专利名称：基于双曲面取景器的全景视觉系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于双曲面取景器的全景视觉系统，集双曲面取景器、变焦镜头、取景摄像机等模块为一体，应用光学成像及机械设计等方面的技术，来提高系统对环境辨识、监控的广度、精度及准确度。
背景技术：
视觉系统在很多领域都是非常重要的传感手段，诸如安防、监控、机器人系统、图像处理等方面。长期以来，产学研各单位均不断的根据不同应用场合来开发、改善其取像系统，以取得品质更稳定、信息量更多的影像。全景视觉系统以其超大视角的优势逐渐被人们所采用。
全景视觉技术，就是利用镜面反射原理，扩大视觉系统的视野。在全景视觉系统中，摄像器件不是直接观看外界环境，而是正对一面凸面镜(全景取景器)，远处物体所发出的光线经过镜面反射后集中的摄像器件的镜头，从而在摄像器件的传感器上形成图像信息。这样，只用一个摄像机就可以观察到全景视觉系统周围360度内的整个环境，可以大大减少系统设计的复杂性和难度，并降低了系统的成本。
全景取景器的设计是多种多样、千差万别的，但目前的取景器一般都是针对某种特定场合或用途而特殊设计的，并未遵循一定的光学成像规律，很难具有通用性，这样就导致该取景器只能适用于一种特定规格的镜头与取景摄像机，在一定的环境中使用，使得系统的适用性较差。
全景视觉产品一般由全景反射镜(全景取景器)、取景摄像机及固定装置等部分组成，全景取景器的镜面曲率直接决定了取景的范围，取景摄像机决定了取景图像的品质及取景图像与真实场景的对应关系，而固定装置对整个系统的正常、可靠使用也起到了一定的作用。但目前的产品在这三部分的连接、安装等设计上却存在一定的缺陷一种做法，是将三部分采用完全固定的连接方式，即将取景器、摄像机以一次性的固定方式安装在一起，这样的做法造成该全景视觉产品使用局限；另一种做法，是将三部分完全采用活动式的连接，如螺栓连接等，这样全景取景器、摄像机等就可以方便的换置，从而增加了该全景视觉产品的使用范围，但这样过多的活动式连接大大降低了系统的可靠性，长时间使用更容易导致螺栓松动，增加了系统使用的不确定因素，另外也不利于系统的外型美观，不利于安装、携带。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于双曲面取景器的全景视觉系统，设计通用的双曲面取景器，以适用于多种规格镜头与摄像机系统，安装方便灵活，提高系统稳定性。
为实现这一目的，在本发明中，全景取景器采用了通用的双曲面结构，双曲面曲线方程为z2a2-x2+y2b2=1,]]>由于不同曲面方程的双曲面取景器均只有一个光线发射点(焦点)，而且双曲面曲率较之抛物线、圆锥面等曲面曲率较小，镜面成像时散光也较低，安装时只需将摄像机的成像焦点与双曲面的发射焦点重合，便可得到360°的全景取景范围。
在安装上，本发明将全景取景系统按照模块化的方式进行组装，该视觉系统由全景取景模块、变焦镜头模块、玻璃保护罩、取景摄像机等四部分组成。全景取景模块由全景取景连接器与全景取景器连接构成，由此全景取景器可根据不同场合、不同采集要求而更换；取景摄像机也可以根据不同品质的要求而替换，也可以使用模拟与数字等多种摄像机；变焦镜头模块的焦距可满足不同取景摄像机参数的要求。这样的模块化安装方式可极大的提升本系统的适用空间。
本发明的具体结构及安装模式为全景取景器通过其上的紧固螺纹孔与全景取景连接器相连，形成全景取景模块；变焦镜头连接器通过螺纹孔与变焦镜头固定，形成变焦镜头模块；玻璃保护罩的上部卡在全景取景连接器外圈的凹槽内，玻璃保护罩的下部卡在变焦镜头连接器外圈的凹槽内，使全景取景器及变焦镜头均置于玻璃保护罩内。取景摄像机通过变焦镜头连接器的底部螺纹与变焦镜头连接器相连接；摄像机传感器位于取景摄像机的正中间，这样形成全景取景器的中心、变焦镜头的中心与取景摄像机传感器的中心三点在同一直线上，并得到全景视觉系统的光学成像焦点。全景取景器为双曲面结构，曲面方程为z2a2-x2+y2b2=1,]]>对于双曲面曲面参数a，b，双曲面均有唯一的反射焦点。全景视觉系统安装时，使双曲面对应的反射焦点与全景视觉系统的光学成像焦点重合，从而达到全景取景的效果。
