[0001]
发明背景本发明涉及球面全景视频拍摄系统。本系统的创新功能在于通过无线
信号，实时录制、制作球面视频并传输至远程设备。尤其，本发明的目的是360°全方位记录图像与视频；该迷你系统具有两个或两个以上的广
角镜头，与
框架内的几何布置结合。
[0002] 现代摄像头的局限性在于录制视频的视角极其狭小，因而无法记录许多重要的细节。对于操作员，更困难的是为了录制摄像头背后或者框外的其他地方，就需要转动镜头，且会漏掉很多细节。
[0003] 本系统及其集成
软件提供了无限潜
力：其内部具有两个或两个以上的摄像头，且集成来自内部各个摄像头的实时信号，制成全景短片。因此,获得的影片可被剪辑成所需的视频部分，允许用户能够通过连拍建立自己的
时间线，随后上传至网络，或者将录制的球面视频部分发送至远程设备。该系统还可在便携电话（智能手机）上使用和/或集成，因此,可多人同时利用系统内的镜头录制全景内容，并且使用现代电话，即适合这类设备的智能手机的前后摄像头，具体如图16所示。
[0004] 经典录影通常能够投射在半圆形IMAX屏幕上，后者能够让观众处于场景中心,身临其境，犹如在星夜满空的户外。即使使用优化广角镜头，当前摄像头录制的经典视频也可达到每秒30
帧，其摄像镜头为圆形，画面周边点上存在扭曲和较高的
分辨率损耗，因其距离捕捉画面中心比较远。依照剧院场景和图画形状的传统，画面通常被剪成方形。如此，摄制的有效面积大部分都被浪费。
矩形比例为1：1.85的画面，用于动态影像时，只能够录制圆形面积的53%。
[0005] 先前关于本发明的重要文件有：US-A- 7.710.463, US-A1-2009 / 0.278.917 Al e US-A-7.003.136。
[0006] 本发明的目的是解决上述的先前技术问题。所提议的机构非常微小，
密封性良好，能够承受超过20个
大气压的压力，可用于电影、监控视频、广告、安检、不可进入或污染地、无人机和潜
水艇、
降落伞上的视频探测，或作为人体内镜
探头，或集成于
电池、智能手机上。本系统专
门用于设置画面和视频，尤其可360°录制数码画面；特别版本还可进行立体录影；
是一个360°录制数码3D广角画面的摄像头系统。系统由多个摄像头构成，立体版本至少具有四个摄像头，每个视域有两个摄像头，每拍摄象限配备一对摄像头，有助于让用户获得立体
视野：系统的摄像头捕捉的画面可
覆盖整个360°视域，从而营造出身临其境的一系列3D画面和视频、3D立体电影或者360°短片。
[0007] 新数码摄像头的镜头具有高分辨率，而最优质的5、10或更高兆
像素的画面能够达到30-60、100帧每秒，再加上强劲的速度、持续发展的
电子处理器，均使这款多摄像头、高分辨率的发明能够捕捉到视频数据和画面，记录三维全景的画面和视频，从而制作出身临其境的电影。
[0008] 尤其，镜头适用USB 3
接口，但是系统能够接受比thunderbolt2更快的影音串流，无任何限制，成为可接收新元件的开放式系统。来自不同镜头的影音串流被系统处理器集成在一个独特的全景画面中，并且被记录于系统内部的摄影记忆库内和/或通过系统集成的高速无线模
块发送至远程设备。利用此先进技术拍摄的影片可投射到平面屏幕上，也可投射到剧院的半圆形穹顶。若使用经典摄影机拍摄，用于平面屏幕的视频当显示到如穹顶的弧面、IMAX屏幕时，会产生扭曲，而使用360°全景技术摄制的视频则不会有扭曲，既可投射到平面屏幕上，也可投射至球面屏幕、
手术室显示器、交通显示器或监控屏幕、电视屏幕上。通过三维镜头，影片可以变得引人入胜且“360°无死角”，设备还可录音，从而带给观众具有现实感的视觉体验，仿佛他们就在场景的中心。
[0009] 为了创造填充整个半圆形的连续影像，需要通过覆盖整个视域的摄像头系统来旋转图像，或者采用此类弧形、柱形设备或半圆形屏幕适用的图像，采用本
专利镜头下的图像。本发明在技术创新方面的重要之处在于通过涵盖（两个或多个）摄像头、安装在球面、六面体、十二面体或任何形状（无尺寸和形状限制）的模块框架上的系统，生成球面3D全景视频，从拍摄角度360°无死角地录制整个周边画面。另外一大创新之处是能够实现身临其境的拍摄，使用现代手机、智能机、
