全景环形透镜环形象的线性化研究

全景环形透镜 (PAL)独特的成象性能 ,即环绕光轴 3 60°产生一个环形象且景深为无穷远 ,使得由 PAL组成的观测系统没有活动部件能同时观察透镜周围的景物 .但 PAL所成的环形象不便于人眼观察和测量 ,有畸变、失真 ,为此 ,本文根据图象坐标变换 ,实现了一种环形象的线性恢复 ,即首先将环形象线性化处理 ,再对其进行插值 ,实验结果表明线性化效果较好 .该图象处理技术可以为发挥

全景环形透镜原理与特点剖析

本文从分析传统中心投影法入手，介绍了平面圆柱投影（ＦＣＰ）的基本概念、主要特点，深入地探讨了实现ＦＣＰ的一种光学器件——全景环形透镜（ＰＡＬ）的工作原理。ＰＡＬ具有线性投影关系、方向选择性、景深无限远等重要特性。优化设计了一个口径为３４ｍｍ的ＰＡＬ，模拟计算进一步证实了ＰＡＬ的上述特性。

全景环形透镜二维平面成像展开算法研究

针对基于平面圆柱透视法PCF(Plat Cylinder Perspective)设计的全景环形透镜PAL(Panoramic Annular Lens)的环行像存在畸变失真的现象,对全景环形透镜PAL的二维平面环形像设计了展开算法,分别在切向和径向进行线性化处理.算法采用了线性插值,使展开后图像无盲区,同时建立在FCP成像原理上的转化,实现了对二维平面PAL像进行真实恢复,且效果良好.

胶合式全景环形透镜的设计

介绍了一种新的胶合式全景环形透镜(PAL),改善了全景环形透镜的设计自由度,使全景透镜承担部分校正色差的任务,简化后继透镜组的结构,减少杂散光生成,缩小长焦距全景环形透镜光学系统的体积,并扩大系统的视场。对全景环形透镜的色差和视场进行了理论分析,给出了选择新型全景环形透镜胶合玻璃材料的方法。设计了一个双片胶合式全景环形透镜及其后继转像透镜组,系统焦距为10.3 mm,总长170 mm,孔径为f/3.7,PAL最大口径为70 mm,光谱范围为0.486～0.656μm(可见光谱)。后继转像镜组由8片透镜构成,系统后焦距(BFL)为17 mm。实验结果证明系统像差校正良好。

柱面透视投影模型下的全景环形透镜畸变校正

根据全景环形透镜的成像机理特点,提出了用柱面透视投影模型来对图像畸变进行校正.在柱面投影模型中,空间直线的投影不再是直线,而是一个短轴不变的椭圆.首先建立含有畸变参数的全景环形透镜柱面校正模型,将空间直线点映射为柱面的椭圆上的点,然后使用投影长度和为零的条件,将环形像面上的点拟合为柱面上的最佳椭圆,求出变形校正参数,进而校正全景环形像.仿真和真实图像实验表明,环形图像的切向和径向畸变得到了校正,误差达到了亚像素级.

全景环形透镜三维空间成像展开算法的研究

全景环形透镜(PAL)利用平面圆柱投影法(FCP),将三维空间的像成在一个环形区域,由于其成像原理不同于人眼习惯的中心投影法(CCP),故不利于人眼的观察以及测量,极大地限制了PAL的应用领域。现提出了一种新的展开方法,实现了从FCP到CCP的转换,结果表明,三维立体空间环形像的展开效果良好,更符合人的观察习惯,极大地拓展了PAL的应用领域。

全景环形透镜成像展开算法研究

全景环形透镜成像系统是一种新型光学成像系统,无需扫描便能一次性实现全景成像。这在实时性和成本方面比传统光学系统具有不可比拟的优势。但是,因为全景环形透镜基于平面圆柱投影原理,将全景三维空间成像压缩到一个二维的环形平面内,并不适合人眼正常的视觉观察,所以需要将其展开。本文对全景环形透镜的成像原理进行了深入的研究,基于简单的等值分份原理在MATLAB中对全景环形成像进行了展开。该算法不仅适用于全景柱面空间成像,也适用于全景三维空间成像。实验结果表明,展开后效果良好。

基于二元光学色差校正的全景环形成象系统设计

本文分析了全景环形透镜的成象特性及其设计方法，并在此基础上设计了一例全景环形成象的光学系统。二元光学面的引进，对系统的色差校正起了很大的作用，从而得到了良好的成象效果.

