1、魚眼鏡頭的結構與原理
魚眼鏡頭是一种极端的廣角鏡頭，也称全景镜头[4]。一般認爲16mm或焦距更短的鏡頭即爲魚眼鏡頭[5]，但是在工程上視角範圍超過140 度的鏡頭即統稱爲魚眼鏡頭[1]。在實際中也有視角超過甚至達到270度的鏡頭。魚眼鏡頭是一種具有大量筒形畸變的反遠攝型光組[7]。這種鏡頭的前鏡片呈抛物線狀向前部凸出，形狀與魚的眼睛相似，因此得名“魚眼鏡頭”，其視覺效果類似于魚在水中觀察水面上的事物。當魚在貼近水面的位置觀察時，視角可以達到近180°的廣角。這種現象在光學原理中屬于全反射和光路可逆。
由于鱼眼前表面的曲率半径很大，如若将鱼眼外凸的前表面和眼前的水看成整体当作负透镜，该透镜将会有绝对值很大的负光焦度。借鉴仿生学原理，魚眼鏡頭是其领域的一大突破，人类借鉴鱼类仰视水面之上半球空域的视觉原理，使用光学工程技术设计出魚眼鏡頭，并用其成像，获得半球甚至超半球空域的场景图像。为使入射光线强度足够大，前置透镜的前表面改进为凸面并且相应增大后曲面的曲率，保证原有光焦度不变，以形成弯月形的透镜。
弯月形透镜是作为第一个镜头，在其后面增加一定数量的透镜后组成透镜组，以确保第一透镜能良好聚焦。魚眼鏡頭的普遍结构特征为：透镜前组光焦度为负，后组光焦度为正，以加大同焦距不同类型镜头的后工作距离。魚眼鏡頭具有广角、短焦的特点。图1-4为魚眼鏡頭基本结构系统简化图。
2、魚眼鏡頭的成像畸变理论
在光学原理中，受到高斯原理成像视角限制，能成像的空间大小极为有限。但在讨论的魚眼鏡頭中，为了突破成像的局限性，魚眼鏡頭引入畸变理论，在直径空间上进行压缩，以实现广角成像。
3、魚眼視覺系統模型
魚眼鏡頭成像重点之一就是能够正确描述三维立体空间里的目标点在成像平面上的像点，并且能够准确建立对应关系，要完成这一目标需要建立视觉成像模型并分析规律。魚眼鏡頭多采用等距定理设计，图1-6为空间任意一点经魚眼鏡頭折射后成像系统模拟图。
模型中鱼眼摄像成像模型由五个坐标系组成：世界坐标系、魚眼鏡頭坐标系、摄像机坐标系、图像坐标系、成像坐标系。P是三維場景中的一點；h是點和投影表面展示空間之間的垂直距離；R是魚眼圖像半徑；P’是場景點P在成像平面上的投影點；ω是點相對于中心入射角；r 是圖像中心點O’與像點間的徑向距離；θ是場景點P在攝像機坐標系下的方位角；Θ是像點在圖像物理坐標系下的方位角。Sx、Sy是像素分別在橫軸以及縱軸上的物理尺寸。
關注官方微信
