專利名稱：用于主動(dòng)三維立體全景視覺的彩色全景投影光源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及LED光源、光學(xué)技術(shù)以及計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)在立體視覺測(cè)量方面的應(yīng)用，尤其是一種主動(dòng)三維立體全景視覺傳感器的投影光源。

背景技術(shù)：
在視頻圖像信息獲取方面，視頻信號(hào)源質(zhì)量一直是計(jì)算機(jī)視覺的瓶頸問(wèn)題，理想的計(jì)算機(jī)視覺信號(hào)源的獲取裝置是要能獲得與實(shí)際物體一一對(duì)應(yīng)的景物深度和色彩對(duì)應(yīng)圖的視覺傳感器。顯然僅僅靠一個(gè)二維成像平面的視覺傳感器來(lái)獲得與實(shí)際物體一一對(duì)應(yīng)的景物深度和色彩對(duì)應(yīng)圖是不可能的，需要其他技術(shù)支持才有可能實(shí)現(xiàn)這種理想的立體視覺傳感。
目前的視覺傳感器技術(shù)在拍攝場(chǎng)景過(guò)程時(shí)使用一個(gè)二維的成像平面圖像來(lái)表達(dá)一個(gè)實(shí)際三維立體空間的圖像，因此在成像過(guò)程中丟失了景物深度信息；為了獲取景物深度信息，人們就提出了立體視覺方法，即利用人眼的雙目視差原理，模仿人類利用雙目線索感知距離的方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)三維信息的感知，雙目各自獨(dú)立地接收來(lái)自同一場(chǎng)景、特定攝像點(diǎn)的左右圖像，從視差中計(jì)算出距離，從而獲得具有深度感的立體圖像。立體視覺關(guān)鍵是要解決在左右兩幅二維視頻圖像中如何確立空間上的同一物點(diǎn)的兩條放射線相交問(wèn)題。目前，這種立體視頻技術(shù)在標(biāo)定、匹配及重構(gòu)方面的基礎(chǔ)性問(wèn)題還沒有很好解決，沒有擺脫攝像機(jī)標(biāo)定、特征提取和立體圖像匹配方面所存在著一些難以解決的問(wèn)題，特別是還很難對(duì)不同視角的視頻圖像進(jìn)行無(wú)歧義、高準(zhǔn)確率、實(shí)時(shí)的立體匹配，在計(jì)算機(jī)視覺中被稱為“病態(tài)”計(jì)算問(wèn)題。這類解決問(wèn)題的方法并不是從視覺傳感器的本身解決立體視覺問(wèn)題，而是通過(guò)兩個(gè)二維成像平面來(lái)恢復(fù)出三維立體圖像。
在三維場(chǎng)景重構(gòu)過(guò)程中，一個(gè)眾所周知的難題就是場(chǎng)景圖像上匹配點(diǎn)的不確定性問(wèn)題。通常解決該問(wèn)題的一種有效的方法是采用結(jié)構(gòu)光主動(dòng)視覺技術(shù)，如點(diǎn)結(jié)構(gòu)光、線結(jié)構(gòu)光掃描法以及編碼結(jié)構(gòu)光法等。然而掃描法必須使用精密標(biāo)定裝置事先標(biāo)定有關(guān)參數(shù)，而且它們只能適用于特定的場(chǎng)合，要做到在線實(shí)時(shí)標(biāo)定或不標(biāo)定重構(gòu)三維場(chǎng)景，難度很大，有時(shí)甚至不可能。更重要的一點(diǎn)是它們不能用一幅圖像重構(gòu)三維場(chǎng)景。這類解決問(wèn)題的方法比較接近于實(shí)時(shí)立體視覺傳感的思路，但還是無(wú)法在二維成像平面上的像素點(diǎn)上建立與實(shí)際物體一一對(duì)應(yīng)的景物深度和色彩對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而影響了視覺傳感的實(shí)時(shí)處理能力。
近年發(fā)展起來(lái)的全景視覺傳感器ODVS(OmniDirectional Vision Sensors)為實(shí)時(shí)獲取場(chǎng)景的全景圖像提供了一種新的解決方案。ODVS的特點(diǎn)是視野廣(360度)，能把一個(gè)半球視野中的信息壓縮成一幅圖像，一幅圖像的信息量更大；獲取一個(gè)場(chǎng)景圖像時(shí)，ODVS在場(chǎng)景中的安放位置更加自由；監(jiān)視環(huán)境時(shí)ODVS不用瞄準(zhǔn)目標(biāo)；檢測(cè)和跟蹤監(jiān)視范圍內(nèi)的運(yùn)動(dòng)物體時(shí)算法更加簡(jiǎn)單；可以獲得場(chǎng)景的實(shí)時(shí)圖像。同時(shí)也為構(gòu)建雙目全景視覺傳感器的立體視覺測(cè)量系統(tǒng)提供了一個(gè)基本要素。
中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)枮?00510045648.1公開了一種全向立體視覺成像方法及裝置，該專利中將一透視相機(jī)鏡頭的光軸和兩反射鏡面的共同對(duì)稱軸重合放置，空間中的一點(diǎn)分別經(jīng)兩反射鏡面反射后分別在所述透視相機(jī)的像平面成像于不同的兩點(diǎn)，相當(dāng)于兩個(gè)相機(jī)成像；裝置包括兩個(gè)反射鏡面、相機(jī)，所述相機(jī)鏡頭的光軸和兩反射鏡面的共同對(duì)稱軸重合。這種方案的存在的問(wèn)題是1)由于一幅圖像包括了的特征點(diǎn)“兩幅”全向圖像，允許的圖像視差減小了一半，因此視覺系統(tǒng)的測(cè)量范圍至少也減少了一半；2)上下兩個(gè)反射鏡面會(huì)出現(xiàn)遮擋，影響立體視覺范圍；3)由于同一物體的特征點(diǎn)在上下兩個(gè)反射鏡面上經(jīng)折反射后的成像點(diǎn)在一幅圖像上離中心點(diǎn)的位置不同，上反射鏡面的成像分辨率要比下反射鏡面的成像分辨率高兩倍以上；4)由于透視相機(jī)鏡頭存在的對(duì)焦問(wèn)題，只能滿足兩個(gè)反射鏡面中的某一個(gè)反射鏡面為最佳焦距，因而必然會(huì)影響成像質(zhì)量；5)兩個(gè)反射鏡面的焦點(diǎn)距離就是該系統(tǒng)的基線距，因而造成基線距過(guò)短，影響測(cè)量精度。
