微小型化共像面全景成像技术制造技术

微小型化共像面全景成像技术，由非球面成像镜头和直角反射镜组成四个相同的成像光路架并垂直固定。像面耦合器分割像面的数量与采用非球面成像镜头和直角反射镜的数量相同。由非球面成像镜头和直角反射镜获取的三维空间场景信息通过成像光路架到达像面耦合器，利用像面耦合器将成像器件的像面分割成四象限四个大小相等的成像区域，并将四路场景信息合成一路成像到像面的四个成像区域上。像面上四幅图像分别对应空间四个方向上的场景信息，依据相邻场景图像之间的重叠区域进行特征匹配、图像拼接处理，就可以得到一幅完整的空间全景图像。本发明专利技术具备线性一致分辨率、实时性好、畸变小、微小型化技术特征，特别适用于对微小型要求较高应用场合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光学成像技术，具体涉及一种利用像面分割和共像面成像方法实现微小 型化全景的成像技术。技术背景随着图像传感器和图像处理技术的发展，许多领域均需要对空间各方向场景实时全 景成像，如安全监控、全景目标识别等。旋转拼接、鱼眼透镜和折反射镜是目前全景成 像技术的主要方法。其中旋转拼接方法可使每一幅图像分辨率高，拼接后整个全景图像 的分辨率也比较高，图像畸变小，但需要精确的旋转机构，而且实时性不强；鱼眼透镜 方法是超广角物镜，可以获取大视场的图像，但获取的图像需要通过算法进行额外校正， 图像畸变大；折反射全景方法可使成像系统中的多反射面系统获得较大的视场，反射面 和折射面集成在一起，系统较小，结构紧凑，易于实现小型化和集成化，缺点是光学结 构设计复杂。因此，寻找一种具有线性分辨率较高、实时性强、畸变小以及微小型化技 术特征的全景成像技术具有非常重要的意义。针对目前全景成像所存在的缺陷，本专利技术 提出的带有微小型光学元件组合结构特征的像面分割共像面成像技术，可以使问题得到 满意的解决。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种系统较小，结构紧凑的微小型化共像面全景成像技术。本专利技术通过下述方案予以实现。微小型化共像面全景成像技术，具有成像器件l、 玻璃蒙面2、非球面成像镜头3、直角反射镜4、成像光路架5、像面耦合器6等，成像 器1的接收面覆有玻璃蒙面(参照图1)。由非球面成像镜头3和直角反射镜4组成四个 相同的成像光路架5并垂直固定；由非球面成像镜头3、直角反射镜4和成像光路架5 构成成像光路。非球面成像镜头3的端面与直角反射镜4的入射面相接；直角反射镜4的出射面与成像光路架5的顶端相接；成像光路架5的底端与像面耦合器相接；且成像光路架5的中轴线垂直于像面耦合器6的像面。像面耦合器6分割像面的数量与采用非 球面成像镜头3和直角反射镜4的数量相同。由非球面成像镜头3和直角反射镜4获取 的三维空间场景信息通过成像光路架5到达像面耦合器6，像面耦合器将成像器件1的像面分割为四个像面并做共像面图像的拼接处理，得到环形全景图像或半球空间全景图 像。像面分割共像面成像可以根据需要采用不同的像面分割数量，如四分割共像面成像、 六分割共像面成像、九分割共像面成像，即非球面成像镜头3和直角反射镜4组成的个 数与成像光路架的数量匹配，可以为4个、6个或9个。而且非球面镜头3的焦距可以 相同也可以不相同；由像面耦合器6进行像面分割区域的大小可以相等也可以不相等。 采用相同焦距时，得到的共像面图像具有线性一致的分辨率，可用于图像拼接得到全景 图像；采用不同焦距时，得到的共像面图像可用于实现多视场展开显示。以具有四个成 像光路架5的全景成像器为例，其原理是三维空间的场景信息透过非球面成像镜头3 和直角反射镜4，通过四个成像光路架5到达像面耦合器6，利用像面耦合器6将成像 器件l的像面分割成四象限四块大小相等的成像区域，并将四路场景信息合成一路成像 到像面的四个成像区域上，即像面分割共像面成像。像面上四幅图像分别对应空间四个 方向上的场景信息，依据相邻场景图像之间的重叠区域进行特征匹配、图像拼接处理， 就可以得到一幅完整的空间全景图像。附图说明附图l是本专利技术的结构原理图。附图2是以相等焦距获取的空间场景一帧像面分割共像面成像示意图。 附图3对获取的一帧像面分割共像面图像的拼接展开示意图。具体实施方式 以下通过附图并结合实施例对本专利技术做进一步说明。如图l所示采用四个成像光路架5，非球面成像镜头3的焦距为相同焦距，即fl =G = f3=f4=12mm。调整非球面成像镜头方向指向前、后、左、右四个方向，获取四 幅像面分割共像面图像(如图2)，采用柱面投影模型对获取的四幅像面分割共像面图像 进行几何校正，然后利用相邻图像之间的重叠区域进行特征信息提取，特征信息可以为 边缘和角点，利用提取的边缘和角点等特征信息确定两图像之间的位移和相对旋转运动 关系，依据该运动关系就可以实现相邻两幅图像的拼接。