[發(fā)明專(zhuān)利]仿復(fù)眼視覺(jué)的動(dòng)目標(biāo)快速定位及全景圖同步獲取裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010567489.2
• 申請(qǐng)日: 2010-12-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102081296A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 戴振東;邢強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G03B37/00
• 分類(lèi)號(hào): G03B37/00;G02B6/06;G01C11/00;G06T7/20
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 葉連生

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種仿復(fù)眼視覺(jué)的動(dòng)目標(biāo)快速定位及全景圖同步獲取裝置及方法，屬于視覺(jué)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的測(cè)量與跟蹤以及對(duì)周邊環(huán)境的快速感知的具有大視野范圍的相關(guān)裝置研制是機(jī)器視覺(jué)的基礎(chǔ)，具有廣泛的應(yīng)用前景，尤其在智能機(jī)器人研究領(lǐng)域中具有重大意義。傳統(tǒng)的視覺(jué)傳感器研究主要包括單目、雙目視覺(jué)系統(tǒng)：?jiǎn)文恳曈X(jué)系統(tǒng)普遍丟失了空間目標(biāo)的三維信息，對(duì)于還原的三維空間位置準(zhǔn)確度較低；雙目視覺(jué)主要通過(guò)視差來(lái)確定目標(biāo)的空間位置，準(zhǔn)確度較高，但是計(jì)算量大，實(shí)時(shí)性較差。但是昆蟲(chóng)的復(fù)眼視覺(jué)系統(tǒng)具有快速、準(zhǔn)確的確定獵物的方位和速度，并跟蹤攔截的能力，具有靈敏度高、分辨率高、視場(chǎng)大等特點(diǎn)。復(fù)眼的視覺(jué)機(jī)制和能力對(duì)發(fā)展高速全景的低成本機(jī)器視覺(jué)具有重要的啟示作用。

2D-復(fù)眼視覺(jué)結(jié)構(gòu)已用于信用卡上人臉面部識(shí)別系統(tǒng)(Duparre?et?al.，AppliedOptics，August?2004，pp?4303-4310，vol.43，No.22)，通過(guò)采用具有平行光軸的平面透鏡陣列來(lái)獲取大視場(chǎng)內(nèi)的外界環(huán)境信息。這樣的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)可以通過(guò)多種方式進(jìn)行制造(見(jiàn)專(zhuān)利US7700904、US7501610、US7453056、US7297926、US6236748、US6967779、US7106529B₂)，但2D-復(fù)眼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)限制了視覺(jué)系統(tǒng)的視野范圍。

3D-復(fù)眼視覺(jué)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)(見(jiàn)專(zhuān)利US7376314、US6140648、US7672058)能夠彌補(bǔ)2D-復(fù)眼視覺(jué)系統(tǒng)視野范圍的不足，可以形成大視角的全景圖，視角甚至可以擴(kuò)大到360°范圍；Reininge等(專(zhuān)利US7587109B₁)依據(jù)復(fù)眼生物學(xué)原理——復(fù)眼的結(jié)構(gòu)可以分為重疊型復(fù)眼(具有高靈敏度)與并列型復(fù)眼(具有高分辨率)，設(shè)計(jì)了“重疊-并列”型3D-復(fù)眼結(jié)構(gòu)，以使系統(tǒng)具有高的靈敏度和高分辨率：通過(guò)在混合光纖的物鏡端安置重疊型和并列型透鏡陣列，在另一端采用反射板控制使光線通過(guò)并列型透鏡陣列聚焦到圖像傳感器上，獲得單一、大視野范圍內(nèi)的正像；3D-復(fù)眼視覺(jué)系統(tǒng)，其視覺(jué)特性?xún)?yōu)勢(shì)不僅在于能夠獲得更大視場(chǎng)的環(huán)境信息，更體現(xiàn)在其對(duì)視野內(nèi)的動(dòng)目標(biāo)的快速定位、測(cè)速能力——昆蟲(chóng)并列型復(fù)眼具有對(duì)動(dòng)目標(biāo)的高靈敏度和圖像重構(gòu)的高分辨率等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)(具體見(jiàn)Luke?P.Lee?etal.，Science，310(1148-1150))。

