基于魚眼鏡頭的全方位機(jī)器視覺應(yīng)用研究

1、天津理工大學(xué)碩士學(xué)位論文基于魚眼鏡頭的全方位機(jī)器視覺應(yīng)用研究姓名：劉麗群申請學(xué)位級別：碩士專業(yè)：機(jī)械電子工程指導(dǎo)教師：曹作良20090101，、，一，、析【，（），。，（），：，獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝之處外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得天津理工大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。學(xué)位論文作者簽名：別群一一簽字日期：弘年；月日。學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書墨盜堡蘭盤堂有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定

2、。特授權(quán)叁盜墨墨盤至可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，并采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編，以供查閱和借閱。同意學(xué)校向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)本和電子文件。（保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說明）本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)位論文作者簽名：主而舜導(dǎo)師簽名：磁作霞簽字日期：加年月。日簽字日期：少年弓月口日第一章緒論第一章緒論機(jī)器視覺研究概述機(jī)器視覺的定義與特點(diǎn)人類在生產(chǎn)實(shí)踐的過程中，面臨自身能力的局限性，因而發(fā)明和創(chuàng)造了許多智能機(jī)器來輔助或代替人類完成任務(wù)。而在現(xiàn)代化大生產(chǎn)中，傳統(tǒng)的人工檢測方法已經(jīng)不能適應(yīng)生產(chǎn)自動化和高外觀質(zhì)量的要求，因而人們開始考慮計(jì)算機(jī)的快速性、

3、可靠性、結(jié)果的可重復(fù)性，與人類視覺的高度智能化和抽象能力相結(jié)合，由此產(chǎn)生了一種新的檢測技術(shù)一機(jī)器視覺技術(shù)。機(jī)器視覺是基于視覺技術(shù)的一門科學(xué)，其核心技術(shù)是視覺處理，并通過對視覺處理來執(zhí)行進(jìn)一步的檢測與控制等。美國制造工程師協(xié)會（）機(jī)器視覺分會和美國機(jī)器人工業(yè)協(xié)會（）的自動化視覺分會對機(jī)器視覺的定義為：“機(jī)器視覺是通過光學(xué)的裝置和非接觸的傳感器自動地接收和處理一個真實(shí)物體的圖像，以獲得所需信息或用于控制機(jī)器人運(yùn)動的裝置”。心機(jī)器視覺系統(tǒng)是機(jī)器視覺的現(xiàn)實(shí)表現(xiàn)形式。機(jī)器視覺系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)儀器設(shè)備精密控制、智能化、自動化有效途徑，稱為現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的“機(jī)器眼睛”，口其主要作用是在一些不適合于人工作業(yè)的危險(xiǎn)工

4、作環(huán)境或人工視覺難以滿足要求的場合，用機(jī)器視覺來替代人工視覺；同時在大批量工業(yè)生產(chǎn)過程中，用人工視覺檢查產(chǎn)品質(zhì)量效率低且精度不高，用機(jī)器視覺檢測方法可以大大提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的自動化程度。而且機(jī)器視覺易于實(shí)現(xiàn)信息集成，是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集成制造的基礎(chǔ)技術(shù)。機(jī)器視覺系統(tǒng)主要具有以下特點(diǎn)：）精度高：設(shè)計(jì)優(yōu)秀的機(jī)器視覺系統(tǒng)能夠?qū)σ磺€或更多目標(biāo)的一個進(jìn)行空間測量。因?yàn)榇朔N測量不需要接觸目標(biāo)，所以對目標(biāo)沒有損傷和危險(xiǎn)，同時由于采用了計(jì)算機(jī)技術(shù)，因此具有極高的精確度。）連續(xù)性：機(jī)器視覺系統(tǒng)可以使人們免受疲勞之苦。因?yàn)闆]有人工操作者，也就沒有了人為造成的操作變化。多個系統(tǒng)可以設(shè)定單獨(dú)運(yùn)行。）靈活性：機(jī)器視覺系統(tǒng)

5、能夠進(jìn)行各種不同的信息獲取或測量。當(dāng)應(yīng)用環(huán)境變化以后，只需軟件做相應(yīng)變化或者升級以適應(yīng)新的需求即可。）標(biāo)準(zhǔn)性：機(jī)器視覺系統(tǒng)的核心是視覺圖像技術(shù)，因此不同廠商的機(jī)器視覺系統(tǒng)產(chǎn)品其標(biāo)準(zhǔn)是一致的，這為機(jī)器視覺的廣泛應(yīng)用提供了極大的方便。第一章緒論機(jī)器視覺系統(tǒng)的分類及關(guān)鍵技術(shù)依據(jù)光學(xué)特征，機(jī)器視覺可分為可見光機(jī)器視覺系統(tǒng)（基于或等傳感器）和非可見光（基于光、紅外光以及超聲波等傳感器）機(jī)器視覺系統(tǒng)；根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域，則可以分為工業(yè)機(jī)器視覺系統(tǒng)和非工業(yè)機(jī)器視覺系統(tǒng)，通常從事工業(yè)自動化人員只把工業(yè)機(jī)器視覺系統(tǒng)稱作機(jī)器視覺而把非工業(yè)機(jī)器視覺系統(tǒng)稱為圖像裝置或圖像系統(tǒng)。由于機(jī)器視覺系統(tǒng)可以快速獲取大量信息，而且易于

6、自動處理，也易于同設(shè)計(jì)信息以及加工控制信息集成。因此，在現(xiàn)代自動化生產(chǎn)過程中，人們將機(jī)器視覺系統(tǒng)廣泛地用于工況監(jiān)視、成品檢驗(yàn)和質(zhì)量控制等領(lǐng)域，用于提高生產(chǎn)的柔性和自動化程度。目前，機(jī)器視覺系統(tǒng)有兩方面應(yīng)用：）機(jī)器視覺系統(tǒng)可以探測目標(biāo)（監(jiān)視、檢測與控制）；）機(jī)器視覺也可以用來創(chuàng)造一個部件，即運(yùn)用光學(xué)器件和軟件相結(jié)合直接指導(dǎo)制造過程（虛擬制造）。一個典型的工業(yè)機(jī)器視覺系統(tǒng)一般以計(jì)算機(jī)為中心，主要由視覺傳感器、高速圖像采集系統(tǒng)及專用圖像處理系統(tǒng)等模塊組成，其基本組成模塊如圖所示：圖工業(yè)機(jī)器視覺系統(tǒng)該系統(tǒng)的實(shí)用關(guān)鍵技術(shù)有哺：）、光源照明技術(shù)在目前的機(jī)器視覺應(yīng)用系統(tǒng)中，好的光源與照明方案往往是整個系統(tǒng)成

