快速全景立体摄像测量装置

摘要

一种快速全景立体摄像测量装置，包括全方位视觉传感器、全景彩色调制光发生器以及用于对全方位图像进行三维立体摄像测量的微处理器，所述全方位视觉传感器与所述全景彩色调制光发生器配置在同一根轴心线上，所述全方位视觉传感器与所述微处理器连接；所述全方位视觉传感器包括摄像单元和第一双曲面折反射单元；所述全景彩色调制光发生器包括圆形波长可变滤光片、光源固定框、白色光发光单元和第二双曲面折反射单元，所述第一双曲面镜面和第二双曲面镜面具有相同成像参数；所述微处理器包括：视频图像读取模块、空间信息计算模块和三维图像重构模块。本发明能够减少计算机资源消耗、快速完成测量、实时性好、实用性强。

权利要求

1.一种快速全景立体摄像测量装置，其特征在于：所述快速全景立体摄像测量装置包括全方位视觉传感器、全景彩色调制光发生器以及用于对全景图像进行三维立体摄像测量的微处理器，所述全方位视觉传感器与所述全景彩色调制光发生器配置在同一根轴心线上，所述全方位视觉传感器与所述微处理器连接；

所述全方位视觉传感器包括摄像单元和第一双曲面折反射单元；所述的第一双曲面折反射单元包括第一双曲面镜、第一上盖、第一支撑杆、透明玻璃面和附加镜头框，所述第一双曲面镜的上部与第一上盖连接，所述第一双曲面镜的底部中央与第一支撑杆上端连接，所述第一支撑杆下端与透明玻璃面连接，所述透明玻璃面安装在附加镜头框的上部，所述摄像单元安装在所述附加镜头框的下部；

所述全景彩色调制光发生器包括圆形波长可变滤光片、光源固定框、白色光发光单元和第二双曲面折反射单元，所述白色光发光单元连接供电单元，所述的第二双曲面折反射单元包括第二双曲面镜、第二上盖和第二支撑杆，所述第二双曲面镜的上部与第二上盖连接，所述第二双曲面镜的底部中央与第二支撑杆上端连接，所述第二支撑杆下端与所述圆形波长可变滤光片连接，所述圆形波长可变滤光片安装在所述光源固定框的上部，所述白色光发光单元安装在所述光源固定框的下部；

所述第一双曲面镜和第二双曲面镜具有相同成像参数；

所述微处理器包括：

视频图像读取模块，用于读取全方位视觉传感器的视频图像，并保存在指定的存储设备中，其输出与空间信息计算模块连接；

空间信息计算模块，用于计算空间物点到快速全景立体摄像测量装置中心点的距离及入射角，分别计算空间物点与全方位视觉传感器的实焦点Om的距离R1、空间物点与全景彩色调制光发生器的实焦点Op的距离R2、空间物点与中央眼的距离R以及空间物点的入射角Φ；其输出与三维图像重构模块连接；

三维图像重构模块，用于将在全方位视觉传感器中所获取的全景图像进行柱状展开运算，展开图中横坐标表示方位角，纵坐标表示入射角；在展开全景图像时需要将中心部分的图像单独分离出来，然后对全景图像进行展开，展开算法中水平方向的计算步长为，Δβ＝2π/l，式中l为水平展开幅度；垂直方向的计算步长为Δm＝(αo-max-αo-min)/m；式中，αo-max为全景图像最大有效半径Rmax对应的场景光线入射角，αo-min为全景图像最小有效半径Rmin对应的场景光线入射角；

与用极坐标表示的全景图像中的原像点A(Φ，β)对应的球面展开方式中的A点坐标分别为：

x＝β/Δβ，y＝(αo-αo-min)/Δm (15)

式中：Δβ为水平方向的计算步长，β为方位角，Δm为垂直方向的计算步长，αo全景图像有效半径R0对应的场景光线入射角，αo-min为全景图像最小有效半径Rmin对应的场景光线入射角。

