专利名称：基于红外多路人工复眼的三维表面形貌重建方法
技术领域：
本发明涉及一种三维表面形貌重建方法，尤其涉及一种基于红外多路人工复眼的三维表面形貌重建方法。
背景技术：
红外热成像是利用红外探测器将不可见的红外辐射转换成可见图像的一种技术， 由于红外热像系统可以昼夜工作，尤其是在全黑的夜间。红外辐射能够穿透烟、雾、雪、霾， 特别适合在恶劣气候条件下工作，且作用距离比较远，具有较强识别伪装目标能力且不易被发现和干扰，和雷达等系统相比，红外系统体积小、重量轻、功耗低。基于红外热成像的特点，系统特别适合于航空、航天侦察、夜视以及成像制导跟踪等军事上的应用。在各类红外热成像系统应用中，由于中长波红外热图像具有例如相关长度长、边缘效应渐变、纹理特征少、信噪比低等缺陷，因此多方向红外热图在特征点匹对时存在较大误差，使得成熟的双目视觉目标表面形貌重建技术，在中长波红外应用中受到限制，红外目标三维形貌重建也成为难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于红外多路人工复眼的三维表面形貌重建方法，利用多路人工复眼光路几何结构及目标与大气环境等背景红外光谱发射率的区别，确定自由空间红外光学厚目标表面特征点及其单色光谱发射强度，并通过主笛卡尔坐标系、目标笛卡尔坐标系与自由空间多球坐标系之间的矩阵坐标变换关系，确定各特征点的空间坐标， 以解决自由空间红外光学厚目标三维形貌重建的难题。本发明是这样来实现的，采用多只并列型复眼系统结构，复眼中的每只小眼单元采用红外远心光路实现近平行成像，每个复眼多只小眼光轴汇聚一点，构成球形束，而多只复眼包含的所有小眼光轴在自由空间交汇构成多方向球形束，采用该装置获取自由空间多方向、广视角的包含光学厚目标表面边界特征点及背景红外辐射强度信息，利用目标与大气环境等背景红外光谱发射率的区别，确定自由空间红外光学厚目标表面边界特征点及其单色光谱发射强度，并通过主笛卡尔坐标系、目标笛卡尔坐标系与自由空间多球坐标系之间的矩阵坐标变换关系，确定各特征点的空间坐标，以重建自由空间红外光学厚目标三维表面形貌。本发明的优点是可以获取自由空间多方向、广视角的包含光学厚目标表面边界特征点及背景红外辐射强度信息。利用目标与大气环境等背景红外光谱发射率的区别，确定自由空间红外光学厚目标表面边界特征点及其单色光谱发射强度，并通过主笛卡尔坐标系、目标笛卡尔坐标系与自由空间多球坐标系之间的矩阵坐标变换关系，确定各特征点的空间坐标，以解决自由空间红外光学厚目标三维形貌重建的难题。
图1为本发明的主视图。图2为本发明的侧视图。图3为本发明所采用的人工复眼结构简图。在图中，1、光学厚目标表面2、复眼主轴经度夹角3、大气环境等背景4、小眼经度球形束5、人工复眼6、目标笛卡尔坐标系7、复眼主轴纬度夹角8、小眼纬度球形束9、 多球坐标系 10、复眼视神经11、红外单色滤波片12、复眼视网膜13、供电及运算电路 14、计算机15、基于红外远心光路的小眼。
具体实施例方式如图1、2、3所示，本发明是这样实现的，多只人工复眼5以相等的相邻复眼主轴经度夹角2，及相等的相邻复眼主轴纬度夹角8均勻排列。每只人工复眼均具有相同的结构， 由复眼视神经10、红外单色滤波片11及复眼视网膜12组成，并包含大量的基于红外远心光路的小眼15，可进行近平行的红外成像。各小眼的光轴之间的经纬度夹角相等，形成具有一定视角范围的小眼经度球形束4及小眼纬度球形束8。各复眼中的小眼成复眼视神经10由红外光纤束组成，其数量与小眼个数相等，能够传输红外单色辐射信息。复眼视网膜12由红外单元传感器阵列组成，其数量与视神经及小眼个数相等。由一个供电及运算电路13负责多只人工复眼的复眼视网膜供电并统一对多路复眼所有的红外视信号进行运算，其运算结果传送至主计算机14进行显示。来自光学厚目标表面1及大气环境等背景3的红外辐射强度信息经多路复眼的所有小眼组成的空间大范围球形束传输路径进入各个小眼，并由各小眼的红外远心光路成像至视神经，经红外单色滤波片，被视网膜传感并转换成电信号进行处理。由于目标表面与大气环境等背景红外单色光谱发射率的区别，以及目标表面不同区域的单色光谱发射率的区别，最终被视网膜传感并转换的电信号也有区别，利用这些区别可判定光学厚目标表面对应的分属不同复眼的小眼组。由于不同复眼中的大量小眼光路可在空间的不同位置相交，根据对同一目标表面点传感的两个不同小眼光轴的交点，确定该目标表面点的空间位置。并根据目标笛卡尔坐标系6及多球坐标系9的坐标变换关系， 计算该目标表面点的空间坐标，并根据小眼传感信号的大小确定该表面点的红外单色辐射率。对目标表面其它各点基于相同的原理，最终可重建目标的三维表面形貌。
权利要求
1.工复眼的三维表面形貌重建方法，其特征是采用多只并列型复眼系统结构，复眼中的每只小眼单元采用红外远心光路实现近平行成像，每个复眼多只小眼光轴汇聚一点，构成球形束，而多只复眼包含的所有小眼光轴在自由空间交汇构成多方向球形束，采用该装置获取自由空间多方向、广视角的包含光学厚目标表面边界特征点及背景红外辐射强度信息，利用目标与大气环境等背景红外光谱发射率的区别，确定自由空间红外光学厚目标表面边界特征点及其单色光谱发射强度，并通过主笛卡尔坐标系、目标笛卡尔坐标系与自由空间多球坐标系之间的矩阵坐标变换关系，确定各特征点的空间坐标，以重建自由空间红外光学厚目标三维表面形貌。
全文摘要
一种基于红外多路人工复眼的三维表面形貌重建方法，适用于由红外光学厚材料(对红外线不透明的材料,如金属等)构成物体的三维表面形貌重建方法。其特征采用多只并列型复眼系统结构，复眼中的每只小眼单元采用红外远心光路实现近平行成像、红外光纤单元波导视神经、红外传感器阵列视网膜接收的结构。多只小眼光轴汇聚一点,构成球形束。而多只复眼包含的所有小眼光轴在自由空间交汇构成多方向球形束。本发明的优点是可以获取自由空间多方向、广视角的包含光学厚目标表面边界特征点及背景红外辐射强度信息。
文档编号G01J5/10GK102222364SQ20111013715
公开日2011年10月19日 申请日期2011年8月13日 优先权日2011年8月13日
发明者万雄, 张志敏, 王庆 申请人:南昌航空大学