專利名稱：基于雙曲面取景器的全景視覺系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于雙曲面取景器的全景視覺系統(tǒng)，集雙曲面取景器、變焦鏡頭、取景攝像機(jī)等模塊為一體，應(yīng)用光學(xué)成像及機(jī)械設(shè)計(jì)等方面的技術(shù)，來提高系統(tǒng)對(duì)環(huán)境辨識(shí)、監(jiān)控的廣度、精度及準(zhǔn)確度。
背景技術(shù)：
視覺系統(tǒng)在很多領(lǐng)域都是非常重要的傳感手段，諸如安防、監(jiān)控、機(jī)器人系統(tǒng)、圖像處理等方面。長(zhǎng)期以來，產(chǎn)學(xué)研各單位均不斷的根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)合來開發(fā)、改善其取像系統(tǒng)，以取得品質(zhì)更穩(wěn)定、信息量更多的影像。全景視覺系統(tǒng)以其超大視角的優(yōu)勢(shì)逐漸被人們所采用。
全景視覺技術(shù)，就是利用鏡面反射原理，擴(kuò)大視覺系統(tǒng)的視野。在全景視覺系統(tǒng)中，攝像器件不是直接觀看外界環(huán)境，而是正對(duì)一面凸面鏡(全景取景器)，遠(yuǎn)處物體所發(fā)出的光線經(jīng)過鏡面反射后集中的攝像器件的鏡頭，從而在攝像器件的傳感器上形成圖像信息。這樣，只用一個(gè)攝像機(jī)就可以觀察到全景視覺系統(tǒng)周圍360度內(nèi)的整個(gè)環(huán)境，可以大大減少系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和難度，并降低了系統(tǒng)的成本。
全景取景器的設(shè)計(jì)是多種多樣、千差萬別的，但目前的取景器一般都是針對(duì)某種特定場(chǎng)合或用途而特殊設(shè)計(jì)的，并未遵循一定的光學(xué)成像規(guī)律，很難具有通用性，這樣就導(dǎo)致該取景器只能適用于一種特定規(guī)格的鏡頭與取景攝像機(jī)，在一定的環(huán)境中使用，使得系統(tǒng)的適用性較差。
全景視覺產(chǎn)品一般由全景反射鏡(全景取景器)、取景攝像機(jī)及固定裝置等部分組成，全景取景器的鏡面曲率直接決定了取景的范圍，取景攝像機(jī)決定了取景圖像的品質(zhì)及取景圖像與真實(shí)場(chǎng)景的對(duì)應(yīng)關(guān)系，而固定裝置對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的正常、可靠使用也起到了一定的作用。但目前的產(chǎn)品在這三部分的連接、安裝等設(shè)計(jì)上卻存在一定的缺陷一種做法，是將三部分采用完全固定的連接方式，即將取景器、攝像機(jī)以一次性的固定方式安裝在一起，這樣的做法造成該全景視覺產(chǎn)品使用局限；另一種做法，是將三部分完全采用活動(dòng)式的連接，如螺栓連接等，這樣全景取景器、攝像機(jī)等就可以方便的換置，從而增加了該全景視覺產(chǎn)品的使用范圍，但這樣過多的活動(dòng)式連接大大降低了系統(tǒng)的可靠性，長(zhǎng)時(shí)間使用更容易導(dǎo)致螺栓松動(dòng)，增加了系統(tǒng)使用的不確定因素，另外也不利于系統(tǒng)的外型美觀，不利于安裝、攜帶。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于雙曲面取景器的全景視覺系統(tǒng)，設(shè)計(jì)通用的雙曲面取景器，以適用于多種規(guī)格鏡頭與攝像機(jī)系統(tǒng)，安裝方便靈活，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。