2.如权利要求1所述的快速全景立体摄像测量装置，其特征在于：所述白色光发光单元位于第一双曲面镜或第二双曲面镜的虚焦点处，白色光通过圆形波长可变滤光片光的波长λ与圆形波长可变滤光片的半径r成线性关系，用公式(6)来表示，式中：λw、λc、Rf均为圆形波长可变滤光片的参数，λc为圆形波长可变滤光片的中心的波长，λw为圆形波长可变滤光片外圆边缘处的波长，Rf为圆形波长可变滤光片的最大半径，r为从圆形波长可变滤光片的圆心到某一点的测量半径值；通过测量半径值用公式(6)计算得到通过该点的波长λ。

3.如权利要求1或2所述的快速全景立体摄像测量装置，其特征在于：所述全方位视觉传感器与所述全景彩色调制光发生器之间采用背靠背型连接，所述全方位视觉传感器的第一上盖与所述全景彩色调制光发生器的第二上盖连接，连接杆穿过所述第一上盖与第一支撑杆连接，并同时穿过第二上盖与第二支撑杆连接。

4.如权利要求1或2所述的快速全景立体摄像测量装置，其特征在于：所述全方位视觉传感器与所述全景彩色调制光发生器之间采用面对面连接，将全方位视觉传感器的摄像单元与所述全景彩色调制光发生器的光源固定框连接。

5.如权利要求1或2所述的快速全景立体摄像测量装置，其特征在于：所述全方位视觉传感器与所述全景彩色调制光发生器之间采用面对背连接方式，将全景彩色调制光发生器的光源固定框与所述全方位视觉传感器的第一上盖连接。

6.如权利要求1或2所述的快速全景立体摄像测量装置，其特征在于：所述全方位视觉传感器与所述全景彩色调制光发生器之间采用背对面连接方式，将全方位视觉传感器的摄像单元与所述全景彩色调制光发生器的第二上盖连接。

说明书

快速全景立体摄像测量装置

技术领域

[0001] 本发明涉及光学技术、计算机视觉技术在立体视觉测量方面的应用，尤其是一种全景立体摄像测量装置。

背景技术

[0002] 基于计算机视觉的双目立体视觉三维测量与立体重构技术，是一门新兴的、极具发展潜力和实用价值的应用技术，可被广泛应用于工业检测、地理勘测、医学整容、骨科矫形、文物复制、刑侦取证、保安识别、机器人视觉、模具快速成型、礼品、虚拟现实、动画电影、游戏等许多应用领域。

[0003] 立体视觉的基本原理是从两个视点观察同一景物，以获取在不同视角下的感知图像，通过三角测量原理计算图像像素间的位置偏差、即视差，来获取景物的三维信息，这一过程与人类视觉的立体感知过程是类似的。

[0004] 目前要实现一个完整的立体视觉系统通常需要图像获取、摄象机标定、特征提取、立体匹配、深度确定及内插等6个大部分内容支持。利用低层图像处理技术对双目图像进行分析，选择图像对中的目标特征井求解特征间的对应关系，通过图像匹配技术得到目标视差，从而转化为主体所需的深度信息。图像获取-摄像机标定-图像分割-特征提取-立体图像匹配-距离确定已成为立体视觉系统处理的主线。

[0005] 在图像获取手段方面，由于传统视觉环境感知系统视场有限，经常存在跟踪目标丢失的现象，另一方面传统视觉环境感知系统一次只能获取周围环境局部视场的信息，大部分视场信息被放弃了；在双目视觉中的成像系统模型的选择方面，目前主要双目横模型结构和双目轴模型结构这两种模型。

[0006] 为了从二维图像中获得被测物体特征点的三维坐标，双目视觉测量系统至少从不同位置获取包含物体特征点的两幅图像。目前这类系统的一般结构为交叉摆放的两个摄像机从不同角度观测同一被测物体，原理上是从不同位置或者不同角度获取同一物体特征点的图像坐标来求取该物点的三维坐标。从不同位置或者不同角度获取两幅图像可以采用两个摄像机，也可以由一个摄像机通过运动，在不同位置观测同一静止的物体，也可以由一个摄像机，加上光学成像方式来实现。