中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)枮?00810062128.5公開了一種基于雙目全方位視覺傳感器的立體視覺測(cè)量裝置，該專利中組成立體視覺測(cè)量裝置的兩個(gè)ODVS采用了平均角分辨率設(shè)計(jì)，采集圖像的兩個(gè)攝像機(jī)的參數(shù)完全一致，具有極好的對(duì)稱性，能實(shí)現(xiàn)快速的點(diǎn)與點(diǎn)的匹配，從而達(dá)到立體視覺測(cè)量的目的。但是從完成點(diǎn)對(duì)點(diǎn)匹配到立體測(cè)量仍需要較大的計(jì)算資源，要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線的立體測(cè)量以及三維立體重構(gòu)仍然存在著一些“病態(tài)”計(jì)算問(wèn)題。
上述所介紹的三維立體視覺測(cè)量技術(shù)中最大難題是被動(dòng)式的立體攝像測(cè)量中普遍存在的計(jì)算機(jī)資源消耗大、實(shí)時(shí)性能差、實(shí)用性不強(qiáng)、魯棒性不高。通常解決該問(wèn)題的一種有效的方法是采用結(jié)構(gòu)光主動(dòng)視覺技術(shù)，如點(diǎn)結(jié)構(gòu)光、線結(jié)構(gòu)光掃描法以及編碼結(jié)構(gòu)光法等。然而這些方法必須使用精密標(biāo)定裝置事先標(biāo)定有關(guān)參數(shù)，而且它們只能適用于特定的場(chǎng)合，要做到在線實(shí)時(shí)標(biāo)定或不標(biāo)定重構(gòu)三維場(chǎng)景，難度很大，有時(shí)甚至不可能。同時(shí)針對(duì)全方位視覺需要有一種全景的彩色光編碼技術(shù)來(lái)支持。
LED光源的出現(xiàn)為實(shí)現(xiàn)全景的彩色光編碼技術(shù)提供了技術(shù)基礎(chǔ)，使用超高亮度功率型紅、綠、藍(lán)三基色LED，可制成結(jié)構(gòu)緊湊發(fā)光效率比傳統(tǒng)白熾燈光源高的多的數(shù)字式調(diào)色調(diào)光光源，配合計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，可得到極其豐富多彩的發(fā)光效果。
LED，發(fā)光二極管又叫光發(fā)射二極管，英文名為L(zhǎng)ight Emitting Diode，是一種可將電能變?yōu)楣饽艿囊环N半導(dǎo)體器件，屬于固態(tài)光源。LED光源具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)(1)光色純LED是分立的光譜，譜線狹窄，色彩豐富，鮮艷，可以有多樣化的色調(diào)選擇和配光；(2)光束集中LED發(fā)光大部分集中會(huì)聚于中心，發(fā)散角小，發(fā)射光角在10°～100°，發(fā)光均勻性好，可以減少眩光，減化全景的彩色光編碼器的結(jié)構(gòu)；(3)小型化LED是用環(huán)氧樹脂封裝固態(tài)光源，其結(jié)構(gòu)既不像白熾燈有玻璃泡、燈絲等易損壞部件，也不像熒光燈有體積大的燈管和附件，它是一種全固體結(jié)構(gòu)，因此能經(jīng)得起震動(dòng)、沖擊而不至損壞，而且體積也相對(duì)減小，重量也輕，應(yīng)用靈活，可在狹小空間投光，利于集成在全景視覺傳感器內(nèi)；每個(gè)單元LED小片是3-5mm的正方形，所以可以制備成符合全景彩色結(jié)構(gòu)光器形狀的器件；(4)響應(yīng)速度快LED燈響應(yīng)時(shí)間短，可瞬間啟動(dòng)，反復(fù)開關(guān)，可靈活控制，加上時(shí)序控制電路可實(shí)現(xiàn)多種動(dòng)、閃、跳的燈光變幻。LED發(fā)光的響應(yīng)時(shí)間為納秒級(jí)，熒光燈一般為毫秒級(jí)(5)效能高消耗能量比同光效的白熾燈減少80％，可以省去散熱部分的設(shè)計(jì)；(6)顏色豐富改變電流可以變色，發(fā)光二極管方便地通過(guò)化學(xué)修飾方法，調(diào)整材料的能帶結(jié)構(gòu)和帶隙，實(shí)現(xiàn)紅黃綠蘭橙多色發(fā)光；通過(guò)設(shè)計(jì)可以覆蓋整個(gè)可見光和紅外光；(7)超長(zhǎng)壽命LED元件的壽命非常長(zhǎng)，理論上可達(dá)到50000小時(shí)之久，是投影燈泡的十倍，如果每天使用5小時(shí)計(jì)算，LED光源可以使用10年以上，而且頻繁的開關(guān)，也不會(huì)影響到使用壽命；(8)亮度衰減小LED的發(fā)光指向性非常強(qiáng)，亮度衰減比傳統(tǒng)光源低很多，在使用2000小時(shí)之后，其衰退率不超過(guò)5％。因此，利用LED器件的這些優(yōu)點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)一種全景的彩色光編碼器，為主動(dòng)三維立體全景視覺傳感器提供一種彩色全景投影光源。
另外，作為彩色全景投影光源需要全彩色化、超高亮度LED技術(shù)支持，超高亮度(UHB)是指發(fā)光強(qiáng)度達(dá)到或超過(guò)100mcd的LED，又稱坎德拉(cd)級(jí)LED。最近幾年高亮度AlGaInP和InGaN LED的研制進(jìn)展十分迅速，目前的技術(shù)水平已達(dá)到常規(guī)材料GaAlAs、GaAsP、GaP不可能達(dá)到的性能水平。1991年日本東芝公司和美國(guó)HP公司研制成InGaAlP 620nm橙色超高亮度LED，1992年InGaAlp590nm黃色超高亮度LED實(shí)用化。同年，東芝公司研制InGaAlP 573nm黃綠色超高亮度LED，法向光強(qiáng)達(dá)2cd。1994年日本日亞公司研制成InGaN 450nm藍(lán)(綠)色超高亮度LED。至今為此，彩色投影顯示所需的三基色紅、綠、藍(lán)以及橙、黃多種顏色的LED都達(dá)到了坎德拉級(jí)的發(fā)光強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了超高亮度化、全彩色化，使LED發(fā)光管能在戶外環(huán)境中全彩色投影逐漸成為現(xiàn)實(shí)。


