抛物面折反射全景成像系统

系统论述了抛物面折反射全景成像系统原理和设计方法,推导了系统的逆投影计算公式,建立了虚拟像平面内透视全景图像与实际像平面内全景图像的坐标映射关系,为全景视频图像的处理提供了必要的模型和计算方法。进而研制出抛物面反射镜,建立了抛物面折反射全景成像系统。

折反射全景成像系统

折反射全景成像系统能实现大于半球视场的全景成像 ,在视频会议、监视和机器人导航等领域有着广泛的应用。本文介绍了折反射全景成像系统的原理和主要类型 。

单视点双曲面折反射红外全景成像系统设计与分析

在单视点结构约束条件下推导了给定红外探测器参数(像元规模和像元中心距)和俯仰角范围时,二次曲面反射镜面型(离心率)、反射镜厚度、反射镜与折射镜头之间的安装距离、折射镜头焦距等参数的数学公式,为建立单视点双曲面折反射红外全景成像系统提供了几何约束关系。与此同时,针对双曲面反射镜的特点,推导了其用于单视点折反射红外全景成像系统时空间分辨力(垂直方向瞬时视场和水平方向瞬时视场)的数学公式,并在理想大气、假设目标对比度足够高、探测方程相关参数最简化的条件下将其与现有的NVTherm IP模型结合获得系统作用距离的公式。采用不同像元规模和灵敏度(噪声等效温差)进行了仿真,发现:(1)系统空间分辨力随像元规模的增大而增大;(2)系统作用距离随像元规模和灵敏度的增大而提高,但灵敏度的增大对作用距离的改善不明显。

多视点折反射全景成像系统分析与设计

单视点折反射全景成像系统存在成像透镜昂贵或安装精度要求高等不足,本文结合抛物反射面和常规成像相机实现了一种无需昂贵的远心透镜且安装精度要求不高的多视点折反射全景成像系统,并对其视点分布情况进行了分析,在此基础上,设计了视点分布较为集中的系统结构,使得成像系统拍摄的环状全景图像可以基于传统的单视点柱面展开方法进行近似展开得到效果良好的近似柱面全景图像。

柱面场景无畸变的折反射全景成像系统

提出了一种基于透视成像模型的柱面场景无畸变的折反射全景成像系统设计方法,该方法 利用系统柱面场景无畸变成像要求和视场角确定反射镜面形。根据这一方法设计制作了高次旋转对称非球面反射镜,并用该反射镜和CCD摄像头建立了全景成像系统,实现了对360°柱面场景的无畸变成像。

消畸变成像折反射全景成像系统设计

单视点折反射全景成像系统畸变较大,通过计算反射镜面型可有效地实现折反射全景成像系统消畸变成像。在反射镜入射角与反射角呈线性关系的基础上,推导适用于消畸变折反射全景成像的反射镜面型公式。为说明反射镜面型的准确性,设计了F#为3.3,视场为138°的消畸变成像折反射全景成像系统,并利用实际像平面和虚拟像平面间的坐标映射关系,实现了系统的消畸变设计。各视场MTF在奈奎斯特频率下均达到0.6,边缘视场相对畸变小于4%。结果表明:该面型可实现消畸变折反射全景成像,反射角光线追迹法适用于折反射全景成像系统畸变评价,为折反射全景成像系统消畸变设计提供了必要的模型和计算方法。

基于仿视网膜成像器件的折反射全景系统设计

针对传统折反射全景成像系统的图像必须依赖展开技术的问题,提出一种基于仿视网膜成像器件的折反射全景系统设计。利用国内首款仿视网膜CMOS探测器各环上像元与周向、径向空间瞬时视场的对应关系,推导了双曲面反射镜的镜面参数,构建了基于BIT Retina52探测器的全景成像系统。系统实现了无需坐标变换的全景图像直接输出,较之传统折反射成像系统,改善了空间角分辨率变尺度分布问题。