為實(shí)現(xiàn)這一目的，在本發(fā)明中，全景取景器采用了通用的雙曲面結(jié)構(gòu)，雙曲面曲線方程為z2a2-x2+y2b2=1,]]>由于不同曲面方程的雙曲面取景器均只有一個(gè)光線發(fā)射點(diǎn)(焦點(diǎn))，而且雙曲面曲率較之拋物線、圓錐面等曲面曲率較小，鏡面成像時(shí)散光也較低，安裝時(shí)只需將攝像機(jī)的成像焦點(diǎn)與雙曲面的發(fā)射焦點(diǎn)重合，便可得到360°的全景取景范圍。
在安裝上，本發(fā)明將全景取景系統(tǒng)按照模塊化的方式進(jìn)行組裝，該視覺系統(tǒng)由全景取景模塊、變焦鏡頭模塊、玻璃保護(hù)罩、取景攝像機(jī)等四部分組成。全景取景模塊由全景取景連接器與全景取景器連接構(gòu)成，由此全景取景器可根據(jù)不同場(chǎng)合、不同采集要求而更換；取景攝像機(jī)也可以根據(jù)不同品質(zhì)的要求而替換，也可以使用模擬與數(shù)字等多種攝像機(jī)；變焦鏡頭模塊的焦距可滿足不同取景攝像機(jī)參數(shù)的要求。這樣的模塊化安裝方式可極大的提升本系統(tǒng)的適用空間。
本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)及安裝模式為全景取景器通過其上的緊固螺紋孔與全景取景連接器相連，形成全景取景模塊；變焦鏡頭連接器通過螺紋孔與變焦鏡頭固定，形成變焦鏡頭模塊；玻璃保護(hù)罩的上部卡在全景取景連接器外圈的凹槽內(nèi)，玻璃保護(hù)罩的下部卡在變焦鏡頭連接器外圈的凹槽內(nèi)，使全景取景器及變焦鏡頭均置于玻璃保護(hù)罩內(nèi)。取景攝像機(jī)通過變焦鏡頭連接器的底部螺紋與變焦鏡頭連接器相連接；攝像機(jī)傳感器位于取景攝像機(jī)的正中間，這樣形成全景取景器的中心、變焦鏡頭的中心與取景攝像機(jī)傳感器的中心三點(diǎn)在同一直線上，并得到全景視覺系統(tǒng)的光學(xué)成像焦點(diǎn)。全景取景器為雙曲面結(jié)構(gòu)，曲面方程為z2a2-x2+y2b2=1,]]>對(duì)于雙曲面曲面參數(shù)a，b，雙曲面均有唯一的反射焦點(diǎn)。全景視覺系統(tǒng)安裝時(shí)，使雙曲面對(duì)應(yīng)的反射焦點(diǎn)與全景視覺系統(tǒng)的光學(xué)成像焦點(diǎn)重合，從而達(dá)到全景取景的效果。
本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，全景取景器、變焦鏡頭、攝像機(jī)等采用模塊化組合結(jié)構(gòu)，安裝、更換更為方便簡(jiǎn)潔，造價(jià)低廉，且提高了系統(tǒng)的使用可靠性，可滿足不同領(lǐng)域、不同品質(zhì)需求。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)組成示意圖。
圖1中，1-全景取景連接器，2-全景取景器，3-玻璃保護(hù)罩，4-變焦鏡頭，5-光學(xué)成像焦點(diǎn)，6-變焦鏡頭連接器，7-攝像機(jī)傳感器，8-取景攝像機(jī)。
圖2為全景取景器結(jié)構(gòu)剖面示意圖。
圖2中，9-緊固螺紋孔，10-雙曲面反射焦點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。
圖1是本發(fā)明全景視覺系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，全景取景連接器1與全景取景器2相連，形成全景取景模塊。變焦鏡頭連接器6通過螺紋孔與變焦鏡頭4固定，形成變焦鏡頭模塊。玻璃保護(hù)罩3的上部卡在全景取景連接器1外圈的凹槽內(nèi)，玻璃保護(hù)罩3的下部卡在變焦鏡頭連接器6外圈的凹槽內(nèi)，使全景取景器2及變焦鏡頭4均置于玻璃保護(hù)罩3內(nèi)。取景攝像機(jī)8通過變焦鏡頭連接器6的底部螺紋與變焦鏡頭連接器6相連接。
攝像機(jī)傳感器7位于取景攝像機(jī)8的正中間，這樣形成全景取景器2的中心、變焦鏡頭4的中心與取景攝像機(jī)傳感器7的中心三點(diǎn)在同一直線上，并得到全景視覺系統(tǒng)的光學(xué)成像焦點(diǎn)5。