[0007] 立体视觉测量中的关键是要实现同一被测物体在不同角度观测的立体匹配，所谓的立体匹配是指根据对所选特征的计算，建立特征之间的对应关系，将同一个空间物理点在不同图像中的映像点对应起来。立体匹配是立体视觉中最重要也是最困难的问题。当空间三维场景被投影为二维图像时，同一景物在不同视点下的图像会有很大不同，而且场景中的诸多因素，如光照条件，景物几何形状和物理特性、噪声干扰和畸变以及摄像机特性等，都被综合成单一的图像中的灰度值。因此，要准确地对包含了如此之多不利因素的图像进行无歧义的匹配，显然是十分困难的，至今这个问题还没有得到很好的解决。立体匹配的有效性有赖于三个问题的解决，即：选择正确的匹配特征，寻找特征间的本质属性及建立能正确匹配所选择特征的稳定算法。

[0008] 距离确定是通过特征选取、图像匹配，利用视点几何来求取目标点的距离。

[0009] 立体视觉测量是模仿人类利用双目线索感知距离的方法，实现对三维信息的感知，在实现上采用三角测量的方法，运用两个摄像机对同一物点从不同位置成像，并进而从视差中计算出距离。但是目前立体视觉的技术还无法达到全方位的实时感知，在摄像机标定、特征提取和立体图像匹配方面还没有得到很好的解决。

[0010] 目前双目立体视觉测量系统的一个局限性是焦距固定，由于一个固定的焦距只能在一定景深范围内清晰拍摄图像，因而限制了测试区域；标定技术还没有很好解决，立体视觉测量系统在各种运动中变化参数是不可避免的，比如运输过程中的震动、工作冲击等的影响，而实际中又不可能总是放几张棋盘在“眼前”进行标定，因而限制了许多应用；双目立体视觉测量系统还没有实现小型化、微型化，使得在机器人、航模等领域的应用受到限制；计算量大，难以进行实时处理，因而限制了实时目标辨识等应用；双目视觉的对应点匹配歧异性大，造成了匹配的误差，影响了匹配精度。

[0011] 近年发展起来的全方位视觉传感器ODVS(OmniDirectionalVisionSensors)为实时获取场景的全景图像提供了一种新的解决方案。ODVS的特点是视野广(360度)，能把一个半球视野中的信息压缩成一幅图像，一幅图像的信息量更大；获取一个场景图像时，ODVS在场景中的安放位置更加自由；监视环境时ODVS不用瞄准目标；检测和跟踪监视范围内的运动物体时算法更加简单；可以获得场景的实时图像。同时也为构建双目全方位视觉传感器的立体视觉测量系统提供了一个基本要素。

[0012] 中国发明专利申请号为200510045648.1公开了一种全向立体视觉成像方法及装置，该专利中将一透视相机镜头的光轴和两反射镜面的共同对称轴重合放置，空间中的一点分别经两反射镜面反射后分别在所述透视相机的像平面成像于不同的两点，相当于两个相机成像；装置包括两个反射镜面、相机，所述相机镜头的光轴和两反射镜面的共同对称轴重合。这种方案的存在的问题是：1)由于一幅图像包括了的特征点“两幅”全向图像，允许的图像视差减小了一半，因此视觉系统的测量范围至少也减少了一半；2)上下两个反射镜面会出现遮挡，影响立体视觉范围；3)由于同一物体的特征点在上下两个反射镜面上经折反射后的成像点在一幅图像上离中心点的位置不同，上反射镜面的成像分辨率要比下反射镜面的成像分辨率高两倍以上；4)由于透视相机镜头存在的对焦问题，只能满足两个反射镜面中的某一个反射镜面为最佳焦距，因而必然会影响成像质量；5)两个反射镜面的焦点距离就是该系统的基线距，因而造成基线距过短，影响测量精度。

[0013] 中国发明专利申请号为200810062128.5公开了一种基于双目全方位视觉传感器的立体视觉测量装置，该专利中组成立体视觉测量装置的两个ODVS采用了平均角分辨率设计，采集图像的两个摄像机的参数完全一致，具有极好的对称性，能实现快速的点与点的匹配，从而达到立体视觉测量的目的。但是从完成点对点匹配到立体测量仍需要较大的计算资源，要实现实时在线的立体测量以及三维立体重构仍然存在着一些“病态”计算问题。