7、敗的關(guān)鍵，并不是簡單的照亮目標(biāo)物體而已。光源與照明方案的配合應(yīng)盡可能地突出物體特征量，在物體需要檢測的部分與那些不重要部分之間應(yīng)盡可能地產(chǎn)生明顯的區(qū)別，增加對比度。同時還應(yīng)保證足夠的整體亮度，物體位置的變化不應(yīng)該影響成像的質(zhì)量。）、圖像采集技術(shù)圖像采集系統(tǒng)是機(jī)器人視覺系統(tǒng)工作的第一步也是對后續(xù)處理效果有重要影響的一步，采集到的質(zhì)量好壞直接影響最后的圖像處理和三維重建的結(jié)果的正確性。它由攝像機(jī)、攝像頭、圖像采集卡、計(jì)算機(jī)和圖像采集軟件組成。它的主要功能是實(shí)時地將視覺傳感器獲取的模擬視頻信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號，并將圖像直接傳送給計(jì)算機(jī)進(jìn)行顯示和處理，或者將數(shù)字圖像傳送給專用圖像處理系統(tǒng)進(jìn)行視覺信號

8、的實(shí)時前端處理。）、圖像處理技術(shù)由攝像機(jī)獲取的圖像必須經(jīng)過進(jìn)一步的處理后才能獲取進(jìn)行三維重建有用的信息。第一章緒論由攝像機(jī)本身的精密問題以及物體表面反射光線的畸變造成的誤差必須要在處理過程中考慮進(jìn)去。圖像處理涉及到圖像的平滑、銳化、中值濾波去噪，以及圖像的邊緣檢測、邊緣提取等處理算法問題冷。機(jī)器人視覺年代中后期，計(jì)算機(jī)視覺研究與機(jī)器人技術(shù)相結(jié)合，從而產(chǎn)生了機(jī)器人視覺這門技術(shù)。到了年代，隨著計(jì)算機(jī)能力的增強(qiáng)和普及應(yīng)用，以及圖像處理硬件和攝像機(jī)的快速發(fā)展，視覺機(jī)器人系統(tǒng)吸引了眾多研究人員的注意。在過去的幾年里，機(jī)器人視覺控制無論是在理論上還是在應(yīng)用方面都有很大進(jìn)步。由于機(jī)器人要完成某些行為或一系列

9、動作，所以機(jī)器人視覺更注重于視覺對于其行為和動作所起的指導(dǎo)作用。機(jī)器人視覺可定義為這樣一個過程：利用視覺傳感器獲取環(huán)境的視覺信息，一般視覺信息的形式是些特殊的圖像，通過計(jì)算機(jī)視覺處理方法對視覺信息進(jìn)行、處理、分析和解釋，得到有關(guān)環(huán)境的描述并為機(jī)器入特定的行為任務(wù)提供有用的數(shù)據(jù)信息或指令。與人類視覺對于人的行為所起的重要作用一樣，機(jī)器人視覺系統(tǒng)將賦予機(jī)器人一種高級感覺機(jī)構(gòu)，使得機(jī)器人能以智能和靈活的方式對其周圍的環(huán)境做出反應(yīng)。全方位視覺的基本介紹全方位視覺的概念目前一般的機(jī)器視覺技術(shù)都是通過常規(guī)鏡頭來獲取場景的信息。但常規(guī)鏡頭的視場角比較小，只能獲取視場有限的局部信息，這樣導(dǎo)致視覺系統(tǒng)的盲區(qū)較大

10、，限制了視覺技術(shù)的應(yīng)用范圍。為了獲取更大的視野場景，研究者經(jīng)過研究提出了各種方法，其中一種方法就是使用全方位視覺系統(tǒng)（）。全方位視覺系統(tǒng)由一個攝像機(jī)和正對著攝像機(jī)的反光鏡組成，反光鏡負(fù)責(zé)將水平一周的圖像反射給攝像機(jī)成像，如圖（左）所示，該系統(tǒng)所成的圖像稱為全方位圖像（），如圖（右）所示。第一章緒論圖卜（左）全方位視賞系統(tǒng)，（右）全方位圖像使用全方位視覺的優(yōu)缺點(diǎn)使用全方位視覺的主要優(yōu)點(diǎn)為：】）信息量大全方位鏡頭一次可以捕獲以前需要多個攝像機(jī)同時拍攝才能擁有的內(nèi)容，可以擁有半球域甚至整個空間的圖像信息。通過全方位視覺設(shè)各所獲得圖像，能觀察到。的場景，極大超越人類的自然觀測能力。）實(shí)現(xiàn)成本低相對于傳

11、統(tǒng)方法通過多個攝像機(jī)的組合來擴(kuò)大視野，全方位視覺設(shè)備只需要一個攝像機(jī)，其實(shí)現(xiàn)成本較低。）觀察方便在監(jiān)控的應(yīng)用中，通過全方位視覺展開軟件，可以生成全景，即在一幅圖上可以觀察。的環(huán)幕場景，改變了以往需多個場景同時觀看才能獲得的總體信息的情況，監(jiān)控人員撿測效率。全方位視覺雖具有大視野的優(yōu)勢，但通常全方位視覺鏡頭也存在著嚴(yán)重的畸變，存在以下缺點(diǎn)：圖像扭曲全方位視覺圖像在成像時有扭曲現(xiàn)象，不符合人的觀察習(xí)慣，需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換，才能生成符合人觀察習(xí)慣的圖像內(nèi)容。圖像細(xì)節(jié)的損失這包括兩大方面：一是圖像中容納了更多的信息，必然導(dǎo)致圖像部分細(xì)節(jié)信息的丟失。二是在轉(zhuǎn)換成適合人類理解的全景和透視圖時，也會丟失部分的圖像