發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有的立體視覺測(cè)量裝置的計(jì)算機(jī)資源消耗大、實(shí)時(shí)性能差、實(shí)用性不強(qiáng)、魯棒性不高等不足，本發(fā)明提供一種能夠減少計(jì)算機(jī)資源消耗、快速完成測(cè)量、實(shí)時(shí)性好、實(shí)用性強(qiáng)、魯棒性高的用于主動(dòng)三維立體全景視覺的彩色全景投影光源。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是 一種用于主動(dòng)三維立體全景視覺的彩色全景投影光源，包括圓球面體基板和多組具有不同發(fā)光中心波長(zhǎng)的超高亮度LED；所述的圓球面體基板為內(nèi)部圓球型中空、上下圓柱形中空的圓球面體，所述的圓球面體基板的外球面上按照經(jīng)度和緯度以相隔設(shè)定角度均勻等分排列著與超高亮度LED的外直徑相等的小孔；所述的多組具有不同發(fā)光中心波長(zhǎng)的超高亮度LED按照其發(fā)光中心波長(zhǎng)的長(zhǎng)短順序進(jìn)行分組，每組的超高亮度LED數(shù)目與經(jīng)度方向上的小孔數(shù)目相同，從最短發(fā)光中心波長(zhǎng)的超高亮度LED組到最長(zhǎng)發(fā)光中心波長(zhǎng)的超高亮度LED組依次從在所述的圓球面體基板上的最大北緯度值到最大南緯度值按順序插入到相應(yīng)的相應(yīng)的小孔內(nèi)，同一的發(fā)光中心波長(zhǎng)超高亮度LED組插入到同一緯度方向上的小孔內(nèi)，每個(gè)超高亮度LED的發(fā)射光方向與所插入相應(yīng)小孔的法線方向重合。
作為優(yōu)選的一種方案所述的彩色全景投影光源用于為全景視覺傳感器提供三維全景體結(jié)構(gòu)光源，對(duì)所述的彩色全景投影光源采用分時(shí)控制技術(shù)，通過(guò)電子開關(guān)來(lái)控制所述的彩色全景投影光源的發(fā)光或者不發(fā)光，在所述的彩色全景投影光源控制單元使所述的彩色全景投影光源的供電電源處于ON狀態(tài)時(shí)，在所述的全景視覺傳感器的成像單元中直接獲得空間某物點(diǎn)的深度和方位角度信息；在所述的彩色全景投影光源控制單元使所述的彩色全景投影光源的供電電源處于OFF狀態(tài)時(shí)，在所述的全景視覺傳感器的成像單元中直接獲得空間某物點(diǎn)的實(shí)際色彩信息。
進(jìn)一步，所述圓球面體基板的具體加工方法是首先將圓球面體基板加工成內(nèi)部圓球型中空、上下圓柱形中空的圓球面體；然后從在圓球面的最大直徑處從經(jīng)度方向上按相隔一定角度進(jìn)行等分，等分后的數(shù)量與采用的同一超高亮度LED的發(fā)光顏色的數(shù)目相同；接著從從圓球面的最大直徑處從緯度方向上按等角間隔進(jìn)行等分，等分后的數(shù)量與采用的超高亮度LED的發(fā)光顏色組的數(shù)目相同；經(jīng)緯方向的等分的間隔大小與所采用的超高亮度LED發(fā)射光角基本一致；在經(jīng)度方向上的等分線和在緯度方向上的等分線都有一個(gè)交點(diǎn)，每個(gè)交點(diǎn)都有相應(yīng)的經(jīng)度值和緯度值，然后以這些交點(diǎn)為鉆孔的中心，以超高亮度LED的外徑為鉆孔鉆頭的直徑，鉆孔的方向?qū)?zhǔn)圓球型體的球心。
再進(jìn)一步，彩色全景投影光源的組裝方法是在加工好圓球面體基板后，將同一的發(fā)光中心波長(zhǎng)超高亮度LED組插入到同一緯度方向上的孔內(nèi)，并且按從小的發(fā)光中心波長(zhǎng)超高亮度LED組到大的發(fā)光中心波長(zhǎng)超高亮度LED組按照?qǐng)A球面體基板上的最大北緯度值到最大南緯度值的孔依次排列插入；所有超高亮度LED插入完成后，根據(jù)超高亮度LED的正向電壓連接指標(biāo)進(jìn)行連線，連接線均在空心圓球型體內(nèi)，電源線通過(guò)圓球面體的空心圓柱體引出。
更進(jìn)一步，所述設(shè)定角度為10°，超高亮度LED的發(fā)射光角為10°～15°。
要實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明內(nèi)容，必須要解決兩個(gè)核心問(wèn)題(1)實(shí)現(xiàn)一種具有單一發(fā)射中心點(diǎn)、超高亮度的彩色全景投影光源，能為主動(dòng)三維立體全景視覺傳感器提供一種主動(dòng)全景結(jié)構(gòu)光源；(2)將彩色全景投影光源和全景視覺傳感器結(jié)合，實(shí)現(xiàn)一種能獲得與實(shí)際物體一一對(duì)應(yīng)的景物深度和色彩對(duì)應(yīng)圖的全景視覺傳感器。
目前的超高亮度LED制造技術(shù)已經(jīng)基本上能滿足投影光源的發(fā)光亮度要求，超高亮度紅AlGaAsLED與常規(guī)材料GaAsP-GaP LED相比，具有更高的發(fā)光效率，透明襯底(TS)AlGaAs LED(640nm)的流明效率已接近101m/W，比紅色GaAsP-GaPLED大10倍。超高亮度InGaAlP LED提供的顏色與GaAsP-GaP LED相同包括綠黃色(560nm)、淺綠黃色(570nm)、黃色(585nm)、淺黃(590nm)、橙色(605nm)、淺紅(625nm)、深紅(640nm)。透明襯底AlGaInP LED發(fā)光效率與其他LED結(jié)構(gòu)及白熾光源的比較，InGaAlP LED吸收襯底(AS)的流明效率為101m/W，透明襯底(TS)為201m/W，在590～626nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)比GaAsP-GaP LED的流明效率要高10～20倍；在560～570的波長(zhǎng)范圍內(nèi)則比GaAsP-GaP LED高出2～4倍。超高亮度InGaN LED提供了藍(lán)色光和綠色光，其波長(zhǎng)范圍藍(lán)色為450～480nm，藍(lán)綠色為500nm，綠色為520nm；其流明效率為3～151m/W?？茖W(xué)家們將AlGaInP材料和InGaN材料制造的超高亮度LED將多個(gè)(紅、藍(lán)、綠)超高亮度LED芯片組合在一起來(lái)得到各種顏色，目前其發(fā)光效率均已超過(guò)白熾燈，正向熒光燈接近。發(fā)光亮度已高于1000mcd，單LED功率已經(jīng)可以達(dá)到數(shù)瓦(不超過(guò)5W)，這些指標(biāo)已經(jīng)基本上滿足室外全天候、全色投影顯示的需要。目前在市場(chǎng)上銷售的超高亮度LED芯片用表1總結(jié)，隨著LED的應(yīng)用推廣，更多的具有不同發(fā)光中心波長(zhǎng)的超高亮度LED將會(huì)面世，這些都為彩色全景投影光源的設(shè)計(jì)提供了良好的基礎(chǔ)； 表1目前市售的超高亮度LED的發(fā)光顏色和相應(yīng)波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)表 在用超高亮度LED組合方式來(lái)設(shè)計(jì)彩色全景投影光源時(shí)，設(shè)計(jì)指標(biāo)是(1)所有參與陣列組合的超高亮度LED都必須具有單一發(fā)射中心點(diǎn)，即所有參與陣列組合的超高亮度LED投射方向延長(zhǎng)線都交于一個(gè)點(diǎn)；(2)從圓球面體來(lái)考慮，希望參與陣列組合的超高亮度LED，在同一經(jīng)度方向上需要等間距地排列具有同一的發(fā)光中心波長(zhǎng)超高亮度LED，在同一緯度方向上需要等間距地排列具有連續(xù)變化的發(fā)光中心波長(zhǎng)超高亮度LED。
