[发明专利]一种紧凑的大视野光场采集系统及其分析优化方法

摘要

本发明公开了一种紧凑的大视野光场采集系统及其分析优化方法。系统由一个远心相机和五个抛物镜面组成，包括一个主镜面和四个辅镜面；四个辅镜面布置于与光轴垂直的同一平面上，主镜面位于中心正上方，远心相机置于主镜面正上方；通过主镜面与四个辅镜面的镜面反射在归一化图像平面上获得归一化坐标，再反向投影得到三维重构的空间坐标；根据反向投影的公式，分析测量误差从像素坐标到重构空间坐标的误差传递关系，通过仿真得到误差在空间中的分布和误差再归一化图像平面上的分布；利用系统参数的变化对误差的影响进而获得系统参数最优设计范围。本发明充分利用了多镜面之间的水平和垂直基线，结构紧凑，具有较高的光场采集效率和三维重建精度。

主权项

1.一种紧凑的大视野光场采集系统的分析优化方法，所述分析优化方法采用的系统主要由一个远心相机和五个抛物镜面组成，五个抛物镜面包括一个主镜面和四个辅镜面；四个辅镜面以主镜面光轴为中心旋转对称方式布置于与主镜面光轴垂直的同一平面上，主镜面位于四个辅镜面形成的中心正上方，主镜面和辅镜面的光轴平行，远心相机置于主镜面的正上方并对准主镜面；通过主镜面与四个辅镜面的镜面反射采集获得景物的成像；其特征在于方法的步骤如下：1)以主镜面焦点O₁为原点建立三维坐标系O₁‑xyz，以主镜面的光轴为z轴，x轴沿主镜面焦点O₁投影到垂直于z轴的平面上后与辅镜面焦点O₂之间的连线方向，y轴沿垂直于z轴和x轴的方向；2)已知主镜面焦点O₁的坐标(0,0,0)与其抛物面方程x²+y²＝‑4p(z‑p)，辅镜面焦点O₂的坐标(B_X,0,‑B_Z)与其抛物面方程(x‑B_X)²+y²＝‑4p(z‑B_Z‑p)，其中p是抛物面参数；3)任一空间点P(X,Y,Z)分别经由主镜面焦点O₁和辅镜面焦点O₂的投影中心得到与主镜面的交点Q₁(x₁,y₁,z₁)以及与辅镜面的交点Q₂(x₂,y₂,z₂)，然后通过正投影映射到归一化图像平面上得到点(x₁,y₁,1)和点(x₂,y₂,1)；4)根据点(x₁,y₁,1)、点(x₂,y₂,1)和空间坐标(X,Y,Z)的三维重构关系将空间点P(X,Y,Z)的坐标表示为以下七个参数的函数：P(X,Y,Z)＝f(p,B_X,B_Z,x₁,x₂,y₁,y₂)其中，B_X表示主镜面焦点O₁和辅镜面焦点O₂在沿x方向基线上之间的间距，B_Z表示主镜面焦点O₁和辅镜面焦点O₂在沿z方向基线上之间的间距，p表示主辅镜面的抛物面参数，p、B_X、B_Z为系统参数；5)根据步骤1)获得的函数，针对其中的七个参数均采用以下公式计算获得空间点P(X,Y,Z)处的重构总误差Δe_total：其中，ΔX、ΔY、ΔZ分别表示空间点P三维坐标X、Y、Z分别在各自分量上的误差，m表示p,B_X,B_Z,x₁,x₂,y₁,y₂中的任意一个，δ_m表示参数m对应的测量误差；6)通过仿真实验获得所述系统的空间误差分布或者最优参数范围。