CN109683298B - 一种360°全景拍摄的镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明属于机器视觉镜头领域，具体涉及一种360°全景拍摄的镜头，包括由物端到像面依次设置的双曲面反射镜、椭球反射镜和成像透镜组，椭球反射镜的右焦点F2与双曲面的左焦点F3重合，双曲面的右焦点F4与成像透镜组的入瞳中心位置重合，其中，F1、F2、F3、F4以及成像透镜组的光轴均处于同一直线上，椭球反射镜将位于左焦点F1附近的物体侧面各个点的主光线汇聚到椭球面的右焦点F2处，双曲面反射镜将汇聚于椭球面右焦点F2的各个物点的光线再汇聚到双曲面右焦点处，最后经过成像透镜组成像，本发明能通过一次拍摄就能获取整个物体侧表面的360°全景图像信息，有效地提高了拍摄效率，节省了拍摄成本。

Description

一种360°全景拍摄的镜头
技术领域
本发明属于机器视觉镜头领域，具体涉及一种360°全景拍摄的镜头。
背景技术
机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断。机器视觉系统是指通过图像摄取装置将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号；图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。
近年来，随着微电子工业的迅猛发展，高分辨率，高处理速度的机器视觉系统不断诞生，这对与之配套的光学镜头提出了新的要求。常规的机器视觉镜头一次只能拍摄物体的一个侧面，比如说正面或者背面、上面或者下面，要想获取物体完整的侧面全景信息，需要在物体周围放置多台相机进行拍摄。
为了减小拍摄空间和降低拍摄成本，亟待一种可以用单个镜头和单个相机就能实现对物体的整个侧面进行360°全景一次成像。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供的一种360°全景拍摄的镜头，该镜头能通过一次拍摄就能获取物体整个侧表面的全景图像，提高了拍摄效率，节省了拍摄的成本。
为实现上述的目的，本发明采用以下技术方案：
一种360°全景拍摄的镜头，包括由物端到像面依次设置的双曲面反射镜、椭球反射镜和成像透镜组，所述椭球反射镜的右焦点F2与所述双曲面反射镜的左焦点F3重合，所述双曲面反射镜的右焦点F4与所述成像透镜组的入瞳中心位置重合，所述椭球反射镜的左焦点F1、右焦点F2、所述双曲面反射镜的左焦点F3、右焦点F4以及所述成像透镜组的光轴均处于同一直线上，所述椭球反射镜将位于左焦点F1附近的物体侧面各个点的主光线汇聚到右焦点F2处，所述双曲面反射镜将汇聚于右焦点F2的各个物点的光线再汇聚到所述双曲面反射镜的右焦点F4处，最后经过所述成像透镜组成像，所述椭球面反射镜和所述双曲面反射镜的反射面均满足非球面公式：
其中：z为非球面z坐标；c为非球面的曲率；r是以透镜长度为单位的径向坐标；k为非球面系数，当-1<k<0时，反射镜的镜面为椭球面；当k<-1时，反射镜的镜面为双曲面。
作为本发明所述的360°全景拍摄的镜头的一种改进，所述椭球反射镜反射面的曲率半径R1与所述双曲面反射镜反射面的曲率半径R2满足关系：0.25<|R1/R2|<0.53。
作为本发明所述的360°全景拍摄的镜头的一种改进，所述成像透镜组为定焦或定倍镜头，系统能够清晰检测的物体高度取决于成像透镜组的景深大小。
作为本发明所述的360°全景拍摄的镜头的一种改进，所述成像透镜组包括由物端到像面依次设置的第一透镜G1、第二透镜G2、第三透镜G3、第四透镜G4、第五透镜G5、第六透镜G6、第七透镜G7、第八透镜G8和第九透镜G9，所述第一透镜G1、第二透镜G2和第三透镜G3胶合形成第一透镜组U1，所述第五透镜G5、第六透镜G6和第七透镜G7胶合形成第二透镜组U2。
作为本发明所述的360°全景拍摄的镜头的一种改进，还包括光阑，所述光阑设置于所述第四透镜G4与所述第五透镜G5之间。
作为本发明所述的360°全景拍摄的镜头的一种改进，所述光阑为圆孔。
本发明的有益效果在于：与现有技术相比，本发明能通过一次拍摄就能获取整个物体侧表面的图像信息，有效地提高了拍摄效率，节省了拍摄成本。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的光路图；
图3为本发明中椭球反射镜的左焦点F1与右焦点F2的位置示意图；
图4为本发明中双曲面反射镜的左焦点F3与右焦点F4的位置示意图；
其中，1-双曲面反射镜；2-椭球反射镜；3-成像透镜组；4-光阑。
具体实施方式
