CN101021672A - 防水防潮防尘全封闭式全景视觉传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种防水防潮防尘全封闭式全景视觉传感器。它由底座、筒体、顶盘、反射镜、支架、摄像机以及加热电阻丝组成，以底座为基本的固定平台，支架及加热电阻丝固定在底座上；底座与顶盘通过筒体连接成一体；摄像机安装在支架上；反射镜摄制在顶盘上。本发明具有体积小、重量轻、结构紧凑，并且能够工作在低温、高湿度等恶劣的环境中等优点，是一种全封闭式的新型全景视觉传感器。

Description

防水防潮防尘全封闭式全景视觉传感器

(一)技术领域

本发明涉及传感器领域，具体涉及传感器的防水防潮防尘技术领域。

(二)背景技术

与传统视觉环境感知系统视场较小不同，全景成像指大于半球视场(360°×180°)的球面成像，全景视觉系统利用单视点双曲面反射镜通过CCD成像单元一次成像大于半球视场(360°×180°)，一次获取整个场景的目标信息，不再需要为光电跟踪系统附加一套随动系统。

全景视觉传感器的摄像机都有一个工作的温度范围，一般摄像机的工作温度为零下十度到七十摄氏度。而在北方在冬天室外温度达到零下三十摄氏度左右，摄像机就不能正常工作，这就限制了全景视觉传感器的室外使用，并且摄像机镜头和单视点双曲面反射镜在湿度较大的环境中会出现起雾现象；同时全景视觉包含精密光学部件，如反射镜，镜头容易受灰尘污染而影响系统成像。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种体积小、重量轻、结构紧凑，并且能够工作在低温、高湿度等恶劣的环境中的全封闭防水防潮防尘全封闭式全景视觉传感器。

本发明的目的是这样实现的：它由底座、筒体、顶盘、反射镜、支架、摄像机以及加热电阻丝组成，支架及加热电阻丝固定在底座上；底座与顶盘通过筒体连接成一体；摄像机安装在支架上；反射镜设置在顶盘上。

本发明还有这样一些结构特征：

1、所述的顶盘上设置有顶盘小环，顶盘小环上设置有安装反射镜的内部凹槽和连接筒体的外部凹槽；

2、所述的反射镜为双曲面反射镜，镜面镀有反射膜；

3、所述的支架由两个一样的子支架构成，每个子支架中间设置有凹槽和条形孔；

4、所述的底座中间设置有4个固定支架的沉通孔及两个固定加热电阻丝的定位孔，表面设置有固定筒体的环形底盘凹槽，底部设置有进气阀门和出气阀门，侧部安装有航空插件；

5、所述的筒体为圆柱型的玻璃筒体。

本发明采用了折反射全景视传感器，克服了传统视觉系统获得全景图像的缺点，并采用全封闭的技术方案解决了全景视觉传感器怕水怕潮怕尘以及全景视觉传感器的摄像机部分受低温限制而不能正常工作的问题。

本发明的双曲面反射镜由玻璃材料加工而成，镜面满足双曲面方程，且镜面镀反射膜来增强反射率，双曲面反射镜的底部通过胶水与顶盘相连接；筒体为玻璃材料构成，筒体的顶端通过胶水与顶盘相连，筒体的底部与底座用胶水相连；顶盘、支架以及底座均采用铝材料；底座侧部装航空插件，底座底部有进气阀门和出气阀门，整个结构是封闭的，对该封闭式的全景视觉传感器充入氮气，选用气密性较好的航空插件可达到该发明全封闭式全景视觉传感器防水防潮防尘的效果，并可以根据全封闭式全景视觉传感器内部的温度情况来决定是否对电阻丝加热提高温度以保证摄像机的工作温度；所述的双曲面反射镜的轴线、筒体的轴线以及摄像机的轴线相重合，且摄像机镜头的光心与双曲面反射镜所在双曲面的远焦心相重合。

上述全封闭式全景视觉传感器，其中，所述的底座侧面安装有航空插件，摄像机的电源线、视频信号线以及加热电阻丝电源通过航空插件分别与全封闭式全景视觉传感器内部的摄像机和加热电阻丝相连。

上述的全封闭式全景视觉传感器，其中所述的底座底部有进气阀门和出气阀门，整个封闭的全景视觉传感器内部充入氮气，并可以根据全封闭式全景视觉传感器内部的温度情况来决定是否对电阻丝加热提高温度保证摄像机的工作温度。

本发明采用全封闭方式，内部安装加热电阻丝来提高摄像机的工作环境温度。内部充氮气能够避免摄像机镜头和单视点双曲面反射镜的起雾现象。该全景视觉传感器可采用图像采集卡与电脑相连，通过软件编程来实现图像的采集与处理也可应用于DSP嵌入式开发系统中。该全景视觉传感器体积小，重量轻，结构紧凑，可用于机器人全景视觉系统，视频会议，银行，交通等全景实时监测，并且能够工作在低温、高湿度等恶劣的环境中。

(四)附图说明

图1是全景成像系统的光学系统示意图。

图2是本发明的结构示意图。

(五)具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明：

实施例：

本实施例包括底座、筒体、顶盘、反射镜、支架、摄像机以及加热电阻丝，支架及加热电阻丝固定在底座上；底座与顶盘通过筒体连接成一体；摄像机安装在支架上；反射镜设置在顶盘上。

结合图1-2，图1是全景成像系统的光学系统示意图；图2是本发明的正视图。图1中：F是双曲面反射镜所在双曲面的近焦点；F是双曲面反射镜所在双曲面的远焦点。延长线至近焦点的光线在双曲面反射镜镜面发生反射后在远焦点会集，而摄像机镜头的光心与远焦点重合，从而得到清晰的图像。