发明内容

[0014] 为了克服已有的立体视觉测量装置的计算机资源消耗大、实时性能差、实用性不强的不足，本发明提供一种能够减少计算机资源消耗、快速完成测量、实时性好、实用性强的快速全景立体摄像测量装置。

[0015] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

[0016] 一种快速全景立体摄像测量装置，包括全方位视觉传感器、全景彩色调制光发生器以及用于对全方位图像进行三维立体摄像测量的微处理器，所述全方位视觉传感器与所述全景彩色调制光发生器配置在同一根轴心线上，所述全方位视觉传感器与所述微处理器连接；所述全方位视觉传感器包括摄像单元和第一双曲面折反射单元；所述的第一双曲面折反射单元包括第一双曲面镜面、第一上盖、第一支撑杆、透明玻璃面和附加镜头框，所述第一双曲面镜面的上部与第一上盖连接，所述第一双曲面镜的底部中央与第一支撑杆上端连接，所述第一支撑杆下端与透明玻璃面连接，所述透明玻璃面安装在附加镜头框的上部，所述摄像单元安装在所述附加镜头框的下部；所述全景彩色调制光发生器包括圆形波长可变滤光片、光源固定框、白色光发光单元和第二双曲面折反射单元，所述白色光发光单元连接供电单元，所述的第二双曲面折反射单元包括第二双曲面镜面、第二上盖和第二支撑杆，所述第二双曲面镜面的上部与第二上盖连接，所述第二双曲面镜的底部中央与第二支撑杆上端连接，所述第二支撑杆下端与所述圆形波长可变滤光片连接，所述圆形波长可变滤光片安装在所述光源固定框的上部，所述白色光发光单元安装在所述光源固定框的下部；所述第一双曲面镜面和第二双曲面镜面具有相同成像参数；所述微处理器包括：

[0017] 视频图像读取模块，用于读取全方位视觉传感器的视频图像，并保存在指定的存储设备中，其输出与空间信息计算模块连接；

[0018] 空间信息计算模块，用于计算空间上的物点到立体视觉测量装置中心点的距离及入射角，分别计算空间物点与全方位视觉传感器的实焦点Om的距离R1、空间物点与全景彩色光编码调制单元的实焦点Op的距离R2、空间物点与中央眼的距离R以及空间物点的入射角Φ；其输出与三维图像重构模块连接；

[0019] 三维图像重构模块，用于将在全方位视觉传感器中所获取的全景图像进行柱状展开运算，展开图中横坐标表示方位角，纵坐标表示入射角；在展开全方位图像时需要将该中心部分的图像单独分离出来，然后对全方位图像进行展开，展开算法中水平方向的计算步长为，Δβ＝2π/l，式中1为水平展开幅度；垂直方向的计算步长为Δm＝(αo-max-αo-min)/m；式中，αo-max为全景原图最大有效半径Rmax对应的场景光线入射角，αo-min为全景原图最小有效半径Rmin对应的场景光线入射角；

[0020] 与用极坐标表示的全景原图中的原像点A(Φ，β)对应的球面展开方式中的A点坐标分别为：

[0021] x＝β/Δβ，y＝(αo-αo-min)/Δm (15)

[0022] 式中：Δβ为水平方向的计算步长，β为方位角，Δm为垂直方向的计算步长，αo全景原图有效半径R对应的场景光线入射角，αo-min为全景原图最小有效半径Rmin对应的场景光线入射角。

[0023] 作为优选的一种方案：所述白色光发光单元位于双曲面镜的虚焦点处，白色光通过圆形波长可变滤光片光的波长λ与圆形波长可变滤光片的半径r成线性关系，用公式(6)来表示，

[0024]

[0025] 式中：λw、λc、R均为圆形波长可变滤光片的参数，λc为圆形波长可变滤光片的中心的波长，λw为圆形波长可变滤光片外圆边缘处的波长，R为圆形波长可变滤光片的最大半径，r为从圆形波长可变滤光片的圆心到某一点的测量半径值；通过测量半径值用公式(6)计算得到通过该点的波长λ。

[0026] 进一步，全景彩色光编码调制器的某一光波长的发射角γp通过公式(7)计算得到，

[0027]

