曲面仿生复眼测速技术研究

曲面仿生复眼相机具有大视场,对运动目标敏感等特点,在广域探测、内窥导管、精确制导等国防、医学及民用工业领域中有着广阔的应用前景,该文报道了基于曲面仿生复眼相机的高速运动目标测速技术研究。首先建立了基于曲面仿生复眼成像原理的测速模型;然后利用霍夫圆检测算法在原始复眼图像上找出每个子眼所在位置,并通过图像分割对相邻子眼之间重叠视场进行分析;最后再结合SIFT算法对相邻2个子眼的子图像进行特征点提取与图像配准,由提取出的特征点像素坐标计算出重叠区域像素数目,从而得到汽车的运动速度。设计了相关测速实验进行验证,实验中拍摄距离控制在6 m~10 m之间,对以8.33 m/s速度做匀速直线运动的汽车进行测试,测试结果表明,可将速度测试的相对误差控制在4%以内。与单孔径成像系统测速结果相比,曲面仿生复眼测速技术具有更高的准确性和重复性。

基于仿生曲面复眼相机的目标定位技术

开展了基于仿生曲面复眼相机的空间目标定位实验研究。采用CALibration Tag标定板结合MATLAB标定工具箱对自研仿生复眼相机进行内外参数的标定。针对目标的三维定位,从曲面复眼相机成像原理出发并利用相机定标参数,确定目标点在复眼相机中各子眼坐标系下坐标的线性关系并建立线性方程组,通过最小二乘法进行求解以获得目标点的准确空间定位。设计了光斑定位实验,实验结果表明,在至少4 m的工作距离内,仿生曲面复眼相机的定位误差可以控制在2%以内,该目标定位方法应用于仿生曲面复眼相机能实现较高精度的目标定位。在此基础上,采用尺度不变特征转变算法实现了两个子眼所拍摄子图像的特征点粗匹配,结合随机抽取一致算法去除错误匹配点,进而由特征点在子眼像素坐标系中的二维坐标反演出其在空间坐标系中的三维坐标,最后通过对所有点进行点云拼接获得完整的重构点云。实验结果表明,对距离相机约0.6 m处的边长为5.5 cm的正方体可以实现较好的三维立体重构。