顶盘形状如图2中所示，由铝材料构成。顶盘小环1a内部凹槽起到安装双曲面反射镜2的作用，顶盘小环1a内部凹槽略大于双曲面反射镜2的底部，用胶水可将双曲面反射镜2牢牢的粘在顶盘1上。顶盘小环1a外部凹槽起到连接筒体4的作用，用胶水胶合。

双曲面反射镜2由玻璃材料构成，镜面满足双曲面方程，且镜面镀反射膜来增强反射率，双曲面反射镜的底部通过胶水与顶盘相连接。双曲面反射镜尺寸确定如下：

选取摄像机CCD成像单元象素尺寸为d_ccd，镜头焦距为f，这两项指标为固定参数，设对应的图像象素为r_pix，双曲面焦距为2e，易知反射镜后端面离摄像机镜头透视中心距离为h＞2e，由式(1)可大致定出反射镜后端面半径r_top＝d_top/2，为了加工方便，可以取直径d_top为整数。

$r_{\mathrm{top}}=\frac{h}{f}{r}_{\mathrm{pix}}{d}_{\mathrm{ccd}}---\left(1\right)$

反射镜为旋转曲面，可在XOY平面内进行分析，设双曲线方程为：

$\frac{y^2}{a^2}-\frac{x^2}{b^2}=1---\left(2\right)$

可以化简成参数方程的形式：

x＝btant

            t＝(-t₀，t₀)    (3)

y＝asect

设a＝kb，又 $e=\sqrt{a^2+b^2}=b\sqrt{1+k^2},$ 并取最大视场角为α，如图1所示，易知P点坐标为(r_top，e+r_top cot(π-α))也即 代入式(2)可得，

$\frac{{(e+r_{\mathrm{top}}\cot (\mathrm{\π}-\mathrm{\α}))}^2}{{\left(k\frac{e}{\sqrt{1+k^2}}\right)}^2}-\frac{{r_{\mathrm{top}}}^2}{{\left(\frac{e}{\sqrt{1+k^2}}\right)}^2}=1---\left(4\right)$

上式中只有一个未知数k，可以用Matlab辅助求解。去掉一个小于零的无效解，可解得k＝k₀， $a=k_0\frac{e}{\sqrt{1+{k_0}^2}},$ $b=\frac{e}{\sqrt{1+{k_0}^2}},$ $t_0=\arctan \left(r_{\mathrm{top}}\frac{\sqrt{1+{k_0}^2}}{e}\right).$ 代入式(4)即可得到双曲线方程。

筒体3由玻璃材料构成，可保护双曲面反射镜2和摄像机6。筒体3的高度由双曲面反射镜2所在双曲面的焦距，筒体3凹进顶盘和底座5的长度以及双曲面反射镜2的顶部有效部分距顶盘的距离确定。

支架4由两个一样的子支架构成。每个子支架中间有凹槽4a，凹槽的高度略大于摄像机6突出的固定部分，深度要使两个子支架间凹槽内部的距离大于摄像机6的宽度3～4毫米，可使摄像机在x轴方向上可通过固定摄像机6的两个螺钉的旋入深度进行微调。条形孔4b，宽度要略大于摄像机6固定部分的螺孔直径，长度10毫米左右，可使摄像机6在y轴方向可进行调节。当摄像机6位置调节好后，用安装在摄像机固定螺孔4c上的螺钉将摄像机6的位置固定牢。支架与底座5的连接是采用螺钉通过支架固定螺孔4d与底座5的沉孔相固定。

底座5由铝材料构成，中间留4个沉通孔固定支架。底座5上表面有一环形底盘凹槽5b用于采用胶水连接的方式固定筒体3。摄像机的电源线、视频信号线及加热电阻丝电源是通过航空插件5a分别与全封闭式全景视觉传感器内部的摄像机和加热电阻丝相连。底座5底部有进气阀门5c和出气阀门5d，可利用这两个阀门将该封闭式全景视觉传感器充入氮气。该全封闭式全景视觉传感器是全封闭式的可达到防水防潮防尘的效果。

加热电阻丝7用来加热，当全封闭式全景视觉传感器的内部温度低于摄像机要求的工作温度时，可对加热电阻丝供电以保证全封闭式全景视觉传感器的内部温度达到摄像机的工作温度要求。

Claims (6)

1、一种防水防潮防尘全封闭式全景视觉传感器，它包括底座、筒体和顶盘，其特征在于它还包括反射镜、支架、摄像机以及加热电阻丝，支架及加热电阻丝固定在底座上；底座与顶盘通过筒体连接成一体；摄像机安装在支架上；反射镜设置在顶盘上。

2、根据权利要求1所述的一种防水防潮防尘全封闭式全景视觉传感器，其特征在于所述的顶盘上设置有顶盘小环，顶盘小环上设置有安装反射镜的内部凹槽和连接筒体的外部凹槽。

3、根据权利要求2所述的一种防水防潮防尘全封闭式全景视觉传感器，其特征在于所述的反射镜为双曲面反射镜，镜面镀有反射膜。

4、根据权利要求3所述的一种防水防潮防尘全封闭式全景视觉传感器，其特征在于所述的支架由两个一样的子支架构成，每个子支架中间设置有凹槽和条形孔。

5、根据权利要求4所述的一种防水防潮防尘全封闭式全景视觉传感器，其特征在于所述的底座中间设置有4个固定支架的沉通孔及两个固定加热电阻丝的定位孔，表面设置有固定筒体的环形底盘凹槽，底部设置有进气阀门和出气阀门，侧部安装有航空插件。

6、根据权利要求5所述的一种防水防潮防尘全封闭式全景视觉传感器，其特征在于所述的筒体为圆柱型的玻璃筒体。

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