非球面360°反射成像设备及成像方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于图像采集设备技术领域，尤其涉及一种非球面360°反射成像设备。本 发明还涉及一种采用非球面360°反射成像设备进行成像的方法。
【背景技术】
[0002] 在光学成像技术领域，传统的球面设计使得像差和变形增大，出现明显的影像不 清、视界歪曲和视野狭小等不良现象。为了解决上述技术问题，采用非球面镜片进行成像的 技术被开发出来。其原理是，根据光在介质中的折射和反射等定律，严格计算和控制镜面上 每个点的曲率半径值，使面形由多项高次方程决定。非球面镜片通过严格的计算和高精度 的生产加工过程得到，在成像过程中呈现最佳的图像。非球面的复杂曲面设计、制造比较困 难，但在光学系统中的优势非常大。采用非球面技术设计的光学系统，可消除球差、慧差、像 散和场曲，减少光能损失，从而获得高质量的图像效果和高品质的光学特性。
[0003] 根据上述原理，现有技术中出现了一些采用非球面镜片进行成像的设备，典型的 成像设备是鱼眼全景摄像机。其采用玻璃介质的非球面透镜作为镜片，对图像进行光学修 正。上述鱼眼全景摄像机由于采用了透镜作为镜片，其高像素损失比较大、有色差、垂直可 视角度为1〇〇°左右。虽成像范围宽，但像素需求量高，细节辨识度一般。360°全方位实时 监测时，受焦距影响而监控距离短，适合用于室内监控。
[0004] 也有采用多镜头组成的360°摄像机。其具备画面像素高、监控距离长等优点， 但是需要后台拼接画面，导致系统实现比较复杂，容易出故障。此外，成本比一般摄像机高 4倍左右，从实际应用来是分开布置4个点更好。成像角度常用的每个摄像机照射角度为 60°，这样仰角是120°左右，水平是180°左右。另一个比较大的问题是设备在下方有比 较大的成像盲区。
【发明内容】
[0005] 本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种非球面360°反射成像设 备，解决现有鱼眼全景相机、多镜头360°摄像机等设备的高像素损失、色差大、成像距离 短、垂直成像视角小、成本高和后台系统复杂的诸多问题。
[0006] 为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：非球面360°反射成像 设备包括，图像采集装置，包括非球面反光镜，通过反射成像方法采集现场图像；图像传感 器，接收图像采集装置传输的图像信号并转换为电信号；上位处理机，接收图像传感器传送 的电信号，运行内置算法的软件对电信号进行处理。
[0007] 优选地：所述图像传感器直接位于非球面反光镜的反射路径上。
[0008] 优选地：还包括对接连接的壳体和圆筒形的透明罩，非球面反光镜位于透明罩的 端部，图像传感器位于壳体内、对正非球面反光镜的非球面镜片的中心。
[0009] 优选地：所述图像采集装置还包括位于非球面反光镜反射路径上的反射镜，在非 球面反光镜的中心设有镜面中心孔，反射镜将非球面反光镜反射的现场图像经镜面中心孔 二次反射至非球面反光镜的后方，所述图像传感器位于反射镜的反射路径上。
[0010] 优选地：还包括对接连接的壳体和半球形的透明罩，图像传感器位于壳体内，非球 面反光镜位于壳体的底部中心、反射镜位于透明罩的低点位置。
[0011] 优选地：在反射镜的反射路径上、非球面反光镜与图像传感器之间还设有对畸变 图像进行光学校正的中继镜。
[0012] 优选地：所述中继镜为凸透镜镜片或者包含凸透镜的透镜组。
[0013] 优选地：所述非球面反光镜的非球面镜片米用7025错合金材质。
[0014] 优选地：所述非球面镜片的非球面面形公式用极坐标标示为
其中y为垂直高度，X为半径，r为变量，k为二次曲线常数。 ?