本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在 1)、獲取實(shí)時(shí)的全景立體視頻圖像，跟蹤的監(jiān)控物體不會(huì)出現(xiàn)丟失，采用大仰角的雙曲面鏡的全景立體視頻設(shè)計(jì)，解決了大空間內(nèi)的快速移動(dòng)目標(biāo)對(duì)象的實(shí)時(shí)跟蹤提供了完整的理論體系和模型； 2)、提供了一種全新的立體視覺獲取方法，通過(guò)主動(dòng)的全景彩色結(jié)構(gòu)光發(fā)生、基于圓球面體的彩色光發(fā)射的技術(shù)和基于雙曲面鏡折反射的全方位成像技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了快速的全景立體攝像測(cè)量； 3)、不再需要繁瑣的攝像機(jī)標(biāo)定工作、特征提取、立體圖像匹配等步驟，為快速全景立體攝像測(cè)量提供了一種新的手段； 4)、通過(guò)彩色全景投影光源所生成的全景立體圖像本身具有立體感和距離感； 5)、充分利用了LED光色純和光束集中的優(yōu)點(diǎn)，構(gòu)成彩色全景投影光源的每個(gè)LED都具有分立的光譜，譜線狹窄，色彩豐富，鮮艷，LED發(fā)光大部分集中會(huì)聚于中心，發(fā)散角小，為準(zhǔn)確立體攝像測(cè)量提供了一種高分辨率的、高清晰的彩色投影裝置； 6)、充分利用了LED的響應(yīng)速度快和效能高的特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)LED供電電源的控制，在一個(gè)成像芯片不但能獲得全景范圍內(nèi)空間物點(diǎn)的深度距離信息，而且也能獲得空間物點(diǎn)的色彩信息，同時(shí)發(fā)光效率高不需要任何散熱裝置； 7)、作為主動(dòng)光源，LED具有小型化、輕量化、超長(zhǎng)壽命和亮度衰減小等優(yōu)點(diǎn)，在便攜、可靠、使用壽命、維護(hù)成本等性能指標(biāo)上具有明顯的優(yōu)勢(shì)； 8)、采用同一極球面坐標(biāo)處理手段，可利用數(shù)字幾何的計(jì)算方法能容易實(shí)現(xiàn)三維圖像重構(gòu)和三維物體測(cè)量?？蓮V泛的應(yīng)用于各種工業(yè)檢測(cè)、地理勘測(cè)、醫(yī)學(xué)整容、骨科矯形、文物復(fù)制、刑偵取證、保安識(shí)別、機(jī)器人視覺、模具快速成型、禮品、虛擬現(xiàn)實(shí)、人體測(cè)量、動(dòng)畫電影、游戲等許多應(yīng)用領(lǐng)域。



圖1為一種全景視覺傳感器的結(jié)構(gòu)圖； 圖2為一種彩色全景投影光源的結(jié)構(gòu)圖； 圖3為一種主動(dòng)三維立體全景視覺傳感器原理圖； 圖4為一種主動(dòng)三維立體全景視覺傳感器的立體測(cè)量范圍示意圖； 圖5為全景視覺傳感器的成像原理圖； 圖6為高斯球面坐標(biāo)與三維直角坐標(biāo)之間的關(guān)系示意圖； 圖7為雙目視覺中的中央眼的概念圖； 圖8為一種主動(dòng)三維立體全景視覺的彩色全景投影光源的立體攝像測(cè)量的原理圖； 圖9為全景視覺傳感器和彩色全景投影光源具有相同極平面的示意圖； 圖10為一種主動(dòng)三維立體全景視覺傳感器的系統(tǒng)構(gòu)成框圖。

具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
實(shí)施例1 參照?qǐng)D1～10，一種用于主動(dòng)三維立體全景視覺的彩色全景投影光源，包括圓球面體基板和多組具有不同發(fā)光中心波長(zhǎng)的超高亮度LED，圓球面體基板用于組合固定具有不同發(fā)光中心波長(zhǎng)的超高亮度LED，首先將圓球面體基板加工成圓球型體，其圓球型體的中心為空心圓球型體，球體的中間是一個(gè)空心圓柱體；然后從在圓球面的最大直徑處從經(jīng)度方向上按相隔一定角度進(jìn)行等分，比如分為36個(gè)等角間隔，那么每個(gè)等角間隔為10°；接著從從圓球面的最大直徑處從緯度方向上按等角間隔為10°進(jìn)行等分，等分后的數(shù)量與采用的超高亮度LED的發(fā)光顏色數(shù)目相同；在經(jīng)度方向上的等分線和在緯度方向上的等分線都有一個(gè)交點(diǎn)，每個(gè)交點(diǎn)都有相應(yīng)的經(jīng)度值和緯度值，然后以這些交點(diǎn)為鉆孔的中心，以超高亮度LED的外徑為鉆孔鉆頭的直徑，鉆孔的方向?qū)?zhǔn)圓球型體的球心，如附圖2所示；在加工好圓球面體基板后，將同一的發(fā)光中心波長(zhǎng)超高亮度LED插入到同一緯度方向上的孔內(nèi)，并且按從小的發(fā)光中心波長(zhǎng)超高亮度LED到大的發(fā)光中心波長(zhǎng)超高亮度LED按照小緯度值到大緯度值依次排列；所有超高亮度LED插入完成后，根據(jù)超高亮度LED的正向電壓連接指標(biāo)進(jìn)行連線，連接線均在空心圓球型體內(nèi)，電源線通過(guò)空心圓柱體引出；這樣當(dāng)給電源線供電時(shí)，圓球面同一緯度上的超高亮度LED發(fā)出同一的發(fā)光中心波長(zhǎng)的光，光線的方向就是球面的法線方向；而在圓球面不同緯度上的超高亮度LED發(fā)出逐漸變化的波長(zhǎng)光，比如在附圖2所示的情況下，彩色全景投影光源從低緯度到高緯度將依次發(fā)出藍(lán)色、藍(lán)綠色、綠色、綠黃色、淺綠黃色、黃色、淺黃、橙色、淺紅和深紅的波長(zhǎng)的光；超高亮度LED的發(fā)射光角對(duì)彩色全景投影光源所產(chǎn)生的彩色光有影響，在上述的設(shè)計(jì)中采用了等角間隔為10°的設(shè)計(jì)，那么所選擇超高亮度LED的發(fā)射光角以10°～15°為佳，超高亮度LED的大的發(fā)射光角會(huì)影響發(fā)光的均勻性。
