CN108810426A - 一种红外大视场拼接方法及拼接系统 - Google Patents

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李治国
苏秀琴
段晶
单秋莎
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Abstract

本发明涉及一种红外大视场拼接方法及拼接系统，解决现有红外成像设备拼接方法存在成本昂贵的问题。本发明所提供的红外大视场拼接系统包括前镜组、中镜组和红外热像仪；前镜组包括四个成像镜头，中镜组包括四个折轴镜；四个成像镜头呈田字形设置，四个折轴镜呈田字形设置，成像镜头接收到的光通过折轴镜依次被红外热像仪接收。本发明提供的红外大视场拼接方法包括以下步骤:1)四个成像镜头对目标局部进行光路采集；2)四个成像镜头的接收到的光依次被红外热像仪接收并成像；3)将步骤2)接收到的四个图像利用拼接算法拼接成全景大视场。

Description

一种红外大视场拼接方法及拼接系统
技术领域
本发明涉及红外成像技术领域，具体涉及一种红外大视场拼接方法及拼接系统。
背景技术
红外成像技术在航空、航天、安防等领域得到了广泛的应用。近些年来伴随着红外成像技术的快速发展和应用，如何尽可能的增大目标检测视场，提高目标检测距离成为非常关注的问题。
对于运动快速、数量多且体积小的目标，需要大视场条件下的高分辨率、高帧频、高数据量的红外成像设备。目前应用单台成像设备已经不能满足上述要求，需要进行视场拼接来实现大视场角的多目标测量。通常采用的方式是将几台红外成像设备按精密计算的角度进行组合，成为具有大视场覆盖的多目标红外成像系统。
进行视场拼接一般说来可以分为“横一”字方式拼接、“纵一”字方式拼接和“田”字方式拼接等3种。“田”字视场拼接法如图1所示，采用此种拼接方法需4台或多台红外成像设备，再用拼接软件模块来完成同一机架上多台摄像机的拼接成像，实现演示播放、数据处理并提供整体成像视频效果。多台摄像机视场在水平方向进行拼接，采用凝视工作模式，成像时相邻2台摄像机的图像有重叠区域，拍摄物体可能同时位于2个视场中，可通过2台相邻摄像机的图像重叠区域的同一背景或目标作为拼接依据，近似合成为一幅图像，然后对两台摄像机拍摄物体进行轨迹预测，自动进行目标拼接，并人工干预保证匹配的正确性。
使用上述红外成像设备拼接的方法虽然可以达到扩大视场的目的，但经济性较差，因为红外成像设备非常昂贵，单台售价约为数十万人民币，一套用“田”字视场拼接法组成的成像系统，花费约为数百万人民币，因此这种拼接方法存在成本昂贵的问题。
发明内容
本发明的目的是解决现有红外成像设备拼接方法存在成本昂贵的问题，提供一种红外大视场拼接方法及拼接系统。
本发明的技术方案是：
一种红外大视场拼接方法，包括以下步骤:
1)使用四个成像镜头对目标局部进行光路采集；
2)使四个成像镜头接收到的光依次被红外热像仪接收并成像；
3)将红外热像仪依次接收到的四个图像利用拼接算法拼接成全景大视场。
同时，本发明还提供了一种实现上述红外大视场拼接方法的红外大视场拼接系统，包括前镜组、中镜组和红外热像仪；所述前镜组包括四个成像镜头，所述中镜组包括四个折轴镜；所述四个成像镜头呈田字形设置，所述四个折轴镜呈田字形设置，所述成像镜头接收到的光通过折轴镜依次被红外热像仪接收。
进一步地，还包括可转动的第一挡光轮和第二挡光轮，所述第一挡光轮设置在四个折轴镜的出射光路上，所述第二挡光轮和第一挡光轮垂直设置，且设置在红外热像仪的入射光路上，所述第一挡光轮和第二挡光轮结构相同，包括第一反射镜、第一空框、第二反射镜和第二空框；所述第一反射镜、第一空框、第二反射镜和第二空框依次在同一圆周上均匀设置。
进一步地，所述前镜组、中镜组均安装在壳体上。
进一步地，所述第一挡光轮和第二挡光轮通过电机实现转动。
进一步地，所述第一挡光轮的转速为750rpm，第二挡光轮的转速为375rpm。
进一步地，所述第一挡光轮和第二挡光轮为逆时针转动。
本发明与现有技术相比，具有以下技术效果：
1.本发明提供一种新的视场拼接方法，将镜头进行视场拼接，以达到扩大视场的目的，其光路经过一系列的转换，只由同一个红外热像仪成像，该种方法将红外热像仪的数量由多个降低到了1个，极大降低了成本。
2.本发明拼接系统靠多个小视场光学系统得到大视场，光机结构相对简单、可靠，实用性较好，成本较低。
附图说明
图1为现有“田”字视场拼接法示意图；
图2为本发明大视场拼接系统的结构示意图；
图3为本发明前镜组成像镜头拼接示意图；
图4为本发明第一挡光轮结构图；
图5为本发明大视场拼接系统工作原理简图。
附图标记：1-成像镜头，2-壳体，3-折轴镜，4-第一挡光轮，5-第二挡光轮，6-红外热像仪，7-电机，41-第一反射镜，42-第一空框，43-第二反射镜，44-第二空框。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步详细描述：
本发明提供一种新的视场拼接方法，将成像镜头进行视场拼接，以达到扩大视场的目的，其光路经过一系列的转换，只由同一个红外热像仪成像，该种方法将红外热像仪的数量由4个降低到了1个，极大降低了研制成本。
本发明提供的一种红外大视场拼接方法包括以下步骤:
1)使用四个成像镜头对目标局部进行光路采集；
2)使四个成像镜头接收到的光依次被红外热像仪接收并成像；
3)将红外热像仪依次接收到的四个图像利用拼接算法拼接成全景大视场。
如图2、图3所示，本发明红外成像系统包括前镜组的四个成像镜头1、中镜组的四个折轴镜3、壳体2、第一挡光轮4、第二挡光轮5和单个红外热像仪6，四个成像镜头1呈田字形设置，四个折轴镜3也呈田字形设置，前镜组、中镜组均安装在壳体2上，成像镜头1接收到的光通过折轴镜3、第一挡光轮4、第二挡光轮5依次被红外热像仪6接收。第一挡光轮和第二挡光轮为可转动的，此转动可由电机7实现，第一挡光轮设置在四个折轴镜的出射光路上，第二挡光轮和第一挡光轮垂直设置，且设置在红外热像仪的入射光路上。
如图4所示，第一挡光轮4、第二挡光轮5除尺寸外，结构形式相同，挡光轮上圆周位置均匀设置有两处反射镜，两处空框，具体包括第一反射镜41、第二反射镜43、第一空框42和第二空框44；第一反射镜41、第一空框42、第二反射镜43和第二空框44依次在同一圆周上均匀设置。
该方法的工作原理：前镜组的四个镜头呈“田”字形排列，这些镜头分区域采集图像，再利用拼接算法将这些图像拼接成全景大视场。这种拼接系统靠多个小视场光学系统得到大视场,光机结构相对简单、可靠，实用性较好，拼接算法为现有算法，拼接过程依靠图像拼接实现，所用算法基于计算机图像图形学、特征识别、图像融合等多种科学，实现时具有灵活、高效、适应性强等特点。
红外的拍摄频率为50帧，即拍摄速度为50幅/秒，曝光时间为4ms。四个镜头分别对四个视场进行成像,其采集图像的光路分别为光路一、光路二、光路三、光路四。第一挡光轮4和第二挡光轮5都为逆时针转动。第一挡光轮4的转速为750rpm，即20ms转过90°；第二挡光轮5的转速为375rpm，即40ms转过90°，在t-2ms至t+2ms时刻段内，热像仪进行曝光。
如图5所示，该视场拼接系统的成像原理为：
t0时，第一挡光轮4转动到空框通光位置，第二挡光轮5转动到空框通光位置，光路一穿过第一挡光轮4与第二挡光轮5，进入红外热像仪6，热像仪曝光成像，用时4ms。
t0+20ms时，第一挡光轮转动到反射镜处，第二挡光轮转动到空框通光位置，光路三在第一挡光轮4上反射，穿过第二挡光轮5，进入红外热像仪6，热像仪曝光成像，用时4ms。
t0+40ms时，第一挡光轮转动到空框通光位置，第二挡光轮转动到反射镜处，光路二穿过第一挡光轮4，在第二挡光轮5上反射，进入红外热像仪6，热像仪曝光成像，用时4ms。
t0+60ms时，第一挡光轮4转动到反射镜处，第二挡光轮转动到反射镜处，光路四在第一挡光轮4上反射，在第二挡光轮5上反射，进入红外热像仪6，热像仪曝光成像，用时4ms。
t0+80ms时，第一挡光轮再次转动到空框通光位置，第二挡光轮5再次转动到空框通光位置，光路一成像，以此循环。由图5可知，各光路的光程都相同，满足光学设计要求。
多视场成像完成后，对两相邻图像重叠区域的同一背景或目标作为拼接依据，近似合成为一幅图像，然后对各视场拍摄的物体进行轨迹预测，自动进行目标拼接，并人工干预保证匹配的正确性。
本发明系统通过一个红外热像仪对4个视场进行成像，通过图像处理实现了大视场的拼接，满足拍摄要求，大幅度降低了研制成本。