12、信息。所以全方位圖像應(yīng)用到實(shí)際工程中時，需要提供較高的分辨率。）成像密度不均勻空間中的信息在全方位設(shè)備上成像時。其成像密度存在者很大的差別。積曲面全方位設(shè)備中，當(dāng)雙曲面離心率為時，空間中靠近下方近一半的信息在全方位圖像中僅占畫面信息的，。在其他曲率的雙曲面鏡頭中，不均勻性可能會更加嚴(yán)重“。第章緒論全方位視覺技術(shù)及應(yīng)用全方位視覺的理論研究全方位視覺系統(tǒng)是年由發(fā)明的陋，當(dāng)時主要應(yīng)用于全景電視視覺系統(tǒng)。后來和陽使用圓錐形的反射面組成全方位視覺系統(tǒng)，¨叫運(yùn)用球形發(fā)射鏡組成全方位視覺系統(tǒng)。設(shè)計(jì)了采用拋物面發(fā)射鏡和正交投影鏡頭構(gòu)成的全向鏡頭。又提出了使用雙曲面鏡來實(shí)現(xiàn)全方位的攝像，其優(yōu)點(diǎn)為：具有

13、單一視點(diǎn)的約束可使尉普通攝像機(jī)。在攝像機(jī)出現(xiàn)后，空間中點(diǎn)與成像平面上的成像點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系成為研究者的研究重點(diǎn)。年，世界上第一個取景的數(shù)字圖像視覺系統(tǒng)問世。在將全方位圖像恢復(fù)成全景和透視圖的方法中，別提出單張全方位圖像恢復(fù)成全景和透視圖的幾何對應(yīng)關(guān)系。¨引等則提出通過采用改變成像設(shè)備上的光感應(yīng)點(diǎn)的形狀和大小來直接獲得展開圖。將全方位視覺應(yīng)用于三維信息恢復(fù)及機(jī)器人導(dǎo)航方面是由捷克人定的運(yùn)動規(guī)律，利用其規(guī)律提出獲得設(shè)備運(yùn)動參數(shù)的一些方法們提出的，在年他提出了在全方位設(shè)備移動時，空間中點(diǎn)在上成像時會產(chǎn)生一。在國內(nèi)，全方位視覺的研究相對比較少，研究起步比較晚，處于基礎(chǔ)研究階段。中科院自動化所的應(yīng)

14、先華與觀瞻義曾在年提出一種使用幾何不變式的全方位視覺攝像機(jī)標(biāo)定方法。中國科學(xué)院沈陽自動化研究機(jī)器人研究室董再勵在年利用國家自然科學(xué)基金資助條件開展了全方位視覺圖像恢復(fù)及在移動機(jī)器人上的定位應(yīng)用研究。上海交通大學(xué)自動化研究所陳衛(wèi)東副教授開展了以全方位視覺為基礎(chǔ)的基于回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的廣度優(yōu)先搜索法在移動機(jī)器人路徑規(guī)劃導(dǎo)航方法及在足球機(jī)器人應(yīng)用中的研究。國內(nèi)外全方位視覺研究現(xiàn)狀全方位視覺由于其特性，非常適合需要大視野的應(yīng)用，國內(nèi)外研究者在全方位視覺的具體應(yīng)用上做了大量的研究，主要研究方向如下：）視頻監(jiān)控由于全方位視覺的特性，可用于代替多個普通攝像頭進(jìn)行視頻監(jiān)控，讓用戶靈活便捷地對場景進(jìn)行監(jiān)視，并能夠使

15、多用戶對同一場景進(jìn)行同時操作，例如，在房間的結(jié)合處安裝一個全方位視覺設(shè)備可同時查看兩個或多個房間的情況。力與叼分別設(shè)計(jì)了將雙曲面和拋物面全方位系統(tǒng)恢復(fù)成前景和透視圖后用于監(jiān)控和檢測，并在監(jiān)控的基礎(chǔ)上發(fā)展出針對全方位視覺的人體檢測和跟蹤。北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院智能科學(xué)系曾研究將全方位視覺用于運(yùn)動檢測與跟蹤引。）視頻會議視頻會議是當(dāng)今研究的熱點(diǎn)之一，視頻會議相對于傳統(tǒng)的會議，大大節(jié)省了人力和成本。在會議中使用全方位視覺設(shè)備，無需視角切換即可獲得全部會議參加者的視頻信第一章緒論息。慕尼黑工業(yè)大學(xué)的研究者提出使用全方位視覺視頻會議的臉部跟蹤方法。乜門等提出全方位視頻會議時對會議者的跟蹤，根據(jù)臉部識別

16、人物的方法。）虛擬現(xiàn)實(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。這種系統(tǒng)生成的各種虛擬環(huán)境，作用于用戶的視覺、聽覺、觸覺，使用戶產(chǎn)生身臨其境的感覺，沉浸其中。由于全方位視覺大視野的特性，減少了生成虛擬環(huán)境時信息采集的工作量。根據(jù)生成方式不同的分類，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)可分為基于實(shí)景圖像的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)與基于幾何模型圖形構(gòu)造的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)幢引。在基于全方位視覺圖像應(yīng)用的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)方面，的虛擬空間的方法，使用者可以在里面自由走動。）機(jī)器人導(dǎo)航等人提出如何對大量的全方位圖像進(jìn)行采樣、有層次的壓縮與存儲，構(gòu)建出一個交互式將全方位視覺應(yīng)用于機(jī)器人導(dǎo)航是全方位視覺應(yīng)用的重點(diǎn)，也是全方位視覺應(yīng)用研究中投入最

17、多，研究成果最多的應(yīng)用。傳統(tǒng)方法中，機(jī)器人視覺系統(tǒng)主要是采用常規(guī)鏡頭來獲取場景信息，這種方法的缺點(diǎn)是視場角較小，獲取的視野有限。為獲取大視野場景圖像，可將單個鏡頭旋轉(zhuǎn)或多個普通鏡頭水平來實(shí)現(xiàn)。但這種方法的問題是不同位置攝像機(jī)的光心不能真正重合，因此定位精度比較低。近二十年來，人們開始研究基于全方位視覺系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人定位。最早是由日本大阪大學(xué)的開始研究的，他于年設(shè)計(jì)了錐面反射鏡全方位視覺用于室內(nèi)環(huán)境中的機(jī)器人導(dǎo)航，在他的后續(xù)研究中，分別對該機(jī)器人導(dǎo)航方法進(jìn)行了碰撞檢測、建立簡單室內(nèi)環(huán)境地圖和檢測未知障礙物的研究。年，卡內(nèi)基梅隆大學(xué)研制的利用全方位視覺系統(tǒng)導(dǎo)航的機(jī)器人在天內(nèi)走過，成功穿越智利的阿