說(shuō)明采用彩色全景投影光源后如何使得在一個(gè)二維的全景視頻圖像的每一個(gè)像素點(diǎn)本身都帶有景物的深度信息，如何通過(guò)該技術(shù)能提高圖像空間的信號(hào)源質(zhì)量從而解決立體視覺測(cè)量中的快速匹配問(wèn)題；本發(fā)明的目的是要實(shí)現(xiàn)主動(dòng)三維立體全景視覺傳感，開發(fā)出一種能獲得與實(shí)際物體一一對(duì)應(yīng)的景物深度和色彩對(duì)應(yīng)圖的全景視覺傳感器，通過(guò)集成彩色全景投影光源和全景視覺傳感器來(lái)構(gòu)建一種主動(dòng)立體全景視覺傳感器，實(shí)現(xiàn)在全景視覺傳感器的成像平面上的任何像素單元都具有景物深度、方位和色彩信息，最終實(shí)現(xiàn)用一幅全景圖像來(lái)直接感知、表達(dá)與重構(gòu)三維全景場(chǎng)景。
主動(dòng)立體全景視覺傳感器包括全景視覺傳感器、彩色全景投影光源以及用于對(duì)全方位圖像進(jìn)行三維立體攝像測(cè)量的微處理器，所述全景視覺傳感器與所述彩色全景投影光源配置在同一根軸心線上；所述全景視覺傳感器包括雙曲面鏡面2、上蓋1、透明半圓形外罩3、下固定座4、攝像單元固定座5、攝像單元6、連接單元7、上罩8，如附圖1所示；所述的雙曲面鏡面2固定在所述的上蓋1上，所述的連接單元7將所述的下固定座4和透明半圓形外罩3連接成一體，所述的透明半圓形外罩3與所述的上蓋1以及所述的上罩8通過(guò)螺釘固定在一起，所述的攝像單元6用螺釘固定在所述的攝像單元固定座5上，所述的攝像單元固定座5用螺釘固定在所述的下固定座4上，所述全景視覺傳感器中的所述的攝像單元6的輸出與所述微處理器連接；所述彩色全景投影光源包括圓球面體基板9-1和多組具有不同發(fā)光中心波長(zhǎng)的超高亮度LED9-2；所述彩色全景投影光源和所述全景視覺傳感器通過(guò)連接件10用螺釘進(jìn)行連接，如附圖3所示； 所述的彩色全景投影光源9是由幾組不同中心波長(zhǎng)的超高亮度LED所組成，每個(gè)超高亮度LED的發(fā)散角選擇在10°～15°左右，彩色全景投影光源的基板是一個(gè)內(nèi)空的圓球體9-1，每個(gè)超高亮度LED9-2按照其發(fā)光的中心波長(zhǎng)從小到大以北緯到南緯依次均勻地排列在圓球體9-1的孔內(nèi)，這里引用地球上對(duì)緯度的定義，零緯度線是從該線上的任何點(diǎn)到北極點(diǎn)、南極點(diǎn)的距離都是相等的，按照定義附圖3中的中心波長(zhǎng)為465nm的藍(lán)色光超高亮度LED9-2處在北緯50°，并且該中心波長(zhǎng)的藍(lán)色光超高亮度LED9-2均勻地排列在圓球體9-1的北緯50°線的孔內(nèi)；同樣道理，中心波長(zhǎng)為640nm的深紅色光超高亮度LED9-2處在南緯40°，并且該中心波長(zhǎng)的藍(lán)色光超高亮度LED9-2均勻地排列在圓球體9-1的南緯40°線的孔內(nèi)；每個(gè)超高亮度LED9-2的光線發(fā)射方向與圓球體9-1的法線方向重合，這樣產(chǎn)生的所有彩色光均是從圓球體9-1的中心向外發(fā)射，就在整個(gè)球面上產(chǎn)生了一圈圈的彩色結(jié)構(gòu)光，所形成的彩色結(jié)構(gòu)光與所述彩色全景投影光源上某個(gè)超高亮度LED所處的緯度值αp之間具有一定的函數(shù)關(guān)系，因此只要得到某一個(gè)光的波長(zhǎng)就可以估算出彩色全景投影光源的緯度值αp； 由于彩色全景投影光源9的軸心和全景視覺傳感器的軸心相重疊，彩色全景投影光源9的主動(dòng)投影的經(jīng)度必定是與全景視覺傳感器的方位角相一致的，從計(jì)算機(jī)視覺的角度來(lái)說(shuō)，必定處在同一極平面上，如附圖9所示；因此就不需要在被動(dòng)立體視覺中所要進(jìn)行的極線匹配的計(jì)算過(guò)程； 根據(jù)上述的設(shè)計(jì)，當(dāng)彩色全景投影光源處于供電狀態(tài)時(shí)，在經(jīng)度方向上形成了360°、在緯度方向上形成了呈按照角度函數(shù)關(guān)系變化的一圈圈的峰值波長(zhǎng)的投射光，如附圖8所示，當(dāng)空間上的一個(gè)點(diǎn)A(X，Y，Z)接受到一定波長(zhǎng)的光，按照附圖3的配置方式，投射到點(diǎn)A(X，Y，Z)的光是綠色光，波長(zhǎng)為520nm，該光點(diǎn)A(X，Y，Z)繼續(xù)向全景視覺傳感器的雙曲面鏡2反射，光線朝向全景視覺傳感器的雙曲面鏡2的實(shí)焦點(diǎn)，根據(jù)雙曲面的鏡面特性向著全景視覺傳感器的虛焦點(diǎn)14折反射，圖5所示；反映實(shí)物圖像的各具有一定波長(zhǎng)的光點(diǎn)經(jīng)全景視覺傳感器的雙曲面鏡2反射到聚光透鏡中成像，在該成像平面上的一個(gè)點(diǎn)P(x，y)對(duì)應(yīng)著實(shí)物在空間上的一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)A(X，Y，Z)，成像光路圖如圖8中的粗實(shí)線所示； 通過(guò)上述的設(shè)計(jì)，彩色全景投影光源和全景視覺傳感器分別具有兩個(gè)獨(dú)立視點(diǎn)，并且這兩個(gè)獨(dú)立視點(diǎn)處在同一對(duì)稱中心軸的這兩個(gè)特點(diǎn)；所謂的視點(diǎn)對(duì)于彩色全景投影光源來(lái)說(shuō)是指彩色全景投影光源的發(fā)射中心點(diǎn)，即圓球面體9-1的圓心；對(duì)于全景視覺傳感器來(lái)講是指全景視覺傳感器的折反射鏡面的實(shí)焦點(diǎn)，如附圖5中的Om 13；這樣的配置使得在原有立體攝像測(cè)量技術(shù)中的攝像機(jī)的標(biāo)定、特征選取、圖像匹配步驟進(jìn)行簡(jiǎn)化，通過(guò)彩色全景投影光源和全景視覺傳感器的共同作用確定了空間上的一個(gè)點(diǎn)A(X，Y，Z)在成像平面上點(diǎn)P(x，y)的投射角αp和入射角αo，即在成像平面上點(diǎn)P(x，y)上可以確定點(diǎn)A(X，Y，Z)的深度信息，如附圖8(c)所示； 關(guān)于方位角，由于彩色全景投影光源9的軸心和全景視覺傳感器的軸心相重疊，彩色全景投影光源9的主動(dòng)投影的經(jīng)度必定是與全景視覺傳感器的方位角相一致，因此將彩色全景投影光源9的主動(dòng)投影的經(jīng)度值作為全景視覺傳感器的方位角數(shù)據(jù)； 介紹全景視覺傳感器的工作原理進(jìn)入雙曲面鏡的中心的光，根據(jù)雙曲面的鏡面特性向著其虛焦點(diǎn)折射。