仿生復眼全景立體成像關鍵技術研究.pdf

1、光學成像系統(tǒng)廣泛應用于工業(yè)、農業(yè)、國防、科研等各個領域，涉及到人們生活的方方面面。傳統(tǒng)的單孔徑系統(tǒng)因視場小、分辨率低和三維信息缺失，無法滿足人們日益增長的應用需求?，F(xiàn)有的全景立體成像技術主要包括曲面反射鏡、魚眼透鏡和仿生復眼。曲面反射鏡和魚眼透鏡均屬于單孔徑系統(tǒng)，存在畸變大、分辨率有限等缺點，大大限制了其應用范圍。仿生復眼作為一種多孔徑系統(tǒng)，具有結構緊湊、大視場、高分辨、畸變小和動態(tài)靈敏度高等優(yōu)點，引起人們越來越多的關注。目前仿生復眼的

2、實現(xiàn)方式可劃分為兩大類:微透鏡陣列和攝像機陣列。其中，微透鏡陣列仍處于設計和制備階段，相比而言，攝像機陣列則更加成熟，已經(jīng)成功應用于許多實際場合。本著實用化目的，本文選擇基于攝像機陣列的仿生復眼作為研究對象，探究實現(xiàn)全景立體成像的關鍵技術，本文主要研究內容和創(chuàng)新之處概括如下:
　　Ⅰ.仿生復眼結構設計:基于視場無縫劃分和重疊度最小化原則，本文提出了一種仿生復眼的結構設計方法。首先根據(jù)攝像機的垂直視場角，將預定視場劃分若干個緯度層，

3、然后再根據(jù)攝像機的水平視場角將各緯度層均分為若干個子視場;最后通過分析子視場與攝像機的映射關系，確定攝像機的球面排布方式，并推導出了視場重疊度的理論計算公式。根據(jù)上述設計原則，本文設計了仿生復眼SCE和BCE，并對其進行擴展，設計了全景立體成像復眼PCE。
　?、?單目攝像機標定:傳統(tǒng)攝像機標定方法需要清晰的標靶圖像，這往往會給圖像采集帶來不便?；谙嘁品ǖ目鼓：?，本文設計了三種相位標靶:圓光柵陣列、契形光柵陣列和彩色圓光柵陣列

4、，實現(xiàn)了離焦攝像機的精確標定，這將大大降低遠景/近景成像系統(tǒng)的標定成本和難度。此外，本文還提出一種魯棒性較高的特征點排序方法。
　?、?多攝像機全局標定:本文利用相位標靶離焦性能好的優(yōu)點，將其應用于多攝像機的全局標定。當公共視場較大時，直接將相位標靶代替?zhèn)鹘y(tǒng)標靶，置于公共視場進行標定;當公共視場較小時，提出了標靶平移法;當無公共視場時，提出了輔助攝像機法。仿生復眼中，相鄰攝像機公共視場較小，因此本文選擇標靶平移法對其進行全局標定。

5、
　?、?全景圖像拼接:本文采用加速魯棒特征SURF對待拼接圖像進行配準，計算圖像間的透視矩陣，將所有圖像映射至同一視平面下，拼接獲得全景圖像。確定的場景下，只需進行一次圖像配準，可實現(xiàn)全景圖像的快速拼接。此外，進行畸變校正和顏色校正，有利于提升圖像拼接效果。
　　Ⅴ.全景立體成像:本文采用半全局立體匹配SGM算法，計算雙目視差圖。通過移動雙目攝像機，獲得不同視場下的視差圖，并映射至同一視平面下獲取全景視差圖，進而實現(xiàn)全景立