一種可分辨率變換的仿鷹眼視覺成像裝置的制造方法
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可分辨率變換的仿鷹眼視覺成像裝置，屬于視覺成像技術(shù)和仿生技術(shù)領(lǐng)域。
【【背景技術(shù)】】
[0002]視覺是一種重要的信息采集系統(tǒng)。由于視覺傳感器的低成本和易用性等特點(diǎn)，視覺成像系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于生活中的各個(gè)方面，包括監(jiān)控、工業(yè)產(chǎn)品檢驗(yàn)、光學(xué)測量、無人機(jī)、衛(wèi)星等。然而，目前市場上對(duì)視覺系統(tǒng)的設(shè)計(jì)大多只是簡單的圖像數(shù)據(jù)采集上，結(jié)構(gòu)與功能相對(duì)單一。簡單的工業(yè)相機(jī)與定焦鏡頭的組合往往導(dǎo)致視覺系統(tǒng)視場范圍有限，圖像信息利用率較低，難以同時(shí)滿足大視場和高精度的要求。搭配變焦鏡頭雖然可以實(shí)現(xiàn)變焦數(shù)據(jù)采集，但自動(dòng)變焦系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，且較難以程序控制，因此，設(shè)計(jì)一種可以滿足多種需求且方便用戶操作的智能視覺系統(tǒng)很有必要。
[0003]鷹眼具有大視場、目光敏銳等顯著特點(diǎn)。其特殊的眼部結(jié)構(gòu)和視覺原理決定了鷹可以在復(fù)雜環(huán)境中發(fā)現(xiàn)并捕獲弱小目標(biāo)。因此，對(duì)鷹眼的視覺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和視覺原理進(jìn)行分析，建立鷹眼視覺模型，進(jìn)而構(gòu)建仿鷹眼視覺成像裝置，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0004]1、發(fā)明目的:
[0005]本發(fā)明一種可分辨率變換的仿鷹眼視覺成像裝置，是在提供一種仿鷹眼視覺智能采集處理系統(tǒng)，通過模擬鷹眼視覺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和環(huán)境感知機(jī)理，采用多路圖像采集和圖像處理技術(shù)，從而使系統(tǒng)同時(shí)具有大視場和分辨率變換的功能。
[0006]2、技術(shù)方案:
[0007]本發(fā)明為一種可分辨率變換的仿鷹眼視覺成像裝置，分為機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)兩部分。機(jī)械結(jié)構(gòu)采用分層式左右對(duì)稱結(jié)構(gòu)，整個(gè)仿鷹眼視覺成像裝置分為上層光學(xué)結(jié)構(gòu)和下層云臺(tái)控制結(jié)構(gòu)，使其具備伺服控制和分辨率變換功能。
[0008]所述機(jī)械結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)定焦工業(yè)相機(jī)、兩個(gè)板級(jí)工業(yè)相機(jī)、鏡頭切換裝置及二自由度云臺(tái)；
[0009]所述兩個(gè)定焦工業(yè)相機(jī)和兩個(gè)板級(jí)工業(yè)相機(jī)均固定于平臺(tái)上片上;兩個(gè)定焦相機(jī)平行分布于平臺(tái)上片兩側(cè)，兩個(gè)定焦相機(jī)光軸方向成180度夾角;兩個(gè)板級(jí)工業(yè)相機(jī)均位于平臺(tái)上片的其他一側(cè)，兩個(gè)板級(jí)工業(yè)相機(jī)光軸方向成30度夾角；
[0010]所述鏡頭切換裝置由舵機(jī)A、鏡頭旋轉(zhuǎn)片和鏡頭組成，舵機(jī)A控制鏡頭旋轉(zhuǎn)片的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)鏡頭的切換;舵機(jī)A固定于平臺(tái)上片上，與板級(jí)工業(yè)相機(jī)在同一側(cè);鏡頭旋轉(zhuǎn)片為圓板結(jié)構(gòu)，正中心有安裝孔與舵機(jī)A固定;鏡頭以鏡頭旋轉(zhuǎn)片中心為圓心，按照?qǐng)A周均勻分布在鏡頭旋轉(zhuǎn)片上，鏡頭與舵機(jī)A分別安裝于鏡頭旋轉(zhuǎn)片的兩側(cè)；