實(shí)物圖像經(jīng)雙曲面鏡反射到聚光透鏡中成像，在該成像平面上的一個(gè)點(diǎn)P(x，y)對(duì)應(yīng)著實(shí)物在空間上的一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)A(X，Y，Z)； 圖5中的2--雙曲線面鏡，12-入射光線，13-雙曲面鏡的實(shí)焦點(diǎn)Om(0，0，c)，14-雙曲面鏡的虛焦點(diǎn)，即攝像單元6的中心Oc(0，0，-c)，15-反射光線，16-成像平面，17-實(shí)物圖像的空間坐標(biāo)A(X，Y，Z)，18-入射到雙曲面鏡面上的圖像的空間坐標(biāo)，19-反射在成像平面上的點(diǎn)P(x，y)； 圖5中所示的雙曲面鏡構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)可以由下面5個(gè)等式表示； ((X2+Y2)/a2)-((Z-c)2/b2)＝-1當(dāng)Z＞0時(shí) (1) β＝tan-1(Y/X)(3) α＝tan-1[(b2+c2)sinγ-2bc]/(b2+c2)cosγ (4) 式中X、Y、Z表示空間坐標(biāo)，c表示雙曲面鏡的焦點(diǎn)，2c表示兩個(gè)焦點(diǎn)之間的距離，a，b分別是雙曲面鏡的實(shí)軸和虛軸的長(zhǎng)度，β表示入射光線在XY投影平面上與X軸的夾角，即方位角，α表示入射光線在XZ投影平面上與X軸的夾角，這里將α稱為入射角，α大于或等于0時(shí)稱為俯角，將α小于0時(shí)稱為仰角，f表示成像平面到雙曲面鏡的虛焦點(diǎn)的距離，γ表示折反射光線與Z軸的夾角；x，y表示在成像平面上的一個(gè)點(diǎn)； 為了獲得比較大的立體視覺范圍，在所述的雙曲面鏡面2設(shè)計(jì)時(shí)需要盡可能加大雙曲面鏡面的仰角，采用減小雙曲面鏡的實(shí)軸a和虛軸b的比來(lái)加大雙曲面鏡面的仰角，設(shè)計(jì)時(shí)需根據(jù)立體視覺的范圍、雙曲面鏡的直徑大小來(lái)選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)膶?shí)軸a和虛軸b的比，最大仰角極限是雙曲線的漸進(jìn)線與X軸的夾角； 具有某一特定波長(zhǎng)的點(diǎn)將在全景視覺傳感器的成像平面上有一個(gè)對(duì)應(yīng)點(diǎn)，即P(x，y)，根據(jù)雙曲面鏡的折反射成像原理可通過(guò)公式(6)計(jì)算出該點(diǎn)的折反射光線與Z軸的夾角γo；有了折反射角γo，就可以通過(guò)公式(7)計(jì)算得到具有某一特定波長(zhǎng)的點(diǎn)的入射角αo， αo＝tan-1[(b2+c2)sinγo-2bc]/(b2+c2)cosγo(7) 由于某一波長(zhǎng)光的波長(zhǎng)的投射角αp與入射角αo均在同一極平面上，有了這兩個(gè)數(shù)據(jù)就能方便地得到空間點(diǎn)與觀察點(diǎn)的位置深度和角度信息，即在全景視覺傳感器成像平面上的某一個(gè)像素點(diǎn)的位置代表入射角αo的信息，該像素點(diǎn)的色彩代表投射角αp的信息； 為了獲得成像點(diǎn)的實(shí)際色彩信息，在設(shè)計(jì)的一種用于主動(dòng)三維立體全景視覺的彩色全景投影光源中采用分時(shí)控制技術(shù)，即通過(guò)控制彩色全景投影光源的發(fā)光，即控制超高亮度LED光源的供電，當(dāng)給超高亮度LED光源的供電時(shí)在全景視覺傳感器的成像平面上獲得空間某物點(diǎn)的深度和方位角度信息；當(dāng)讓LED光源的供電電源切斷時(shí)，由于LED光源的響應(yīng)速度快，這樣通過(guò)自然光來(lái)獲得物點(diǎn)的色彩信息；時(shí)間信息由微處理器的時(shí)鐘時(shí)間來(lái)確定；因此，如圖9所示的任何空間物點(diǎn)A(R，φ，β，r，g，b，t)的深度、角度、色彩和時(shí)間等信息都可以在高斯球面坐標(biāo)系中進(jìn)行表達(dá)。實(shí)現(xiàn)了在主動(dòng)立體全景視覺傳感器中所獲得的立體視頻信息具備與實(shí)際物體成一一對(duì)應(yīng)的景物深度和色彩對(duì)應(yīng)圖。
所述的微處理器中包括彩色全景投影光源控制單元、視頻圖像讀取模塊、空間信息計(jì)算模塊、三維圖像重構(gòu)模塊和存儲(chǔ)設(shè)備；如附圖6所示； 所述的彩色全景投影光源控制單元，用于控制彩色全景投影光源發(fā)出全彩色全景結(jié)構(gòu)光，在彩色全景投影光源控制單元使彩色全景投影光源的供電電源處于ON狀態(tài)時(shí)，在全景視覺傳感器的成像單元中直接獲得空間某物點(diǎn)的深度和方位角度信息；在彩色全景投影光源控制單元使彩色全景投影光源的供電電源處于OFF狀態(tài)時(shí)，在全景視覺傳感器的成像單元中直接獲得空間某物點(diǎn)的實(shí)際色彩信息；實(shí)際彩色全景投影光源的供電電源開關(guān)控制采用電子開關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)； 所述的視頻圖像讀取模塊，用于讀取全景視覺傳感器的視頻圖像，并保存在所述的存儲(chǔ)設(shè)備中，其輸出與所述的空間信息計(jì)算模塊連接；在彩色全景投影光源的供電電源處于ON狀態(tài)時(shí)所讀取的全景視頻圖像中的各像素色彩帶有某物點(diǎn)的深度和方位角度信息；在彩色全景投影光源的供電電源處于OFF狀態(tài)時(shí)所讀取的全景視頻圖像中的各像素色彩帶有某物點(diǎn)的實(shí)際色彩信息；如附圖8所示；比如在附圖8(a)中某物點(diǎn)的像素P(i，j)中讀取的顏色為藍(lán)色，該顏色表示彩色全景投影光源的投射角αp為北緯40°，根據(jù)雙曲面鏡的成像原理通過(guò)公式(6)、(7)計(jì)算成像平面上的P(i，j)的入射角αo，通過(guò)投射角αp、入射角αo以及彩色全景投影光源的中心點(diǎn)和全景視覺傳感器的實(shí)焦點(diǎn)Om之間的距離得到空間物點(diǎn)的深度信息； 