18、塔卡馬沙漠。論文的選題來源及主要研究工作本課題是科技部中芬國際科技合作項(xiàng)目“移動機(jī)器人和自引導(dǎo)車的全方位視覺導(dǎo)航技術(shù)（項(xiàng)目編號）的子課題。本文主要對全方位視覺系統(tǒng)的相關(guān)基礎(chǔ)理論進(jìn)行些初步探索，在此基礎(chǔ)上開展一些相關(guān)的應(yīng)用研究。用魚眼攝像頭構(gòu)建全方位視覺系統(tǒng)，用于移動機(jī)器人的視覺跟蹤導(dǎo)航。由于全方位圖像存在扭曲的現(xiàn)象，故將全方位視覺信息用于移動機(jī)器人的跟蹤導(dǎo)航時，需要把全方位圖像畸變校正為人眼習(xí)慣的透視投影圖像。本文主要針對用魚眼鏡頭獲取全方位視覺圖像的畸變校正算法開展研究工作。通過研究魚眼攝像機(jī)的光學(xué)結(jié)構(gòu)和成像原理，構(gòu)建魚眼攝像機(jī)的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)其成像模型，標(biāo)定魚眼攝像機(jī)的內(nèi)部參數(shù)。在此基礎(chǔ)上

19、，本文提出兩種魚眼圖像畸變校正算法，并將算法移植到上，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了算法的可行性。本文共分七章：第一章緒論。主要介紹機(jī)器視覺系統(tǒng)的研究技術(shù)、全方位視覺技術(shù)及應(yīng)用，簡述國內(nèi)外對全方位視覺技術(shù)的研究現(xiàn)狀，最后介紹課題的選題來源及論文的安排。第二章全方位視覺成像原理介紹。在文中對現(xiàn)有的全方位視覺成像方法進(jìn)行了簡單評價，然后介紹了攝像機(jī)成像的相關(guān)理論，包括攝像機(jī)的針孔成像原理及視覺系統(tǒng)坐第一章緒論標(biāo)系之間的關(guān)系及相互轉(zhuǎn)化，簡單闡述了攝像機(jī)的標(biāo)定理論，并且對常規(guī)攝像機(jī)的成像模型與全方位視覺的幾何模型進(jìn)行比較分析。第三章魚眼鏡頭光學(xué)。主要介紹魚眼鏡頭光學(xué)結(jié)構(gòu)及成像原理。第四章魚眼攝像機(jī)的數(shù)學(xué)模型。分析魚眼圖像

20、畸變原因，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型和畸變模型，標(biāo)定魚眼攝像機(jī)的內(nèi)部參數(shù)：魚眼圖像的中心、鏡面到成像點(diǎn)的距離，、軸方向上的徑向畸變系數(shù)，縱橫比列因子。第五章魚眼圖像畸變校正軟件實(shí)現(xiàn)。提出兩種畸變校正算法一函數(shù)法和基于支持向量機(jī)（）回歸算法，通過編程實(shí)現(xiàn)，結(jié)果驗(yàn)證了算法的可行性第六章基于的魚眼圖像恢復(fù)。是種新型圖像處理芯片，以其為核心硬件，介紹其硬件結(jié)構(gòu)及軟件開發(fā)環(huán)境，將在環(huán)境中開發(fā)的函數(shù)法移植到中，實(shí)現(xiàn)了魚眼圖像的校正恢復(fù)，滿足了校正圖像精度和實(shí)時性的要求，為視覺導(dǎo)航定位奠定了基礎(chǔ)第七章總結(jié)與展望。對工作進(jìn)行總結(jié)，并對全方位圖像恢復(fù)技術(shù)進(jìn)行了展望。本章小結(jié)本章對機(jī)器視覺及全方位視覺作了一個總體介紹，包

21、括機(jī)器視覺的特點(diǎn)、分類及關(guān)鍵技術(shù)，全方位視覺的概念，當(dāng)前研究的技術(shù)及其應(yīng)用現(xiàn)狀。最后對本文研究的主要內(nèi)容及章節(jié)的安排進(jìn)行簡短的概述。第二章全方位視覺成像原理第二章全方位視覺成像原理全方位視覺又稱全景視覺、全視覺，是指利用特殊的成像裝置一次獲取較大視場范圍的視覺信息。全方位視覺成像系統(tǒng)介紹人的雙跟正常有效視角大約水平度，垂直度，依靠雙眼余光視角可以達(dá)到水平約度，垂直約度，對于腦后的環(huán)境信息全然無知，更不能加以利用。一般的視覺成像裝置均是為滿足人眼的視覺效果而設(shè)計(jì)的，為例得到線性度較好的視覺效果，普通攝像機(jī)的成像視角只有，廣角攝像機(jī)可迭，所獲取的環(huán)境信息范圍非常有限。為更高效率地獲取全局信息，以及

22、實(shí)現(xiàn)對移動目標(biāo)的定位、跟蹤和識別，人們設(shè)計(jì)處了多種全方位信息的獲取方法，其中應(yīng)用比較普遍的主要有以下幾種：）拼接式多部成像裝置多角度同時拍攝，又稱“復(fù)眼”技術(shù)，是最容易想到的全方位圖像的獲取技術(shù)。利用多個成像裝置一次成像，然后將每一個成像裝置獲取的圖像信息進(jìn)行拼接，構(gòu)成一幅全局圖像。這種裝置中單個成像裝置比較容易獲得，但是多攝像機(jī)的精確安裝，以及多幅圖像的無縫拼接成為復(fù)眼技術(shù)實(shí)現(xiàn)的瓶頸。因此一般在景物較少的場合應(yīng)用，在視頻會議、電視節(jié)目轉(zhuǎn)播場合經(jīng)常采用。幾種拼接式全方位鏡頭如圖所示。圖拼接式全方位視覺鏡頭”橢“）旋轉(zhuǎn)式第二章全方位視覺成像原理普通攝像機(jī)加旋轉(zhuǎn)云臺的方法是種比較容易實(shí)現(xiàn)的全方位視

