CN105259602A - 一种新型非球面全景反射镜设计方法 - Google Patents

Abstract

一种用于全方位视觉***的非球面反射镜设计的新方法，其特征在于，确定反射镜的直径、厚度和最大入射角三个参数，根据最大入射角和要求的加工精度，选取合适的采样点数，根据采样点数对直径和厚度进行细分，对一簇焦距相同而实轴长度线性递增的同轴双曲线，水平截取曲线段进行有限元拼接得到满足一定要求的面型曲线，代入迭代公式，求取采样点的坐标，由迭代方程生成的采样点拟合出非球面的轮廓曲线方程，并转化为ZMAX识别的光学方程。

Description

一种新型非球面全景反射镜设计方法

技术领域

本发明属于全方位视觉处理领域，特别是涉及一种新型非球面全景反射镜设计方法。

背景技术

随着全景视觉***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***在室外环境中最直接的应用是在监控领域的应用。基于全方位视觉传感器的摄像机有着非常突出的优点，其视野广(360度)，能把一个半球视野中的信息压缩成一幅图像，一幅图像的信息量更大，全景图像中的任何一点都对应于监视空间中的某一确定的点，因此空间位置标定算法简单，监控时不用瞄准目标，使得视觉信息的获取、检测和跟踪监视范围内的运动物体的算法更加简单，是一种快速、可靠的全景视觉信息采集手段。但目前的全景***，在进行全景图像展开存在很大的图像畸变，为减少和消除这种畸变提出了很多方法，改进反射镜曲面轮廓是一种相对直接有效的方法，可以大大提高反射镜图像展开的线性度。

发明内容

本发明中的方法目的在于提供一种直接有效的方法消减全景图像展开中存在的非线性畸变，实现图像信息的准确还原。

本发明所采用的技术方案是：一种用于全方位视觉***的非球面反射镜设计的新方法，确定反射镜的直径、厚度和最大入射角三个参数。根据最大入射角和要求的加工精度，选取合适的采样点数，直径和厚度决定了镜面的有效面积的大小，根据采样点数对直径和厚度进行细分，代入迭代公式，求取采样点的坐标，之后根据所有采样点的坐标进行曲线拟合，并转化为ZMAX识别的光学方程。对一簇焦距相同而实轴长度线性递增的同轴双曲线，水平截取曲线段进行有限元拼接，在满足单视点约束的条件下扩线性度较好的成像面积的方法。

本发明的有益效果是：通过提高反射镜面环带部分对应的曲线曲率来提高成像质量，消除图像展开计算中水平方向和垂直方向的畸变。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为曲面设计过程曲线示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行进一步说明。

实施例1

一种用于全方位视觉***的非球面反射镜设计的新方法，确定反射镜的直径、厚度和最大入射角三个参数，根据最大入射角和要求的加工精度，选取合适的采样点数，根据采样点数对直径和厚度进行细分，对一簇焦距相同而实轴长度线性递增的同轴双曲线，水平截取曲线段进行有限元拼接得到满足一定要求的面型曲线，代入迭代公式，求取采样点的坐标，由迭代方程生成的采样点拟合出非球面的轮廓曲线方程，并转化为ZMAX识别的光学方程。

规定曲面的相邻两条入射光线空间夹角为△θ＝(β-α)/m，即反射镜实际观测角度的无限细分，m为采样点数；另设△x＝r/m，为采样点在镜面水平方向位移的步长，以镜面底部中心为***坐标原点，n＝1～m，依次迭代求取采样点，公式(3)(4)计算出当前采样点的坐标，公式(7)算出θ_n后，n自动累加，n＝n+1，回到公式(3)计算下一采样点的坐标，如此往复，

x₀＝y₀＝0(1)

θ₀＝0.5×(90°-α)(2)

x_n＝n×△x(3)

y_n＝y_n-1+tanθ_n-1×△x(4)

θ_sn＝(90°-α)+n×△θ+λ_n(6)

θ_n＝0.5×θ_sn-λ_n(7)

λ_n为反射光线与主轴的夹角，θ_sn为第n条入射光线及对应反射光线的夹角，经过曲线拟合得到的形如公式(8)形式的方程

x²＝a₁z+a₂z²+…+a_kz^k+…(8)

a₁＝2r₀,r₀为顶点的曲率半径，对于二次回转面有：

x²＝2r₀z-(1+e)z²(9)

将式(9)改成如下式

z＝c₁x²+c₂z²(10)

其中：c₁＝1/2r₀，c₂＝(1+e)/2r₀，令x₁＝x²，x₂＝z²，化为对集合{x_1i,x_2i,z_i}的多元线性拟合，得到下式

z＝c₁x₁+c₂x₂(11)

由公式(12)(13)推导出(14)

r₀＝1/c₁(12)

e＝2r₀c₂-1(13)

$z=\frac{{\mathrm{cx}}^2}{1+\sqrt{1-(1+e)c^2{x}^2}}+H\left(x^2\right)---\left(14\right)$

公式(14)即为非球面的轮廓曲线方程。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护。

Claims (2)

1.一种用于全方位视觉***的非球面反射镜设计的新方法，其特征在于，确定反射镜的直径、厚度和最大入射角三个参数，根据最大入射角和要求的加工精度，选取合适的采样点数，根据采样点数对直径和厚度进行细分，对一簇焦距相同而实轴长度线性递增的同轴双曲线，水平截取曲线段进行有限元拼接得到满足一定要求的面型曲线，代入迭代公式，求取采样点的坐标，由迭代方程生成的采样点拟合出非球面的轮廓曲线方程，并转化为ZMAX识别的光学方程。

2.根据权利要求1所述的全方位视觉***的非球面反射镜设计的新方法，其特征在于：所述非球面的轮廓曲线方程的具体步骤为：

规定曲面的相邻两条入射光线空间夹角为△θ＝(β-α)/m，即反射镜实际观测角度的无限细分，m为采样点数；另设△x＝r/m，为采样点在镜面水平方向位移的步长，以镜面底部中心为***坐标原点，n＝1～m，依次迭代求取采样点，公式(3)(4)计算出当前采样点的坐标，公式(7)算出θ_n后，n自动累加，n＝n+1，回到公式(3)计算下一采样点的坐标，如此往复，

x₀＝y₀＝0(1)

θ₀＝0.5×(90°-α)(2)

x_n＝n×△x(3)

y_n＝y_n-1+tanθ_n-1×△x(4)

θ_sn＝(90°-α)+n×△θ+λ_n(6)

θ_n＝0.5×θ_sn-λ_n(7)

λ_n为反射光线与主轴的夹角，θ_sn为第n条入射光线及对应反射光线的夹角，经过曲线拟合得到的形如公式(8)形式的方程

x²＝a₁z+a₂z²+…+a_kz^k+…(8)

a₁＝2r₀,r₀为顶点的曲率半径，对于二次回转面有：

x²＝2r₀z-(1+e)z²(9)

将式(9)改成如下式

z＝c₁x²+c₂z²(10)

其中：c₁＝1/2r₀，c₂＝(1+e)/2r₀，令x₁＝x²，x₂＝z²，化为对集合{x_1i,x_2i,z_i}的多元线性拟合，得到下式

z＝c₁x₁+c₂x₂(11)

由公式(12)(13)推导出(14)

r₀＝1/c₁(12)

e＝2r₀c₂-1(13)

$z=\frac{{\mathrm{cx}}^2}{1+\sqrt{1-(1+e)c^2{x}^2}}+H\left(x^2\right)---\left(14\right)$

公式(14)即为非球面的轮廓曲线方程。