经过上述过程处理之后，就可 以获取一幅环形全景图像，即一幅环绕水平360度的环带图像(图3是环带图像展开示 意图)。上述实施例说明通过调整非球面成像镜头3的焦距和方向，来获取像面分割共 像面图像，通过对其进行拼接，可以获得环形全景图像。全景图像视场的方向可以通过 更换棱镜和调整非球面成像镜头的方向来确定，通过调整即可以实现环形全景成像，也 可以实现半球空间全景成像。本专利技术的优点在于(1)对利用像面分割共像面成像方法得到的图像进行拼接，得 到的全景图像具有线性一致的分辨率，图像畸变小(2)只对共像面图像进行拼接，不 需要处理序列图像，实时性好，可以实现高速帧率的全景成像(3)可通过更换棱镜和 调整非球面成像镜头的方向来获取不同方向的全景图像(4)结构轻巧、体积小，特别 适用于对微小型要求较高应用场合。权利要求1.微小型化共像面全景成像技术，具有成像器件(1)、玻璃蒙面(2)、非球面成像镜头(3)、直角反射镜(4)、成像光路架(5)、像面耦合器(6)，成像器(1)的接收面覆有玻璃蒙面(2)，其特征在于由非球面成像镜头(3)和直角反射镜(4)组成四个相同的成像光路架(5)并垂直固定，由非球面成像镜头(3)、直角反射镜(4)和成像光路架(5)构成成像光路，非球面成像镜头(3)的端面与直角反射镜(4)的入射面相接，直角反射镜(4)的出射面与成像光路架(5)的顶端相接，成像光路架5的底端与像面耦合器(6)相接，且成像光路架(5)的中轴线垂直于像面耦合器(6)的像面，像面耦合器(6)分割像面的数量与采用非球面成像镜头(3)和直角反射镜(4)的数量相同，由非球面成像镜头(3)和直角反射镜(4)获取的三维空间场景信息通过成像光路架(5)到达像面耦合器(6)，像面耦合器将成像器件(1)的像面分割为四个像面并做共像面图像的拼接处理，得到环形全景图像或半球空间全景图像。2. 根据权利要求1所述的微小型化共像面全景成像技术，其特征在于所述由非球面 成像镜头(3)和直角反射镜(4)组成的个数与成像光路架的数量匹配，可以为4个、 6个或9个。3. 根据权利要求1所述的微小型化共像面全景成像技术，其特征在于所述非球面镜 头(3)的焦距可以相同也可以不相同；由所述像面耦合器(6)进行像面分割区域的大 小可以相等也可以不相等。全文摘要微小型化共像面全景成像技术，由非球面成像镜头和直角反射镜组成四个相同的成像光路架并垂直固定。像面耦合器分割像面的数量与采用非球面成像镜头和直角反射镜的数量相同。由非球面成像镜头和直角反射镜获取的三维空间场景信息通过成像光路架到达像面耦合器，利用像面耦合器将成像器件的像面分割成四象限四个大小相等的成像区域，并将四路场景信息合成一路成像到像面的四个成像区域上。像面上四幅图像分别对应空间四个方向上的场景信息，依据相邻场景图像之间的重叠区域进行特征匹配、图像拼接处理，就可以得到一幅完整的空间全景图像。本专利技术具备线性一致分辨率、实时性好、畸变小、微小型化技术特征，特别适用于对微小型要求较高应用场合。文档编号G06T5/50GK101256275SQ200810052640公开日2008年9月3日 申请日期2008年4月8日 优先权日2008年4月8日专利技术者峰本文档来自技高网...

【技术保护点】
微小型化共像面全景成像技术，具有成像器件（１）、玻璃蒙面（２）、非球面成像镜头（３）、直角反射镜（４）、成像光路架（５）、像面耦合器（６），成像器（１）的接收面覆有玻璃蒙面（２），其特征在于由非球面成像镜头（３）和直角反射镜（４）组成四个相同的成像光路架（５）并垂直固定，由非球面成像镜头（３）、直角反射镜（４）和成像光路架（５）构成成像光路，非球面成像镜头（３）的端面与直角反射镜（４）的入射面相接，直角反射镜（４）的出射面与成像光路架（５）的顶端相接，成像光路架５的底端与像面耦合器（６）相接，且成像光路架（５）的中轴线垂直于像面耦合器（６）的像面，像面耦合器（６）分割像面的数量与采用非球面成像镜头（３）和直角反射镜（４）的数量相同，由非球面成像镜头（３）和直角反射镜（４）获取的三维空间场景信息通过成像光路架（５）到达像面耦合器（６），像面耦合器将成像器件（１）的像面分割为四个像面并做共像面图像的拼接处理，得到环形全景图像或半球空间全景图像。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王向军，刘峰，文鹏程，张召才，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]