基于变形目镜和OLED的全景周视成像与显示技术

在车载、舰载等运动载体或单兵警戒值守等狭窄空间,传统显示方法难以兼顾显示视场与显示分辨率。针对该问题,本文研究了一种基于变形目镜的全景/周视成像技术与系统。系统采用3路低照度摄像机+4 mm焦距镜头,构成150°左右的全景成像视场,基于FPGA处理平台完成全景图像解析、拼接、校正和显示等算法,实现视频图像大视场拼接与1/3缩放实时显示;由OLED微显示器、变形目镜组和大目镜组成的显示系统使视频图像横向扩大3倍,实时显示全景高分辨动态场景图像。实验系统对全景成像显示技术进行了验证,在军用和民用领域具有广泛的应用前景。     

动基座下全景成像系统图像稳定及目标检测算法研究

针对全景系统中大视场相机带来的图像畸变以及安装基座产生运动或摇摆时带来的目标拼接图像出现起伏和晃动问题,在分析畸变原理和全景图像动态稳定数学模型的基础上,首先对摄像机采集的图像进行畸变校正,然后根据安装基座的姿态数据对原始图像各像素点进行旋转变换、空间投影以及平滑处理后得到全景图像,最后基于深度学习算法对全景图像中的目标进行检测与识别。在建立的数据集上进行训练与测试的结果显示,该算法对船只目标的实时检测速度达25 fps,准确率达80%,能够满足动态条件下对图像稳定和船只目标实时检测的要求。     

全景系统中大视场摄像机径向畸变校正算法研究

针对全景系统中的大视场红外摄像机和可见光摄像机带来的图像畸变问题,在分析了畸变原理和数学模型的基础上,首先采用模板法标定摄像机的畸变参数,然后对畸变图像中像素点位置进行几何变换,再对像素点上的灰度值进行双线性插值法灰度校正,最后通过优化算法提高了图像运算速度。试验结果表明,设计的畸变校正算法能实时的校正全景系统中的畸变图像,有效提高了全景图像的观察效果。     

基于球面透视投影约束的全景环形透镜畸变校正

全景环形透镜将折反射面集成到一起,能无扫描地瞬时得到围绕光轴的360度超大视场,在机器人导航、视频监控和虚拟现实领域得到了广泛的应用.其成像机理是将围绕光轴的视场二次反射投影到环形平面上,图像存在严重的切向和径向畸变.本文根据全景环形透镜的特点采用基于球面透视投影模型对图像进行校正.首先建立含有畸变参量的全景环形透镜校正模型,将空间直线点映射为球面点,然后使用遗传算法将球面点拟合为球面上的最佳大圆,求出变形校正参量,进而校正全景环形像.仿真和真实图像实验表明,环形图像的切向和径向畸变得到了很好的校正.     

全景视觉系统发展与应用

全景视觉系统具有视场范围大的特点,并且系统结构种类繁多,各有特色,已广泛应用在机器人导航、空间探测、视频监控、虚拟现实、环境感知技术等民用或军用领域;全景视觉系统由全景视觉光学成像系统、图像传感器、图像处理系统和输出图像显示等组成;文章主要从全景视觉成像角度对全景视觉系统进行分类,并详细介绍了每一类的全景成像原理、发展现状和应用情况,最后对每种类型全景视觉系统的优缺点给予分析总结。     

基于仿视网膜成像器件的折反射全景系统设计

针对传统折反射全景成像系统的图像必须依赖展开技术的问题,提出一种基于仿视网膜成像器件的折反射全景系统设计。利用国内首款仿视网膜CMOS探测器各环上像元与周向、径向空间瞬时视场的对应关系,推导了双曲面反射镜的镜面参数,构建了基于BIT Retina52探测器的全景成像系统。系统实现了无需坐标变换的全景图像直接输出,较之传统折反射成像系统,改善了空间角分辨率变尺度分布问题。     