[0015] 本发明的优点和积极效果是：本发明提供了一种应用非球面反光镜反射成像的 360°成像设备，与现有的采用玻璃材质的非球面折射成像设备如鱼眼全景摄像机相比，像 素损失小、色差小。实现了 360°全方位图像的采集、无盲区、成像范围广，减少了因人为判 断错误或自动扫描盲区而错失关键画面的情况。可以替代目前所有采用机械运转的监控摄 像球机和快球，有效解决机械设备老化失效、监控存在盲区的问题，同时由于没有机械驱动 与控制，有效节约能源及控制线缆，提升了使用寿命。
[0016] 本发明创造性地将7025铝合金用作非球面反光镜的加工基材，根据相关文献，合 金金属具有良好的耐氧化和耐腐蚀性能，同时采用高精度的金属加工工艺以及金刚石车削 技术可以达到良好的镜面反射效果。镜面反射率能够达到65%以上，抛光后的铝合金在很 宽波长范围内反射特性优良，辐射能、可见光、辐射热和电波都能够得到有效反射，符合图 像采集的应用要求。
[0017] 通过设计优化非球面镜片的面形，与鱼眼全景摄像机设备相比，垂直成像视角更 大，达到130°左右。
[0018] 非球面反光镜的非球面镜片形成的图像畸变通过光学透镜-中继镜进行光学校 正，在上位机后台软件中也进行深度的畸变校正，提升了图像的真实还原程度，前置中继镜 的采用一定程度上减轻了后台软件的畸变校正计算压力，简化了后台系统的复杂性。
[0019] 本发明还为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种采用非球面360°反射成 像设备进行成像的方法。
[0020] 为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：
[0021] 优选地：非球面360°反射成像设备的成像方法包括以下步骤，（1)程序启动，启 动图像传感器芯片的步骤；（2)启动多线程的步骤，多线程包括图像接收线程、DSP处理线 程和网络传输线程；(3)在图像接收线程中通过DMA控制器缓存数据至全局缓存的步骤； (4)在DSP处理线程中采用内置算法对图像数据进行处理的步骤；（5)将处理后的图像数据 存储至服务器的步骤；(6)结束，注销所有线程、释放全局缓存的步骤。
[0022] 优选地：步骤（3)中采用逐帧缓存的方式，通过DMA控制器逐帧缓存图像，并将各 帧图像所在全局缓存的地址依次发送给DSP处理线程，直至采集完毕。
[0023] 步骤（4)具体包括复制全局缓存数据到共享内存的步骤、DSP双线性插值的步骤、 将饼图展开为全景图像的步骤、生成Jpeg或者h. 264图像编码的步骤以及复制共享内存到 全局缓存的步骤。
[0024] 优选地：步骤（5)具体包括压缩数据消息的步骤和复制数据到网口芯片缓存的步 骤。
[0025] 本发明的优点和积极效果是：本发明的成像方法在上位机程序内实现图像的采 集、处理和传输存储，多个线程同时启动、同步运转，逐帧采集得到的图像信号在全局缓存、 共享内存中存储并由DSP处理线程调用，处理速度快。软件内置的处理算法对图像信号进 行深度处理和畸变校正，成像更真实。
【附图说明】
[0026] 图1是本发明成像设备第一种实施例的主视结构示意图，采用座装的形式；
[0027] 图2是本发明成像设备第二种实施例的主视结构示意图，采用吊装的形式；
[0028] 图3是本发明中反光镜的第一实施例的主视半剖结构示意图；
[0029] 图4是本发明中反光镜的第二实施例的主视半剖结构示意图；
[0030] 图5是本发明中成像方法的流程框图；
[0031] 图6是本发明中成像方法的工作流程框图。
[0032] 图中：1、非球面反光镜；1-1、安装板；1-2、非球面镜片；1-3、镜面中心孔；1-4、安 装板中心孔；2、透明罩；3、图像传感器；4、壳体；5、基座；6、中继镜；7、反射镜。
【具体实施方式】
[0033] 为能进一步了解本发明的
【发明内容】
、特点及功效，兹例举以下实施例详细说明如 下：
[0034] 请参见图1和图2,本发明包括图像采集装置，包括非球面反光镜1，通过反射成像 方法采集现场图像；图像传感器3,接收图像采集装置传输的图像信号并转换为电信号；上 位处理机，接收图像传感器3传送的电信号，运行内置算法的软件对电信号进行处理。
[0035] 图1是座装安装结构时成像设备的结构示意图，可以看出：包括对接连接的壳体4 和圆筒形的透明罩2,非球面反光镜1位于透明罩2的端部，图像传感器3位于壳体4内、对 正非球面反光镜1的非球面镜片1-2的中心。此时，图像传感器3直接位于非球面反光镜 1的反射路径上。
[0036] 座装安装结构下，圆筒形的透明罩2对非球面反光镜1产生支撑和保护的作用。 非球面反光镜1的具体结构如图3所示，包括安装板1-1和非球面镜片1-2,在非球面镜片 1-2的中心开设有镜面中心孔1-3。现场图像透过透明罩2、再经非球面镜片1-2反射进入 图像传感器3内。
[0037] 图2是吊装安装