[发明专利]一种带自标定的空间360度全方位视觉成像系统结构

说明书

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=H^TQH。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]^TK^TQK[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。