[0011]所述二自由度云臺(tái)由平臺(tái)下片、俯仰伺服系統(tǒng)、云臺(tái)旋轉(zhuǎn)片及底座構(gòu)成，二自由度云臺(tái)控制上層光學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行俯仰和轉(zhuǎn)向操作;所述上層光學(xué)結(jié)構(gòu)通過平臺(tái)中片及L型固定件與下層云臺(tái)控制結(jié)構(gòu)相連；
[0012]所述俯仰伺服系統(tǒng)包括舵機(jī)B，搖臂和搖桿，兩個(gè)舵機(jī)B對(duì)稱固定于平臺(tái)下片上，搖臂通過搖臂的中心安裝孔與舵機(jī)B固定，搖臂為弓形碳纖板結(jié)構(gòu)，搖桿對(duì)稱安裝在搖臂的兩端，搖桿為圓柱形，俯仰伺服系統(tǒng)控制上層光學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行俯仰運(yùn)動(dòng)；
[0013]底座為圓筒狀結(jié)構(gòu)，舵機(jī)B固定于圓筒狀底座內(nèi)，云臺(tái)旋轉(zhuǎn)片為圓形碳纖板制成，放置于底座上，云臺(tái)旋轉(zhuǎn)片中心與舵機(jī)B固定；
[0014]兩個(gè)L型支撐件對(duì)稱固定在平臺(tái)下片上，連接平臺(tái)下片和L形固定件;六個(gè)L形固定件分兩邊對(duì)稱固定在平臺(tái)中片上，每一邊的三個(gè)固定件中中間的固定件與L型支撐件連接，每一邊的三個(gè)固定件中兩側(cè)的分別與兩個(gè)搖桿相連；
[0015]所述云臺(tái)旋轉(zhuǎn)片由底座中的舵機(jī)B控制進(jìn)行轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)；
[0016]平臺(tái)上片和平臺(tái)中片之間以及平臺(tái)下片和云臺(tái)旋轉(zhuǎn)片之間均通過連接桿進(jìn)行固定連接；
[0017]所述定焦工業(yè)相機(jī)和板級(jí)工業(yè)相機(jī)通過信號(hào)線與圖像處理單元相連，采集的多路圖像經(jīng)過圖像處理單元處理，圖像處理單元可根據(jù)用戶需求進(jìn)行功能設(shè)計(jì)，完成特定的視覺處理任務(wù)，并通過控制系統(tǒng)和舵機(jī)對(duì)鏡頭切換裝置進(jìn)行控制，從而切換到相應(yīng)任務(wù)的鏡頭。
[0018]所述定焦工業(yè)相機(jī)采用兩側(cè)對(duì)稱固定的安裝方式，采用固定的短焦鏡頭，形成兩側(cè)較大的視場范圍，從而可以獲取場景中的大范圍信息；
[0019]所述兩個(gè)板級(jí)工業(yè)相機(jī)位于中間區(qū)域，形成雙目視場范圍，鏡頭通過鏡頭切換裝置調(diào)節(jié)，從而形成可分辨率變換的雙目視覺結(jié)構(gòu)。裝置中所有的鏡頭均采用標(biāo)準(zhǔn)的M12接口鏡頭，從而可減少整個(gè)裝置的體積。
[0020]所述平臺(tái)上片、平臺(tái)中片、平臺(tái)下片、云臺(tái)旋轉(zhuǎn)片以及鏡頭旋轉(zhuǎn)片均采用碳纖維板制作而成，從而減輕整個(gè)裝置的重量。平臺(tái)上片為六邊形，平臺(tái)中片為圓形，平臺(tái)下片為由圓形去掉中心對(duì)稱的兩個(gè)弓形部分構(gòu)成；
[0021]所述L型支撐件及L型固定件均采用鋁合金材料制作而成。
[0022]所述二自由度云臺(tái)控制整體進(jìn)行俯仰和轉(zhuǎn)向操作；
[0023 ] 所述控制系統(tǒng)包括圖像處理單元、舵機(jī)控制單元和電源單元；
[0024]所述電源單元為整個(gè)硬件系統(tǒng)提供電源；
[0025]所述圖像處理單元負(fù)責(zé)采集多路的工業(yè)相機(jī)圖像，并進(jìn)行相應(yīng)的處理；
[0026]所述舵機(jī)控制單元從圖像處理單元接收控制信號(hào)，用于控制二自由度云臺(tái)中的舵機(jī)和鏡頭切換裝置中的舵機(jī)。
[0027]上述工業(yè)相機(jī)的工作模式可以進(jìn)行組合配置，兩側(cè)的定焦工業(yè)相機(jī)形成兩側(cè)視場，中間的板級(jí)工業(yè)相機(jī)形成中間視場，三個(gè)視場可覆蓋大范圍場景，從而可在大范圍場景中捕獲目標(biāo)；圖像處理單元利用大場景信息和設(shè)定任務(wù)來調(diào)度鏡頭切換裝置，當(dāng)可疑目標(biāo)距離較遠(yuǎn)時(shí)，切換為短焦鏡頭，進(jìn)入大場景模式，以有效跟蹤目標(biāo)，當(dāng)可疑目標(biāo)距離較近時(shí)，則切換為長焦鏡頭，進(jìn)入雙目視覺測量模式，組成立體視覺從而對(duì)目標(biāo)的更多信息進(jìn)行捕獲和精確測量。
[0028]具體工作步驟如下:
