圆柱物体360度全景成像镜面设计方法及镜面及成像装置

摘要

本发明提供了一种圆柱物体360度全景成像镜面设计方法及镜面及成像装置，方法：步骤1、设计镜面形状，步骤2、设计镜面参数，步骤3、求解最优椭圆镜面具体参数。一种圆柱物体360度全景成像的镜面，其为由上述的设计方法得到的镜面。一种圆柱物体360度全景成像的装置，包括内曲面反射镜、镜面支架、光源，相机、被拍摄的圆柱物体、夹持装置。本发明通过圆柱物体的尺寸设计出一种圆柱物体外表面360度成像装置，具有装置简单、镜面设计方法准确、成像质量高、畸变小、成本低的有点，克服了传统的圆柱物体外表面360度成像硬件装置复杂、价格昂贵的缺点。为机器视觉提供了一种圆柱物体外表面360度成像的装置和镜面设计方法。

主权项

一种圆柱物体360度全景成像镜面设计方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1、设计镜面形状：利用单视点约束计算镜面点满足的方程，得到镜面形状是椭圆体，椭圆的几何参数方程为：$\frac{1}{a^2}{(z-\frac{c}{2})}^2+\frac{r^2}{b^2}=1,$r²＝x²+y²，c＞0 and 0＜k＜2，其中c是椭圆两个焦点间距离，k为常数；步骤2、设计镜面参数：对于任意给定的圆柱物体半径R和高H，根据以下四个约束方程计算椭圆镜面参数k和c，确定镜面方程具体参数：(1)被拍圆柱物体外表面全部成像约束：|T|≥R，其中：$T=\frac{c*r_1}{c-z_1},r_1=\frac{\frac{Hc}{a^{2}R}-\frac{2}{Ra}\sqrt{H^2+R^2}}{2(\frac{H^2}{R^2{a}^2}+\frac{1}{b^2})},z_1=\frac{H}{R}{r}_1$通过作图的方法确定参数c的取值范围，并且存在参数k的值满足条件|T|≥R；(2)高分辨率约束，成像装置的分辨率为通过作图的方法得到结果：c取值越小，分辨率越高；(3)相机景深较小约束，当圆柱物体位置固定时，系统景深为(z₀‑z₁)，通过作图的方法得知c取值越大并且k取值越小，系统景深越小；其中z₀，z₁分别为镜面清晰成像区域上下边缘点的z坐标；(4)视场角不能过大约束，视场角不希望系统产生过大的径向畸变，所以要求视场角2ω≤90°；步骤3、求解最优椭圆镜面具体参数，沿中心轴线调整圆柱物体的位置，设计在满足圆柱物体外表面全部成像的基本约束下，优先满足高分辨率和相机景深约束，最后要求视场角低于90°角的算法，设计出最优的镜面参数。