1 陆军工程大学石家庄校区电子与光学工程系, 河北 石家庄 050003
2 武警部队研究院, 北京 100012
3 北京跟踪与通信技术研究所, 北京 100094
在现有车载辅助驾驶系统中, 可见光成像系统难以有效应用于夜晚、 雨、 雾、 霾等低照度不良天气。 红外成像系统有效克服了上述不足, 但传统车载红外系统存在视场角小、 视野盲区大的缺点。 研究了超大视场红外系统的车载辅助驾驶应用, 提出了基于安全距离和成像尺寸联合约束的超大视场红外系统关键参数论证方法。 通过分析等距投影成像规律, 建立了超大视场红外系统车载应用的安全距离约束模型和成像尺寸约束模型, 以极限速度对应的探测最近距离和二维Johnson准则约束下的“发现”最远距离来验证超大视场红外车载系统的可行性, 计算了视场角等关键参数。 经过理论论证和分析, 超大视场红外车载系统的镜头焦距/像元尺寸范围需在[276.1 521.3]范围之内。 通过开展系统试验, 设计了水平视场角为140°的超大视场红外成像系统, 满足了对人的发现距离大于130 m的要求, 进而可用于车辆辅助驾驶。
红外成像 超大视场 Johnson准则 安全距离 Infrared imaging Ultra-field Johnson criterion Safe distance 光谱学与光谱分析
2022, 42(11): 3601
1 武警部队研究院 系统工程研究所, 北京 100012
2 军事科学院系统工程研究院 总体研究所, 北京 100012
3 武警北京市总队参谋部通信大队, 北京 100000
针对超大视场红外图像畸变大、与人眼视觉差异明显的问题, 提出了一种基于精确模型和逆投影的超大视场红外图像畸变校正算法以改善其视觉效果。该算法首先利用精确模型对超大视场红外相机成像中的物、像关系进行描述; 然后, 针对红外图像像素采样率不高的缺点, 利用较为精确的三次卷积插值法对图像进行插值来补全成像信息; 最后, 根据校正图像上的待赋值像点的坐标, 结合校正模型和超大视场红外相机精确模型, 计算该像点逆投影到插值图像时的对应坐标, 并以最近邻像点像素值作为校正后图像像点的赋值。车载道路场景下的超大视场红外图像畸变校正实验结果显示, 所提出的算法图像校正结果边界清晰、无锯齿效应, 对场景中的直线平均还原偏差小于0.35pixels, 表明该算法对超大视场红外图像畸变校正具有较好的适用性。
机器视觉 超大视场 红外成像 畸变校正 machine vision ultra-wide FOV infrared imaging distortion correction
1 厦门理工学院光电与通信工程学院，福建 厦门 361024
2 莆田学院机电工程学院，福建 莆田 351100
为了使变焦光学系统能够实现超大视场以及大孔径高分辨率成像，提出一种能够有效指导此类系统的设计方法。通过分析变焦光学系统的原理以及比较其变焦补偿方式，确定采用全动型补偿方式来实现整个系统的变焦。根据初级像差的理论并结合ZEMAX软件得到系统较合适的初始结构参数，对其进行优化设计可以得到一款由14片折射透镜组成的大孔径以及超大视场变焦系统，该系统的工作波段为400~700 nm，焦距范围为6.54~17.00 mm，变倍比为2.6，全视场角范围为60°~178°，F数为2.8，调制传递函数值在奈奎斯特频率55.6 lp/mm处均大于0.40，说明系统的成像质量较好且满足设计要求。
几何光学 变焦系统 大孔径 超大视场 光学设计 激光与光电子学进展
2021, 58(7): 0708001
在计算机视觉研究中, 传统的小视场、可见光相机获取信息有限, 对特殊环境适应能力差。为了增加信息的获取量, 提高适应环境的能力, 需要用到双目超大视场红外相机。针对双目超大视场红外相机标定精度低的问题, 基于一种通用相机模型, 结合主动红外辐射标定板, 提出了一种标定方法。通过该相机模型中的标定原理, 对双目超大视场红外相机内部参数和外部参数进行了准确标定。实验结果显示: 焦距、基线距离标定误差、标定角点平均重投影误差分别低于0.99%,0.24%,0.60像素, 较高的标定精度验证了所提方法的正确性。
计算机视觉 相机标定 通用相机模型 双目超大视场红外相机 computer vision camera calibration generic camera model binocular ultra-wide-angle infrared camera
