[发明专利]一种曲面仿生复眼大视场成像装置及成像方法

权利要求书

1.一种曲面仿生复眼大视场成像装置及成像方法，其特征在于，曲面仿生复眼成像装置是由支架、子眼透镜、光电成像器、信号线、电源线组成，其中，支架由双层硬质材料组成，子眼透镜以等间距方式固定在支架外层，光电成像器分别对应子眼透镜固定在支架内层，光电成像器通过子眼透镜采集外界景象，形成子眼图像，电源线为光电成像器提供工作电源，信号线将子眼图像信号传递到中央处理器，中央处理器对多个子眼图像进行拼接和融合处理，最终形成大视场高分辨率的复眼图像，相邻子眼的视场有重叠区域，设定视场中心位置的子眼为主子眼，主子眼成像作为主图像，主子眼左侧相邻子眼成像为左副图像，主子眼右侧子眼成像为右副图像。

2.根据权利要求1所述的一种曲面仿生复眼大视场成像装置及成像方法，其特征在于，由子眼的视场角和光轴距离计算成像的重叠区域，对主图像左右两侧重叠区域提取特征点，在右副图像重叠区域的右侧边界处探寻与主图像重叠边界相同的特征点，确定边界后，将右副图像重叠区域剪切掉，剩余部分与主图像拼接，再利用加权融合算法使拼接缝融合，依次进行图像拼接和图像融合操作，直至最后一个右副子眼图像拼接完成；同时，在左副图像重叠区域的左侧边界处探寻与主图像重叠边界相同的特征点，确定边界后，将左副图像重叠区域剪切掉，剩余部分与主图像拼接，再利用加权融合算法使拼接缝融合，依次进行图像拼接和图像融合操作，直至最后一个左副子眼图像拼接完成。

3.根据权利要求1所述的一种曲面仿生复眼大视场成像装置及成像方法，其特征在于，所述图像处理方法步骤如下所述：

(1)图像匹配：

组成复眼的所有子眼视场角大小相同，利用公式(1)计算相邻子眼图像的重叠区域夹角

其中，是子眼的视场角，是相邻子眼的光轴夹角；

采用尺度不变特征变换算法提取主子眼的成像重叠区域的特征点，同时提取相邻副子眼成像重叠区的右侧边缘附近的特征点；

设定二维图像尺度变换的线性变换核为公式(2)，

其中，σ为正态分布的平方差。

利用高斯差分核与图像卷积得到尺度空间，再把采样点跟相邻点比较，搜寻极值点；

通过二次函数插值确定关键点的尺度和精确位置，提高抗干扰噪声的性能，稳定匹配效果；

根据关键点之间邻域像素的分布特性，确定关键点方向的参数，得到具有尺度不变特性的关键点；

以关键点方向作为坐标轴方向，再利用邻域方向信息构造特征描述子，产生特征向量；

以主子眼和左副子眼为例说明图像拼接原理，中央处理器对图像提取特征点后，匹配特征点，主子眼成像与左副子眼成像相互匹配的特征点符合公式(3)所示的关系，

aW_i＝TW′_i (3)

其中，x_i和y_i为主子眼图像特征点的坐标数值，x′_i和y′_i为待匹配的左副子眼的图像特征点的坐标数值，T为转化矩阵；

利用匹配关系，将左副子眼的图像变换到主子眼图像的坐标系下，并将左副子眼图像的像素值赋值给主子眼图像，利用图像映射和插值方法将剪切后的左副子眼图像拼接到主子眼图像上；

(2)图像融合：

由于不同子眼的曝光差异，在图像拼接缝处存在明显的像素偏差，采用加权融合算法消除图像拼接缝附近的偏差，加权图像融合算法需要通过渐变系数g从1逐渐变化到0的过程，使拼接处图像慢慢过渡，从而消除拼接缝，计算过程如公式(4)所示，

G(x，y)＝gG₁(x，y)+(1-g)G₂(x，y) (4)

其中，G(x，y)为拼接缝附近图像的像素数值；

加权图像融合算法随着像素位置向接缝逼近过程，变化率越平缓融合效果越好，本发明应用单位圆函数计算权重变化的融合算法，利用公式(5)取得原图和待拼接图的权重，

c²+d²＝1 (5)

其中，c为原图融合权重，0≤c≤1，d为待拼接图融合权重，0≤d≤1；

以此融合方式可将所有子眼图像融合为一个大视场、高分辨率的曲面复眼图像，当子眼呈环形分布时，可呈现360°全景图像。