23、覺獲取方法，在實(shí)際中也有很多應(yīng)用，將一個普通攝像機(jī)固定在可以旋轉(zhuǎn)的云臺上通過云臺的旋轉(zhuǎn)獲得實(shí)際場景旋轉(zhuǎn)方向的全方位視覺信息，這種方法雖然具有成串低、裝置簡單易與實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，但是由于云臺旋轉(zhuǎn)速度有限，在所獲得的圖像里存在時延，不適于快速移動目標(biāo)的視覺信息獲取。）反射式利用反射鏡的全方位成像技術(shù)，采用特殊加工的反射鏡將閣圍的景物反射至攝像機(jī)一次成像，瞬問獲取整個場景的標(biāo)信息，成像裝置及過程簡單，價格低廉。這種成像方式同樣可以提供大視場成像，雖然圖像存在畸變，但由于成像原理簡單，很容易變換為人眼視覺成像。日霄丫守圈反射式全方位鏡頭及其成像圖”）魚眼鏡頭由光的折射定律可知，魚類在水下貼近水面時能看到水

24、面上一定距離內(nèi)近乎半球空域的景物。對折射率約為的普通淡水而言，魚眼仰視水面的有教視場所對應(yīng)的平面角為。到。，魚眼鏡頭就是模仿魚類這種仰視功能設(shè)計(jì)的”。魚眼鏡頭的焦距通常在在毫米之間，視角達(dá)到或超過。，屬于短焦距超廣角鏡頭，“魚眼鏡頭”是它的俗稱。為了讓鏡頭達(dá)到最大的攝影視角，這種攝影鏡頭的前鏡片直徑很短且成拋物狀向鏡頭前部凸出，和魚的眼睛很相似。魚眼鏡頭為近距離拍攝大范圍景物創(chuàng)造了條件，且具有相當(dāng)長的景深，有利于表現(xiàn)圖像的陸景深效果，魚眼鏡頭已廣泛的應(yīng)用于攝影領(lǐng)域。圓降圖魚眼鏡頭及其戚像圖片第二章全方位視覺成像原理攝像機(jī)的成像原理攝像機(jī)的針孔成像模型一般的成像系統(tǒng)通常將三維場景變換成二維灰度或

25、彩色圖像，這種變換可以用一個從三維空間到二維空間的映射來表示：“夏五少），透視投影（）是最常用的成像模型，可以用針孔成像模型來近似表示，透視投影成像模型曙卅的特點(diǎn)是所有來自場景的光線均通過一個投影中心，它對應(yīng)于透鏡的中心。經(jīng)過投影中心且垂直于圖像平面（成像平面）的直線成為投影軸或光軸，如圖所示，其中是固定在攝像機(jī)上的直角坐標(biāo)系，遵循右手法則，其原點(diǎn)位于投影中心，軸與投影軸重合并指向場景，、軸與圖像平面的坐標(biāo)軸和平行，平面與圖像平面的距離為（攝像機(jī)的焦距），在實(shí)際攝像機(jī)中，圖像平面位于投影中心后面距離為珀勺位置（圖），其投影圖像是倒立的，為了避免這種倒立圖像，假定圖像平面位于投影中心的前面，如圖

26、所示，場景中點(diǎn)（，）在圖像平面上的投影位置（，）可以通過計(jì)算點(diǎn)（，）的視線（空間點(diǎn)與投影中心的連線）與圖像平面的相交位置得到。圖透視投影倒立成像幾何示意圖點(diǎn)（，）的視線、點(diǎn)（，）到軸的垂直線段以及軸形成了一個三角形。圖像平面上點(diǎn)（：）的視線、點(diǎn)（，）到軸垂直線段以及軸形成了另一個三角形。這兩個三角形是相似三角形，由此得到透視投影方程：?。?！一一一，（）點(diǎn)（，）在圖像平面中的位置式給出：第二章全方位視覺成像原理。一木幸（）視覺系統(tǒng)坐標(biāo)系在計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)中涉及到以下幾種坐標(biāo)系：）圖像坐標(biāo)系攝像機(jī)采集的圖像以標(biāo)準(zhǔn)電視信號的形式輸入計(jì)算機(jī)，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像。每幅數(shù)字圖像在計(jì)算機(jī)內(nèi)可以存儲為數(shù)

27、組，數(shù)組中的每個元素（像素）的值即是圖像點(diǎn)的亮度（或稱為灰度。若為彩色圖像，則圖像的像素亮度將由紅、綠、藍(lán)三種顏色的亮度表示）。如圖所示，在圖像上定義直角坐標(biāo)系，原點(diǎn)在圖像平面的左上角，每像素的坐標(biāo)（“，）分別是該像素在數(shù)組中的列數(shù)和行數(shù)，所以（，）是以像素為單位的圖像坐標(biāo)系的坐標(biāo)。（，）圖圖像坐標(biāo)系與圖像平面坐標(biāo)系）圖像平面坐標(biāo)系由于圖像坐標(biāo)系只表示像素位于數(shù)組中的列數(shù)和行數(shù)，并沒有用物理單位表示出該像素在圖像中的位置，因此需要再建立以物理單位（如毫米）表示圖像坐標(biāo)。為方便起見，我們稱它為圖像平面坐標(biāo)系。砂，如圖所示，（“，）表示以像素為單位的圖像坐標(biāo)系坐標(biāo)，（，）表示以某一物理單位長度為單

28、位的成像平面坐標(biāo)系的坐標(biāo)。在坐標(biāo)系中，原點(diǎn)（即圖像主點(diǎn)坐標(biāo)）定義在攝像機(jī)光軸與圖像平面的交點(diǎn)，軸分別平行于智，軸。若在圖像坐標(biāo)系中的像素坐標(biāo)為（。，分別為圖像平面在，方向上單位像素問的距離，則兩個坐標(biāo)系間的關(guān)系可表示為：甜二甜：皇歸茜托，（）定義圖像縱橫比位：，（）攝像機(jī)坐標(biāo)系第二章全方位視覺成像原理的光心，圪軸分別平行于成像平面坐標(biāo)系的，軸，軸與光軸重合，即軸垂直薹尺薹丁尺蘭竺蔓。蘭，尺，攝像機(jī)的標(biāo)定攝像機(jī)標(biāo)定過程中涉及上節(jié)介紹的四大坐標(biāo)系，用場景點(diǎn)在兩個圖像平面上的投影來確定兩個攝像機(jī)坐標(biāo)系之間的關(guān)系，就是坐標(biāo)的標(biāo)定問題。在攝像機(jī)測量學(xué)中有以下四個標(biāo)定問題。：）絕對定位：通過標(biāo)定點(diǎn)確定兩個

