一種基于仿生復(fù)眼的大視場定位系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及復(fù)眼成像系統(tǒng)和機器視覺技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種基于仿生復(fù)眼的大 視場=維定位系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著光學(xué)成像系統(tǒng)在生物、醫(yī)學(xué)、工業(yè)和國防等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，人們對其性能的 要求越來越高。在某些場合，不僅要求光學(xué)成像系統(tǒng)具有更大的視場角，即能夠拍攝更大視 場范圍內(nèi)的圖像，而且要求能夠從所拍攝的圖像中提取目標物的位置信息，W便用于距離 測量、運動檢測W及場景的S維重建。
[000引從日常生活中的高速公路視頻監(jiān)控、小區(qū)內(nèi)視頻安防監(jiān)控同時監(jiān)控360度區(qū)域、 虛擬現(xiàn)實、機器人導(dǎo)航，到雜娥登月及玉兔上車載大視場成像裝置，再到軍事上用途廣泛的 微小型無人偵察機上的大視場成像探測裝置，大視場成像及目標=維探測重構(gòu)技術(shù)作為一 個重要的研究課題，其應(yīng)用范圍也越來越廣泛。如何能夠設(shè)計一種能夠同時滿足大視場成 像及目標精確=維定位的結(jié)構(gòu)，將在國民生產(chǎn)生活、工業(yè)檢測、航空航天、軍事等領(lǐng)域具有 極大的應(yīng)用前景。
[0004] 昆蟲復(fù)眼W其體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、視場角大、對運動物體反應(yīng)靈敏等而具有獨特的 優(yōu)勢，引起學(xué)者越來越多的關(guān)注，經(jīng)過研究我們發(fā)現(xiàn)，人工仿生復(fù)眼是解決大視場無崎變成 像技術(shù)比較優(yōu)秀的方案，由于復(fù)眼曲面排布，各鏡頭朝向不同的方向，可W同時對不同方位 的目標進行成像，通過圖像拼接可W實現(xiàn)大視場成像功能。同時，由于復(fù)眼為多目視覺成像 系統(tǒng)，通過選取2個W上鏡頭對同一目標進行拍攝，基于雙目定位原理，可W實現(xiàn)目標物體 的S維定位，因而昆蟲復(fù)眼結(jié)構(gòu)還具有S維測量與重構(gòu)的能力。在前人研究的基礎(chǔ)上，我們 提出了一種結(jié)構(gòu)簡單、功能實用的用于空間S維測量的復(fù)眼設(shè)計方案?；谠摻Y(jié)構(gòu)，通過編 寫算法，可W實現(xiàn)大視場范圍內(nèi)目標精確=維定位，推動復(fù)眼成像系統(tǒng)在實際工業(yè)生產(chǎn)中 的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種可實現(xiàn)大視場范圍內(nèi)目標定位的復(fù)眼系統(tǒng)，通過該系 統(tǒng)，可W實現(xiàn)大視場圖像拍攝、大視場實時視頻監(jiān)控、大視場范圍內(nèi)目標=維定位、運動目 標檢測與跟蹤、S維空間重構(gòu)等視覺感知功能。該系統(tǒng)可用于高速公路視頻監(jiān)控、小區(qū)內(nèi)視 頻安防監(jiān)控、機器人導(dǎo)航等，不僅能夠?qū)Υ笠晥龇秶鷥?nèi)的目標成像，而且可W實現(xiàn)目標的精 確=維定位。
[0006] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是；一種基于仿生復(fù)眼的大視場定位系統(tǒng)，
[0007] 該系統(tǒng)由在多面體支撐體上排布的多個鏡頭組成，該多面體的各個面外切于一共 同球體，多面體的每個面上分布有多個鏡頭，包含一個主鏡頭和其余1個W上的輔助鏡頭。 [000引進一步的，該系統(tǒng)中的多面體支撐體由多個平面構(gòu)成，每個平面的形狀為多邊形， 各平面朝向空間不同方向，且其形成的多面體外接（或內(nèi)切）于同一個球面。
