一種新型非球面全景反射鏡設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于全方位視覺處理領(lǐng)域，特別是涉及一種新型非球面全景反射鏡設(shè)計(jì)方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著全景視覺系統(tǒng)的不斷完善，全景視覺技術(shù)已經(jīng)在視覺及光學(xué)領(lǐng)域有了初步的 應(yīng)用。在室內(nèi)外環(huán)境中，全景視覺正逐步應(yīng)用于監(jiān)控和遠(yuǎn)程現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域。由于其360度的 視角范圍，全景視覺系統(tǒng)在室外環(huán)境中最直接的應(yīng)用是在監(jiān)控領(lǐng)域的應(yīng)用?；谌轿灰?覺傳感器的攝像機(jī)有著非常突出的優(yōu)點(diǎn)，其視野廣（360度），能把一個(gè)半球視野中的信息 壓縮成一幅圖像，一幅圖像的信息量更大，全景圖像中的任何一點(diǎn)都對(duì)應(yīng)于監(jiān)視空間中的 某一確定的點(diǎn)，因此空間位置標(biāo)定算法簡單，監(jiān)控時(shí)不用瞄準(zhǔn)目標(biāo)，使得視覺信息的獲取、 檢測和跟蹤監(jiān)視范圍內(nèi)的運(yùn)動(dòng)物體的算法更加簡單，是一種快速、可靠的全景視覺信息采 集手段。但目前的全景系統(tǒng)，在進(jìn)行全景圖像展開存在很大的圖像畸變，為減少和消除這種 畸變提出了很多方法，改進(jìn)反射鏡曲面輪廓是一種相對(duì)直接有效的方法，可以大大提高反 射鏡圖像展開的線性度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明中的方法目的在于提供一種直接有效的方法消減全景圖像展開中存在的 非線性畸變，實(shí)現(xiàn)圖像信息的準(zhǔn)確還原。
[0004] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種用于全方位視覺系統(tǒng)的非球面反射鏡設(shè)計(jì)的新 方法，確定反射鏡的直徑、厚度和最大入射角三個(gè)參數(shù)。根據(jù)最大入射角和要求的加工精 度，選取合適的采樣點(diǎn)數(shù)，直徑和厚度決定了鏡面的有效面積的大小，根據(jù)采樣點(diǎn)數(shù)對(duì)直徑 和厚度進(jìn)行細(xì)分，代入迭代公式，求取采樣點(diǎn)的坐標(biāo)，之后根據(jù)所有采樣點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行曲線 擬合，并轉(zhuǎn)化為ZMX識(shí)別的光學(xué)方程。對(duì)一簇焦距相同而實(shí)軸長度線性遞增的同軸雙曲 線，水平截取曲線段進(jìn)行有限元拼接，在滿足單視點(diǎn)約束的條件下擴(kuò)線性度較好的成像面 積的方法。
[0005] 本發(fā)明的有益效果是：通過提高反射鏡面環(huán)帶部分對(duì)應(yīng)的曲線曲率來提高成像質(zhì) 量，消除圖像展開計(jì)算中水平方向和垂直方向的畸變。
【附圖說明】
[0006] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0007] 圖1為曲面設(shè)計(jì)過程曲線示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0008] 下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明。
[0009] 實(shí)施例1
[0010] 一種用于全方位視覺系統(tǒng)的非球面反射鏡設(shè)計(jì)的新方法，確定反射鏡的直徑、厚 度和最大入射角三個(gè)參數(shù)，根據(jù)最大入射角和要求的加工精度，選取合適的采樣點(diǎn)數(shù)，根據(jù) 采樣點(diǎn)數(shù)對(duì)直徑和厚度進(jìn)行細(xì)分，對(duì)一簇焦距相同而實(shí)軸長度線性遞增的同軸雙曲線，水 平截取曲線段進(jìn)行有限元拼接得到滿足一定要求的面型曲線，代入迭代公式，求取采樣點(diǎn) 的坐標(biāo)，由迭代方程生成的采樣點(diǎn)擬合出非球面的輪廓曲線方程，并轉(zhuǎn)化為ZMX識(shí)別的光 學(xué)方程。
[0011] 規(guī)定曲面的相鄰兩條入射光線空間夾角為Λ Θ = (β-cO/m，即反射鏡實(shí)際觀測 角度的無限細(xì)分，m為采樣點(diǎn)數(shù)；另設(shè)Λ X = r/m，為采樣點(diǎn)在鏡面水平方向位移的步長，以 鏡面底部中心為系統(tǒng)坐標(biāo)原點(diǎn)，η = 1~m，依次迭代求取采樣點(diǎn)，公式（3) (4)計(jì)算出當(dāng)前 采樣點(diǎn)的坐標(biāo)，公式（7)算出θ n后，n自動(dòng)累加 ，n = n+l，回到公式（3)計(jì)算下一采樣點(diǎn) 的坐標(biāo)，如此往復(fù)，