基于三维球面模型的全景视频实时拼接方法

针对主流配准方法被用于周扫型光电预警系统的全景图像拼接适用性有限的问题,提出一种基于三维球面模型的全景视频实时拼接方法。首先,基于周扫型光电预警系统的工作模式进行三维空间的全景重建并构建三维球面模型;通过建模的方式对不同俯仰、方位角度下探测器采集图像的像素点空间位置进行定位。然后,基于三维球面模型搜索不同俯仰角度下重叠视场在三维空间内的最佳配准线,并推导出预警图像重叠区域的配准公式。最后,通过逐行的加权融合算法和图像矫直方式实现全景图像无缝拼接。与主流的5种配准方法进行对比,实验结果表明：该方法切实可行,具有较好的全景拼接效果,有效弥补主流配准方法的不足,即使对天空等特征不明显区域的全景拼接也具有较好的适用性与实时性,全面保证了全景视频成像的连续性与稳定性,对光电预警系统全景拼接任务具有重要的应用价值。     

水平对称视场全景环带成像系统设计

为了进一步扩大视场,实现水平上下对称视场的全景环带成像,使用了一种新的利用非球面PMMA设计的全景环形透镜(PAL)。视场达到(-30°^+30°)×360°,并且缩小了中央处的盲区,提高了CCD的利用率。对全景环形透镜的视场和畸变控制方法进行了理论分析,介绍了非球面全景环带透镜的设计方法。设计了一套全非球面PMMA的全景环带系统。系统总长为53mm,焦距为2.85 mm,PAL最大口径为62.4 mm,光谱范围为0.486~0.656μm(可见光谱)。后继转像镜组由7片透镜构成,系统后焦距(BFL)为5.4mm。分析结果证明系统像差校正良好,扩大了系统的应用范围。     

制冷型中/长红外双波段双视场全景光学系统设计

为了同时探测中波红外和长波红外两个波段信息,实现两个不同视场快速切换,采用空间多镜头图像拼接全景成像法,设计了四通道制冷型中/长红外双波段双视场全景成像光学系统。该全景系统由周视方向3个互成120的红外物镜和顶视方向一个红外物镜构成,每一个成像通道光学系统采用二次成像结构。F数为2,工作波段为中波3.5 m～4.8 m、长波7.8 m～9.8 m,双视场两档焦距之比为5,通过轴向移动变倍组可以完成122/44.49双视场转换。利用折/衍混合器件及非球面设计技术,采用光学被动式消热差法对光学系统进行了温度补偿。设计结果表明,该双视场光学系统具有100%冷光阑效率和良好的冷反射抑制能力。在-40℃～+60℃范围内,在奈奎斯特频率18 lp/mm位置处,中波红外系统MTF值均大于0.5,长波红外系统MTF值均大于0.3。     

双曲面折反射全景成像系统

给出了双曲面折反射全景成像系统的设计方法，推导了系统的逆投影计算公式，建立了虚拟像面内透视全景图像与实际像平面内全景图像的坐标映射关系，为全景视频图像的处理提供了必要的模型和计算方法。提出了全景成像系统设计方法，研制出双曲面反射镜，建立了双曲面折反射全景成像系统。     

折反射周视系统研究进展与展望

折反射周视系统作为近十几年发展起来的一种新型周视视觉实现形式,相比相机旋转扫描、多相机图像拼接和鱼眼镜头大视场成像等常规方法,在小型化、结构灵活性、成本和实时性方面具有优势。本文综述了折反射周视系统的成像模型、系统标定、畸变校正和全视场清晰成像等基本问题研究状况,讨论了折反射周视系统在红外成像和立体视觉领域的扩展应用研究现状,最后总结了目前存在的问题,并提出未来折反射周视成像系统将围绕非单视点成像模型、提高空间分辨力的方法和处理算法实时实现开展研究。     

基于无人机智能视觉的输电线路全息全景重建

针对当前重建方法不能精确展现输电线路实际情况的问题,提出基于无人机智能视觉的输电线路全息全景重建方法。通过分析输电线路全息全景重建原理,采用无人机智能视觉技术对输电线路进行拍照,对输电线路全息全景图像进行采集和特征提取等预处理,跟踪图像特征,引入立体匹配算法,实现输电线路全息全景的重构。实验结果表明,所提方法输电线路重建精度高,视觉效果与实际相符,更具实用性及可行性。     

基于OLED微显示器和变形目镜的全景显示技术

全景成像在特种车辆内夜间驾驶与观察、警戒监视等应用中具有广泛的应用需求。本文提出了一种基于OLED微显示器和变形目镜的全景图像显示方法,并设计了一套全景显示实验系统,通过图像处理模块完成全景图像数据的存储、缓存、图像预处理和传输,以OLED微显示器的子像素作为显示像素进行驱动信号重编码,实现全景灰度图像的水平3倍压缩显示,最后利用变形目镜将OLED微显示器上显示的压缩图像复原,以供人眼正常观察。实验结果表明:采用现有系统搭建的变形目镜基本实现了双像素靶标条纹的亚像素分辨,并验证了本文全景显示方案的可行性。     

