全景环形透镜扫描成像研究

论文摘要

全景环形透镜成像是一种新型的光学系统成像,通过平面圆柱投影原理可以将360°范围内的景物成像在二维平面的环形图像范围内。全景环形透镜在机器人视觉,内窥以及国防、航空等诸多领域有着广泛的应用前景。本文在基于以前对于全景环形透镜成像研究的基础上,提出了全景环形透镜扫描成像的研究方案,目的在于克服当成像距离远,所需成像面积大而面阵图像传感器不易满足要求、大面积面阵图像传感器的单位像元尺寸较大不易满足高分辨率要求、图像数据量大且处理时间长、成本高等缺点。本文主要分为五个部分对全景环形透镜扫描成像研究进行阐述。首先叙述了以前在扩大成像视场获得全景图像方面所作出的努力和取得的成果,分析了各种不同设计方案的全景成像系统的原理和具体实现,总结了全景视觉系统的研究概况。其次详细描述了本文所用全景环形透镜的投影成像原理、光学特性、光学系统设计。再次详细叙述了基于全景环形透镜扫描成像研究提出的两个方案:小面积面阵CMOS扫描成像方案与线阵CCD扫描成像方案。并在基于以上两个方案的实验系统中,应用了图像的拼接、融合、线性化展开的图像处理算法,编写了图像处理软件,最后在通过图像处理程序处理图像后,有了初步的实验结果分析并讨论了实验系统的不足之处。本文基于全景环形透镜的两个扫面成像方案的系统搭建、算法研究、软件实现、结果分析,是对全景环形透镜扫描实时成像这一领域探索性的研究。在本文最后对研究工作中存在的不足进行了总结,对将来继续研究的方向提出了建议和展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• §1.1 课题背景
• §1.2 国内外发展现状和研究动向
• §1.3 全景环形透镜概述
• §1.4 主要研究目的
• §1.5 主要研究内容
• 第二章 全景环形透镜光学系统
• §2.1 传统成像系统
• §2.1.1 中心投影法
• §2.1.2 平行投影法
• §2.2 全景环形透镜光学系统
• §2.2.1 平面圆柱投影法
• §2.2.2 全景环形透镜成像原理
• §2.2.3 全景环形透镜的光学特性
• §2.2.4 全景环形透镜的光学设计
• §2.2.5 全景环形透镜（PAL）镜组光学参数
• 第三章 全景环形透镜扫描成像
• §3.1 引言
• §3.2 小面积面阵CMOS扫描成像方案
• §3.2.1 图像采集模块
• §3.2.2 电机控制模块
• §3.2.3 分辨率计算
• §3.2.4 实验分析
• §3.3 线阵CCD扫描成像方案
• §3.3.1 线阵CCD扫描成像系统介绍
• §3.3.2 线阵CCD图像传感器
• §3.3.3 线阵扫描电机控制
• §3.3.4 高速数据采集模块
• §3.3.5 分辨率计算
• 第四章 全景环形扫描成像的图像处理
• §4.1 全景环形扫描成像序列图像的预处理
• §4.1.1、光学系统优化
• §4.1.2 图像增强
• §4.1.3、图像增强实验
• §4.2 全景环形图像处理
• §4.2.1 小面积面阵CMOS扫描成环带图像的图像处理
• §4.2.2 线阵CCD扫描成像的图像处理
• 第五章 全景环形透镜扫描成像实验分析
• §5.1 软件介绍
• §5.2 实验结果分析
• §5.2.1 方案一实验分析
• §5.2.2 方案二实验分析
• 第六章 总结与展望
• §6.1 总结
• §6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间的主要研究成果
• 致谢