无扭曲广角图像的光学技术的新功能

韩国研究人员设计并建造了廉价的光学镜头,从大面积收集光线,并产生自由变形的广角图像。

与众所周知的相反"fisheye"产生大量的视觉失真,低失真广角镜头的镜头可以潜在地改善基于图像的应用,例如安全摄像机系统和机器人导航。新的广角镜头比市售更轻,更小,更实惠"rectilinear"镜头,也产生低失真视图。研究人员在12月1日发布了美国光学学会的出版物中,展示了他们的光学技术的新壮举。

新型广角镜头采用廉价的组件和100美元可用,专为提高室内安全性而设计。

"宽敞的地方,带有高天花板,如工厂,酒店,剧院,度假村和礼堂,镜头可以捕获整个楼层,这将有助于安全人员轻松监控这些地方,"主席作者在韩国的霍曼大学京东·伊申在这种情况下,镜头将连接到便宜的市售的子弹相机,他说。

根据kweon的说法,广角镜头的原理很简单。

"想想在头顶上拿着一个完美无暇的银色勺子,抬头," he says. "然后你会注意到整个房间可以从勺子的思考中看到。"

但是在那里'他有问题,他指出了。

来自勺子的反射图像严重扭曲。例如,直线变成弯曲,物体之间的距离变得倾斜。挑战是设计一个镜头,该镜头收集来自广域的广域(即,来自整个房间)并产生图像"透视正确,"在那里它准确地描绘了成像对象的形状和相对尺寸。

"我们工作中最具创造力的部分是发现勺子的正确形状,它给出了透视矫正房间的图像," Kweon says.

新镜头的优雅光学技术,新镜片看起来像雪球的形状,以美国国会大厦圆顶。来自大区域的光进入镜头的圆顶并遇到V形镜子。然后,该反射镜头将光线重定向到类似于国会大厦圆顶上的纤维雕像的第二透镜。这"refractive"镜头在子弹相机内图像传感器的确切位置产生大面积的尖锐图像。

V形透镜称为刺孔(反射)透镜,第二透镜称为屈光度(折射率)镜头,因此组合设计称为a"catadioptric" lens.

"其他研究人员设计了具有相似特性的巧妙的昏迷镜片,"Kweon说。然而,他说,"这些镜头是光学效率的,主要是学术兴趣。"

相比之下,这种新设计提供了简单,实用的广角图像,产生了一个"field of view"(FOV)151度。 Kweon说,来自这项技术的FOV可以增加到160度,增加了一点复杂性。 180度的FOV意味着捕捉你在你面前看到的一切,以及你的左侧和右侧。在数学上,这是直线成像的可能性的上限,这种成像是直线而不是弯曲和扭曲的那种成像。相比之下,人眼具有大约46度的视野。

一些鱼眼镜镜片具有超过180度的FOV。然而,他们患有"barrel distortion,"其中线向外拉伸。例如,在监狱的鱼眼照片中,例如,金属条会出现向外伸展,好像卡通人物已经将它们拉开。

直线透镜,在没有这种扭曲的情况下产生图像的透镜是可商购的。然而,出于技术原因,这些模型具有有限的视野,通常小于120度。此外,它们庞大,大而且非常昂贵,成本超过1000美元。

虽然新设计没有一些鱼眼镜片的FOV,但对于广角相机没有缺乏小于180度的广角相机不足。 Kweon说,一个可能的应用程序是将镜头用作智能安全系统的成分。在这种情况下,新的CataDioptric镜片将捕获大的空间和相机"pan-tilt"能够放大感兴趣区域(ROI),例如入侵者的位置。 Kweon说,这可能更有效,而不是看他们各自的rois的众多相机。

新镜头相对较小,可通过姓氏叫做纳米光源的公司( www.nanophotonics.co.kr. “克威登已经开始了。

Kweon说,除了改进安全摄像机外,还有许多其他室内应用。他说,一种可能是一个机器人导航援助。"当该镜头安装在天花板上时,房间以透视正确的方式捕获。换句话说,捕获的图像是房间的缩放版本。因此,估计距离和物体尺寸更容易,它可以帮助家居机器人有效地导航房间," he says.

对于加强图像质量的许多承诺,研究人员专注于改进的一个领域:相机本身不可避免地显示在图像中心的一个小圆圈,一种叫做的现象"central obscuration."通过删除洛杉矶着名的镜头设计专家Kweontic(反光)镜头,克威森和他的研究伙伴米尔顿莱基设计了另一个镜头消除了这个问题,但迄今为止大约120度越来越窄。

由于其微小尺寸和美味,目前的镜头只能在室内使用,但根据kweon,易于改进第一步,为户外商业需求创造一个更大的镜头。"该镜头专为子弹相机而设计," he says. "由于子弹相机真的很小,我认为这种成像系统无法忍受苛刻的户外环境。"

"可以为更大的摄像头制作室外版本,此镜头可以安装在交叉口上,以监控交通违规行为和行人。"

"因为它使用镜子,很容易将镜头设计转换为其他波长,例如红外线,"他说。这些其他波长中的广角镜头具有其他潜在的应用,例如野火监测和人类搜索和救援。

http://www.osa.org

告诉我们你的想法

您是否有审核,更新或您想要添加此新闻故事的任何内容?

留下您的反馈意见
提交