[发明专利]高分辨率大视场航空成像装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高分辨率大视场航空成像装置及其方法，具体用于获得高分辨率大视场航空图像。

背景技术

航空拍摄在战场侦察、森林火灾监控、资源调查、环境污染监测、自然灾害区域评估等方面有着广泛的应用。为了得到广阔、完整的实时目标场景图，急需高分辨率大视场成像方法。然而，在当前的视觉系统中，大视场与高分辨率是不可兼得的，如需获得高分辨率图像，则需牺牲大视场的要求，反之则需要降低分辨率来获得大视场。

昆虫并列型复眼中的每个小眼都是相对独立的，向着不同的方向。每个小眼只能看到整个物体的一部分，虽然单眼小、视场小，但是数量众多的单眼组成的复眼视场很开阔，有些昆虫水平视野可达240度，垂直视野可达360度。

目前，为了快速获得高分辨率的大视场航空视频图像，采用多张单独拍摄的图像序列拼接起来的方法，相对而言图像序列之间的连贯性降低。本发明受昆虫复眼的结构和视觉机理的启发，设计研制了一个能够一次性拍摄高分辨率大视场航空图像的航空成像装置。

发明内容

本发明受昆虫复眼的结构和视觉机理的启发，设计研制了多个摄像头模仿复眼中小眼的高分辨率大视场成像装置，并提出了一种仿生的直接拼接新算法。本发明是采取以下的技术方案来实现的：

高分辨率大视场航空成像装置，其特征在于：包括4个高分辨率摄像头，装置整体呈弧面，DSP与摄像头连接，DSP采集四个摄像头的视频信号，根据装置的硬件参数获得相邻两图像的重叠比例直接进行图像拼接，针对直接拼接的小错位和拼接缝处色差，利用拼接算法进行水平、垂直、旋转小错位矫正和消除色差，将四幅图像拼接成高分辨率大视场航空图像，摄像头和DSP构成图像采集和处理系统，另外还包括图像输出装置。

前述的高分辨率大视场航空成像装置，其特征在于，所述高分辨率大视场航空拍摄图像的重叠比例是，根据摄像头的水平像场角和垂直像场角，按照整体呈弧面放置摄像头，即保证相邻两个摄像头的视场有一定的重叠。根据摄像头的焦距、CCD的尺寸和相邻两摄像头之间的位置关系，通过数学建模和分析获得重叠比例与硬件参数之间的关系，即当装置的硬件参数：摄像头的焦距、CCD的尺寸和相邻两摄像头之间的位置一定时，相邻两个摄像头所得图像之间的重叠比例保持不变。根据这个关系可以通过参数计算或标定的方法，获得相邻两个摄像头所得到的图像之间的重叠比例，其推导如下：

镜头对无穷远调焦时，镜头像方主点到图像宽度张角称为镜头的水平像场角，镜头像方主点到图像高度张角称为镜头的垂直像场角。

α=2arctga′2f]]>α′=2arctgb′2f---(1)]]>

其中，α是镜头的水平像场角，α′是镜头的垂直像场角，a′是CCD有效宽度，b′是CCD的有效高度，f是镜头的焦距。

当两个光学参数相同，保持一定角度的摄像机对同一个方向摄像时，其视场重叠情况如图4所示。其中，图4(b)为系统的正视图；β为两视场的重叠交角；a′是CCD有效宽度，b′是CCD的有效高度，f为透镜的焦距，α为摄像系统的水平视场角；CCD2所能记录的视场如图1中“scene1”所示，CCD1所能记录的视场如图中“scene2”所示。设场景的长、宽分别为a、b，两摄像机视场重叠区域的宽度为q。

根据系统的正视图，图4(b)所示，重叠部分q所对应的CCD的长度q′为