[发明专利]一种应用于移动机器人室外SLAM领域的HDR相机

权利要求书

1.一种应用于移动机器人室外SLAM领域的HDR相机，其特征在于，包括PCB基板(5)、N组光学成像镜头(1)、N片CMOS感光芯片(6)、FPGA芯片(7)以及镜头基座(2)，其中：

所述N片CMOS感光芯片(6)对称分布在所述PCB基板(5)上，所述镜头基座(2)的前侧面上设置有凸台(3)，后侧面上开设有相互独立的N个暗室(9)，自每个暗室(9)底部向镜头基座(2)前方开设有贯穿所述凸台(3)的固定孔(4)，所述N组光学成像镜头(1)分别安装于所述固定孔(4)中；

所述镜头基座(2)固定在PCB基板(5)上，使每个CMOS感光芯片(6)位于一个暗室(9)中，此时每个CMOS感光芯片(6)处于密闭环境中，且每个所述固定孔(4)正对一个CMOS感光芯片(6)，从而使光学成像镜头(1)与CMOS感光芯片(6)一一对应；所述N片CMOS感光芯片(6)通过PCB基板(5)连接至所述FPGA芯片(7)，FPGA芯片(7)用于获取CMOS感光芯片(6)采集的图像，并进行高动态范围图像的合成；

所述的镜头基座(2)的后侧面上设置有凹槽(8)，在凹槽(8)中通过肋板(10)将凹槽(8)分隔成所述相互独立的N个暗室(9)；

所述HDR相机的工作模式包括弱光模式和强光模式，其中，FPGA芯片(7)通过分析上一次利用N片CMOS感光芯片(6)获取的N张图像中，正常曝光的图像的平均亮度以及曝光时间来确定环境的光线情况，然后在下一帧图像获取之前，选择将工作模式切换在弱光模式或强光模式；

在室外场景下，拍摄物体到相机的距离超过阈值时，由于CMOS不在同一位置成像造成的合成后图像重影问题就会消失，最近工作距离符合以下公式：

其中，b为被拍摄物体与光学成像镜头(1)光轴之间的距离，f为光学成像镜头(1)的焦距，Δx为接收像点到光轴之间的距离；不发生图像模糊情况下Δx＝1，此时，对应的Z即相机的最近工作距离；

所述的FPGA芯片(7)具有图像处理与合成功能，FPGA芯片(7)将所述N片CMOS感光芯片(6)获取的欠曝光、正常曝光、过曝光图像合成所述高动态范围图像；

所述FPGA芯片(7)通过系数融合的方式将每一个CMOS感光芯片(6)获取的图像合成高动态范围的图像，包括：

对于每一个CMOS感光芯片(6)获取的图像，将每一张图像的每一个像素点对应一个融合系数，然后通过加权计算不同图像上相同位置的像素值得到所述高动态范围图像。

2.如权利要求1所述的应用于移动机器人室外SLAM领域的HDR相机，其特征在于，所述HDR相机还包括数据传输接口，所述FPGA芯片(7)通过数据传输接口向外部传输数据。

3.如权利要求1所述的应用于移动机器人室外SLAM领域的HDR相机，其特征在于，当FPGA芯片(7)接收到外部发送的图像请求时，同时向N片CMOS感光芯片(6)下达不同曝光时长的曝光指令，N片CMOS感光芯片(6)分别通过对应光学成像镜头(1)独立获取图像。

4.如权利要求3所述的应用于移动机器人室外SLAM领域的HDR相机，其特征在于，所述的CMOS感光芯片(6)有4片；

在弱光模式下，所述的曝光指令为：延长曝光时间2档、延长曝光时间1档、正常曝光、减少曝光时间1档，此时能获得过曝光图像2张、正常曝光图像1张、曝光不足图像1张，则相机更关注暗部的图像细节；

在强光模式下，所述的曝光指令为：延长曝光时间1档、正常曝光、减少曝光时间1档、减少曝光时间2档，此时能获得过曝光图像1张、正常曝光图像1张、曝光不足图像2张，则相机更关注亮部的图像细节。