一种基于仿生复眼的大视场定位系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及复眼成像系统和机器视觉技术领域，具体设及一种基于仿生复眼的大 视场=维定位系统。
【背景技术】
[0002] 随着光学成像系统在生物、医学、工业和国防等领域的广泛应用，人们对其性能的 要求越来越高。在某些场合，不仅要求光学成像系统具有更大的视场角，即能够拍摄更大视 场范围内的图像，而且要求能够从所拍摄的图像中提取目标物的位置信息，W便用于距离 测量、运动检测W及场景的S维重建。
[000引从日常生活中的高速公路视频监控、小区内视频安防监控同时监控360度区域、 虚拟现实、机器人导航，到雜娥登月及玉兔上车载大视场成像装置，再到军事上用途广泛的 微小型无人侦察机上的大视场成像探测装置，大视场成像及目标=维探测重构技术作为一 个重要的研究课题，其应用范围也越来越广泛。如何能够设计一种能够同时满足大视场成 像及目标精确=维定位的结构，将在国民生产生活、工业检测、航空航天、军事等领域具有 极大的应用前景。
[0004] 昆虫复眼W其体积小、结构紧凑、视场角大、对运动物体反应灵敏等而具有独特的 优势，引起学者越来越多的关注，经过研究我们发现，人工仿生复眼是解决大视场无崎变成 像技术比较优秀的方案，由于复眼曲面排布，各镜头朝向不同的方向，可W同时对不同方位 的目标进行成像，通过图像拼接可W实现大视场成像功能。同时，由于复眼为多目视觉成像 系统，通过选取2个W上镜头对同一目标进行拍摄，基于双目定位原理，可W实现目标物体 的S维定位，因而昆虫复眼结构还具有S维测量与重构的能力。在前人研究的基础上，我们 提出了一种结构简单、功能实用的用于空间S维测量的复眼设计方案。基于该结构，通过编 写算法，可W实现大视场范围内目标精确=维定位，推动复眼成像系统在实际工业生产中 的应用。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种可实现大视场范围内目标定位的复眼系统，通过该系 统，可W实现大视场图像拍摄、大视场实时视频监控、大视场范围内目标=维定位、运动目 标检测与跟踪、S维空间重构等视觉感知功能。该系统可用于高速公路视频监控、小区内视 频安防监控、机器人导航等，不仅能够对大视场范围内的目标成像，而且可W实现目标的精 确=维定位。
[0006] 本发明采用的技术方案是；一种基于仿生复眼的大视场定位系统，
[0007] 该系统由在多面体支撑体上排布的多个镜头组成，该多面体的各个面外切于一共 同球体，多面体的每个面上分布有多个镜头，包含一个主镜头和其余1个W上的辅助镜头。 [000引进一步的，该系统中的多面体支撑体由多个平面构成，每个平面的形状为多边形， 各平面朝向空间不同方向，且其形成的多面体外接（或内切）于同一个球面。
[0009] 进一步的，对于多面体单个面上的多个镜头来说，其分布方式为：主镜头布置在每 个多边形平面外接圆圆屯、处，辅助镜头根据需要均布在主镜头周围；
[0010] 进一步的，多面体相邻面上的主镜头的视场之间存在重叠区域；
[ocm] 进一步的，利用多面体每个面上的主镜头实现对其方位内场景的获取，所述的主 镜头所获取的图像进行后续拼接之后，可实现大视场空间内场景的探测，其视场角可达 360。X360。X360。；
[0012] 进一步的，对于多面体单个面上的多个镜头来说，其光轴方向是一致的；
[0013] 进一步的，对于多面体单个面上的多个镜头来说，其视场之间存在极大的视场重 叠区域，但是由于其在面上的位置差异，所拍摄场景获取的图像信息也会存在差异。
[0014] 进一步的，利用多面体单个面上的多个镜头，实现对该方位场景空间信息的获取， 利用场景在每个镜头所获取图像信息内的位置差异，可获取场景信息在空间内的实际位 置，即实现目标的定位，场景的=维信息获取等功能。
[0015] 进一步的，多面体每个面上的镜头数越多，其定位精度越高。
[0016] 本发明的有益效果在于：
[0017] (1)、该仿生发明得到的复眼系统，创造性的将大视场和定位技术融于一体，可W 实现大视场空间内场景的位置信息的获取。
[0018] (2)、本发明是一种集成化一体化的系统，在目标测量、S维重构、监控和自动跟踪 等方面有良好的应用前景。
[0019] (3)、针对双目视觉系统定位精度难W保证的现实，本发明中的方案提供了一种可 W灵活更改约束条件，从而提高系统定位精度的方法。
【附图说明】
[0020] 图1为实施例1中的一种基于仿生复眼的大视场定位系统示意图；
[0021] 图2为实施例1中19个主镜头及其视场示意图；
[0022] 图3为实施例1中19个主镜头视场拼接示意图；
[0023] 图4为实施例1中视场1范围内定位原理示意图；
[0024] 图5为实施例1中视场1范围内定位区域划分示意图；