[0029](I)控制鏡頭切換裝置，將板級(jí)工業(yè)相機(jī)的鏡頭調(diào)節(jié)到短焦鏡頭，進(jìn)入大場景模式，兩側(cè)定焦工業(yè)相機(jī)形成兩側(cè)視場，從而三個(gè)視場拼接為一個(gè)大視場，用于大場景的實(shí)時(shí)監(jiān)控，此時(shí)針對(duì)的目標(biāo)為距離較遠(yuǎn)的目標(biāo)，采集的圖像經(jīng)過圖像處理單元處理后，采用顯著性計(jì)算檢測場景中的可疑目標(biāo)；
[0030](2)當(dāng)場景中發(fā)現(xiàn)可疑目標(biāo)后，計(jì)算可疑目標(biāo)在大場景中的圖像坐標(biāo)，進(jìn)而計(jì)算可疑目標(biāo)相對(duì)于整體平臺(tái)中心的方位參數(shù)，舵機(jī)控制單元根據(jù)目標(biāo)的方位參數(shù)控制二自由度云臺(tái)中的兩個(gè)舵機(jī)B，將中間板級(jí)工業(yè)相機(jī)對(duì)準(zhǔn)可疑目標(biāo)；
[0031](3)通過控制鏡頭切換裝置，將板級(jí)工業(yè)相機(jī)的鏡頭調(diào)節(jié)到長焦鏡頭，進(jìn)入雙目視覺測量模式，此時(shí)兩個(gè)板級(jí)工業(yè)相機(jī)構(gòu)成的雙目視覺系統(tǒng)可對(duì)目標(biāo)進(jìn)行進(jìn)一步的精細(xì)分析;兩側(cè)定焦工業(yè)相機(jī)則繼續(xù)對(duì)周邊場景進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。
[0032]本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)及功效在于:
[0033]采用可分辨率變換的仿鷹眼視覺成像裝置，可以保證視覺系統(tǒng)既可以大范圍監(jiān)控場景，對(duì)可疑目標(biāo)進(jìn)行檢測和定位，又可以進(jìn)行高分辨率進(jìn)行分析和測量，可克服單一相機(jī)的精度和視場范圍相互矛盾的缺陷，目標(biāo)檢測效率明顯提高，適用范圍更廣。為裝置加入控制系統(tǒng)，通過程序設(shè)定可以使系統(tǒng)自動(dòng)檢測可疑目標(biāo)并進(jìn)行分辨率變換，人機(jī)交互功能可方便用戶根據(jù)需要進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制，并可以很好地拓展仿鷹眼視覺成像裝置的應(yīng)用范圍。
【【附圖說明】】
[0034]圖1可分辨率變換的仿鷹眼視覺成像裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035]圖2上層結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036I圖3下層結(jié)構(gòu)示意圖。
[0037]圖4硬件連接關(guān)系不意圖。
[0038]圖中標(biāo)號(hào)說明如下:
[0039]1、平臺(tái)上片2、平臺(tái)中片3、平臺(tái)下片4、云臺(tái)旋轉(zhuǎn)片
[0040]5、底座6、舵機(jī)B7、搖臂8、搖桿[0041 ] 9、L型支撐件 10、L型固定件 11、定焦工業(yè)相機(jī)12、連接桿
[0042]13、板級(jí)工業(yè)相機(jī)14、舵機(jī)A15、鏡頭旋轉(zhuǎn)片 16、鏡頭
【【具體實(shí)施方式】】
[0043]請(qǐng)參閱圖1一4所示，本發(fā)明一種可分辨率變換的仿鷹眼視覺成像裝置，它分為機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)兩部分。機(jī)械結(jié)構(gòu)采用經(jīng)典的分層式左右對(duì)稱結(jié)構(gòu)，整體可分為上層光學(xué)結(jié)構(gòu)和下層云臺(tái)控制結(jié)構(gòu)，使其具備伺服控制和分辨率變換功能。
[0044]機(jī)械結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)定焦工業(yè)相機(jī)11，兩個(gè)板級(jí)工業(yè)相機(jī)13，鏡頭切換裝置，二自由度云臺(tái)；所述兩個(gè)定焦工業(yè)相機(jī)和板級(jí)工業(yè)相機(jī)均固定于平臺(tái)上片I上，兩個(gè)定焦相機(jī)平行分布于兩側(cè)，兩個(gè)板級(jí)工業(yè)相機(jī)位于中間，光軸方向成30度夾角;鏡頭切換裝置由舵機(jī)A14、鏡頭旋轉(zhuǎn)片15和多個(gè)鏡頭16組成，舵機(jī)A14控制鏡頭旋