[发明专利]多焦距镜头超高分辨率联动成像装置

摘要

本发明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。

主权项

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，f_x＝f/d_x，f_y＝f/d_y，分别称为X_p轴和Y_p轴上的归一化焦距；f为镜头单元的焦距，d_x和d_y分别表示X_p轴和Y_p轴上单位像素的尺寸大小，c_x和c_y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m_s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,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。