[發(fā)明專利]相機(jī)與振鏡結(jié)合的變視線系統(tǒng)三維成像模型及其標(biāo)定方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110469560.1
• 申請(qǐng)日: 2021-04-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113175899B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-06-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓子?xùn)|;張麗艷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B11/25
• 分類號(hào): G01B11/25;G06N3/04
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 戴朝榮

本發(fā)明公開(kāi)了一種相機(jī)與振鏡結(jié)合的變視線系統(tǒng)三維成像模型及其標(biāo)定方法，變視線成像系統(tǒng)的硬件組成包括電腦，一個(gè)二維振鏡、一個(gè)CCD或CMOS面陣相機(jī)、一組光學(xué)鏡頭。二維振鏡含兩片光學(xué)全反射鏡，兩片光學(xué)全反射鏡可在電腦信號(hào)控制下分別繞軸快速偏轉(zhuǎn)，從而改變相機(jī)和鏡頭組成的圖像傳感器的視線方向和相應(yīng)的成像區(qū)域。變視線成像系統(tǒng)的三維成像模型建立了圖像平面上的像素位置、二維振鏡兩個(gè)角度控制量與空間入射光線之間的映射關(guān)系，本發(fā)明同時(shí)公開(kāi)了變視線成像系統(tǒng)三維成像模型的標(biāo)定方法。本發(fā)明的突出優(yōu)勢(shì)是可以使相機(jī)與振鏡結(jié)合的變視線成像系統(tǒng)滿足大視場(chǎng)三維立體視覺(jué)應(yīng)用的需要。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機(jī)器視覺(jué)技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種相機(jī)與振鏡結(jié)合的變視線系統(tǒng)三維成像模型及其標(biāo)定方法。

背景技術(shù)

二維振鏡是由兩個(gè)特殊的擺動(dòng)電機(jī)分別帶動(dòng)兩片光學(xué)鏡片繞各自轉(zhuǎn)軸快速偏轉(zhuǎn)的一種矢量掃描器件。隨著二維振鏡制造技術(shù)的不斷發(fā)展，振鏡的定位精度、重復(fù)精度和掃描速度都有了很大的提升，并在很多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。例如，通過(guò)兩片光學(xué)鏡片的高速繞軸偏轉(zhuǎn)改變?nèi)肷浼す馐某錾浞较颍呀?jīng)廣泛用于激光打標(biāo)、激光加工、激光標(biāo)示、激光醫(yī)療美容等工作中。近幾年，二維振鏡也被用來(lái)與視覺(jué)成像系統(tǒng)相結(jié)合，以改變成像系統(tǒng)的視線方向，擴(kuò)大相機(jī)視場(chǎng)范圍。例如，Tadayoshi Aoyama等(【1】Vision-Based ModalAnalysis Using Multiple Vibration Distribution Synthesis to Inspect Large-Scale Structures，Journal of Dynamic Systems，Measurement，and Control，2019，141：031007)利用振鏡高速偏轉(zhuǎn)對(duì)視場(chǎng)的擴(kuò)大作用，對(duì)4米長(zhǎng)的桁架橋模型的振動(dòng)形態(tài)進(jìn)行快速拍攝，從而進(jìn)行大型結(jié)構(gòu)模態(tài)分析方法研究；劉陳義(【2】劉陳義.大視野小目標(biāo)視覺(jué)跟蹤技術(shù)研究[碩士學(xué)位論文].華中科技大學(xué)，2019)通過(guò)二維振鏡擴(kuò)大高分辨相機(jī)的視場(chǎng)，構(gòu)建了一個(gè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)視覺(jué)跟蹤平臺(tái)，以兼顧大視野、高幀率、高分辨的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)成像需要，這種運(yùn)動(dòng)跟蹤拍攝系統(tǒng)可以用于對(duì)運(yùn)動(dòng)中的乒乓球、足球進(jìn)行跟蹤拍攝，配合振鏡控制改變相機(jī)視線，使得被拍攝的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)始終位于圖像畫(huà)面中心；周愷(【3】周愷，基于振鏡掃描的遠(yuǎn)距離大視場(chǎng)虹膜識(shí)別技術(shù)研究[碩士學(xué)位論文].西安電子科技大學(xué)，2019)先用一個(gè)常規(guī)的廣角相機(jī)在較大范圍內(nèi)捕捉人臉目標(biāo)，然后控制二維振鏡偏轉(zhuǎn)從而改變一個(gè)小視場(chǎng)高分辨相機(jī)的視線方向，使其對(duì)準(zhǔn)眼部虹膜區(qū)域進(jìn)行局部小區(qū)域的高分辨成像。這些研究中，二維振鏡只是單純用來(lái)改變相機(jī)每次拍攝時(shí)的成像區(qū)域，并沒(méi)有建立振鏡不同偏轉(zhuǎn)狀態(tài)下三維場(chǎng)景與圖像平面上各點(diǎn)之間的定量關(guān)系。而在與三維視覺(jué)相關(guān)的各種應(yīng)用中，建立成像系統(tǒng)的三維成像模型是必不可少的前提和基礎(chǔ)。然而，對(duì)于相機(jī)-振鏡結(jié)合的變視線成像系統(tǒng)而言，由于二維振鏡對(duì)光線偏轉(zhuǎn)具有明顯的非線性，而且不同于激光-振鏡系統(tǒng)中只有一條入射到第一片光學(xué)鏡片中心轉(zhuǎn)軸上的激光束，相機(jī)-振鏡成像系統(tǒng)中二維圖像平面上的每一個(gè)像素都對(duì)應(yīng)一條主光線，該主光線經(jīng)兩片振鏡的反射通過(guò)一組鏡頭匯聚到相機(jī)光學(xué)中心并成像在圖像平面的對(duì)應(yīng)像素位置。因此，三維場(chǎng)景在成像平面上的成像位置，不但與三維場(chǎng)景、相機(jī)本身包括非線性畸變?cè)趦?nèi)的成像參數(shù)有關(guān)，還與振鏡的兩個(gè)偏轉(zhuǎn)角度有復(fù)雜關(guān)系，這些因素綜合在一起，使得相機(jī)-振鏡成像系統(tǒng)的三維成像模型十分復(fù)雜，因此到目前尚未有人提出相機(jī)-振鏡變視線成像系統(tǒng)三維成像模型，相機(jī)-振鏡成像系統(tǒng)目前也難以直接用于需要定量幾何關(guān)系的三維視覺(jué)應(yīng)用中。因此，建立可靠的相機(jī)-振鏡變視線成像系統(tǒng)的三維成像模型，并提出有效的標(biāo)定方法具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于為相機(jī)-振鏡結(jié)合的變視線成像系統(tǒng)提供一種有效的三維成像模型，同時(shí)提供相應(yīng)的參數(shù)標(biāo)定方法，從而使相機(jī)-振鏡結(jié)合的變視線成像系統(tǒng)可以用于需要精確幾何關(guān)系的三維視覺(jué)應(yīng)用中。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種相機(jī)與振鏡結(jié)合的變視線系統(tǒng)三維成像模型，變視線系統(tǒng)包括二維振鏡、面陣相機(jī)、光學(xué)鏡頭、振鏡控制器、電腦主機(jī)；