基于边缘检测的全景环形图像插值复原

在管道内壁形貌检测系统中,由全景环形透镜(PAL)组成的观测系统在没有活动部件的条件下,能够同时观测到绕光轴360°的物体,并且由于其独特的成像性能,能够产生一个环形像。但是所成环形像不便于人眼观察和测量,有畸变和失真。为此将环形像无失真地展开为常规平面像,需要解决环形像由外到内压缩引起的分辨率降低的问题。根据PAL成像的特点,以全景图像的最高分辨率为基准,采用一种基于边缘检测的插值方法,对边缘部分采用三次卷积插值法,非边缘区域采用双线性插值,此结果同双线性插值和三次卷积插值进行比较,较好地恢复了图像细节,同时减小了图像复原的计算量。

全景环形成像的嵌入式处理系统

使用BF533设计的嵌入式系统,针对全景环形的特点,采用了切向线性化和径向线性化对环形像进行展开,恢复为常规视场平面像。采用以BF533构造的嵌入式图像处理平台,提高了系统的可靠性并降低了成本。

基于Bezier曲面的快速插值算法改善全景图像的分辨率

全景环形透镜(PAL)是基于平面圆柱投影法将围绕光轴360°的视场投影到环形平面上,具有景深无限远,图像映射关系为线性特点,在机器人视觉、监控和虚拟现实领域有着重要的应用。实际应用中需要将环形像无失真的展开为常规平面像,此过程需要进行插值处理,三次样条插值精度较高,但是速度很慢。文章采用Bezier曲面的插值算法,并针对全景图像的特点,提出了Bezier曲面的全景图像快速插值算法,使得图像分辨率比样条插值和双线性插值得到改善的同时,插值处理时间比三次样条插值缩短了80%左右。

全景光学环带凝视成像技术

提出一种无需转动镜头,一次性瞬时完成周围360°目标成像的全景光学环带凝视成像技术。该技术采用平面圆柱投影方法,可实现超半球成像。分析了全景环形透镜PA L的成像特性,给出全景光学设计实例,利用所完成的原理样机实现了动态全景数字图像处理。成像结果表明该技术在管道测量、医用内窥检查、全景监控、周视监测等领域具有广阔的应用前景。

全景视觉系统发展与应用

全景视觉系统具有视场范围大的特点,并且系统结构种类繁多,各有特色,已广泛应用在机器人导航、空间探测、视频监控、虚拟现实、环境感知技术等民用或军用领域;全景视觉系统由全景视觉光学成像系统、图像传感器、图像处理系统和输出图像显示等组成;文章主要从全景视觉成像角度对全景视觉系统进行分类,并详细介绍了每一类的全景成像原理、发展现状和应用情况,最后对每种类型全景视觉系统的优缺点给予分析总结。

基于最优参数的全景图像三次样条插值复原

全景环形透镜(PAL)将围绕光轴360°的视场投影到环形平面上,具有超大视场,在机器人视觉、监控和虚拟现实领域有着重要的应用。实际应用中需要将环形像无失真地展开为常规平面像,解决环形像由外到内压缩引起的分辨率降低的问题。根据PAL成像的特点,以全景图像的最高分辨率为基准,采用三次样条插值,得到插值函数的最佳参数值。此处理结果同最近邻域和双线性插值结果进行比较,较好地恢复了图像细节,同时参数的优化减小图像复原的计算量。

高分辨PAL成像系统的设计研究

基于全景环形透镜的成像技术是全景成像中的一种最具潜力的成像方式,具有高分辨率的长焦距全景环形透镜成像系统光学结构较复杂,结构设计是首要解决的问题.本文根据全景环形透镜成像系统的光路结构及成像特性,详细讨论了全景环形透镜和转像透镜组两部分的设计方法,分别设计了单块全景环形透镜和复杂化全景环形透镜,并对它们的像差特性做了对比,分析了它们之间的光路衔接条件和像差补偿方案.该设计采用小尺寸CCD离轴扫描接收环形像,同时分析了这种扫描机构的可行性.系统要求在300m处需分辨250mm大小的物体,通过计算合理地选择了系统焦距和CCD型号并制定了一套技术指标.最终设计出了焦距8mm,F/#3.2,侧向视场40°～100°的高分辨全景环形透镜成像系统,系统由三胶合结构的全景环形透镜和8片6组的转像透镜组构成,所有表面均为球面.该系统全视场的调制传递函数在80lp/mm处均高于0.5,最大视场像面的相对照度高于0.95,全视场f-θ畸变在±3%以内,该设计很好地满足了使用要求.

