高分辨環(huán)帶成像系統(tǒng)特性及應(yīng)用研究.pdf

1、環(huán)帶成像系統(tǒng)是全景成像系統(tǒng)的一種，在監(jiān)視、監(jiān)控、機(jī)器視覺等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。全景成像系統(tǒng)通?？衫斫鉃槭且环N能把360。方位角空域內(nèi)的景物投影到二維成像平面上的光學(xué)系統(tǒng)。不同于傳統(tǒng)的三維透視投影法，環(huán)帶成像系統(tǒng)采用了從柱面到平面的投影，因此具有不同的成像特性。 環(huán)帶成像系統(tǒng)的核心是環(huán)帶鏡頭。本論文對環(huán)帶鏡頭的特性、物像關(guān)系進(jìn)行了深入的研究，提出了環(huán)帶鏡頭的光瞳像差理論和環(huán)帶鏡頭的雙目立體視覺理論。在此基礎(chǔ)上，本文還提出了一種

2、基于液晶快門技術(shù)的高分辨環(huán)帶成像系統(tǒng)，其視場超過水平面，并順利完成了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、加工、裝校和測試。文中對液晶快門進(jìn)行了定性和定量的討論，提出了雙層的液晶盒結(jié)構(gòu)，并將液晶快門安裝在環(huán)帶鏡頭的鏡間。制作了帶有鏡間液晶快門和不帶液晶快門的兩款環(huán)帶鏡頭，分辨率和MTF的對比測試結(jié)果證明加裝液晶快門對成像質(zhì)量降低的影響在本系統(tǒng)中可以忽略。 本文對環(huán)帶鏡頭中加裝的液晶快門不能100％阻擋入射光而帶來的拖影問題進(jìn)行了深入的分析，并用遮陽機(jī)構(gòu)解

3、決了太陽光直射問題，用數(shù)字圖像處理的方法進(jìn)行了拖影補(bǔ)償。對于視場超過水平面的環(huán)帶圖像，結(jié)合物像關(guān)系的分析，給出了圖像展開的基準(zhǔn)，并用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。 論文具體研究內(nèi)容如下： 第一章介紹了課題研究背景，指出環(huán)帶鏡頭可為實(shí)現(xiàn)全向和實(shí)時(shí)信息獲取提供解決方法，對比了國內(nèi)外現(xiàn)有的非凝視型和凝視型大視場成像技術(shù)，確定了本文的主要研究內(nèi)容。 第二章對PAL鏡的光學(xué)特性進(jìn)行了深入分析，指出了其像面照度優(yōu)于一般全景鏡頭的特點(diǎn)。深入

4、討論了環(huán)帶鏡頭的光瞳像差理論，建立了PAL鏡的數(shù)學(xué)模型，提出了用多項(xiàng)式預(yù)報(bào)光闌球差的快速光線追跡法。 第三章分析了常見的四種實(shí)現(xiàn)“非相似”成像的像高表達(dá)式，討論了它們在環(huán)帶成像系統(tǒng)中的像面放大率及畸變量。提出了利用滿足，f-θ投影關(guān)系的環(huán)帶鏡頭實(shí)現(xiàn)雙目立體視覺的理論，并結(jié)合管道內(nèi)窺系統(tǒng)，提出了利用幀間圖像測量物點(diǎn)距離，獲取管道內(nèi)徑的方法，用環(huán)帶鏡頭設(shè)計(jì)了一款管道內(nèi)壁檢測系統(tǒng)，給出了管道內(nèi)徑測量的實(shí)例和誤差分析。 第四章提

5、出了一種將液晶盒作為光學(xué)快門的高分辨環(huán)帶成像系統(tǒng)。為了考察液晶對成像質(zhì)量的影響，設(shè)計(jì)并制作了帶鏡間液晶快門和不帶液晶快門的兩款高分辨、視場超水平面的環(huán)帶鏡頭。對于成像系統(tǒng)讀出的圖像進(jìn)行了預(yù)處理，重點(diǎn)討論了如何補(bǔ)償液晶不能完全關(guān)門所帶來像面拖影。最后結(jié)合第三章分析的物像關(guān)系理論，研究了超水平面環(huán)帶成像系統(tǒng)圖像展開算法的特點(diǎn)，提出為了保證子午和弧矢方向放大率一致，圖像展開的基準(zhǔn)應(yīng)為90。視場角所對應(yīng)像面上的圓環(huán)，并給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。第五章扭曲

6、向列型液晶進(jìn)行了定性的討論和定量的分析，分析的結(jié)果可用于指導(dǎo)環(huán)帶鏡頭中的液晶快關(guān)設(shè)計(jì)。最后給出了雙層液晶盒結(jié)構(gòu)的液晶快門，并給出了透過率的測試結(jié)果。 第六章討論了環(huán)帶鏡頭的測試方法，包括分辨率測試和MTF測試。測試了兩款環(huán)帶鏡頭的光學(xué)性能，分析了測試系統(tǒng)中各組件對測試結(jié)果的影響，特別是CCD離散器件采樣的影響。測試結(jié)果顯示加裝液晶快門并不會(huì)導(dǎo)致成像質(zhì)量的明顯下降，兩款環(huán)帶鏡頭的測試結(jié)果均符合我們的設(shè)計(jì)要求。 最后一章對本