29、坐標(biāo)系在絕對坐標(biāo)系中的變換關(guān)系，或確定測距傳感器坐標(biāo)系在絕對坐標(biāo)系中的位置和方向。）相對定位：通過場景中的標(biāo)定點(diǎn)投影確定攝像機(jī)在目標(biāo)物體或環(huán)境標(biāo)志坐標(biāo)系中的位置和方向。）外參數(shù)標(biāo)定：通過場景中的標(biāo)定點(diǎn)投影確定攝像機(jī)坐標(biāo)系與參考坐標(biāo)系的位姿關(guān)系。）內(nèi)部定位：確定攝像機(jī)內(nèi)部幾何參數(shù)，包括攝像機(jī)常數(shù)、主點(diǎn)的位置以及透鏡變形的修正量等。內(nèi)部定位問題就是確定攝像機(jī)內(nèi)部幾何參數(shù)，包括攝像機(jī)的焦距、主。一第二章全方位視覺成像原理點(diǎn)（圖像平面坐標(biāo)系原點(diǎn)位置）、透鏡變形系數(shù)和比例因子等。傳統(tǒng)攝像機(jī)標(biāo)定方法有基于單幀圖像的基本方法和基于多幀已知對應(yīng)關(guān)系的立體視覺方法。當(dāng)前對傳統(tǒng)攝像機(jī)標(biāo)定技術(shù)的研究集中在如何有效合

30、理地確定非線性畸變校正模型的參數(shù)。傳統(tǒng)的攝像機(jī)標(biāo)定方法按其求解的方法可分為如下三類：線性方法、非線性優(yōu)化方法、考慮畸變補(bǔ)償?shù)膬刹椒?。下面分別予與介紹。）線性求解方法一般的線性求解方法是透視變換方法和直接線性變換方法，然后由求得的矩陣再分解得到攝像機(jī)參數(shù)?？臻g點(diǎn)的實(shí)際三維坐標(biāo)與像素坐標(biāo)之間的關(guān)系如式（）：鉗仨式（）。歷聊¨弘（）其中，伍曠，礦，為空間三維點(diǎn)的世界坐標(biāo)，）為相應(yīng)的圖像坐標(biāo)，所，為透視變換矩陣的元素。它包含三個方程，整理消去后，得到兩個關(guān)于所。的線性方程見咐而磊收蘭批臻叫麓協(xié)這兩個方程描述了三維世界點(diǎn)（礦，與相應(yīng)的圖像點(diǎn)（甜，）之間的關(guān)系。如果己知三維世界坐標(biāo)和相應(yīng)的圖像坐

31、標(biāo)，將變換矩陣看作未知數(shù)，則共有個未知數(shù)。對于每一個物體點(diǎn)，都有如上的兩個方程，一般可假設(shè)，。，則共有個未知數(shù)，取六個目標(biāo)點(diǎn)可得個方程，是一個超定方程，利用最小二乘法可以很容易求出上述線性方程組的解。采用更多的己知點(diǎn)，可以使方程的個數(shù)大大超過未知數(shù)的個數(shù)，用最小二乘法求解可以降低誤差造成的影響。對透視變換矩陣分解可得內(nèi)外參數(shù)。此算法的缺點(diǎn)是沒有考慮非線性畸變，因而精度不可能很高。該方法能得到隱式解卻未必能得到理想的顯式解。直接線性變換方法（）是在年被提出的，該方法不考慮攝像機(jī)的非線性畸變，通過直接求解一組線性方程得到攝像機(jī)的有關(guān)參數(shù)，屬于線性求解的方法。它與透視變換線性標(biāo)定方法類似，以小孔模型

32、為研究對象，忽略具體的中間成像過程，用一個階矩陣表示空間物點(diǎn)與二維像點(diǎn)的直接對應(yīng)關(guān)系。其線性變換矩陣與透視變換矩陣只相差一個比例因子。方法使用的模型如式（）“：益玉±生！±魚！墊！，礦，緲（）其中伍矽，）是標(biāo)準(zhǔn)參照物上的控制點(diǎn)坐標(biāo)，）是其對應(yīng)的實(shí)際圖像坐標(biāo)，口是待定參數(shù)。令：，根據(jù)（）個標(biāo)準(zhǔn)參照物的控制點(diǎn)的坐標(biāo)及其對應(yīng)的圖像上的坐標(biāo)，第二章全方位視覺成像原理即可用線性最小二乘算法解得個參數(shù)。當(dāng)前的線性方法的研究熱點(diǎn)是選用考慮非線性畸變的攝像機(jī)模型，然后將非線性方程轉(zhuǎn)化為線性方程求解姐叫小列。這種算法不需迭代，它將非線性方程的變量組合成一組新的變量，稱之為中間參數(shù)，將原非線性

33、方程轉(zhuǎn)化為中間參數(shù)的線性方程，利用最小二乘法解出中間參數(shù)后，再求得原變量的值。線性求解方法的優(yōu)點(diǎn)是不需迭代，速度較快。缺點(diǎn)是攝像機(jī)的系統(tǒng)誤差不能加進(jìn)去，因而不能進(jìn)行系統(tǒng)誤差的修正，另外由于中間參數(shù)間互相存在約束，它的維數(shù)大于原參數(shù)的維數(shù)，加上存在噪聲及鏡頭像差的影響，使得標(biāo)定精度不高。）非線性優(yōu)化方法線性模型忽略了鏡頭畸變，只能用于視野較狹窄的攝像機(jī)標(biāo)定，當(dāng)鏡頭畸變較明顯，特別是在廣角鏡頭時，遠(yuǎn)離圖像中一，處會有很大的畸變，這時線性模型不能準(zhǔn)確地描述成像幾何過程，因此必須引入畸變因子，這就引入非線性模型，通過非線性優(yōu)化的方法求解攝像機(jī)參數(shù)。這類標(biāo)定方法的優(yōu)點(diǎn)是可以假設(shè)攝像機(jī)的光學(xué)成像模型非常復(fù)