所述的空間信息計(jì)算模塊，用于計(jì)算空間上的物點(diǎn)到立體視覺測(cè)量裝置中心點(diǎn)的距離及入射角，分別計(jì)算空間物點(diǎn)與全景視覺傳感器的實(shí)焦點(diǎn)Om的距離R1、空間物點(diǎn)與彩色全景投影光源的中心點(diǎn)Op的距離R2、空間物點(diǎn)與中央眼的距離R以及空間物點(diǎn)的入射角φ；其輸出與三維圖像重構(gòu)模塊連接； 所述的三維圖像重構(gòu)模塊，用于將在全景視覺傳感器中所獲取的全景圖像進(jìn)行柱狀展開運(yùn)算，展開圖中橫坐標(biāo)表示方位角，縱坐標(biāo)表示入射角；在展開全方位圖像時(shí)需要將該中心部分的圖像單獨(dú)分離出來(lái)，然后對(duì)全方位圖像進(jìn)行展開，展開算法中水平方向的計(jì)算步長(zhǎng)為，Δβ＝2π/l，式中l(wèi)為水平展開幅度；垂直方向的計(jì)算步長(zhǎng)為Δm＝(αo-max-αo-min)/m；式中，αo-max為全景原圖最大有效半徑Rmax對(duì)應(yīng)的場(chǎng)景光線入射角，αo-min為全景原圖最小有效半徑Rmin對(duì)應(yīng)的場(chǎng)景光線入射角； 與用極坐標(biāo)表示的全景原圖中的原像點(diǎn)A(φ，β)對(duì)應(yīng)的球面展開方式中的A點(diǎn)坐標(biāo)分別為 x＝β/Δβ，y＝(αo-αo-min)/Δm(8) 式中Δβ為水平方向的計(jì)算步長(zhǎng)，β為方位角，Δm為垂直方向的計(jì)算步長(zhǎng)，αo全景原圖有效半徑R對(duì)應(yīng)的場(chǎng)景光線入射角，αo-min為全景原圖最小有效半徑Rmin對(duì)應(yīng)的場(chǎng)景光線入射角； 在對(duì)全景圖像進(jìn)行柱狀展開時(shí)，針對(duì)彩色全景投影光源的電源處于ON/OFF兩種狀態(tài)會(huì)產(chǎn)生兩種不同的柱狀展開圖；當(dāng)彩色全景投影光源的供電電源處于ON的狀態(tài)時(shí)，在柱狀展開圖上帶有全景彩色結(jié)構(gòu)光所照射全景視頻圖像；當(dāng)彩色全景投影光源的供電電源處于OFF的狀態(tài)時(shí)，在柱狀展開圖上自然光所投射的全景視頻圖像； 作為優(yōu)選的再一種方案所述的空間信息計(jì)算單元包括投射角αp計(jì)算單元、入射角αo計(jì)算單元和距離計(jì)算單元； 投射角αp計(jì)算單元，用于利用彩色全景投影的投射角αp與彩色全景投影中某個(gè)高亮度LED所發(fā)射出的光波長(zhǎng)之間具有一定的函數(shù)關(guān)系來(lái)計(jì)算的，當(dāng)彩色全景投影光源的供電電源處于ON狀態(tài)時(shí)，成像平面上的像素的色彩分量與投射角αp存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，利用該關(guān)系來(lái)得到投射角αp； 入射角αo計(jì)算單元，用于利用全景視覺傳感器的入射角αo與折反射角γo之間存在著公式(9)所示的函數(shù)關(guān)系， αo＝tan-1[(b2+c2)sinγo-2bc]/(b2+c2)cosγo(9) 折反射角γo與成像平面上的一個(gè)點(diǎn)(x，y)存在著公式(10)所示的函數(shù)關(guān)系， 通過(guò)公式(9)和(10)可得到成像平面上的一個(gè)點(diǎn)(x，y)與入射角αo之間的函數(shù)關(guān)系； 距離計(jì)算單元，用于利用公式(11)～(14)分別計(jì)算空間物點(diǎn)與全景視覺傳感器的實(shí)焦點(diǎn)Om的距離R1、空間物點(diǎn)與彩色全景投影光源的實(shí)焦點(diǎn)Op的距離R2、空間物點(diǎn)與中央眼的距離R以及空間物點(diǎn)的入射角φ， (14) 式中B為基線距，αo為入射角，αp為投射角，R1為物點(diǎn)A與全景視覺傳感器的實(shí)焦點(diǎn)Om的距離，R2為物點(diǎn)A與彩色全景投影光源的實(shí)焦點(diǎn)Op的距離，R為物點(diǎn)A與中央眼的距離，φ為空間物點(diǎn)相對(duì)于中央眼的入射角。
再進(jìn)一步，在所述的空間信息計(jì)算模塊中，設(shè)置一張光編碼表來(lái)實(shí)現(xiàn)某一光波長(zhǎng)λ與某一投射角αp之間存在的映射關(guān)系，一張入射角計(jì)算表來(lái)實(shí)現(xiàn)某一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)與該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的入射角αo之間存在的映射關(guān)系，投射角αp、入射角αo計(jì)算采用查表方式實(shí)現(xiàn)；首先在彩色全景投影光源的供電電源處于ON狀態(tài)時(shí)按全景視覺傳感器的成像平面的點(diǎn)坐標(biāo)順序讀取某一個(gè)像素點(diǎn)的波長(zhǎng)λ值，以點(diǎn)坐標(biāo)值檢索入射角計(jì)算表得到該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的入射角αo，接著以該點(diǎn)的光波長(zhǎng)λ值檢索光編碼表得到該光波長(zhǎng)λ所對(duì)應(yīng)的投射角αp；最后利用公式(11)或者公式(12)或者公式(13)計(jì)算得到空間上某一點(diǎn)的距離信息； 再進(jìn)一步，我們可以設(shè)計(jì)一張投射角αp與顏色波長(zhǎng)λ值的關(guān)系表，如表2所示； 表2投射角αp與相應(yīng)顏色波長(zhǎng)λ值對(duì)應(yīng)表 如果在成像平面的某個(gè)像素點(diǎn)上獲得的色彩波長(zhǎng)為540nm，根據(jù)查表，可以得到該顏色波長(zhǎng)在綠色520nm和綠黃色560nm之間，可以通過(guò)插值計(jì)算得到在色彩波長(zhǎng)為540nm時(shí)的投射角αp為北緯25°； 本發(fā)明中采用“中央眼”視覺方式來(lái)描述空間上某一物點(diǎn)A的信息(R，φ，β，r，g，b，t)，所謂的中央眼是立體視覺基線距的中點(diǎn)，是通過(guò)全景視覺傳感器和全景彩色結(jié)構(gòu)光發(fā)送器的視點(diǎn)之間的連線中心點(diǎn)來(lái)算得到，這里將中央眼的坐標(biāo)作為高斯球面坐標(biāo)的原點(diǎn)O，如圖8所示；空間上某一物點(diǎn)A的信息(R，φ，β，r，g，b，t)中的R用公式(13)的計(jì)算結(jié)果設(shè)置，φ用公式(14)的計(jì)算結(jié)果設(shè)置，β用公式(3)的計(jì)算結(jié)果設(shè)置，r，g，b分別用當(dāng)LED光源的供電電源處于OFF狀態(tài)時(shí)全景視覺傳感器的成像平面上該像素點(diǎn)的實(shí)際色彩分量值設(shè)置，t用微處理器的時(shí)鐘進(jìn)行設(shè)置；這樣空間上的任何點(diǎn)的信息都能用(R，φ，β，r，g，b，t)7個(gè)分量值進(jìn)行表達(dá)，如附圖9所示。