但對(duì)于空間運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的快速檢測(cè)和定位的方法，在專(zhuān)利CN200710175865中介紹了通過(guò)對(duì)多個(gè)視角的視頻圖像進(jìn)行前景檢測(cè)，得到二值前景圖像；根據(jù)所述二值前景圖像，建立空間場(chǎng)模型，在所述空間場(chǎng)模型中進(jìn)行三維重建，得到運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的三維重建結(jié)果；對(duì)所述三維重建結(jié)果進(jìn)行分析，在空間場(chǎng)中檢測(cè)并定位運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，得到運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的空間位置；根據(jù)所述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的空間位置，向各視角投影，確定多個(gè)視角間運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，具有處理遮擋能力強(qiáng)、運(yùn)算速度快等特點(diǎn)。上述的對(duì)空間運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的快速檢測(cè)和定位方法，以上方法存在著數(shù)字圖像處理量大且計(jì)算的實(shí)時(shí)性差等不足，無(wú)法形成具有大視場(chǎng)的全景圖像。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的在于提供一種通過(guò)對(duì)區(qū)域圖像進(jìn)行運(yùn)動(dòng)檢測(cè)，結(jié)合目標(biāo)定位和圖像拼接算法，就可以快速獲得運(yùn)動(dòng)目標(biāo)和大視場(chǎng)背景全景圖的仿復(fù)眼視覺(jué)的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)高速定位及全景圖同步獲取裝置及方法。

一種仿復(fù)眼視覺(jué)的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)高速定位及全景圖同步獲取裝置，其特征在于由半球型角度定位罩、光纖望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)陣列、鏡頭轉(zhuǎn)接環(huán)、高速攝像機(jī)、圖像處理器、數(shù)據(jù)處理器、顯示器組成；上述半球型角度定位罩上均勻分布著N個(gè)用于確定光纖望遠(yuǎn)鏡單系統(tǒng)視軸方向的定位孔，其中半球型定位罩的半徑為L(zhǎng)，定位孔的直徑為d，任意兩相鄰定位孔的中心軸線間的水平夾角為α，垂直方向夾角為γ；上述光纖望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)陣列由N個(gè)光纖望遠(yuǎn)鏡單系統(tǒng)構(gòu)成，每個(gè)光纖望遠(yuǎn)鏡單系統(tǒng)均由安裝于半球型角度定位罩的定位孔中的物鏡、與物鏡相連的光纖、與光纖相連的目鏡組成；上述物鏡的視角為2β；述光纖望遠(yuǎn)鏡單系統(tǒng)的視軸方向與定位孔的軸心方向的重合；上述高速攝像機(jī)通過(guò)鏡頭轉(zhuǎn)接環(huán)與N個(gè)目鏡連接，獲得外界環(huán)境的數(shù)字圖像；將上述高速攝像機(jī)獲得的數(shù)字圖像，通過(guò)圖像處理器實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字圖像信息的處理；上述數(shù)據(jù)處理器的輸入端與上述圖像處理器的輸出端相連獲取數(shù)字信號(hào)并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理。以半球型角度定位罩球心為原點(diǎn)，建立球面坐標(biāo)系，上述γ表示以原點(diǎn)為頂點(diǎn)、Z軸為軸的兩圓錐面(以下稱(chēng)為錐面)間的夾角，上述α表示過(guò)Z軸的半平面(以下稱(chēng)為圓周面)上兩光纖望遠(yuǎn)鏡單系統(tǒng)間的夾角；上述參數(shù)滿(mǎn)足以下關(guān)系式arctan(d/L)＜α，γ＜2β＜180°。