34、雜，充分考慮成像過程中的各種因素，能夠得到比較高的標(biāo)定精度。如果考慮攝像機(jī)的非線性畸變，直接線性變換方法（），圖像點(diǎn)與三維空間中控制點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系則見式（）?！案祝骸埃?，西：，：蘭！±互互！±蘭芝生±！、（），矽其中，“，）是校正后的理想圖像點(diǎn)坐標(biāo)，面，西是在圖像點(diǎn)（“，）處的成像誤差。上述方程可以利用非線性優(yōu)化算法求解。有關(guān)研究集中在對砌，卻的選擇和解的算法實(shí)現(xiàn)上。在計(jì)算機(jī)視覺中，對非線性問題進(jìn)行優(yōu)化求解的方法，通常分為兩大類：一類是擬線性化方法，將非線性化問題線性化構(gòu)成一種迭代格式，用逐次逼近法求解。包括最速下降法、高斯一牛頓法、算法等：另一類是完全非線性法，比

35、較有代表性的有遺傳算法等。擬線性化方法的求解結(jié)果往往取決于初始值，若給定的迭代初值較好時，能夠收斂到全局最優(yōu)解。它的缺點(diǎn)是因采用迭代算法，穩(wěn)定性能很差，若引入太多的參數(shù)作為迭代變量，迭代步驟設(shè)計(jì)不當(dāng)，像差參數(shù)與攝像機(jī)位置參數(shù)互相干擾，可能導(dǎo)致無意義的解。其方法較繁瑣，非常費(fèi)時，無法實(shí)時地得到標(biāo)定結(jié)果，且對噪聲敏感，并不能保證參數(shù)收斂到全局最優(yōu)解。）兩步法兩步法是首先提出的，該方法的第一步是解線性方程，得到部分外部參的精確解，第二步再將其余外部參數(shù)與畸變修正系數(shù)進(jìn)行迭代求解。較為典型的兩步法是提出的基于徑向排列約束（）的兩步法聆¨副。第一步利用最乘法解超定線性方程組，給出外部參數(shù)；第二

36、步求解內(nèi)部參數(shù)，如果攝像機(jī)無透鏡畸變，可由一個超定線性方程解出，如果存在徑向畸變，則通過一個三變量的優(yōu)化搜索求解。它所求解的內(nèi)部和外部參數(shù)分別為焦距，徑向畸變系數(shù)，旋轉(zhuǎn)矩陣爪和平移向量。第二章全方位視覺成像原理的方法只考慮了徑向畸變，沒有考慮切向畸變。文獻(xiàn)】中同時還考慮了切向畸變，并給出了相應(yīng)算法，是對兩步法的重要發(fā)展，此外，還提出了標(biāo)定精度的分析方法。提出利用多個平面模板代替?zhèn)鹘y(tǒng)的攝像機(jī)標(biāo)定塊來標(biāo)定攝像機(jī)的算法也屬于兩步法，攝像機(jī)和模板可以自由的移動，不需要知道運(yùn)動參數(shù)。第一步首先使用線性方法求得精度不是很高的內(nèi)外參數(shù)作為初始值，然后再解非線性最小化問題。兩步法的優(yōu)點(diǎn)是迭代參數(shù)較少，能提供較

37、好的初始值，求解速度快，精度比較高。它同時具有線性求解速度快和非線性優(yōu)化計(jì)算準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)，是目前較好的一種方法。常規(guī)攝像機(jī)的成像模型與全方位視覺的幾何模型比較一般攝像機(jī)的成像模型符合針孔成像原理，如圖所示，標(biāo)系圖一般攝像機(jī)的成像模型常規(guī)攝像機(jī)的成像模型的特點(diǎn)是所有來自場景的光線均通過一個投影中心，它對應(yīng)于透鏡的中心，場景點(diǎn)直接通過透鏡中心在成像平面上成像，它只有一個映射過程，且所成像的視場范圍只有幾十度。圖全向攝像機(jī)的成像模型第二章全方位視覺成像原理相對于常規(guī)攝像機(jī)，全向攝像機(jī)的成像面近視為一個球面，這樣全向攝像機(jī)的成像概場范圍可達(dá)到度。如圖所示，空問一點(diǎn)成像于球面一點(diǎn)點(diǎn)，這可近視看成是一個維場

38、景到成像面的投影過程，然后再將球面點(diǎn)非線性的映射到攝像機(jī)的像平面上得到”點(diǎn)。此時在像平面上所成的像就是周圍場景信息的扭曲反映，如圖所示。圖用全向攝像帆拍攝存在嚴(yán)重畸變的圖像本章小結(jié)本章主要討論了壘方位視覺成像模型和基本原理及構(gòu)建全方位視覺系統(tǒng)的幾種方法，把一般攝像機(jī)和全景攝像機(jī)從成像原理和視場范圍進(jìn)行了比較。一般成像系統(tǒng)的視場范圍小，只有幾十度，全景攝像機(jī)的視場范圍可達(dá)度，但圖像芨生了很大的透視扭曲，它不滿足圖像處理的要求，因此全方位圖像恢復(fù)就成為必須解決的問題。全方位視覺成像系統(tǒng)是一種半成像系統(tǒng)，它具有景物信息豐富，無旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等特點(diǎn)，是視覺觀測、環(huán)境感知、環(huán)境知識獲取和重建等科研領(lǐng)域新的技術(shù)

39、研究熱點(diǎn)。第三章魚眼鏡頭光學(xué)第三章魚眼鏡頭光學(xué)本文用魚眼攝像機(jī)構(gòu)建全方位視覺圖像系統(tǒng)。魚眼鏡頭的視場一般為，有的甚至達(dá)到，它不簡單地是廣角鏡頭的延伸，因?yàn)槠涑上罄碚撆c普通光學(xué)鏡頭有很大的不同。魚眼鏡頭有多種投影方式，不同的投影方式所引入的桶形畸變的大小不同，并且對象面照度分布的均勻性也有不同的影響。它在本質(zhì)上是一種反攝遠(yuǎn)物鏡，因此可以從反攝遠(yuǎn)物鏡出發(fā)對其進(jìn)行近軸光學(xué)分析。魚眼鏡頭的結(jié)構(gòu)魚眼鏡頭是一種超廣角的特殊鏡頭，其視覺效果類似于魚眼觀察水面上的景物，如圖所示：圖魚眼能看到的視野范圍眾所周知，水下魚類在貼近水面時，能“凝視感知水面之上近乎度角空域的景物，故通常認(rèn)為其具有接近的仰視視角，這種現(xiàn)