Claims (7)

1.一种红外大视场拼接方法，其特征在于，包括以下步骤:
1)使用四个成像镜头对目标局部进行光路采集；
2)使四个成像镜头接收到的光依次被红外热像仪接收并成像；
3)将红外热像仪依次接收到的四个图像利用拼接算法拼接成全景大视场。
2.一种红外大视场拼接系统，其特征在于：包括前镜组、中镜组和红外热像仪(6)；所述前镜组包括四个成像镜头(1)，所述中镜组包括四个折轴镜(3)；
所述四个成像镜头(1)呈田字形设置，所述四个折轴镜(3)呈田字形设置，所述成像镜头(1)接收到的光通过折轴镜(3)依次被红外热像仪(6)接收。
3.根据权利要求2所述的红外大视场拼接系统，其特征在于：还包括可转动的第一挡光轮(4)和第二挡光轮(5)，所述第一挡光轮(4)设置在四个折轴镜(3)的出射光路上，所述第二挡光轮(5)和第一挡光轮(4)垂直设置，且设置在红外热像仪(6)的入射光路上，所述第一挡光轮(4)和第二挡光轮(5)结构相同，包括第一反射镜(41)、第一空框(42)、第二反射镜(43)和第二空框(44)；所述第一反射镜(41)、第一空框(42)、第二反射镜(43)和第二空框(44)依次在同一圆周上均匀设置。
4.根据权利要求3所述的红外大视场拼接系统，其特征在于：所述前镜组、中镜组均安装在壳体(2)上。
5.根据权利要求3或4所述的红外大视场拼接系统，其特征在于：所述第一挡光轮(4)和第二挡光轮(5)通过电机(7)实现转动。
6.根据权利要求5所述的红外大视场拼接系统，其特征在于：所述第一挡光轮(4)的转速为750rpm，第二挡光轮(5)的转速为375rpm。
7.根据权利要求6所述的红外大视场拼接系统，其特征在于：所述第一挡光轮(4)和第二挡光轮(5)为逆时针转动。
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