CN103293844A - 一种带自标定的空间360度全方位视觉成像系统结构 - Google Patents
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Abstract
一种带自标定的空间360度全方位视觉成像系统结构，解决空间360度全方位视觉成像系统可以计算出全方位成像反光镜与光学镜头相对位置，光学镜头焦距等参数，从而建立精确的系统成像模型。采用的方案是，全方位成像反光镜的底面为平面，在全方位成像反光镜的底面上设置有矩形网格标定靶和环形标定靶，矩形网格标定靶的几何中心、环形标定靶的圆心设置在全方位成像反光镜的中心线上。本发明的有益效果是：结构简单，成像校准筒时自动完成，系统成像模型精准，使用方便。
Description
所属技术领域
本发明涉及一种成像装置，特别是一种带自标定的空间360度环形全方位视觉成像系统结构。
背景技术
随着全景视觉系统的不断完善，全景视觉技术已经在视觉及光学领域有了初步的应用。在室内环境中，国外已经将全景视觉系统广泛应用于视频会议等视觉领域中，国内近年来也在开展相应研究。在室外环境中，全景视觉正逐步应用于监控和远程现实等领域。由于其360度的视角范围，全景视觉系统在室外环境中最直接的应用是在监控领域的应用。目前的全景系统，尤其是单视点折反射全景成像系统由于受单视点约束，安装困难，往往难以满足单视点要求，因此在进行全景图像展开或用于科学计算，三维重建时，计算结果往往存在较大误差。
发明内容
为克服现有单视点折反射全景成像系统存在的上述不足，本发明提出了一种带自标定的空间360度全方位视觉成像系统结构，可以计算出全方位成像反光镜与光学镜头相对位置，光学镜头焦距等参数，从而建立精确的系统成像模型。
本发明实现发明目的采用的技术方案是：一种带自标定的空间360度全方位视觉成像系统结构，包括：支架、光学镜头、CCD相机、全方位成像反光镜和带有图像处理及管理程序的系统计算机，
⑴、全方位成像反光镜为双曲面反光镜，全方位成像反光镜的底面为平面，在全方位成像反光镜的底面上设置有矩形网格标定靶和环形标定靶，矩形网格标定靶的几何中心、环形标定靶的圆心设置在全方位成像反光镜的中心线上：
⑵、全方位成像反光镜经环形透光支撑筒支撑在支架底座上，在全方位成像反光镜下方环形透光支撑筒内的支架底座上，设置有光学镜头和CCD相机，系统计算机与光学镜头、CCD相机连接。
本发明的有益效果是：结构简单，成像校准筒时自动完成，系统成像模型精准，使用方便。
附图说明
附图1为本发明系统结构示意图。
附图2为全方位成像反光镜结构示意图。
附图3为附图2仰视图。
附图4为本发明系统光路示意图。
附图中，1全方位成像反光镜，1-1矩形网格标定靶，1-2环形标定靶，2环形透光支撑筒，3支架底座，4光学镜头，5 CCD相机，6系统计算机。
具体实施方式
参看附图，一种带自标定的空间360度全方位视觉成像系统结构，包括：支架、光学镜头、CCD相机、全方位成像反光镜和带有图像处理及管理程序的系统计算机，
⑴、全方位成像反光镜1为双曲面反光镜，全方位成像反光镜1的底面为平面，在全方位成像反光镜1的底面上设置有矩形网格标定靶1-1和环形标定靶1-2，矩形网格标定靶1-1的几何中心、环形标定靶1-2的圆心设置在全方位成像反光镜1的中心线上。
⑵、全方位成像反光镜1经环形透光支撑筒2支撑在支架底座3上，在全方位成像反光镜1下方环形透光支撑筒2内的支架底座3上，设置有光学镜头4和CCD相机5，系统计算机6与光学镜头4、CCD相机5连接。
本发明在使用时，系统计算机6首先根据光学镜头4、CCD相机5拍摄到的全方位成像反光镜1轮廓成像曲线计算全方位成像反光镜1与光学镜头4相对位置参数，然后根据矩形网格标定靶1-1和环形标定靶1-2对系统CCD相机5参数进行校准，计算相机放大倍数参数，从而建立精确的系统成像模型。
本发明假设CCD相机5内部参数K（内参数矩阵）和CCD尺寸为已知量。首先根据拍摄到的全方位成像反光镜1轮廓成像曲线计算全景全方位成像反光镜1与反光镜1相对位置参数，计算原理为摄影摄像机对二次曲面成像定理：假设平面二次曲线C位于模板平面上，它在图像上的投影仍为二次曲线，记为Q，它们可以表示为sC=HTQH。H为模板平面与成像平面的单应矩阵，其中H=K*[R T]，K为摄像机内参数矩阵，R为反射镜和摄像机之间的旋转变量，T为模板平面原点与成像中心位移向量参数。本系统中假设模板平面为全方位成像反光镜1底部安装平面，C为全方位成像反光镜1轮廓，为一中心在全方位成像反光镜1轴心的环形标定靶1-2，可通过全方位成像反光镜1尺寸计算得出，Q为全方位成像反光镜1轮廓成像，通过椭圆拟合可得曲线二次矩阵参数，带入成像方程可得sC=[R T]TKTQK[R T]，通过矩阵单位化消去比例因子s，解方程即可得全方位成像反光镜1底面安装平面和CCD相机5之间的旋转变量[R T]，全方位成像反光镜1与CCD相机5之间的旋转变量即为R。
根据全方位成像反光镜1底部标定矩形网格标定靶1-1模板图像，已知标定模板矩形网格标定靶1-1尺寸，根据矩形网格标定靶1-1单元格成像像素数和CCD相机5焦距可根据小孔成像原理计算出系统成像倍数等参数，同时根据矩形网格标定靶1-1成像图像，提取矩形网格标定靶1-1放个成像角点，也可建立标定模板平面与CCD相机5的单应矩阵，此时可以计算出的全方位成像反光镜1与CCD相机5之间的旋转变量R为初始参数，运用重投影法，最小化图像坐标的测量值与估计值之差，最终通过Levenberg-Marquardt方法进行非线性迭代优化求解出CCD相机5的内外参数的精确值。
Claims (1)
1.一种带自标定的空间360度全方位视觉成像系统结构，包括：支架、光学镜头、CCD相机、全方位成像反光镜和带有图像处理及管理程序的系统计算机，其特征在于：
⑴、所述的全方位成像反光镜（1）为双曲面反光镜，全方位成像反光镜（1）的底面为平面，在全方位成像反光镜（1）的底面上设置有矩形网格标定靶（1-1）和环形标定靶（1-2），矩形网格标定靶（1-1）的几何中心、环形标定靶（1-2）的圆心设置在全方位成像反光镜（1）的中心线上：
⑵、所述的全方位成像反光镜（1）经环形透光支撑筒（2）支撑在支架底座（3）上，在全方位成像反光镜（1）下方环形透光支撑筒（2）内的支架底座（3）上，设置有光学镜头（4）和CCD相机（5），系统计算机（6）与光学镜头（4）、CCD相机（5）连接。
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