1.1.5 采用曲面镜配合的单目立体视觉

Nene和Nayar提出了采用双曲面镜、椭球面镜和抛物面镜分别与单摄像机配合的3种立体视觉检测系统，如图1-11所示。图中，C为光心，M为三维物点，m、m′为成像面上的像点，v、v′为三维物点经过曲面镜后的虚拟位置点。采用非平面镜对物体进行成像的主要目的是扩大摄像机的成像视场，拓宽其成像的范围，它能获取三维场景在水平方向一周、垂直方向半周的图像。反射镜面的形状根据需要选择采用双曲面镜面、抛物面镜面或椭球面镜面等。该系统与其他系统相比可以获得更大范围的视场，成像原理比较简单，而且易于转换为人眼视觉成像。由于采用了曲面反射镜的配合，该系统获取的图像存在较大畸变，镜面光学反射系统也比较复杂，在一些精度要求不高、测量范围大的场合应用较为广泛。

图1-11 曲面镜单目立体视觉示意图

a）双曲面镜 b）椭球面镜 c）抛物面镜

Eduardo L.L. Cabral等提出了一种采用双叶镜和一台摄像机的全方位立体视觉检测系统，如图1-12所示。该系统在摄像机的前方放置了一块由同轴的两块曲面镜组成的双叶镜，该双叶镜的轴线与摄像机的光轴重合，双叶镜的内、外镜面将空间分成两个不同的成像视场，内视场和外视场的公共部分即为该双叶镜的有效视场。空间中有效视场内的某三维点经双叶镜反射后，在一个像面上成两个物体的图像。该系统仅采用一块双叶镜和一台摄像机，因此结构较为简单，且系统安装比较紧凑。该系统的缺点是曲面镜的磨制精度不易控制，紧凑的安装方式使得测量系统的基线距离较小，造成系统的测量精度不高。

图1-12 单摄像机双叶镜折反射立体视觉结构示意图

中国科学院沈阳自动化研究所的朱枫等及Nayar和V. Peri等各自提出了一种折反射全方位立体视觉检测系统，如图1-13a和b所示。

图1-13 单摄像机双镜面折反射全方位立体成像系统

a）实物图 b）曲面镜反向放置

如图1-13所示，该系统由一台摄像机和两块双曲面反射镜构成。曲面镜可以同向放置，也可以反向放置。图1-13b中两曲面镜为反向放置，当基线距相同时，该视觉系统整体体积较小，结构较为紧凑。该类系统具有对应点对匹配简单、测量系统基线距较长等优点。