双曲面折反射全景成像系统水平探测距离模型

为定量分析双曲面折反射全景成像系统的空间探测能力,建立了双曲面折反射全景成像系统水平探测距离的数学模型。该模型依据全景图像与柱面图像的映射关系,描述了系统水平探测距离与目标大小和入射角的数学关系:目标尺寸越大,入射角越大,水平探测距离越大;反之,水平探测距离越小。仿真实验和实际探测实验的结论相符。

中间像面非理想成像的近红外折反射系统光学装调方法

近年来,基于中间像面非理想成像的近红外折反射系统应用广泛,但由于该波段干涉仪的价格昂贵且难以维护,其应用并不普及,因此在该类系统集成阶段,通常只能采用传统的机械特征定位方式(例如采用中心偏测量仪辅助定位)进行装调。由于传统机械定位方法无法直接借助干涉仪对系统出瞳波像差进行实时高精度监测,即不能通过观察各视场像差变化规律来指导装调,导致系统的装调效率和精度通常难以保证。针对一个口径为150 mm、焦距为450 mm的中间像面非理想成像近红外折反射系统的高精度光学装调方法开展研究,通过对系统中继透镜组透镜薄膜进行包含常用干涉仪工作波长(λ@632.8 nm)的设计,来实现利用可见光激光干涉仪对系统波像差进行高精度检测的目的,然后研究了系统各装调自由度和系统初级波像差的敏感度关系,以失调敏感度单变量分析为基础,分析了各失调维度间的耦合作用特性,在此基础上提出了次镜和中继镜组相互反复迭代联调的光学装调方案。整机装调后,光学系统各视场波前误差(RMS)和设计仿真结果数值大小大致相同,方向一致,均达到成像质量要求。

反馈控制采集的双模式折反射全景成像处理系统

为解决折反射全景成像系统中的采样分辨率与帧速之间的矛盾,通过反馈控制图像传感器的参数配置,设计并实现了一个全局与局部双模式的全景成像处理系统.在全局模式下,为保证采集帧速率,使用行列跳跃模式采集完整的环状全向图,并将其展开为包含360°全局信息的柱面全景图像;在局部模式下,根据感兴趣区域的空间位置设置采样窗口大小及位置,以逐像素采样模式只采集全向图中相应的一块矩形区域,并将其展开为对应视线方向上高清晰度的局部透视图;最后给出了DSP+FPGA结构的系统硬件设计方案.实验结果表明了该系统设计的科学性及实用性.

非球面折反射全景成像系统设计

介绍了折反射全景成像的工作原理,给出了折反射全景成像系统尺寸的计算方法,还对单视点成像系统做了理论分析与优化设计。由于折反射全景成像系统产生的畸变较大,因此可以通过设计反射镜的面型有效地控制系统的畸变量。利用Zemax软件进行仿真,设计了一款以高阶非球面为反射镜的全景镜头,有效矫正了系统的像差,同时畸变率也下降在50%以下,最后对光学系统进行了像质评价。该系统的视场角为360°×(-50°～15°),探测器的频率在120p/mm处以内的MTF均在0.2范围内,非常适用于视频监控和安防领域中。

折反射全景成像系统综述

本文首先简单地介绍了各种类型的全景成像系统,然后对折反射全景成像系统近几年的研究现状及成果进行分析,着重对不同类型的折反射全景成像系统原理进行了分析比较,最后讨论了折反射全景成像技术的应用前景和未来发展。

超大视场折反射全景光学成像系统设计

折反射全景光学成像系统具有平面对称光学系统的成像特性,提出应用光焦度控制方程和超大视场光学系统六阶波像差理论来初步确定系统结构初始参数,在此结构基础上,应用Zemax软件对其进行设计和优化,得到了一款仅由1块偶次非球面反射镜和6块折射透镜组成的折反射全景光学成像系统。该系统工作在可见光波段,全视场角范围为12°~178°,F数为3.5,其像差得到了较理想校正,调制传递函数在空间频率40 lp/mm处均大于0.37,成像性能较好,满足实际应用要求。同时,对设计的系统进行了公差分析。

一种基于折反射相机的客车全景环视系统

针对大客车体积大、盲区多,全景环视技术在客车上的应用较少且不成熟这一现状,开展大客车的全景环视技术研究,在嵌入式平台上实现了全景环视系统.同时,为解决大客车全景环视系统对标定设备和标定场地要求复杂、标定时间长的问题,提出了一种在折反射鱼眼相机模型基础上,加入标定棋盘平面与地面的映射,采用抬高的棋盘进行计算标定的方法.实验证明,该系统全景环视效果良好、标定过程简单快速、适合推广应用.

