Рубцов К.А.   Лазарев С.А.   Маслаков Ю.Н.  

Методика Формирования Панорамного Изображения для Автономного Портативного Цифрового Устройства UHDTV

Докладчик: Рубцов К.А.

Современные системы панорамной фотографии и видео съемки строятся, как правило, на основе массива светочувствительных сенсоров, имеющих различные способы размещения в пространстве. В проводимом авторами исследовании ставилась задача создания портативной высококачественной системы панорамной фото-видео съемки с использованием 12 светочувствительных сенсоров и формирования видео стандарта Ultra HD 4K. По результатам моделирования было установлено, что оптимальным расположением 12 светочувствительных сенсоров совместно с объективами является размещение их в центре граней додекаэдра. В этом случае, часть изображения, формируемая объективом на каждом светочувствительном сенсоре, имеет уникальную (не повторяющуюся в других сенсорах) часть панорамы в виде правильного пятиугольника. Такая конструкция, позволяет формировать панораму с обзором 360 градусов.
Задача проецирования панорамного изображения высокого качества с 12-ти камер на сферу, в реальном времени, требует больших вычислительных ресурсов, что затрудняет практическую реализацию в компактном устройстве. Эта задача решена авторами при помощи построения и оптимизации, путем уменьшения вычислительных процедур, методики формирования панорамных изображений на основе математической модели додекаэдра и получения коэффициентов преобразования информации от каждого светочувствительного сенсора. При исследовании установлено, что оптимальным соотношением сторон светочувствительных сенсоров является 4:3. Использование различных объективов в разрабатываемой системе показало, что необходимо устранение дисторсии [1], а для компенсации возможных отклонений от идеальной модели размещения камер, в математической модели имеются калибровочные параметры для каждого светочувствительного сенсора. Калибровочные параметры учитывают линейные смещения камер от центра додекаэдра и их повороты. Калибровка и устранение дисторсии системы 12 камер (на данном этапе разработки) выполняется в автоматическом режиме с использованием специально подготовленного стенда. По результатам калибровки формируются матрицы коэффициентов для выполнения быстрой выборки изображения, коррекции и формирования сферической панорамы.
Математическая модель додекаэдра, позволила сформировать все коэффициенты преобразований без использования тригонометрических функций. Таким образом, набор операций при формировании сферического изображения ограничивается сложением, вычитанием, умножением, делением и извлечением квадратного корня. При калибровке изображения применялась математическая модель на основе на основе новых математических операций Zeration и Deltation [2, 3].  Полученная математическая модель формирования панорамного сферического изображения с 12-ти камер оптимизирована для реализации на ПЛИС (PLD). 
Исследования выполнены в рамках государственного контракта No. 14.581.21.0003 с Министерством образования и науки Российской Федерации, идентификатор проекта: RFMEFI58114X0003.
References
[1] I. S. Konstantinov, B. J. Shuljak, S. A. Lazarev, and A. N. Zalivin, "Singular Point Comparisons During Panoramic Image Formation," Int. J. of Soft. Comp. 10 (6), 454-457 (2015).
[2] K. A. Rubtsov, I. S. Konstantinov, and  S. A. Lazarev, "Application of New Mathematical Operations Zeration and Deltation in Algorithms of Images Processing System Panoramic," ICMSA2015, 77 (2015).
[3] K. A. Rubtsov, G. F. Romerio, Hyperoperations, for science and technology: New algorithmic tools for computer science, (Lambert Academic Publishing, 2011).