全景环带立体成像系统及其标定方法与成像方法与流程

文档序号:13744893阅读:来源:国知局
技术特征:1.一种全景环带立体成像系统,其特征在于:包括两个结构相同的同光轴(9)上下间隔布置的全景环带成像单元,两个成像单元的光轴(9)同轴并垂直于地面,形成立体成像系统,全景环带成像单元的投影模型均符合f-θ成像模型。2.根据权利要求1所述的一种全景环带立体成像系统,其特征在于:所述成像系统使用时光轴垂直于地面放置,全景环带成像单元将绕光轴360°范围之内、水平线以下0°~20°、水平线以上0°~80°范围内的物体发出的光线投影到两个全景环带成像单元各自的成像面上,成像面呈环形,中心存在圆形盲区。3.根据权利要求1所述的一种全景环带立体成像系统,其特征在于:所述的两个全景环带成像单元沿光轴方向的基线距d为10mm~100mm。4.根据权利要求1所述的一种全景环带立体成像系统,其特征在于:所述的全景环带成像单元包括同一光轴下的环形折射面(1)、环形反射面(2)、圆形反射面(3)、圆形折射面(4)、中继转向透镜(5)和成像面(6),环形折射面(1)作为入射面,环形反射面(2)位于环形折射面(1)的正下方且其反射面朝上,圆形反射面(3)连接在环形折射面(1)的中心且其反射面朝下,圆形折射面(4)连接在环形反射面(2)的中心;入射光从环形折射面(1)折射入射,经环形反射面(2)反射到圆形反射面(3)上,再经圆形反射面(3)反射后经圆形折射面(4)折射后出射,出射的光经中继转向透镜(5)汇聚到成像面(6)上。5.一种如权利要求1~4任一所述全景环带立体成像系统的标定方法,其特征步骤如下:1)使用带棋盘格的标定板对两个结构相同的全景环带立体成像单元分别进行拍摄标定,获得各自的内参,内参包括镜头的投影中心坐标、近轴焦距、畸变方程系数、主点在虚拟像平面上的投影坐标等参数,主点为距离投影中心为一倍焦距的点,然后进行校正使得两个全景环带立体成像单元的内参在校正后相同;2)将两个全景环带成像单元上下同轴放置形成所述全景环带立体成像系统,使用相同的带棋盘格的标定板分别进行拍摄,获得全景环带立体成像系统的外参,外参包括两个全景环带成像单元的基线距以及两个全景环带成像单元分别相对于标定板所在平面的投影矩阵;3)建立世界坐标系,以带棋盘格的标定板所在平面的坐标系作为世界坐标系的XY轴,垂直于标定板的方向为世界坐标系的Z轴;对于两个全景环带成像单元分别建立空间上的虚拟成像平面局部坐标系O1X1Y1Z1和O2X2Y2Z2,其中O点为全景环带成像单元的成像面中心,作为虚拟成像平面局部坐标系的原点,成像面中心为成像面与光轴的交点,光轴方向作为Z轴,X轴和Y轴分别为垂直于光轴的投影平面的两个互相垂直方向;4)利用步骤2)获得的投影矩阵,旋转上方全景环带成像单元(7)和下方全景环带成像单元(8)的局部坐标系,完成对全景环带立体成像系统的标定。6.根据权利要求5所述的一种全景环带立体成像系统的标定方法,其特征在于:所述步骤3)中具体是:O1、O2为下、上全景环带成像单元(8、7)的成像面中心,Z1、Z2轴为下、上全景环带成像单元(8、7)的Z轴方向,X1/X2轴分别表示下、上全景环带成像单元(8、7)的X轴方向,Y1/Y2轴分别表示下、上全景环带成像单元(8、7)的Y轴方向。7.根据权利要求5所述的一种全景环带立体成像系统的标定方法,其特征在于:所述步骤4)中旋转上方全景环带成像单元(7)和下方全景环带成像单元(8)的局部坐标系具体方法为:4.1)将上方全景环带成像单元(7)的局部坐标系绕着原点O2旋转至其Z2轴与O1O2连线重合,4.2)然后将下方全景环带成像单元(8)的局部坐标系绕着原点O1旋转至其Z1轴与O1O2连线重合;4.3)最后将上方全景环带成像单元(7)或者下方全景环带成像单元(8)的X-Y平面绕自身坐标系的Z轴旋转,使得上下全景环带成像单元(7、8)的X和Y轴方向对齐一致。8.根据权利要求5所述的一种全景环带立体成像系统的标定方法,其特征在于:所述步骤4.1)~4.3)中的旋转角度是根据上方全景环带成像单元(7)相对于下方全景环带成像单元(8)的投影矩阵或者下方全景环带成像单元(8)对于上方全景环带成像单元(7)的投影矩阵获得,所述上方全景环带成像单元(7)相对于下方全景环带成像单元(8)的投影矩阵或者下方全景环带成像单元(8)对于上方全景环带成像单元(7)的投影矩阵是根据步骤2)获得的两个投影矩阵相除获得。9.一种全景环带立体成像系统的成像方法,其特征在于:步骤一、采用权利要求5~8任一所述的方法对上、下两个全景环带成像单元(7、8)进行标定处理,获得内参和外参;步骤二、空间的物点发出两条光线,分别进入标定后的两个全景环带成像单元(7、8)中,经过多次折射和反射后成像在各自的成像面上,根据全景环带成像单元的内参和外参获得两个成像点各自距离光轴之间的径向距离;步骤三、比较两个成像点各自距离光轴之间的径向距离获得两者差值,并结合成像系统已知的基线距,通过以下公式的三角测量法计算出该物点与系统光轴的距离:其中,f为全景单元的标定焦距,d为基线距,x1和x2为相同像点在两个像平面上的径向距离,z为物体与系统光轴的距离。10.根据权利要求9所述的一种全景环带立体成像系统的成像方法,其特征在于:所述的两个成像点各自与光轴之间的径向距离具体是根据内参和外参将两个全景环带成像单元的成像图像沿着任意同一条极线分别展开成矩形,计算两个矩形中各自成像点位置的距离差异获得。当前第2页1 2 3 
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