[0009] 進一步的，對于多面體單個面上的多個鏡頭來說，其分布方式為：主鏡頭布置在每 個多邊形平面外接圓圓屯、處，輔助鏡頭根據(jù)需要均布在主鏡頭周圍；
[0010] 進一步的，多面體相鄰面上的主鏡頭的視場之間存在重疊區(qū)域；
[ocm] 進一步的，利用多面體每個面上的主鏡頭實現(xiàn)對其方位內(nèi)場景的獲取，所述的主 鏡頭所獲取的圖像進行后續(xù)拼接之后，可實現(xiàn)大視場空間內(nèi)場景的探測，其視場角可達 360。X360。X360。；
[0012] 進一步的，對于多面體單個面上的多個鏡頭來說，其光軸方向是一致的；
[0013] 進一步的，對于多面體單個面上的多個鏡頭來說，其視場之間存在極大的視場重 疊區(qū)域，但是由于其在面上的位置差異，所拍攝場景獲取的圖像信息也會存在差異。
[0014] 進一步的，利用多面體單個面上的多個鏡頭，實現(xiàn)對該方位場景空間信息的獲取， 利用場景在每個鏡頭所獲取圖像信息內(nèi)的位置差異，可獲取場景信息在空間內(nèi)的實際位 置，即實現(xiàn)目標的定位，場景的=維信息獲取等功能。
[0015] 進一步的，多面體每個面上的鏡頭數(shù)越多，其定位精度越高。
[0016] 本發(fā)明的有益效果在于：
[0017] (1)、該仿生發(fā)明得到的復(fù)眼系統(tǒng)，創(chuàng)造性的將大視場和定位技術(shù)融于一體，可W 實現(xiàn)大視場空間內(nèi)場景的位置信息的獲取。
[0018] (2)、本發(fā)明是一種集成化一體化的系統(tǒng)，在目標測量、S維重構(gòu)、監(jiān)控和自動跟蹤 等方面有良好的應(yīng)用前景。
[0019] (3)、針對雙目視覺系統(tǒng)定位精度難W保證的現(xiàn)實，本發(fā)明中的方案提供了一種可 W靈活更改約束條件，從而提高系統(tǒng)定位精度的方法。
【附圖說明】
[0020] 圖1為實施例1中的一種基于仿生復(fù)眼的大視場定位系統(tǒng)示意圖；
[0021] 圖2為實施例1中19個主鏡頭及其視場示意圖；
[0022] 圖3為實施例1中19個主鏡頭視場拼接示意圖；
[0023] 圖4為實施例1中視場1范圍內(nèi)定位原理示意圖；
[0024] 圖5為實施例1中視場1范圍內(nèi)定位區(qū)域劃分示意圖；
[0025] 圖6(a)為實施例1中視場1范圍內(nèi)可W被4個鏡頭拍攝到的區(qū)域示意圖；
[0026] 圖6化）為實施例1中視場1范圍內(nèi)可W被3個鏡頭拍攝到的區(qū)域示意圖；
[0027] 圖6(c)為實施例1中視場1范圍內(nèi)可W被2個鏡頭拍攝到的區(qū)域示意圖；
[002引圖7為實施例2中一種基于仿生復(fù)眼的大視場定位系統(tǒng)示意圖（足球締形）；圖 7(a)為外形圖；圖7(b)為線框圖；
[0029] 圖8為實施例2中子眼鏡頭編號示意圖；其中8(a)為仰視圖；8(b)為俯視圖。
【具體實施方式】
[0030] 下面結(jié)合附圖及【具體實施方式】詳細介紹本發(fā)明。但W下的實施例僅限于解釋本發(fā) 明，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)包括權(quán)利要求的全部內(nèi)容，而且通過W下實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員 即可W實現(xiàn)本發(fā)明權(quán)利要求的全部內(nèi)容。
[0031] 實施例1
[0032] 本實施例中的復(fù)眼大視場定位系統(tǒng)如圖1所示，該系統(tǒng)包含有19個多邊形平面構(gòu) 成的支撐體和70個子眼鏡頭。支撐體每個面的編號分別為1，2……19。單個鏡頭的視場 角為32°，支撐體每個面上的鏡頭數(shù)為4個。
[0033] 支撐體高度為88. 41mm，外接球面半徑為181. 4mm，構(gòu)成支撐體的各平面外接圓直 徑為100mm。
[0034] 對子眼鏡頭進行編號，如圖1所示，各子眼鏡頭=維坐標見表1。子眼鏡頭分兩類： 主鏡頭和輔助鏡頭，主鏡頭布置在多面體每個面的外接圓圓屯、處，其編號為la-19a，所有主 鏡頭及其視場如圖2所示。相應(yīng)的，對各主鏡頭對應(yīng)的視場進行編號，其編號為1-19,如圖 3所示。各主鏡頭拍攝的圖像進行拼接，形成大視場圖像，實現(xiàn)大視場拍攝功能，該實施例中 的大視場定位結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的視場角為146°。
