位像素的尺寸大小，cx和cy表示光学中心，(R,0)为单镜头单元的外参数矩阵，其中R基于点ms到单镜头单元光轴的水平夹角α和垂直夹角β计算得到：(2)分别对场景概貌图像和细节采集单元的视频图像采样：分别预览场景概貌图像和一个细节图像，并对相同物体同一点在两个图像中的像素坐标进行记录，每组记录组成一个像素坐标组，共记录6组像素坐标组，按照这种方法，分别采集场景概貌图像和每一个细节图像的像素坐标组，以完成场景概貌图像分别与每一个细节采集单元获取的图像的像素坐标采样；计算场景概貌图像和任一细节图像中对应像素坐标组中，场景概貌图像中同一物体同一点的像素坐标与细节图像中物体同一点的像素坐标的映射关系：首先根据公式(1)，将对应像素坐标组中的6个场景概貌图像像素坐标转换为所述空间坐标系XsYsZsOs，得到包含6个向量v1,v2…v6的概貌向量；将对应像素坐标组中细节采集单元所获取的图像上的6个像素坐标转换为空间坐标系XsYsZsOs，得到包含6个向量v1',v2'…v6'的细节向量，按照公式(5)～(7)以概貌向量组成矩阵MatH，细节向量组成矩MatD，求解旋转矩阵MatH2D：MatD＝[v1,v2...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘述杰，张弘强，
申请(专利权)人：湖南源信光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43
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