[0019] λη為反射光線與主軸的夾角，Θ sn為第n條入射光線及對(duì)應(yīng)反射光線的夾角，經(jīng) 過曲線擬合得到的形如公式（8)形式的方程
[0020] X2= a ^+B2Z2+***+akzk+··· (8)
[0021] B1= 2rQ，r。為頂點(diǎn)的曲率半徑，對(duì)于二次回轉(zhuǎn)面有：
[0022] X2= 2r 〇z- (1+e) z2 (9)
[0023] 將式（9)改成如下式
[0024] z = C1X+C2Z2 (10)
[0025] 其中 K1= l/2r。，C2= (l+e)/2r。，令 X1= X 2, X2= z 2,化為對(duì)集合{xH, x2i, zj 的 多元線性擬合，得到下式
[0026] z = C1Xjc2X2 (11)
[0027] 由公式（12) (13)推導(dǎo)出（14)
[0031] 公式（14)即為非球面的輪廓曲線方程。
[0032] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和 原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于全方位視覺系統(tǒng)的非球面反射鏡設(shè)計(jì)的新方法，其特征在于，確定反射鏡 的直徑、厚度和最大入射角三個(gè)參數(shù)，根據(jù)最大入射角和要求的加工精度，選取合適的采樣 點(diǎn)數(shù)，根據(jù)采樣點(diǎn)數(shù)對(duì)直徑和厚度進(jìn)行細(xì)分，對(duì)一簇焦距相同而實(shí)軸長度線性遞增的同軸 雙曲線，水平截取曲線段進(jìn)行有限元拼接得到滿足一定要求的面型曲線，代入迭代公式，求 取采樣點(diǎn)的坐標(biāo)，由迭代方程生成的采樣點(diǎn)擬合出非球面的輪廓曲線方程，并轉(zhuǎn)化為ZMAX 識(shí)別的光學(xué)方程。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全方位視覺系統(tǒng)的非球面反射鏡設(shè)計(jì)的新方法，其特征在 于：所述非球面的輪廓曲線方程的具體步驟為： 規(guī)定曲面的相鄰兩條入射光線空間夾角為ΛΘ=(β-cO/m，即反射鏡實(shí)際觀測角度 的無限細(xì)分，m為采樣點(diǎn)數(shù)；另設(shè)ΛX=r/m，為采樣點(diǎn)在鏡面水平方向位移的步長，以鏡面 底部中心為系統(tǒng)坐標(biāo)原點(diǎn)，η= 1~m，依次迭代求取采樣點(diǎn)，公式（3) (4)計(jì)算出當(dāng)前采樣 點(diǎn)的坐標(biāo)，公式（7)算出θn后，n自動(dòng)累加，n =n+l，回到公式（3)計(jì)算下一采樣點(diǎn)的坐 標(biāo)，如此往復(fù)，Θ sn= (90。-α )+ηΧ Λθ + λ n (6) θη=0.5Χ θ sn-An (7) λη為反射光線與主軸的夾角，θsn為第η條入射光線及對(duì)應(yīng)反射光線的夾角，經(jīng)過曲 線擬合得到的形如公式（8)形式的方程 x2=a1z+azz2+""" +akzk+""" (8) ai = 2r。，r。為頂點(diǎn)的曲率半徑，對(duì)于二次回轉(zhuǎn)面有：x2= 2r〇z- (1+e)z2 (9) 將式（9)改成如下式 Z=C^+CzZ2 (10) 其中(1+e)/2r。，令xfx^xfz2,化為對(duì)集合{χΗ，χΜ，Ζ?}的多元 線性擬合，得到下式 z =c1x1+c2x2 (11) 由公式（12)(13)推導(dǎo)出（14) r〇=1/c! (12) e = 2r〇c2-l (13)公式（14)即為非球面的輪廓曲線方程。
【專利摘要】一種用于全方位視覺系統(tǒng)的非球面反射鏡設(shè)計(jì)的新方法，其特征在于，確定反射鏡的直徑、厚度和最大入射角三個(gè)參數(shù)，根據(jù)最大入射角和要求的加工精度，選取合適的采樣點(diǎn)數(shù)，根據(jù)采樣點(diǎn)數(shù)對(duì)直徑和厚度進(jìn)行細(xì)分，對(duì)一簇焦距相同而實(shí)軸長度線性遞增的同軸雙曲線，水平截取曲線段進(jìn)行有限元拼接得到滿足一定要求的面型曲線，代入迭代公式，求取采樣點(diǎn)的坐標(biāo)，由迭代方程生成的采樣點(diǎn)擬合出非球面的輪廓曲線方程，并轉(zhuǎn)化為ZMAX識(shí)別的光學(xué)方程。
【IPC分類】G02B5/10, G02B27/00
【公開號(hào)】CN105259602
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510843620
【發(fā)明人】梁燕華, 趙振民, 姜艷秋, 蔡成濤, 徐益民, 祁紅巖, 李忠勤
【申請(qǐng)人】黑龍江科技大學(xué)
【公開日】2016年1月20日
【申請(qǐng)日】2015年11月26日