全景成像系統(tǒng)及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是有關(guān)于一種全景成像系統(tǒng)及其方法，尤其指一種具有一全景反射鏡，配合單一影像感測(cè)裝置或單一投影裝置，使得感測(cè)所得的影像或投影出去的影像具有較佳的分辨率與亮度的全景成像系統(tǒng)及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]按，于照相、影片攝影、與投影領(lǐng)域中，有視角(Field of View，簡(jiǎn)稱F0V)的規(guī)格。FOV又分為水平視角(Horizontal F0V，簡(jiǎn)稱HF0V)與垂直視角(Vertical F0V，簡(jiǎn)稱VF0V)。全景成像系統(tǒng)的HFOV是360度，VFOV的角度則不一定。
[0003]在全景攝影的技術(shù)面，由于投影在感光材料、CMOS影像傳感器或電荷藕合組件的光源經(jīng)過(guò)反射鏡曲面反射會(huì)有重迭以及能量無(wú)法平均分布在每一個(gè)陣列式電容(或感光二極管)上面，造成電容(或感光二極管)接受到光學(xué)能量的強(qiáng)度大小不同，也就是投影的密度不均造成光學(xué)能量無(wú)法平均分布在每一個(gè)CMOS影像傳感器感光二極管或電荷藕合組件的光上面，造成影像模糊。CMOS影像傳感器或電荷耦合組件接收訊號(hào)電荷的強(qiáng)度密度的所以不均勻原因，原因就是曲面鏡的曲率半徑大小造成反射光入射CMOS影像傳感器或電荷耦合組件后，投射于感光二極管上的光訊號(hào)轉(zhuǎn)換成訊號(hào)電荷的密度不均，曲面的曲率半徑越大投影在CMOS影像傳感器感光二極管或電荷耦合組件的密度就越高，曲率半徑越小投影在CMOS影像傳感器或電荷耦合組件上的密度就越低。
[0004]例如美國(guó)專利US5，990，934揭示一種采用金字塔反射鏡的全景成像方法與系統(tǒng)，但它必須使用四個(gè)攝影機(jī)(或影像感測(cè)裝置)。成本比較高。它還有一個(gè)缺點(diǎn):越靠近金字塔反射鏡中心點(diǎn)的影像分辨率越低。Vishvjit S.Nalwa，在其1996年的技術(shù)報(bào)告中提出的方法與系統(tǒng)，與US5，990，934相同。US5，793，527更進(jìn)一步用四個(gè)鏡片與四個(gè)攝影機(jī)，將金字塔反射鏡得到的較低分辨率影像合并成一個(gè)較高分辨率的全景影像。
[0005]S.K.Nayar的1997文獻(xiàn)揭示另一種全景成像方法，使用類似拋物線反射鏡曲面(曲面方程式請(qǐng)參考該論文)的全景成像方法，且只使用一個(gè)攝影機(jī)(或影像感測(cè)裝置)。它改良了 US5，990，934的攝影機(jī)太多的缺點(diǎn)。它也有兩個(gè)缺點(diǎn):第一，越靠近反射鏡曲面中心點(diǎn)的影像分辨率越不均勻、分辨率越低、亮度越暗；第二，全景影像落在一個(gè)圓形區(qū)域內(nèi)，影像感測(cè)裝置的四個(gè)角落閑置無(wú)用。目前市場(chǎng)上常見(jiàn)的產(chǎn)品，多屬采用此方法的產(chǎn)品。
[0006]中國(guó)臺(tái)灣專利公告號(hào)TWI268102揭示一種圖像處理單元，適用于一影像傳感器，該圖像處理單元包括多數(shù)個(gè)感光二極管，其排列于影像傳感器中，這些感光二極管依位置的不同而具有不同尺寸的感光面積，其中這些感光二極管的感光面積由中央?yún)^(qū)域向外依序遞增，以補(bǔ)償光入射角過(guò)大而使敏感度降低的問(wèn)題，進(jìn)而提高影像擷取的質(zhì)量。此專利的特征正巧與全景成像的需求相反。
[0007]美國(guó)專利US5，539，483揭示一種使用金字塔反射鏡與四個(gè)投影裝置的全景投影系統(tǒng)。其原理與US5，990，934相同，只是將光源反過(guò)來(lái)操作，形成投影系統(tǒng)。因原理相同，其特性相同，它必須使用四個(gè)投影裝置。成本比較高。它還有一個(gè)缺點(diǎn):越靠近金字塔反射鏡中心點(diǎn)的投影到屏幕上時(shí)，影像分辨率越低。
[0008]在圖像處理上，CMOS影像傳感器或電荷藕合組件，通過(guò)陣列感光二極管所構(gòu)成的像素單元來(lái)擷取影像，其每一像素單元的敏感度代表投射于感光二極管上的光訊號(hào)轉(zhuǎn)換成訊號(hào)電荷的強(qiáng)度表現(xiàn)。若感光二極管對(duì)光的敏感度降低時(shí)，造成接收訊號(hào)電荷的密度變低，將直接影響影像擷取的真實(shí)度與飽和度。又因?yàn)镃MOS影像傳感器或電荷耦合組件的陣列電荷儲(chǔ)存組件造成訊號(hào)電荷在不同電荷儲(chǔ)存組件所儲(chǔ)存的訊號(hào)電荷密度不同，使得所擷取的部分影像具有較模糊現(xiàn)象。