基于边缘检测和最优参数的全景图像插值复原

全景环形透镜(PAL)组成的观测系统能够同时观测到绕光轴360°的物体,适合于管道等的内窥。但是所形成的环形图像不便于人眼观察和测量,为此需要将环形图像无失真地展开为常规平面像。根据PAL成像的特点,以全景图像的最高分辨率为基准,采用一种基于边缘检测和最优参数的插值方法,对孤立边缘和联通域内的部分采用最优参数的三次卷积插值法,非边缘区域采用双线性插值,结果表明,该方法较好地恢复了图像细节,同时插值处理时间相比三次卷积插值缩短了40%。

双视场无盲点全景成像仪

折返式全景成像技术作为一种新型的成像技术是光学设计领域近十几年的研究热点,但该技术有一个重大缺陷——在镜头的正前方存在观测盲区。本文设计了一种拥有双观测模式的新型全景成像仪。相比于传统的折返式全景成像仪,该仪器可以同时对前向视场360°×(0°~55°)和环形视场360°×(55°~95°)进行观测。其中,前向视场很好地补充了折返式光学系统的中央观测盲区,并增加了CCD探测器的面积利用率。该成像仪光学系统由前置透镜组、全景环形透镜和中继转像系统三部分组成。所有的透镜表面均为球面,具有易加工、低成本的特点。最后针对这种光学系统设计了对应的机械结构,从而为以后成像仪的加工、装调服务。该成像仪设计为折返式全景成像技术提供了一个新思路。

基于球面透视投影约束的全景环形透镜畸变校正

全景环形透镜将折反射面集成到一起,能无扫描地瞬时得到围绕光轴的360度超大视场,在机器人导航、视频监控和虚拟现实领域得到了广泛的应用。其成像机理是将围绕光轴的视场二次反射投影到环形平面上,图像存在严重的切向和径向畸变。本文根据全景环形透镜的特点采用基于球面透视投影模型对图像进行校正。首先建立含有畸变参量的全景环形透镜校正模型,将空间直线点映射为球面点,然后使用遗传算法将球面点拟合为球面上的最佳大圆,求出变形校正参量,进而校正全景环形像。仿真和真实图像实验表明,环形图像的切向和径向畸变得到了很好的校正。

一种用于大气探测的紫外成像仪光学系统设计

提出了一种将全景成像系统应用到大气临边探测的光学系统设计方案。首先考虑到特殊的工作波段以及创新性应用,根据应用技术指标,在传统全景环形透镜的基础上,结合探测器尺寸限制,精细调整四个球面的曲率半径,以便得到最佳光学传递函数。然后基于像差理论设计中继镜组系统,补偿全景环形透镜产生的像差,采用折射率n以及阿贝常数ν不同的双分离的正负透镜组合,负透镜采用熔石英,正透镜采用氟化钙,从而使色差最小。最后运用CODE-V光学设计软件对系统进行优化,列出重要的公差参数,为后续加工装调提出要求。优化结果表明,光学系统在各个视场的光学传递函数均达到了0.7以上,各视场能量集中度为80%的弥散圆直径均小于11μm,完全满足设计指标要求,也证明了将全景环形成像系统应用到紫外波段大气临边探测的方案是可行的。

光学镜头、光学零部件

TH703 99010044全景环形透镜原理与特点剖析=Principles andcharacteristics of panoramic annular lens[刊,中]/王道义,黄大为,邬敏贤,严瑛白,金国藩(清华大学精仪系精密测试技术与仪器国家重点实验室.北京(100084))//光学技术.—1998,(1).—10—12从分析传统中心投影法入手。