[發(fā)明專利]雙曲凹面折反射全景相機(jī)及其制作方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210255678.5
• 申請日: 2012-07-23
• 公開（公告）號: CN102736396A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮瑩;馬相路;曹毓;趙立雙;李武男
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: G03B37/00
• 分類號: G03B37/00;G03B17/56;G03B17/17;G06T7/00
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務(wù)所 43008
• 代理人: 趙洪;楊斌

1.一種可安裝于車輛平臺進(jìn)行路面圖像信息采集的雙曲凹面折反射全景相機(jī)，所述全景相機(jī)包括可安裝于車輛平臺上的底座和安裝于該底座上的普通透視相機(jī)，所述普通透視相機(jī)的鏡頭前方設(shè)有可用于反射路面圖像的雙曲凹面反射鏡，所述雙曲凹面反射鏡的光軸與普通透視相機(jī)的光軸重合，所述雙曲凹面反射鏡通過可升降支架連接于所述底座上。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙曲凹面折反射全景相機(jī)，其特征在于：所述可升降支架為三腳支撐架，所述三腳支撐架的三條支撐腿相互平行且垂直于底座布設(shè)在所述普通透視相機(jī)的周圍，所述三條支撐腿與底座的交點(diǎn)布設(shè)于一等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)上，且所述雙曲凹面反射鏡的光軸過該等邊三角形的中心。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙曲凹面折反射全景相機(jī)，其特征在于：所述雙曲凹面反射鏡的幾何焦點(diǎn)F距所述普通透視相機(jī)的透視中心O的距離滿足使所述全景相機(jī)的物象關(guān)系曲線接近線性變化。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙曲凹面折反射全景相機(jī)，其特征在于，所述物象關(guān)系曲線是通過以下方式確立：以所述普通透視相機(jī)的透視中心O為原點(diǎn)、以水平方向?yàn)閤軸、以豎直方向?yàn)閦軸建立x-z平面坐標(biāo)系，此時(shí)像平面即為過x軸的水平面，設(shè)路面圖像所在的水平場景位于像平面下方的z＝－H處，使所述雙曲凹面反射鏡的幾何焦點(diǎn)F位于原點(diǎn)O正上方的z=h處；設(shè)水平場景上某一點(diǎn)D的坐標(biāo)為（T，－H），源自該點(diǎn)D處的光線經(jīng)過所述雙曲凹面反射鏡上P點(diǎn)反射后到達(dá)像平面，設(shè)此時(shí)點(diǎn)D在像平面上對應(yīng)的像點(diǎn)的坐標(biāo)為（t,0）；在此基礎(chǔ)上根據(jù)光路反射原理即可確立出所述物象關(guān)系曲線。

5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙曲凹面折反射全景相機(jī)，其特征在于：所述普通透視相機(jī)是通過光學(xué)四維調(diào)節(jié)架安裝于所述底座上，所述四維調(diào)節(jié)架是指兩維平移調(diào)節(jié)加兩維角度調(diào)節(jié)。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙曲凹面折反射全景相機(jī)，其特征在于：所述普通透視相機(jī)是通過光學(xué)四維調(diào)節(jié)架安裝于所述底座上，所述四維調(diào)節(jié)架是指兩維平移調(diào)節(jié)加兩維角度調(diào)節(jié)。

7.一種如權(quán)利要求6所述雙曲凹面折反射全景相機(jī)的制作方法，包括以下步驟：

（1）建立雙曲凹面折反射全景相機(jī)模型：

以所述普通透視相機(jī)的透視中心O為原點(diǎn)、以水平方向?yàn)閤軸、以豎直方向?yàn)閦軸建立x-z平面坐標(biāo)系，此時(shí)像平面即為過x軸的水平面，設(shè)水平場景位于像平面下方的z＝-H處，使所述雙曲凹面反射鏡的幾何焦點(diǎn)F位于原點(diǎn)O正上方的z＝h處；設(shè)水平場景上某一點(diǎn)D的坐標(biāo)為（T，-H），源自該點(diǎn)D處的光線經(jīng)過所述雙曲凹面反射鏡上P點(diǎn)反射后到達(dá)像平面，設(shè)此時(shí)點(diǎn)D在像平面上對應(yīng)的像點(diǎn)的坐標(biāo)為（t,0）；在此基礎(chǔ)上，建立起點(diǎn)D的x軸坐標(biāo)T與其像點(diǎn)的x軸坐標(biāo)之間的關(guān)系，繪制出所述雙曲凹面折反射全景相機(jī)的物象關(guān)系曲線T＝x(t)；

（2）確定雙曲凹面反射鏡與普通透視相機(jī)透視中心的距離：

開始調(diào)整所述雙曲凹面反射鏡的幾何焦點(diǎn)F至普通透視相機(jī)透視中心O點(diǎn)的距離h，在其它參數(shù)條件不變的情況下，向上逐步移動(dòng)所述雙曲凹面反射鏡，使焦點(diǎn)F的z軸坐標(biāo)h從0開始逐漸增大，且每增大一定距離繪制出該狀態(tài)下的物象關(guān)系曲線，直至繪制出的物象關(guān)系曲線接近線性變化時(shí)停止距離h的調(diào)整，此時(shí)距離h的數(shù)值h₀即為確立的雙曲凹面反射鏡與普通透視相機(jī)透視中心的距離；

（3）確定普通透視相機(jī)的鏡頭焦距和CCD尺寸：

設(shè)全景相機(jī)擬覆蓋的水平場景的最遠(yuǎn)半徑范圍為R_max，通過調(diào)整普通透視相機(jī)架設(shè)高度H，調(diào)整所述普通透視相機(jī)的鏡頭焦距f，即可獲得最遠(yuǎn)半徑范圍R_max對應(yīng)的普通透視相機(jī)CCD短邊半長度的下限值；

（4）搭建普通透視相機(jī)支架并對相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定：

使用光學(xué)四維調(diào)節(jié)架將所述普通透視相機(jī)安裝定位于底座上，同時(shí)用可升降支架將所述雙曲凹面反射鏡安裝于底座上，然后采用所述雙曲凹面反射鏡固定、所述普通透視相機(jī)進(jìn)行微調(diào)的結(jié)構(gòu)模式，通過調(diào)節(jié)四維調(diào)節(jié)架使得普通透視相機(jī)的光軸與雙曲凹面反射鏡的光軸重合，完成雙曲凹面折反射全景相機(jī)的制作安裝。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制作方法，其特征在于，所述步驟（2）中，每增大一定距離繪制出該狀態(tài)下的物象關(guān)系曲線是指每次間隔2mm～6mm的距離繪制一幅物象關(guān)系曲線圖。