[0009]再者，CMOS影像傳感器或電荷耦合組件接收訊號(hào)電荷的強(qiáng)度密度的所以不均勻原因，原因就是曲面鏡的曲率半徑大小造成反射光入射CMOS影像傳感器或電荷耦合組件后，投射于感光二極管上的光訊號(hào)轉(zhuǎn)換成訊號(hào)電荷的密度不均，曲面的曲率半徑越大投影在CMOS影像傳感器或電荷耦合組件的密度就越高，曲率半徑越小投影在CMOS影像傳感器或電荷親合組件上的密度就越低。此種邊緣衰減(attenuat1n)的效應(yīng)直接影響成像的質(zhì)量，造成中央較亮邊緣較暗的情況。雖然在光補(bǔ)償技術(shù)上，能藉由軟件或微透鏡(microlens)的聚焦來(lái)增強(qiáng)邊緣區(qū)域的光訊號(hào)，或是經(jīng)由影像大小來(lái)計(jì)算較佳感光區(qū)域的有效面積，但效果還是有限。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0010]本發(fā)明的目的是提供一種全景成像系統(tǒng)及其方法，以改善上述公知全景成像系統(tǒng)的缺點(diǎn)。
[0011]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的全景成像系統(tǒng)，其包括:一全景反射鏡，為一橢圓錐，且其錐面為一曲面，用以反射來(lái)自周遭的光源；以及一影像感測(cè)裝置，置于該全景反射鏡的一側(cè)，用以接收從該全景反射鏡來(lái)的光源，以產(chǎn)生成像信息；由該全景反射鏡使得一全景影像投射于該影像感測(cè)裝置時(shí)，可將該全景影像投射成一矩形區(qū)域或非圓形區(qū)域。
[0012]本發(fā)明提供的全景成像方法，其包括下列步驟:提供一影像感測(cè)裝置；從該影像感測(cè)裝置取得一未展開(kāi)的矩形影像或非圓形影像；以及將該未展開(kāi)的矩形影像或非圓形影像展開(kāi)后還原成一環(huán)狀的全景影像。
[0013]本發(fā)明提供的全景投影系統(tǒng)，其包括:一儲(chǔ)存裝置，可儲(chǔ)存從一影像感測(cè)裝置所感測(cè)的影像信息；一處理單元，耦接至該儲(chǔ)存裝置，可將該影像信息處理后輸出；一視訊接口單元，耦接至該處理單元，可將該影像信息轉(zhuǎn)換成一矩形全景影像或非圓形影像光源后輸出；一影像投影裝置，耦接至該視訊接口單元，可將該矩形全景影像或非圓形影像光源投射出去；一全景反射鏡，置于該影像投影裝置的上方或下方，其為一橢圓錐，其錐面為一曲面，用以反射來(lái)自周遭的光源；以及一全景屏幕，置于該全景反射鏡的周圍，且可將該全景反射鏡包覆于其中；由該全景反射鏡將一矩形區(qū)域或非圓形區(qū)域的光源投射于該全景屏幕上成一 360度全景影像。
[0014]本發(fā)明提供的全景投影方法，其包括下列步驟:提供一光源及一影像投影裝置；由該影像投影裝置將一未展開(kāi)且密度均勻分布的矩形影像或非圓形影像光源投射至一全景反射鏡；以及該全景反射鏡將該未展開(kāi)且密度均勻分布的矩形影像或非圓形影像還原成360度環(huán)狀全景影像。
[0015]本發(fā)明提供的全景圖像處理單元，是用于一全景成像系統(tǒng)中，該全景圖像處理單元包括:復(fù)數(shù)個(gè)光感測(cè)組件，排列于該影像感測(cè)裝置中，該些光感測(cè)組件依位置的不同而具有不同尺寸的感光面積，其中該些光感測(cè)組件的感光面積由一全景反射鏡的橢圓錐曲面所決定，光照度越低的區(qū)域，其感光面積越大，光照度越高的區(qū)域，其感光面積越小。
[0016]本發(fā)明的效果是:
[0017]本發(fā)明具有一全景反射鏡，其錐面為一曲面使得在成像時(shí)，光源經(jīng)全景反射鏡投射于感光二極管上的光訊號(hào)的密度更均勻且成矩形影像或非圓形影像，避免了分辨率不均勻問(wèn)題與四個(gè)角落閑置無(wú)用問(wèn)題。
[0018]本發(fā)明具有一全景反射鏡，該全景反射鏡可為一凸鏡、凹鏡、平面鏡、或其組合，其投影結(jié)果的水平視角可以為121度至360度，且該矩形區(qū)域?yàn)橐婚L(zhǎng)方形區(qū)域。
[0019]本發(fā)明具有一全景反射鏡，該全景反射鏡的四個(gè)角落分別具有一延伸反射鏡，該四個(gè)延伸反射鏡所反射的影像將分別落于該影像感測(cè)裝置的四個(gè)角落。
[0020]本發(fā)明具有一全景反射鏡，其曲面系呈二次曲線狀，且該曲面的梯度決定該全景反射鏡投射于該影像感測(cè)裝置上影像的線性關(guān)系。
[0021]本發(fā)明其在投影時(shí)，矩形光源經(jīng)全景反射鏡投影于360度屏幕上的光的密度更均勻，避免了分辨率不均勻問(wèn)題，故分辨率較好。
[0022]本發(fā)明所采用的影像感測(cè)裝置中感光組件的面積越靠近影像感測(cè)裝置中心點(diǎn)越大，離中心點(diǎn)越遠(yuǎn)者面積越小，使具有感測(cè)所得的影像具有較佳的分辨率與亮度。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1a為一示意圖，其繪示本發(fā)明一較佳實(shí)施例的全景成像系統(tǒng)的立體示意圖。
[0024]圖1b為一示意圖，其繪示本發(fā)明一較佳實(shí)施例的全景成像系統(tǒng)的上側(cè)示意圖；
[0025]圖2為一示意圖，其繪示本發(fā)明一較佳實(shí)施例的全景成像系統(tǒng)進(jìn)一步具有一透鏡的示意圖。
[0026]圖3為