40、象可用光的全反射和光路可逆原理來解釋，如圖（）、（）。空氣名）水、空氣一一一冬水圖全反射與光路可逆第三章魚眼鏡頭光學(xué)如果把魚眼及其前方的水介質(zhì)作為一個整體光學(xué)結(jié)構(gòu)來考慮，則其外凸的眼球前表面還與水平面構(gòu)成一個以水為介質(zhì)的負(fù)透鏡，此透鏡可認(rèn)為是魚眼的前置透鏡，如圖（）所示啪。絳甲。空、水、晶狀體、琢。警晶狀體學(xué)介質(zhì)譴會（）（）圖魚眼仰視啟示若用光學(xué)材料替代水介質(zhì)，并構(gòu)成與上述前置透鏡等效的光學(xué)透鏡，則有可能在脫離魚眼所處自然水環(huán)境的一般條件下，實(shí)現(xiàn)水下魚眼仰視半球空域的功能，如圖（）所示，魚眼鏡頭的設(shè)計(jì)原理來源于此啟示。但對半視場角±的物點(diǎn)來說，圖（）的這種結(jié)構(gòu)只允許像圖中射線這樣的光

41、線進(jìn)入系統(tǒng)，相應(yīng)的像點(diǎn)就沒有足夠的光能密度，肯定不能引起視覺感知。于是，把上述前置透鏡的第表面由平面改為凸面，以納入更多的入射光線，并相應(yīng)增加第面的曲率絕對值，以維持前置透鏡的原有光焦度，如圖（）所示的第透鏡，魚眼鏡頭的第鏡頭都是強(qiáng)烈內(nèi)向彎曲的負(fù)彎月透鏡。由于第透鏡具有絕對值極大的負(fù)光焦度，從而決定它屬于反攝遠(yuǎn)型光學(xué)結(jié)構(gòu)。魚眼鏡頭的共同特征是第透鏡具有絕對值很大的負(fù)光焦度，即前組為負(fù)焦度，后組為正光焦度，這種結(jié)構(gòu)特征，使其后工作距離比具有同樣焦距的其他類型鏡頭大得多；同時也比其自身的焦距數(shù)值大，使得魚眼鏡頭具有視場角大，焦距很短的特點(diǎn)?；隰~眼鏡頭的仿生原理，世紀(jì)年代后，由于光學(xué)自動設(shè)計(jì)技術(shù)的

42、應(yīng)用，魚眼鏡頭發(fā)展迅速，出現(xiàn)了不少像質(zhì)優(yōu)良的光學(xué)結(jié)構(gòu)。年尼康提出了的片組魚眼鏡頭的結(jié)構(gòu)，如圖所示。年月，尼康推出的片組魚眼鏡頭，這款鏡頭的視角為度，但鏡頭長度達(dá)至，如圖右圖所示。，廠虹黜輻囊螫力倒一創(chuàng)虱尼康片組魚眼鏡頭設(shè)計(jì)圖尼康片組魚眼鏡頭設(shè)計(jì)第三章魚眼鏡頭光學(xué)魚眼鏡頭成像原理普通光學(xué)系統(tǒng)的成像都遵循一個約定俗成的準(zhǔn)則相似成像，即像與物總是相似。光學(xué)設(shè)計(jì)的宗旨即是保證這種相似性，像差標(biāo)定也是為了追求像與物的相似。于是才有了下面的理想成像公式：物體在近距離時：當(dāng)物在無限遠(yuǎn)時：“盧（）。為理想像高度；物體高度；盧為橫向放大率；為光學(xué)系統(tǒng)物方焦距；為物方半視場角。但是，此時，相似成像不能實(shí)現(xiàn)。魚眼鏡

43、頭實(shí)現(xiàn)對廣空域角信息的實(shí)時采集，從光學(xué)上說，采用的思想是壓縮圖像，引入變形。從數(shù)學(xué)上說是選擇恰當(dāng)?shù)睦硐氤上窆酱妫ǎ┦?。魚眼鏡頭的成像模型多種多樣，選用成像公式有以下特點(diǎn)：（）在以魚眼鏡頭的成像視場范圍為定義域時，理想成像高度為連續(xù)、可導(dǎo)函數(shù)。（）它所描述的理想成像高度比相似成像對應(yīng)的要小。（）便于對物像關(guān)系作分析計(jì)算。（）形式簡單。（）為業(yè)內(nèi)人士所熟悉。以下諸式基本符合這些條件：（）蜘（）（）其主要的作用都是引進(jìn)變形，其曲線如圖所示，它們與）的差值就表示各自所能引入的“桶形”畸變量的大小，他們對圖像實(shí)現(xiàn)不同程度的“變形”壓縮，以保證在物空間實(shí)現(xiàn)預(yù)期的立體角覆蓋。值得說明，因?yàn)楣鈱W(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生的

44、畸變大小完全由主光線的行徑?jīng)Q定，故畸變制造成圖像的變形，使之與“物”不再相似，卻不會使圖像變模糊既不影響圖像的清晰度。從數(shù)學(xué)上說，盡管有明顯的變形，但從物空間到像空間，二者之間仍存在一一對應(yīng)的映射關(guān)系，從而保證非相似成像思想的正確性和可行性。第三章魚眼鏡頭光學(xué)圖魚眼鏡頭各成像模型曲線）“等距投影成像加為成像物點(diǎn)和成像中心連線與光軸的夾角，將（）式微分得：似（）（）故借用高斯光學(xué)中的放大率概念得出徑向放大率為：，：掣（）將（）代入（）得：盧，：（）由幾何關(guān)系可得出切向放大倍率為：屈（盂），（）在成像中心和偏離中心成像時，有，手盧，例上邊的等式所表達(dá)的思想是：（）（）（緲）（）相同的視場角在像面上對應(yīng)著相等的徑向距離，赦稱之為“等距投影。應(yīng)用等距投影思想設(shè)計(jì)的魚眼鏡頭，在對既定球面物成像時，其徑向放大率是一恒量：而對不同半徑的球面物具有不同徑向放大率，該放大率與球面物的曲率半第三章魚眼鏡頭光學(xué)徑成正比。（）（）切向放大率絕對值舊隨視場角增加而變大。若球形物面上有微小圓形面元，則經(jīng)等距投影后般都成為像平面上的一個微小橢圓，橢圓的短軸沿著徑向，長軸則沿著切線方向。視場角越大長軸越長。在光軸附近，時，像與物相似。（）等距投影成像使像高與視場角成簡單的正比關(guān)系，這使我們可以方便的提取空間目標(biāo)的角坐標(biāo)及其隨時間變化的動態(tài)信息?？赡?/p>