平板电脑的前后摄像头。本专利还可用于经典摄影机上；可安装在桅杆上录制不同角度，结合来自各个摄像头，包括经典摄像头的
视频信号，从而营造出全景画面。
[0010] 与现有的其他系统不同，在本录影系统内，通过设备
微处理器上的画面融合数学计
算法，机上软件可以将视频信号实时结合。高清视频投影，所产生的结果是一系列画面能够覆盖整个视域（本情况下是180°x180°球形面），且不存在任何视觉扭曲，为观众提供在球形空间内身临其境之感，观众作为观察者，通过集成视频，仿佛置身于虚拟的视频中，对镜头扭曲毫无察觉。这是因为系统拥有两个或更多至少2兆像素的镜头，从拍摄角度360°实时录制整个视域。
[0011] 相对于现有的方案，本发明系统的特别之处在于迷你、自主供源、便携，尤其能够直接在内部产生全景画面，无需其他设备的辅助，因而使含广角镜头的拍摄系统显得独特且有新意，其可进行立体录制，将来自不同镜头的实时信号结合、转化从而创造全景影像，且可利用无线系统实时发送至其他设备。
[0012] 录制的视频和照片都被储存在机上的存储卡内。此外，系统还配备了能够
跟踪摄影、制定路径分析的GPS
定位模块以及获取其他物品距离参数数据的测距仪，这些信息都会作为元数据被集合并存储在系统中。
[0013] 其他高度创新的方面描述如下。
[0014] 近年，人们常会谈起
互动电视，尽管后者目前鲜有成效。本系统引入了新的重要创新理念。如今鲜有乌托邦式的进步、想法能够实现，或者说差强人意，无法给终端客户带来足够的成果。市面上的现有系统均需通过电视或触屏设备手动声控或管理，但缺乏与电视“对象”、网络、用户的具体实时
互动性。
[0015] 网络的概念设计落伍，而观众完全处于被动：他们只能观看导演要呈现出的画面,无任何形式的互动：唯一的互动可能就是换台。
[0016] 此外，一切视频系统，包括视频
监控系统都具有很大局限性：只能用预设镜头，最好也不过是>90°的广角镜头录制画面；这种局限于摄像头周边方框的录
制模式显然很不利，并且造成了不可逾越的鸿沟。
[0017] 目前没有任何系统能够实现摄像头和用户之间的实时互动，无任何电视网络能够传播和用户互动的全景视频内容、画面。
[0018] 像Youtube等网络尽管可以让用户上传内容，但是却无法和上传的视频产生互动，尤其是实时。
[0019] 这就是本系统最大的创新之一：新系统的设计从四个全新理念出发，这些理念也成为了本专利
申请系统的
基础：1.依据我们的定义，本系统可供电视网络，准确地说是能够实时发送数据、摄制360°×
180°全景视频的摄像头所用，其配备了多个光学镜头，可以远程控制，还引入了录影的新概念：相对于高清“标准”设备或PAL制式，本系统设备具有很多优点，比如：
• 360 ° x 180 °视野；
• 比标准摄像头高出10倍的分辨率；可以达到1亿像素或更高；
• 实时影音串流：观众可成为实时视频的导演，可随心所欲地观看独特的个人节目，仿佛现身在全景摄像头的导播点，可按照个人偏好角度做出选择，而无需将就事件导播的抉择，从而跨越了传统视频不可逾越的局限；
• 独一无二：观众可以置身于不同地点观看，或者同时观看多个事件。
[0020] 2.内容的共享和上传：用户不仅可从本专利全景摄像中选择所需的视频部分，还能够凭借实时上传
视频流服务器，将全景摄像头录制的内容上传。还可观看和“浏览”其他连接客户创建的内容，在共享视频会议（比如远程会议）中进行互动和参与。其是互动电视的新前沿：每个用户都成为了电视制作人，可通过其个人单机、电话或平板同步浏览不同用户上传的短片，参与到全景远程会议中。
[0021] 3.实时结合了不同视频源的视频管理软件（实时视频拼接）。同样，该软件还能通过单个镜头，融合经典摄像头的视频信号，从而建立起三维视频和人类
生物特征识别分析。
[0022] 4.凭借平板、手机和智能电视，用户可以在360°球面全景视频内部选择和裁剪创建新场景所需的部分。其使用户不会漏掉本专利全景摄像头附近空间的任何细节，有别于经典摄影机，后者通常会无法完全涵盖一切细节，因而产生一定的局限性，在用于监控时也有隙可乘。
[0023] 基于这些创新、革命性新理念，不难理解，即使对于不懂多媒体的人，本专利系统也提供了无限潜质，适合多种不同的应用。