[0025] 图6(a)为实施例1中视场1范围内可W被4个镜头拍摄到的区域示意图；
[0026] 图6化）为实施例1中视场1范围内可W被3个镜头拍摄到的区域示意图；
[0027] 图6(c)为实施例1中视场1范围内可W被2个镜头拍摄到的区域示意图；
[002引图7为实施例2中一种基于仿生复眼的大视场定位系统示意图（足球締形）；图 7(a)为外形图；图7(b)为线框图；
[0029] 图8为实施例2中子眼镜头编号示意图；其中8(a)为仰视图；8(b)为俯视图。
【具体实施方式】
[0030] 下面结合附图及【具体实施方式】详细介绍本发明。但W下的实施例仅限于解释本发 明，本发明的保护范围应包括权利要求的全部内容，而且通过W下实施例，本领域技术人员 即可W实现本发明权利要求的全部内容。
[0031] 实施例1
[0032] 本实施例中的复眼大视场定位系统如图1所示，该系统包含有19个多边形平面构 成的支撑体和70个子眼镜头。支撑体每个面的编号分别为1，2……19。单个镜头的视场 角为32°，支撑体每个面上的镜头数为4个。
[0033] 支撑体高度为88. 41mm，外接球面半径为181. 4mm，构成支撑体的各平面外接圆直 径为100mm。
[0034] 对子眼镜头进行编号，如图1所示，各子眼镜头=维坐标见表1。子眼镜头分两类： 主镜头和辅助镜头，主镜头布置在多面体每个面的外接圆圆屯、处，其编号为la-19a，所有主 镜头及其视场如图2所示。相应的，对各主镜头对应的视场进行编号，其编号为1-19,如图 3所示。各主镜头拍摄的图像进行拼接，形成大视场图像，实现大视场拍摄功能，该实施例中 的大视场定位结构实现的视场角为146°。
[0035] 表1实施例1中镜头排布方式条件下的子眼镜头S维坐标（单位；mm)
[0036]
【主权项】
1. 一种基于仿生复眼的大视场定位系统，其特征在于：该系统的大视场定位结构由在 多面体支撑体上排布的多个镜头组成，该多面体的各个面外切于一共同球体，多面体的每 个面上分布有多个镜头，包含一个主镜头和其余1个以上的辅助镜头。
2. 如权利要求1所述的基于仿生复眼的大视场定位系统，其特征在于：该系统的大视 场定位结构中的多面体支撑体由多个平面构成，每个平面的形状为多边形，各平面朝向空 间不同方向。
3. 如权利要求1所述的基于仿生复眼的大视场定位系统，其特征在于：对于多面体单 个面上的多个镜头来说，其分布方式为：主镜头布置在每个多边形平面外接圆圆心处，辅助 镜头根据需要均布在主镜头周围。
4. 如权利要求1所述的基于仿生复眼的大视场定位系统，其特征在于：多面体相邻面 上的主镜头的视场之间存在重叠区域。
5. 如权利要求1所述的基于仿生复眼的大视场定位系统，其特征在于：利用多面体每 个面上的主镜头结构实现对其方位内场景的获取，所以的主镜头所获取的图像进行后续拼 接之后，可实现大视场空间内场景的探测，其视场角可达360° X360° X360°。
6. 如权利要求1所述的基于仿生复眼的大视场定位系统，其特征在于：对于多面体单 个面上的多个镜头来说，其光轴方向是一致的。
7. 如权利要求1所述的基于仿生复眼的大视场定位系统，其特征在于：对于多面体单 个面上的多个镜头来说，其视场之间存在极大的视场重叠区域，但是由于其在面上的位置 差异，所拍摄场景获取的图像信息也会存在差异。
8. 如权利要求1所述的基于仿生复眼的大视场定位系统，其特征在于：利用多面体单 个面上的多个镜头，实现对该方位场景空间信息的获取，利用场景在每个镜头所获取图像 信息内的位置差异，可获取场景信息在空间内的实际位置，即实现目标的定位，场景的三维 f目息获取。
9. 如权利要求1所述的基于仿生复眼的大视场定位系统，其特征在于：多面体每个面 上的镜头数越多，其定位精度越高。
【专利摘要】本发明公开了一种基于仿生复眼的大视场定位系统，涉及到医学上的临床实验，工业上的机器视觉以及国防上的航空监测等应用领域。该系统可同时实现大视场图像拍摄及大视场范围内目标三维定位功能，其大视场定位结构由多面体支撑体以及其上紧密排布的多个镜头组成，多面体的每一个平面上布置1个主镜头及另外1个以上辅助镜头，利用每个面上的主镜头对不同方位内的场景进行捕获，可以实现大视场空间内场景的观测，通过每个多面体面上的多个镜头相互作用，即可实现该方位内物体的定位。该发明结构紧凑，能够满足实用化的要求，进一步推进了复眼成像系统的应用。
【IPC分类】G06T3-40, G06T7-00
【公开号】CN104867140
【申请号】CN201510240594
【发明人】史立芳, 郭书基, 曹阿秀, 邓启凌, 张满, 庞辉, 王佳舟
【申请人】中国科学院光电技术研究所
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年5月13日