“日盲”紫外折反射全景光学系统设计

利用折反射全景成像系统的大视场和高噪声屏蔽特性,研制了一套视场角为360°×（45~90°）,相对孔径为1∶2的＂日盲＂紫外折反射全景光学系统,用于紫外目标探测研究。综述了紫外探测技术要素,确定了紫外折反射全景光学系统设计参数。基于像差理论及紫外光学系统特性,从参数分配、初始结构求解入手,采用分裂透镜、加齐明镜等方法设计了光学系统。分析结果表明,＂日盲＂紫外折反射全景光学系统各视场能量集中度为80%的弥散圆直径均小于20μm,低于紫外ICCD像元尺寸的30μm,各视场MTF〉0.7@17 lp/mm,满足设计指标要求。实验验证了外折反射全景技术用于电晕探测的可行性,实验图像成像效果良好。

双曲面折反射全景成像柱面展开图像质量分析

为提高双曲面折反射全景成像系统柱面展开图像的质量,根据双曲面反射镜的性质,给出了全景图像柱面展开方法的数学模型。提出以图像分辨率和像素有效率作为图像展开质量的衡量指标,分析了2个指标随起始入射角和入射角跨度变化的规律,得出了柱面展开时起始入射角和入射角跨度的选择范围,仿真结果和实测数据实验验证了结论的正确性。

折反射全景侦察系统电子稳像技术研究

提出一种有效的车载折反射全景侦察系统电子稳像算法,通过分析系统成像原理和应用环境以及现有电子稳像算法的一般流程,提出稳像方案,并建立了稳像模型;根据稳像模型估计运动参数时,针对图像中包含运动物体的情况提出了相似度阈值法;为了防止过稳现象提出了过稳阈值法,为了平滑图像序列采用了Kalman滤波.数值实验结果表明,该算法能明显减轻序列抖动显现,在一定分辨率下能实时扫描真实场景.

基于立体折反射全向成像的柱面全景深度估算

针对立体视觉原理的新型立体折反射全向成像系统结构设计和面向立体柱面全景像对的局域灰度相关对应点快速匹配算法,从捕获的全向立体影像中提取有效深度信息,用于辅助全向视频分析处理中的对象检测和跟踪。采用单相机和两个不同参数的抛物面型反射镜构造了一种共轴结构的折反射全向立体成像装置,捕获的存在一定视差的原始全向立体像对被投影展开为立体柱面全景像对,而后通过特定对应点匹配算法提取稠密的深度信息。对应点匹配算法采用局部区域灰度相关的算子,并充分利用了双向匹配和柱面全景的外极线约束来提高匹配的速度和准确度。仿真实验有效恢复了场景深度信息,证明了整套装置结构设计及深度估计方法的有效性。

3.7~4.8μm红外二次成像折反射式光学系统设计

为满足小、远目标和空间目标的光学特性测量需求,提出以RC结构为设计基础,通过曲线方程和高斯公式确立反射式光学系统初始结构参数。为达到优化设计目的,结构中引入了二次成像中继镜组,解决了100%冷光阑效率问题。通过ZEMAX建立评价函数,仿真测试表明:设计完成的红外二次成像折反射式光学系统口径200 mm,焦距380 mm,结构紧凑简单,成像质量满足实际测量需求。

折反射全景立体成像技术的现状与进展

折反射全景立体成像技术在机器视觉和虚拟现实等领域有着重要的应用。折反射全景立体成像技术是基于折反射全景成像技术对大视场成像,并利用双目视觉原理获取立体信息。文中系统地评述了折反射全景立体成像技术的现状与进展,分析比较了各种技术的优缺点,总结分析了目前折反射全景立体成像技术所存在的主要问题和今后的发展方向。