仿生复眼视觉系统中全景图拼接算法

模仿昆虫复眼的视觉机理,设计一种仿生球面9复眼视觉系统,并提出一种全景图拼接算法。首先采用抗旋转、抗尺度变化的SIFT图像匹配算法进行特征点的提取与匹配;然后利用稳健的RANSAC算法求出图像间变换矩阵 的初始值,并使用LM非线性迭代算法精炼 ;最后通过改进的加权平滑算法完成多视角图像序列的无缝拼接,得到整个场景的全景图。实验结果表明:全景图的整个拼接过程中复眼视觉系统可以自动地实现对多视角图像序列的无缝拼接,并在多个方向都增大了视场,弥补了传统宽屏幕全景图的不足。     

The tube peeper: a new concept in endoscopy

In conventional endoscopy the imaging device has to rotated to produce a full 360° image. A new ‘tube peeper’ has been devised that can view the whole panoramic field simultaneously. The image produced has flat cylinder perspective rather than the familiar central convergence perspective.The device is simpler to manufacture than conventional ones, and has the potential for miniaturization     

反向追迹法获取水下对空全景图像

在水下透过波浪对海面及空中目标成像，所获取的目标图像会发生畸变。为定量分析波浪对图像畸变的影响，建立一种理想的水下对空成像模型，得到透过波浪的全景图像。首先，在给定的成像模型下，运用主光线反向追迹法，由斯涅耳定律计算出与水下入射光线对应的水上折射光线的方向矢量，从而得到天球上目标点与成像靶面上单像素点的物像对应关系。然后，对整个成像靶面上的像素点进行遍历，形成水下对空全景图像。最后，在4种特殊的海面波浪波形下，利用MATLAB环境计算出天空圆形目标及背景的水下对空全景图像。计算结果表明:运用反向追迹法能够有效地计算出水下对空全景图像，通过调整波浪参数，可以定量分析图像的畸变程度。主光线反向追迹法适用于分析透过具有一阶可导波浪的水下对空全景图像的畸变特征，为研究更复杂波浪下的水下对空图像畸变特征奠定了基础。     

小型化全景系统的杂散光分析与抑制方法研究

由于全景环带光学系统的头部单元结构形式复杂，内部光路经过多次反射与折射，杂散光情况比较严重，因此全景环带光学系统设计过程中对杂散光的分析尤为重要。文中着重分析全景环带光学系统头部单元中产生杂散光的形式，对未经全景环带光学系统头部单元反射的杂散光建立消杂光数学模型，在此基础上对全景环带光学系统行了优化设计；对全景环带光学系统中头部单元胶合面反射的杂散光采用一种凸向像面的弯月胶合镜的形式进行抑制，并通过ASAP软件建模仿真。仿真结果显示，杂散光能量降低90%，证明采用的结构形式和消杂光数学模型有效地抑制了杂散光的产生。     

基于孔径分布概念的全景系统光学设计

为了改变坦克现有探测与观瞄系统低效、精确性不足等弱点,进行基于孔径分布概念的全景系统光学设计。原理是利用4个孔径大于90°的物镜对360°全景图像信息进行孔径分布实时采集,采集的四路图像通过内部转像系统的折转汇成一路,由一个CCD接收,提供准确和平整的全景图拼贴的图像,对系统理想情况下的发现和分清目标距离以及盲区范围进行估算,并通过光线追迹估算出系统失效探测距离。系统在57 m~6.45 km的工作距离内,实现全方位、实时性的观瞄与探测功能。     

周视监控全景镜头设计

利用ZEMAX光学软件设计了一种可用于周视监控的全景镜头,镜头由凹凸反射镜组和中继镜组组成,反射镜组使镜头获得大视场角,中继镜组将反射镜组所成的虚像投影到探测器上。该镜头有效焦距为0.97 mm,F数为1.5,垂直方向视场为65~95,水平方向视场为360,镜头工作在475 nm~750 nm波段,总长为69.7 mm。设计结果表明:系统全视场f 型畸变小于5 %,调制传递函数（MTF）值在空间频率为60 lp/mm时大于0.58,系统成像质量良好,可满足周视监控的使用要求。