本发明系统结构简单，全景取景器、变焦镜头、摄像机等采用模块化组合结构，安装、更换更为方便简洁，造价低廉，且提高了系统的使用可靠性，可满足不同领域、不同品质需求。
图1为本发明的结构组成示意图。
图1中，1-全景取景连接器，2-全景取景器，3-玻璃保护罩，4-变焦镜头，5-光学成像焦点，6-变焦镜头连接器，7-摄像机传感器，8-取景摄像机。
图2为全景取景器结构剖面示意图。
图2中，9-紧固螺纹孔，10-双曲面反射焦点。
具体实施例方式
以下结合附图对本发明的技术方案作进一步描述。
图1是本发明全景视觉系统的结构示意图。如图1所示，全景取景连接器1与全景取景器2相连，形成全景取景模块。变焦镜头连接器6通过螺纹孔与变焦镜头4固定，形成变焦镜头模块。玻璃保护罩3的上部卡在全景取景连接器1外圈的凹槽内，玻璃保护罩3的下部卡在变焦镜头连接器6外圈的凹槽内，使全景取景器2及变焦镜头4均置于玻璃保护罩3内。取景摄像机8通过变焦镜头连接器6的底部螺纹与变焦镜头连接器6相连接。
摄像机传感器7位于取景摄像机8的正中间，这样形成全景取景器2的中心、变焦镜头4的中心与取景摄像机传感器7的中心三点在同一直线上，并得到全景视觉系统的光学成像焦点5。
图2是本发明的全景取景器的双曲面剖面示意图，图中紧固螺纹孔9为全景取景器的安装定位孔，全景取景器2通过紧固螺纹孔9与全景取景连接器1相连接。全景取景器2为双曲面结构，曲面方程为z2a2-x2+y2b2=1,]]>对于双曲面曲面参数a，b，双曲面均有唯一的反射焦点10。
对于不同曲率的双曲面全景取景器，根据曲面方程可确定曲面参数a，b，从而确定反射焦点10。根据全景取景器2的直径D、取景摄像机8的安装高度L及摄像机传感器7可确定光学成像焦点5。光学成像焦点5需与反射焦点10重合。
在本方明的全景视觉系统安装时，可通过调整玻璃保护罩3的高度，使得双曲面反射焦点10与全景视觉系统的光学成像焦点5重合，从而达到全景取景的效果。
本发明中，由全景取景连接器1与全景取景器2连接构成全景取景模块，由此全景取景器2可根据不同场合、不同采集要求而更换。同时，变焦镜头连接器6与变焦镜头4连接构成变焦镜头模块，变焦镜头模块的焦距可满足不同摄像机参数的要求。取景摄像机8也可以根据不同品质的要求而替换。各模块之间采用的安装方式，既方便模块间的更换又增加了系统使用可靠性。
权利要求
1.一种基于双曲面取景器的全景视觉系统，包括全景取景器(2)、变焦镜头(4)及取景摄像机(8)，其特征在于全景取景器(2)通过其上的紧固螺纹孔(9)与全景取景连接器(1)相连，形成全景取景模块；变焦镜头连接器(6)通过螺纹孔与变焦镜头(4)固定，形成变焦镜头模块；玻璃保护罩(3)的上部卡在全景取景连接器(1)外圈的凹槽内，玻璃保护罩(3)的下部卡在变焦镜头连接器(6)外圈的凹槽内，使全景取景器(2)及变焦镜头(4)均置于玻璃保护罩(3)内，取景摄像机(8)通过变焦镜头连接器(6)的底部螺纹与变焦镜头连接器(6)相连接；全景取景器(2)的中心、变焦镜头(4)的中心以及取景摄像机(8)内部的摄像机传感器(7)的中心三点在同一直线上，并得到全景视觉系统的光学成像焦点(5)；所述全景取景器(2)为双曲面结构，其双曲面对应的反射焦点(10)与全景视觉系统的光学成像焦点(5)重合。
全文摘要
本发明涉及一种基于双曲面取景器的全景视觉系统，全景取景器与全景取景连接器构成全景取景模块，变焦镜头连接器与变焦镜头构成变焦镜头模块，玻璃保护罩的上部卡在全景取景连接器的凹槽内，下部卡在变焦镜头连接器的凹槽内，使全景取景器及变焦镜头均置于玻璃保护罩内，取景摄像机与变焦镜头连接器相连接。全景取景器、变焦镜头及摄像机传感器三者的中心在同一直线上，确定了全景视觉系统的光学成像焦点；所述全景取景器为双曲面结构，双曲面对应的反射焦点与全景视觉系统的光学成像焦点重合。本发明的全景取景器采用双曲面结构，可满足系统的大广角取景范围要求，采用的模块组合方式便于安装及更换，提高了系统的可靠性。
文档编号G03B13/06GK1975554SQ20061014721
公开日2007年6月6日 申请日期2006年12月14日 优先权日2006年12月14日
发明者王景川, 陈卫东 申请人:上海交通大学