面向静态数字场景的复眼式照相镜头设计开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

随着人类社会的发展和科学技术的不断进步，数字制造行业也取得了突飞猛进的发展和变化。为了构建数字化三维场景，往往需要大量和重复的实景数据采集。对于静态实景数据采集，目前的单孔径成像系统想要达到180°甚至360°范围内的成像需要多片透镜的组合来实现。

一般方法是将数字化照相机放置在固定于三脚架之上的照相云台，通过不断地按一定角度旋转照相云台，获取实景图像素材；为了帮助照相机调整取景角度，云台转动包括垂向360°旋转和水平向360°等两个转向；照相机对于实景数据的采集，一般以30°~60°角为一帧；一个场景空间的完整采集，需要30~40帧照片，这种频繁的手工操作，导致采集效率和采集精度较低；最为重要的是，组成同一场景的照片，由于拍摄时间与拍摄状态不同，导致在场景制作时的数据判读失误、判读时间较长、数据迭代误差，后期制作的鲁棒性极低，以致三维数字场景的构建精度难以保证。

静态实景数据采集的改进方案是，将多部相机捆绑安装在同一支架上集群使用，这导致了一次性投资数倍乃至数十倍增加；更麻烦的是拍摄前期的相机组装工作量大、拍摄准备时间和拍摄收尾时间较长，而且每部相机的拍摄角度无法精确设定；由于相机本身的体积限制，一个机架上难以容纳10部以上的相机，难以按采集精度和采集规范获得实景数据，导致了实景数据规模较小、精度较低；如果要容纳更多的相机，则机架体积和质量过大，不能便携操作，许多作业场合难以使用；由于每台相机是将采集到的数据存储到自身携带的内存卡中，在后期制作前，必须将各相机采集到的照片数据逐一手工配对，消耗大量的人力和时间，制作效率进一步拉低。

2. 研究的基本内容与方案

本设计的基本内容是:设计一种复眼式照相机，复眼成像的特点是：它的每个小眼只是图像的一部分，全部小眼成像合并才成为一幅完整的图像，在工程上称为图像镶嵌整合；

本设计的目标是:设计一款复眼式照相机的结构为在球型壳体等距均布38个电子镜头（相当于复眼中的小眼）的数字化照相机，38个电子镜头，能够同时聚焦物体的不同深度，从而可以产生全景视角，呈现显著的深度感官。

拟采用的技术方案及措施为:在球型外壳的过球心水平圆面a上，按照30°进行位置等分，每一位置放置一个子眼镜头，计12个镜头；在水平圆面a上下各45°出的圆面b和c上，按照30°进行位置等分，每一位置放置一个子眼镜头，各计12个镜头；在垂直圆面d的顶部和底部各放置一个子眼镜头，计2个镜头；共计38个镜头。用一个控制模块统一控制38个子眼电子镜头，各子眼镜头采集到的数据进行统一的数据编码和数据库存放，采用无线方式进行拍摄操作和数据对外传输。

3. 研究计划与安排

[1]第1-2周：了解学习数字场景构建的基本方法、复眼的原理、电子镜头的相关知识

[2]第3-5周：完成文献查阅和英文翻译以及开题报告

[3]第6-8周：掌握复眼镜头的整体构造和原理，设计出完整方案

4. 参考文献（12篇以上）

[1]王国锋．蝇视觉系统在红外成像制导中的应用研究[博士学位论文]．西安：西北工业大学，2003．

[2]刘浩．基于微透镜阵列的仿生复眼结构研究[硕士学位论文]．武汉：华中科技大学，2008．

[3]车静．基于多视角图像的图像测量方法研究[硕士学位论文]．太原：中北大学，2014．