中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所，河南 洛阳 471000
超大视场红外光学镜头在**上主要用于对来袭目标进行告警，相比于常规红外光学系统，其设计具有许多不同的特点。结合实际工程应用，在投影方式、光学构型、像面照度、视场、无热化、评价方式等方面对超大视场红外光学系统设计的特点进行分析。给出了一个具体的设计实例，所用探测器采用1 024×1 024@15 μm制冷型中波红外探测器，光学系统工作波段3.7～4.95 μm，焦距9.6 mm，视场116°，仅采用4片透镜实现无热化设计，不含衍射面，工作温度覆盖范围?55～+70 ℃，镜头结构紧凑，总长度小于70 mm。像质评价结果表明:全视场单个像元角分辨率均匀性95%以上，单个像元能量集中度在75%以上，光学系统边缘视场照度为中心视场照度的90%以上。
光学设计 超大视场 视场拼接 optical design large field of view field of splicing 红外与激光工程
2020, 49(6): 20190443
陆军工程大学石家庄校区电子与光学工程系, 河北 石家庄 050003
针对多尺度目标检测问题,提出一种基于深度注意力机制的多尺度红外行人检测方法。首先,选取较为轻量级的Darknet53作为深度卷积特征提取的主干网络,设计四尺度的特征金字塔网络负责目标的定位和分类,通过引入更低层高分辨率的特征图来改善对小尺度行人目标的检测性能。其次,利用注意力模块替代特征金字塔网络中传统的上采样模块,生成基于卷积特征的局部显著图,可以有效抑制不相关区域的特征响应,突出图像局部特性。最后,利用Caltech行人数据集和U-FOV红外行人数据集进行两次迁移训练,以提高模型的泛化能力,丰富行人的样本特征。实验结果表明,所提方法在U-FOV数据集上的识别平均准确率达到了93.45%,比YOLOv3高26.74个百分点,能检测到的最小行人像素为6×13。在LTIR数据集上的定性实验结果验证,所提模型具有良好的泛化能力,适用于多尺度红外行人的检测。
探测器 红外行人检测 卷积神经网络 超大视场 特征金字塔网络 注意力机制
陆军工程大学石家庄校区 电子与光学工程系, 石家庄 050003
小型机器人传统视觉方法对环境适应性差。提出了一种基于双目超大视场红外相机的环境感知方法。利用大视场镜头高阶奇次多项式模型, 建立了超大视场红外双目立体成像的水平和垂直视差数字模型。以视差模型为基础建立超大视场红外双目视觉模型, 研究了超大视场红外双目系统立体视觉范围和阈值。搭建了视场为170°×128°的超大视场红外立体视觉系统, 分析了立体视觉范围及阈值应用于小型机器人视觉的可行性。同时, 针对照度不均、雾霾等条件下的场景开展超大视场红外双目立体视觉实验研究, 构建了双目图像标准视差图, 结果表明, 超大视场红外双目立体视觉系统对复杂场景具有良好的适应性, 基本能够满足小型机器人视觉系统需求。
红外 超大视场 立体视觉 视差模型 视差图 infrared ultrawide field stereo vision parallax model disparity map
陆军工程大学石家庄校区 电子与光学工程系, 石家庄 050003
针对传统可见光、红外小视场视觉定位系统易受光照条件影响、环境适应性差、视觉信息不足等缺陷, 提出了一种基于超大视场红外双目视觉的非线性极线约束与目标定位方法.利用全景相机畸变模型对超大视场红外相机成像过程的几何关系进行分析, 建立了一般结构的超大视场红外双目视觉系统成像模型, 完成了同名像点非线性极线约束方程的数理推导; 以此模型为基础, 研究了一种适用于超大视场红外双目视觉系统的目标三维空间定位解算方法.实验结果表明：不同环境照度场景中距离为1.75~8.05 m的8个目标点在极线方程约束下, 同名像点的匹配搜索由二维降为一维, 将匹配同名像点坐标带入三维空间定位解算方程, 距离误差在0.9%～7.0%之间, 较高的定位精度验证了所提方法的正确性, 以及超大视场红外双目视觉系统的空间定位能力与优势.
机器视觉 双目立体视觉 非线性极线约束 超大视场红外 空间定位 Machine vision Binocular and stereopsis Nonlinear epipolar constraint Ultra-wide field infrared Spatial positioning