圖2是本發(fā)明的全景取景器的雙曲面剖面示意圖，圖中緊固螺紋孔9為全景取景器的安裝定位孔，全景取景器2通過緊固螺紋孔9與全景取景連接器1相連接。全景取景器2為雙曲面結(jié)構(gòu)，曲面方程為z2a2-x2+y2b2=1,]]>對(duì)于雙曲面曲面參數(shù)a，b，雙曲面均有唯一的反射焦點(diǎn)10。
對(duì)于不同曲率的雙曲面全景取景器，根據(jù)曲面方程可確定曲面參數(shù)a，b，從而確定反射焦點(diǎn)10。根據(jù)全景取景器2的直徑D、取景攝像機(jī)8的安裝高度L及攝像機(jī)傳感器7可確定光學(xué)成像焦點(diǎn)5。光學(xué)成像焦點(diǎn)5需與反射焦點(diǎn)10重合。
在本方明的全景視覺系統(tǒng)安裝時(shí)，可通過調(diào)整玻璃保護(hù)罩3的高度，使得雙曲面反射焦點(diǎn)10與全景視覺系統(tǒng)的光學(xué)成像焦點(diǎn)5重合，從而達(dá)到全景取景的效果。
本發(fā)明中，由全景取景連接器1與全景取景器2連接構(gòu)成全景取景模塊，由此全景取景器2可根據(jù)不同場(chǎng)合、不同采集要求而更換。同時(shí)，變焦鏡頭連接器6與變焦鏡頭4連接構(gòu)成變焦鏡頭模塊，變焦鏡頭模塊的焦距可滿足不同攝像機(jī)參數(shù)的要求。取景攝像機(jī)8也可以根據(jù)不同品質(zhì)的要求而替換。各模塊之間采用的安裝方式，既方便模塊間的更換又增加了系統(tǒng)使用可靠性。
權(quán)利要求
1.一種基于雙曲面取景器的全景視覺系統(tǒng)，包括全景取景器(2)、變焦鏡頭(4)及取景攝像機(jī)(8)，其特征在于全景取景器(2)通過其上的緊固螺紋孔(9)與全景取景連接器(1)相連，形成全景取景模塊；變焦鏡頭連接器(6)通過螺紋孔與變焦鏡頭(4)固定，形成變焦鏡頭模塊；玻璃保護(hù)罩(3)的上部卡在全景取景連接器(1)外圈的凹槽內(nèi)，玻璃保護(hù)罩(3)的下部卡在變焦鏡頭連接器(6)外圈的凹槽內(nèi)，使全景取景器(2)及變焦鏡頭(4)均置于玻璃保護(hù)罩(3)內(nèi)，取景攝像機(jī)(8)通過變焦鏡頭連接器(6)的底部螺紋與變焦鏡頭連接器(6)相連接；全景取景器(2)的中心、變焦鏡頭(4)的中心以及取景攝像機(jī)(8)內(nèi)部的攝像機(jī)傳感器(7)的中心三點(diǎn)在同一直線上，并得到全景視覺系統(tǒng)的光學(xué)成像焦點(diǎn)(5)；所述全景取景器(2)為雙曲面結(jié)構(gòu)，其雙曲面對(duì)應(yīng)的反射焦點(diǎn)(10)與全景視覺系統(tǒng)的光學(xué)成像焦點(diǎn)(5)重合。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于雙曲面取景器的全景視覺系統(tǒng)，全景取景器與全景取景連接器構(gòu)成全景取景模塊，變焦鏡頭連接器與變焦鏡頭構(gòu)成變焦鏡頭模塊，玻璃保護(hù)罩的上部卡在全景取景連接器的凹槽內(nèi)，下部卡在變焦鏡頭連接器的凹槽內(nèi)，使全景取景器及變焦鏡頭均置于玻璃保護(hù)罩內(nèi)，取景攝像機(jī)與變焦鏡頭連接器相連接。全景取景器、變焦鏡頭及攝像機(jī)傳感器三者的中心在同一直線上，確定了全景視覺系統(tǒng)的光學(xué)成像焦點(diǎn)；所述全景取景器為雙曲面結(jié)構(gòu)，雙曲面對(duì)應(yīng)的反射焦點(diǎn)與全景視覺系統(tǒng)的光學(xué)成像焦點(diǎn)重合。本發(fā)明的全景取景器采用雙曲面結(jié)構(gòu)，可滿足系統(tǒng)的大廣角取景范圍要求，采用的模塊組合方式便于安裝及更換，提高了系統(tǒng)的可靠性。
文檔編號(hào)G03B13/06GK1975554SQ20061014721
公開日2007年6月6日 申請(qǐng)日期2006年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月14日
發(fā)明者王景川, 陳衛(wèi)東 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)