[0024] 归功于许多可选的选项，本系统提供了不同摄像头、不同分辨率的视频信号结合、剪切的创新方式。
[0025] 反之，在该理念中，将同一方向的不同光学镜头中的视频信号结合后，可以制作单个对象的三维视频，可以利用生物特征识别的数据和/或远程测距进行形状、尺寸分析。
[0026] 一旦和要求1中描述的系统结合，该特点和上述优点都可以实现，具体可以见下文证明。本发明不落窠臼的讨巧形状迎合了具体的要求。
[0027] 应了解清楚所有要求均是本描述不可分割的部分。
[0028] 本发明的描述可参见终端产品范例，这些范例（含配图）包括但不限于如下：图1显示了系统以及印刷
电路板的形状，其中包括了各个元件、含2兆像素以上光学镜头的数码微型摄像头。
[0029] 图2显示了发明系统的形状之一，其中的框架3为球面形状，使用了两个
太阳能光学镜头2，图中还显示了显示器9以及功能按键。
[0030] 图3显示了组合系统的1种形态、使用了三个光学镜头2的相应框架3的形态，图中还显示了LED 10的状态、存储卡槽13、任何三
脚架或安装蹬架的
螺纹11、数据交换的USB3接口12。
[0031] 图4显示了组合系统的一种形态侧面，其中的框架5为半球面，含有六个光学镜头2，图中还显示了适用三脚架4。
[0032] 图5显示了组合系统的一种形态侧面，其中的框架6配备了球面光学镜头2，图中还显示了适用三脚架4。
[0033] 图6显示了部分已拆卸的系统形状透视图、球面镜头室2的框架17，此外还显示了印刷
电路板16上的电子元件和微处理器1。
[0034] 图7a、7b显示了各个修复视锥19的径向安装前视图，这些视锥呈15-20度
叠加，覆盖率整个半球面。
[0035] 图8，通过使用镜头框架6机器配件，屏幕集成了不同视频信号，形成了球面影像视频。
[0036] 图9显示了一个集成了不同光学镜头录制视频的屏幕，集成是通过微处理器内的视频拼接软件的算术实现。
[0037] 图10显示了电子摄影光学镜头、微处理器、电池和USB3视频输出、无线模块、其他系统集成设备间的通讯界面。
[0038] 图11显示了各种视频信号、元数据经过组合后，实时发送到远程设备的方法、流程范例，具体见图16。
[0039] 图12显示了设备内部两个临近光学镜头录制的画面范例和加工阶段。
[0040] 图13和14则显示了这个两帧画面的15-20%叠加效果19。
[0041] 图15显示了设备如何通过无线模块，实时将画面、视频、元数据发送至远程设备，并且和后者产生互动。
[0042] 图16a、16b、16c显示，设备上高度创新的软件可应用于现代智能手机、平板、手机以及监控等用途的经典摄影机上，能够通过无限制地使用前后摄像头，达到360°的录制目的：图16显示了两个。数码摄像头以及录制角度：图16a为前视图，图16b为后视图，而图16c为侧视图。
[0043] 图17显示了设备版本和把手18、旅行
支架4。
[0044] 本发明主要由以下部件构成：-一个框架，
铝材或
复合材料为佳，包含电子元件和至少两个光学镜头；
-一个处理器与其他电子元件，可用新软件和
硬件及其他部件一起更新；
-一系列2兆像素、含有录制角度至少90°的广角镜头的摄像头；
- 一个框架结构，由铝材或复合材料制成为佳，包含电子元件和多个光学镜头，后者为每记录象限一对（立体版本）；
-可延伸管，用于安装，5-25厘米为佳；
-用于安装的结构
底板；
- 输入/输出接口，可安装特定类型的USB3或更快的数据传输线；
-电池充电器；
-无线模块；
-GPS模块；
-LED状态（至少两个）；
-探头适用的降落伞或三脚架；
-显示屏（至少一个）；
-
陀螺仪；
-GSM模块；
-存储卡；-遥测激光测距仪；
-轮子或
推进器上的移动系统的
电机，可以在地面、空中、液体表面、
导管上移动；
-立体声麦克
风（至少一个）。
[0045] 本发明涉及含至少两个数码光学镜头的系统，后者通过立体录制，制作出全景式画面和视频，营造出身临其境的360°的3D环境。系统至少使用两个摄像头，若使用六个或十一个摄像头则更好；在立体版本中，每个拍摄象限的摄像头数目要加倍，光学镜头至少达到2兆像素，拍摄角度>100°，通过视觉结构产生叠加，从而产生360°场景覆盖式画面数据，拍摄重叠角要至少为15-20°。
