[发明专利]微小型化共像面全景成像技术

说明书

技术领域

本发明属于光学成像技术，具体涉及一种利用像面分割和共像面成像方法实现微小型化全景的成像技术。

技术背景

随着图像传感器和图像处理技术的发展，许多领域均需要对空间各方向场景实时全景成像，如安全监控、全景目标识别等。旋转拼接、鱼眼透镜和折反射镜是目前全景成像技术的主要方法。其中旋转拼接方法可使每一幅图像分辨率高，拼接后整个全景图像的分辨率也比较高，图像畸变小，但需要精确的旋转机构，而且实时性不强；鱼眼透镜方法是超广角物镜，可以获取大视场的图像，但获取的图像需要通过算法进行额外校正，图像畸变大；折反射全景方法可使成像系统中的多反射面系统获得较大的视场，反射面和折射面集成在一起，系统较小，结构紧凑，易于实现小型化和集成化，缺点是光学结构设计复杂。因此，寻找一种具有线性分辨率较高、实时性强、畸变小以及微小型化技术特征的全景成像技术具有非常重要的意义。针对目前全景成像所存在的缺陷，本发明提出的带有微小型光学元件组合结构特征的像面分割共像面成像技术，可以使问题得到满意的解决。

发明内容

本发明的目的是提供一种系统较小，结构紧凑的微小型化共像面全景成像技术。

本发明通过下述方案予以实现。微小型化共像面全景成像技术，具有：成像器件1、玻璃蒙面2、非球面成像镜头3、直角反射镜4、成像光路架5、像面耦合器6等，成像器1的接收面覆有玻璃蒙面(参照图1)。由非球面成像镜头3和直角反射镜4组成四个相同的成像光路架5并垂直固定；由非球面成像镜头3、直角反射镜4和成像光路架5构成成像光路。非球面成像镜头3的端面与直角反射镜4的入射面相接；直角反射镜4的出射面与成像光路架5的顶端相接；成像光路架5的底端与像面耦合器相接；且成像光路架5的中轴线垂直于像面耦合器6的像面。像面耦合器6分割像面的数量与采用非球面成像镜头3和直角反射镜4的数量相同。由非球面成像镜头3和直角反射镜4获取的三维空间场景信息通过成像光路架5到达像面耦合器6，像面耦合器将成像器件1的像面分割为四个像面并做共像面图像的拼接处理，得到环形全景图像或半球空间全景图像。像面分割共像面成像可以根据需要采用不同的像面分割数量，如四分割共像面成像、六分割共像面成像、九分割共像面成像，即非球面成像镜头3和直角反射镜4组成的个数与成像光路架的数量匹配，可以为4个、6个或9个。而且非球面镜头3的焦距可以相同也可以不相同；由像面耦合器6进行像面分割区域的大小可以相等也可以不相等。采用相同焦距时，得到的共像面图像具有线性一致的分辨率，可用于图像拼接得到全景图像；采用不同焦距时，得到的共像面图像可用于实现多视场展开显示。以具有四个成像光路架5的全景成像器为例，其原理是：三维空间的场景信息透过非球面成像镜头3和直角反射镜4，通过四个成像光路架5到达像面耦合器6，利用像面耦合器6将成像器件1的像面分割成四象限四块大小相等的成像区域，并将四路场景信息合成一路成像到像面的四个成像区域上，即像面分割共像面成像。像面上四幅图像分别对应空间四个方向上的场景信息，依据相邻场景图像之间的重叠区域进行特征匹配、图像拼接处理，就可以得到一幅完整的空间全景图像。

附图说明

附图1是本发明的结构原理图。

附图2是以相等焦距获取的空间场景一帧像面分割共像面成像示意图。

附图3对获取的一帧像面分割共像面图像的拼接展开示意图。

具体实施方式

以下通过附图并结合实施例对本发明做进一步说明。

如图1所示：采用四个成像光路架5，非球面成像镜头3的焦距为相同焦距，即f1＝f2＝f3＝f4＝12mm。调整非球面成像镜头方向指向前、后、左、右四个方向，获取四幅像面分割共像面图像(如图2)，采用柱面投影模型对获取的四幅像面分割共像面图像进行几何校正，然后利用相邻图像之间的重叠区域进行特征信息提取，特征信息可以为边缘和角点，利用提取的边缘和角点等特征信息确定两图像之间的位移和相对旋转运动关系，依据该运动关系就可以实现相邻两幅图像的拼接。经过上述过程处理之后，就可以获取一幅环形全景图像，即一幅环绕水平360度的环带图像(图3是环带图像展开示意图)。上述实施例说明通过调整非球面成像镜头3的焦距和方向，来获取像面分割共像面图像，通过对其进行拼接，可以获得环形全景图像。全景图像视场的方向可以通过更换棱镜和调整非球面成像镜头的方向来确定，通过调整即可以实现环形全景成像，也可以实现半球空间全景成像。

本发明的优点在于：(1)对利用像面分割共像面成像方法得到的图像进行拼接，得到的全景图像具有线性一致的分辨率，图像畸变小(2)只对共像面图像进行拼接，不需要处理序列图像，实时性好，可以实现高速帧率的全景成像(3)可通过更换棱镜和调整非球面成像镜头的方向来获取不同方向的全景图像(4)结构轻巧、体积小，特别适用于对微小型要求较高应用场合。