實(shí)施例2 參照?qǐng)D1～圖10，本實(shí)施例的LED光源的光譜范圍的選擇方面，在一些特殊場(chǎng)合，如需要彩色全景投影光源發(fā)出的是紅外光譜，因此將LED器件的光譜范圍選擇在700nm～2000nm。
本實(shí)施例的其他結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程與實(shí)施例1相同。
權(quán)利要求
1、一種用于主動(dòng)三維立體全景視覺的彩色全景投影光源，其特征在于所述彩色全景投影光源包括圓球面體基板和多組具有不同發(fā)光中心波長(zhǎng)的超高亮度LED；所述的圓球面體基板為內(nèi)部圓球型中空、上下圓柱形中空的圓球面體，所述的圓球面體基板的外球面上按照經(jīng)度和緯度以相隔設(shè)定角度均勻等分排列著與超高亮度LED的外直徑相等的小孔；所述的多組具有不同發(fā)光中心波長(zhǎng)的超高亮度LED按照其發(fā)光中心波長(zhǎng)的長(zhǎng)短順序進(jìn)行分組，每組的超高亮度LED數(shù)目與經(jīng)度方向上的小孔數(shù)目相同，從最短發(fā)光中心波長(zhǎng)的超高亮度LED組到最長(zhǎng)發(fā)光中心波長(zhǎng)的超高亮度LED組依次從在所述的圓球面體基板上的最大北緯度值到最大南緯度值按順序插入到相應(yīng)的相應(yīng)的小孔內(nèi)，同一的發(fā)光中心波長(zhǎng)超高亮度LED組插入到同一緯度方向上的小孔內(nèi)，每個(gè)超高亮度LED的發(fā)射光方向與所插入相應(yīng)小孔的法線方向重合。
2、如權(quán)利要求1所述的用于主動(dòng)三維立體全景視覺的彩色全景投影光源，其特征在于所述的彩色全景投影光源用于為全景視覺傳感器提供三維全景體結(jié)構(gòu)光源，對(duì)所述的彩色全景投影光源采用分時(shí)控制技術(shù)，通過(guò)電子開關(guān)來(lái)控制所述的彩色全景投影光源的發(fā)光或者不發(fā)光，在所述的彩色全景投影光源控制單元使所述的彩色全景投影光源的供電電源處于ON狀態(tài)時(shí)，在所述的全景視覺傳感器的成像單元中直接獲得空間某物點(diǎn)的深度和方位角度信息；在所述的彩色全景投影光源控制單元使所述的彩色全景投影光源的供電電源處于OFF狀態(tài)時(shí)，在所述的全景視覺傳感器的成像單元中直接獲得空間某物點(diǎn)的實(shí)際色彩信息。
3、如權(quán)利要求1或2所述的用于主動(dòng)三維立體全景視覺的彩色全景投影光源，其特征在于所述圓球面體基板的具體加工方法是首先將圓球面體基板加工成內(nèi)部圓球型中空、上下圓柱形中空的圓球面體；然后從在圓球面的最大直徑處從經(jīng)度方向上按相隔一定角度進(jìn)行等分，等分后的數(shù)量與采用的同一超高亮度LED的發(fā)光顏色的數(shù)目相同；接著從從圓球面的最大直徑處從緯度方向上按等角間隔進(jìn)行等分，等分后的數(shù)量與采用的超高亮度LED的發(fā)光顏色組的數(shù)目相同；經(jīng)緯方向的等分的間隔大小與所采用的超高亮度LED發(fā)射光角基本一致；在經(jīng)度方向上的等分線和在緯度方向上的等分線都有一個(gè)交點(diǎn)，每個(gè)交點(diǎn)都有相應(yīng)的經(jīng)度值和緯度值，然后以這些交點(diǎn)為鉆孔的中心，以超高亮度LED的外徑為鉆孔鉆頭的直徑，鉆孔的方向?qū)?zhǔn)圓球型體的球心。
4、如權(quán)利要求1或2所述的用于主動(dòng)三維立體全景視覺的彩色全景投影光源，其特征在于彩色全景投影光源的組裝方法是在加工好圓球面體基板后，將同一的發(fā)光中心波長(zhǎng)超高亮度LED組插入到同一緯度方向上的孔內(nèi)，并且按從小的發(fā)光中心波長(zhǎng)超高亮度LED組到大的發(fā)光中心波長(zhǎng)超高亮度LED組按照?qǐng)A球面體基板上的最大北緯度值到最大南緯度值的孔依次排列插入；所有超高亮度LED插入完成后，根據(jù)超高亮度LED的正向電壓連接指標(biāo)進(jìn)行連線，連接線均在空心圓球型體內(nèi)，電源線通過(guò)圓球面體的空心圓柱體引出。
5、如權(quán)利要求1或2所述的用于主動(dòng)三維立體全景視覺的彩色全景投影光源，其特征在于所述設(shè)定角度為10°，超高亮度LED的發(fā)射光角為10°～15°。
全文摘要
一種用于主動(dòng)三維立體全景視覺的彩色全景投影光源，包括球面體基板和多組具有不同發(fā)光中心波長(zhǎng)的超高亮度LED，球面體基板用于組合固定具有不同發(fā)光中心波長(zhǎng)的超高亮度LED，實(shí)現(xiàn)一種具有單一發(fā)射中心點(diǎn)、超高亮度的彩色全景投影光源，能為主動(dòng)三維立體全景視覺傳感器提供一種主動(dòng)全景體結(jié)構(gòu)光源；將彩色全景投影光源和全景視覺傳感器結(jié)合，實(shí)現(xiàn)一種能獲得與實(shí)際物體一一對(duì)應(yīng)的景物深度和色彩對(duì)應(yīng)圖的全景視覺傳感器，能夠減少計(jì)算資源、快速完成測(cè)量、實(shí)時(shí)性好、實(shí)用性強(qiáng)、魯棒性高。
文檔編號(hào)G03B21/20GK101614947SQ20091010132
公開日2009年12月30日 申請(qǐng)日期2009年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月30日
發(fā)明者湯一平, 湯曉燕, 宋明理 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)