[0046] 收集的数据是经过各摄像头数据录制设备的处理，可通过无线接口或者USB3接线、更优技术实时传送至远程设备。摄像头系统可利用重叠框架的影响数据的三角定位，从而创造出360°的真实场景3D模型。
[0047] 其内部还有一个立体声麦克风、无线模块定位仪（GPS）、测距仪、蓝牙模块、电池GSM-4G模块、存储卡和
加速计驱动的可选降落伞。
[0048] 另外，本发明也是一个可转换部件模块摄像头系统，其配置足以拍摄视域的整个半球面空间；此外，该系统在摄影时只需要一位操作员、一个摄像头，由于其尺寸小、重量轻，可以扛在肩上，或者放在
汽车、飞机、无人机、
直升机或其他移动设备内移动。
[0049] 尤其是设备内部的微处理器有可执行指令和录制数据的融合算法，包含以下步骤：- 获取影像；
- 排列多个摄像头传输的影像数据；- 通过麦克风获取和画面数据几乎同时的音频数据；
处理来
自拍摄画面视域内、叠加角度大约为15-20°的多个摄像头的数据；
-对采集的遥测数据的处理；
-通过微处理器编辑各光学镜头的编号视频和音频，通过融合形成球形画面；
-生成设备系统内部存储的360°录制的球面视频文件；
- 通过无线模块将图像发送至远程系统（
云/互联网）。
[0050] 本系统耐水，最大可承受20个大气压的压力，且耐大气、化学介质的
腐蚀。也可连接到软管上，作为
内窥镜探头在人体内部移动，或连接到管道和视频上，从而用于监控。摄像头内置的微处理器通过算术法，处理不同光学镜头的数据：将第一、第二、第三个数码摄像镜头的数据进行剪切，缩放三个摄像头的数据，旋转产生的影像数据；因此可以调整一个或多个画面的视觉特性，从而改变曝光度、色彩、
亮度和
对比度，随后将每个画面进行大约20%的叠加，从而生成一个独特的视频。这些微处理器产生的图像至少达到每秒30帧，最终产生的流畅视频可通过外部系统呈现，系统还有一个视频测距数据的探测器，并且通过物理接口或无线模块，以至少每秒1GB的速度进行数据传输。
[0051] 系统也有一个影像存储卡的插槽；一个供微处理器使用的无线模块，其功能包括将球面视频传输至远程设备、单机、平板、网络、手机。
[0052] 系统也含有一个由加速计引导的小降落伞：降落伞系统使之能够投放到土地、不可到达区域、远程监控区域。
[0053] 该系统也有一个特别版本，配备了微型
发动机、自动推进系统，从而可以穿梭在天空、液体、土地、管道，或者作为内窥镜探头。
[0054] 还可以配备陀螺仪和加速计，从而决定旋转的加快。这些数据作为系统的旋转元数据存储。
[0055] 该系统还包含一个全球定位系统（“GPS”），从而确定摄像头运动期间的系统
位置变化：这些数据将作为元数据存储在系统的GPS中，用于分析并生成图像或模型。
[0056] 在ROM存储版本中，系统还有一个球面视频文件浏览算术法、视频录制方向音频：获取视频可以通过无线方式传送至球面视频显示器。该显示屏受电脑控制，用于处理系统、
虚拟环境内可通过
鼠标或触屏“浏览”的三维视频。
[0057] 系统另外还拥有一个虚拟模块，该模块通过4G LTE或更高端的技术来传输GSM数据。
[0058] 在优选方案中，该系统重约180克，包含了框架、光学镜头和电子元件、电池，其尺寸如下：内窥镜版本的直径为10cm和2cm，若使用现代
纳米技术，可以低至1mm以下。
[0059] 简言之，本发明的独特性就是能够实时拍摄设备附近的整个世界，将不同摄像头的视频集结，消除了画面的扭曲，并且通过每个拍摄象限内的两个画面而形成立体画面（适用于立体视野）。获取的数据还可以用于建立各种二维配置的音画压缩画面：有助于让操作者浏览全部视野框架，然而操作者在一时间、一画面或一个视频中无法察觉其背后、上方和下方的事物，不同于在人眼所发生的,人眼的视野约为90 °，设备可以供监控室或保安处使用，大大减少了监控房间内的摄像头、相关显示器的数量。
[0060] 影像和视频产生的序列能够通过无线模块或软件发送，适用于标准个人单机、触屏或网络，该应用有助于360°浏览整个场景，或营造立体的视野。
[0061] 摄像头在塑料、铝或合成材料的框架上呈径向分布。每个摄像头的视域至少>90°，能够与附近数码光学镜头的视域重叠。为了营造立体视野。每个象限安排两个数码摄像机。
