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    4. 超廣角魚眼鏡頭的原理、設計模型及應用發展

      作者:佚名 來源:網絡文檔 時間:2021-05-30 17:40 閱讀:9333 [投稿]
      對魚眼鏡頭的原理進行簡單的概述,然后分析了它的一些關鍵問題,接著便是對魚眼鏡頭的應用進行了簡要介紹,并在此基礎上對魚眼鏡頭的未來發展前景進行展望。

      摘要:近年來,隨著光學鏡頭及成像芯片技術的不斷發展,基于常規鏡頭的傳統視覺系統由于其有限的視場范圍已經不能滿足許多應用場合的需求。而廣角成像具有大視野的顯著特征,已成為當前計算機視覺研究的焦點和熱點。而魚眼鏡頭是一種基于仿生學的超廣角鏡頭,通過引入桶形畸變,對物理空間進行“壓縮形變”,從而獲得視角為180~270度的超廣角成像,盡管物像間差異很大,但不影響分辨率,且能保證物點與像點的一一對應關系,可以實現大范圍的清晰成像,在天文、氣象、森林防火以及國防軍事等領域有重要應用。對魚眼鏡頭的原理進行簡單的概述,然后分析了它的一些關鍵問題,接著便是對魚眼鏡頭的應用進行了簡要介紹,并在此基礎上對魚眼鏡頭的未來發展前景進行展望。

      一、魚眼鏡頭的原理

      1.1.魚眼鏡頭的結構原理

      魚眼鏡頭是一種極端的廣角鏡頭,也稱全景鏡頭[4]。一般認為16mm或焦距更短的鏡頭即為魚眼鏡頭[5],但是在工程上視角范圍超過140 度的鏡頭即統稱為魚眼鏡頭[1]。在實際中也有視角超過甚至達到270度的鏡頭。魚眼鏡頭是一種具有大量筒形畸變的反遠攝型光組[7]。這種鏡頭的前鏡片呈拋物線狀向前部凸出,形狀與魚的眼睛相似,因此得名“魚眼鏡頭”,其視覺效果類似于魚在水中觀察水面上的事物。


      圖1-1 魚在水中觀察水面事物

      當魚在貼近水面的位置觀察時,視角可以達到近180°的廣角。這種現象在光學原理中屬于全反射和光路可逆。


      圖1-2全反射(左)和光路可逆(右)

      超廣角的魚眼鏡頭是一種特殊鏡頭,但是在成像時因為實際生活中的景物是有既定的固定形態的,而通過魚眼鏡頭產生的畫面效果超出了這一范疇,所以需要合適的模型設計,以計算像點的準確位置。已知折射率公式為


      (1-1)

      空氣中n=1。當i=90°時,


      (1-2)

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