如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下结合附图对本发明作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。
如图1～4所示，一种360°全景拍摄的镜头，包括由物端到像面依次设置的双曲面反射镜1、椭球反射镜2和成像透镜组3，椭球反射镜2的右焦点F2与双曲面反射镜1的左焦点F3重合，双曲面反射镜1的右焦点F4与成像透镜组3的入瞳中心位置重合，椭球反射镜2的左焦点F1、右焦点F2、双曲面反射镜1的左焦点F3、右焦点F4以及成像透镜组3的光轴均处于同一直线上，椭球反射镜2将位于左焦点F1附近的物体侧面各个点的主光线汇聚到右焦点F2处，双曲面反射镜1将汇聚于右焦点F2(也即双曲面反射镜1左焦点F3)的各个物点的光线再汇聚到双曲面反射镜1的右焦点F4处，最后经过成像透镜组3成像，椭球面反射镜2和双曲面反射镜1的反射面均满足非球面公式：
其中：z为非球面z坐标；c为非球面的曲率；r是以透镜长度为单位的径向坐标；k为非球面系数，当-1<k<0时，反射镜的镜面为椭球面；当k<-1时，反射镜的镜面为双曲面。
优选的，椭球反射镜2反射面的曲率半径R1与双曲面反射镜1反射面的曲率半径R2满足关系：0.25<|R1/R2|<0.53。
优选的，本实施例中成像透镜组3为一颗定焦8mm镜头，系统能够清晰检测的物体高度取决于成像透镜组3的景深大小。
优选的，成像透镜组3包括由物端到像面依次设置的第一透镜G1、第二透镜G2、第三透镜G3、第四透镜G4、第五透镜G5、第六透镜G6、第七透镜G7、第八透镜G8和第九透镜G9，第一透镜G1、第二透镜G2和第三透镜G3胶合形成第一透镜组U1，第五透镜G5、第六透镜G6和第七透镜G7胶合形成第二透镜组U2。
优选的，还包括光阑4，光阑4设置于第四透镜G4与第五透镜G5之间。
优选的，光阑4为圆孔。
在本实施例中，镜头的数据如下：
曲率半径1/c 曲率c 非球面系数k
椭球面 R1＝-24mm -0.042mm-1 -0.17
双曲面 R2＝-65mm -0.015mm-1 -1.97
在本实施例中，能够清晰地将物体的侧表面进行360°全景拍摄，极大地提高了拍摄效率，节省了拍摄成本。
上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施方式，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施方式的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种360°全景拍摄的镜头，其特征在于：包括由物端到像面依次设置的双曲面反射镜(1)、椭球反射镜(2)和成像透镜组(3)，所述椭球反射镜(2)的右焦点F2与所述双曲面反射镜(1)的左焦点F3重合，所述双曲面反射镜(1)的右焦点F4与所述成像透镜组(3)的入瞳中心位置重合，所述椭球反射镜(2)的左焦点F1、右焦点F2、所述双曲面反射镜(1)的左焦点F3、右焦点F4以及所述成像透镜组(3)的光轴均处于同一直线上，所述椭球反射镜(2)将位于左焦点F1附近的物体侧面各个点的主光线汇聚到右焦点F2处，所述双曲面反射镜(1)将汇聚于右焦点F2的各个物点的光线再汇聚到所述双曲面反射镜(1)的右焦点F4处，最后经过所述成像透镜组(3)成像，所述椭球面反射镜(2)和所述双曲面反射镜(1)的反射面均满足非球面公式：
其中：z为非球面z坐标；c为非球面的曲率；r是以透镜长度为单位的径向坐标；k为非球面系数，当-1<k<0时，反射镜的镜面为椭球面；当k<-1时，反射镜的镜面为双曲面。
2.根据权利要求1所述360°全景拍摄的镜头，其特征在于：所述椭球反射镜(2)反射面的曲率半径R1与所述双曲面反射镜(1)反射面的曲率半径R2满足关系：0.25<|R1/R2|<0.53。
3.根据权利要求1所述360°全景拍摄的镜头，其特征在于：所述成像透镜组(3)为定焦或定倍镜头。
4.根据权利要求1所述360°全景拍摄的镜头，其特征在于：所述成像透镜组(3)包括由物端到像面依次设置的第一透镜G1、第二透镜G2、第三透镜G3、第四透镜G4、第五透镜G5、第六透镜G6、第七透镜G7、第八透镜G8和第九透镜G9，所述第一透镜G1、第二透镜G2和第三透镜G3胶合形成第一透镜组U1，所述第五透镜G5、第六透镜G6和第七透镜G7胶合形成第二透镜组U2。
5.根据权利要求4所述360°全景拍摄的镜头，其特征在于：还包括光阑(4)，所述光阑(4)设置于所述第四透镜G4与所述第五透镜G5之间。
6.根据权利要求5所述360°全景拍摄的镜头，其特征在于：所述光阑(4)为圆孔。
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