[0035] 表1實施例1中鏡頭排布方式條件下的子眼鏡頭S維坐標（單位；mm)
[0036]
【主權(quán)項】
1. 一種基于仿生復(fù)眼的大視場定位系統(tǒng)，其特征在于：該系統(tǒng)的大視場定位結(jié)構(gòu)由在 多面體支撐體上排布的多個鏡頭組成，該多面體的各個面外切于一共同球體，多面體的每 個面上分布有多個鏡頭，包含一個主鏡頭和其余1個以上的輔助鏡頭。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于仿生復(fù)眼的大視場定位系統(tǒng)，其特征在于：該系統(tǒng)的大視 場定位結(jié)構(gòu)中的多面體支撐體由多個平面構(gòu)成，每個平面的形狀為多邊形，各平面朝向空 間不同方向。
3. 如權(quán)利要求1所述的基于仿生復(fù)眼的大視場定位系統(tǒng)，其特征在于：對于多面體單 個面上的多個鏡頭來說，其分布方式為：主鏡頭布置在每個多邊形平面外接圓圓心處，輔助 鏡頭根據(jù)需要均布在主鏡頭周圍。
4. 如權(quán)利要求1所述的基于仿生復(fù)眼的大視場定位系統(tǒng)，其特征在于：多面體相鄰面 上的主鏡頭的視場之間存在重疊區(qū)域。
5. 如權(quán)利要求1所述的基于仿生復(fù)眼的大視場定位系統(tǒng)，其特征在于：利用多面體每 個面上的主鏡頭結(jié)構(gòu)實現(xiàn)對其方位內(nèi)場景的獲取，所以的主鏡頭所獲取的圖像進行后續(xù)拼 接之后，可實現(xiàn)大視場空間內(nèi)場景的探測，其視場角可達360° X360° X360°。
6. 如權(quán)利要求1所述的基于仿生復(fù)眼的大視場定位系統(tǒng)，其特征在于：對于多面體單 個面上的多個鏡頭來說，其光軸方向是一致的。
7. 如權(quán)利要求1所述的基于仿生復(fù)眼的大視場定位系統(tǒng)，其特征在于：對于多面體單 個面上的多個鏡頭來說，其視場之間存在極大的視場重疊區(qū)域，但是由于其在面上的位置 差異，所拍攝場景獲取的圖像信息也會存在差異。
8. 如權(quán)利要求1所述的基于仿生復(fù)眼的大視場定位系統(tǒng)，其特征在于：利用多面體單 個面上的多個鏡頭，實現(xiàn)對該方位場景空間信息的獲取，利用場景在每個鏡頭所獲取圖像 信息內(nèi)的位置差異，可獲取場景信息在空間內(nèi)的實際位置，即實現(xiàn)目標的定位，場景的三維 f目息獲取。
9. 如權(quán)利要求1所述的基于仿生復(fù)眼的大視場定位系統(tǒng)，其特征在于：多面體每個面 上的鏡頭數(shù)越多，其定位精度越高。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于仿生復(fù)眼的大視場定位系統(tǒng)，涉及到醫(yī)學(xué)上的臨床實驗，工業(yè)上的機器視覺以及國防上的航空監(jiān)測等應(yīng)用領(lǐng)域。該系統(tǒng)可同時實現(xiàn)大視場圖像拍攝及大視場范圍內(nèi)目標三維定位功能，其大視場定位結(jié)構(gòu)由多面體支撐體以及其上緊密排布的多個鏡頭組成，多面體的每一個平面上布置1個主鏡頭及另外1個以上輔助鏡頭，利用每個面上的主鏡頭對不同方位內(nèi)的場景進行捕獲，可以實現(xiàn)大視場空間內(nèi)場景的觀測，通過每個多面體面上的多個鏡頭相互作用，即可實現(xiàn)該方位內(nèi)物體的定位。該發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，能夠滿足實用化的要求，進一步推進了復(fù)眼成像系統(tǒng)的應(yīng)用。
【IPC分類】G06T3-40, G06T7-00
【公開號】CN104867140
【申請?zhí)枴緾N201510240594
【發(fā)明人】史立芳, 郭書基, 曹阿秀, 鄧啟凌, 張滿, 龐輝, 王佳舟
【申請人】中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年5月13日