[0028] 式中：r为从圆形波长可变滤光片的圆心到某一点的测量半径值，d为圆形波长可变滤光片到白色光发光单元的距离，即圆形波长可变滤光片到虚焦点的距离；

[0029] 根据发射角γp，利用公式(8)计算得到该波长光的折射角αp，

[0030] αp＝tan-1[(b2+c2)sinγp-2bc]/(b2+c2)cosγp(8)

[0031] 式中：c表示双曲面镜的焦点，a、b分别是双曲面镜的实轴和虚轴的长度。

[0032] 再进一步，所述的双曲面镜面，双曲面镜构成的光学系统由下面5个等式表示；

[0033] ((X2+Y2)/a2)-((Z-c)2/b2)＝-1当Z＞0时(1)

[0034]

[0035] β＝tan-1(Y/X)(3)

[0036] α＝tan-1[(b2+c2)sinγ-2bc]/(b2+c2)cosγ(4)

[0037]

[0038] 式中X、Y、Z表示空间坐标，c表示双曲面镜的焦点，2c表示两个焦点之间的距离，a，b分别是双曲面镜的实轴和虚轴的长度，β表示入射光线在XY投影平面上与X轴的夹角，即方位角，α表示入射光线在XZ投影平面上与X轴的夹角，这里将α称为入射角，α大于或等于0时称为俯角，将α小于0时称为仰角，f表示成像平面到双曲面镜的虚焦点的距离，γ表示折反射光线与Z轴的夹角；x，y表示在成像平面上的一个点。

[0039] 更进一步，所述全方位视觉传感器与所述全景彩色调制光发生器之间采用背靠背型连接，所述全方位视觉传感器的第一上盖与所述全景彩色调制光发生器的第二上盖连接，连接杆穿过所述第一上盖与第一支撑杆连接，并同时穿过第二上盖与第二支撑杆连接。

[0040] 或者是：所述全方位视觉传感器与所述全景彩色调制光发生器之间采用面对面连接，将全方位视觉传感器的摄像单元与所述全景彩色调制光发生器的光源固定框连接。

[0041] 再或者是：所述全方位视觉传感器与所述全景彩色调制光发生器之间采用面对背连接方式，将全景彩色调制光发生器的光源固定框与所述全方位视觉传感器的第一上盖连接。

[0042] 又或者是：所述全方位视觉传感器与所述全景彩色调制光发生器之间采用背对面连接方式，将全方位视觉传感器的摄像单元与所述全景彩色调制光发生器的第二上盖连接。

[0043] 作为优选的再一种方案：所述的空间信息计算单元包括折射角αp计算单元、入射角αo计算单元和距离计算单元；

[0044] 折射角αp计算单元，用于利用全景彩色光编码调制单元的折射角αp与发射角γp成公式(8)所示的函数关系，

[0045] αp＝tan-1[(b2+c2)sinγp-2bc]/(b2+c2)cosγp (8)

[0046] 发射角γp与圆形波长可变滤光片的半径r成公式(7)所示的函数关系，[0047]

[0048] 圆形波长可变滤光片的半径r与圆形波长可变滤光片光的波长λ成公式(6)所示的线性关系，

[0049]

[0050] 因此可以得到圆形波长可变滤光片光的波长λ与全景彩色光编码调制单元的折射角αp之间的函数关系；

[0051] 入射角αo计算模块，用于利用全方位视觉传感器的入射角αo与折反射角γo之间存在着公式(9)所示的函数关系，-1 2 2 2 2

[0052] αo＝tan [(b+c)sinγo-2bc]/(b+c)cosγo (9)

[0053] 折反射角γo与成像平面上的一个点(x，y)存在着公式(5)所示的函数关系，[0054]

[0055] 得到成像平面上的一个点(x，y)与入射角αo之间的函数关系；

[0056] 距离计算单元，用于利用公式(10)～(14)分别计算空间物点与全方位视觉传感器的实焦点Om的距离R1、空间物点与全景彩色光编码调制单元的实焦点Op的距离R2、空间物点与中央眼的距离R以及空间物点的入射角Φ，

[0057]

[0058]

[0059] (13)

[0060]

[0061]

[0062] 式中：B为基线距，αo为入射角，αp为折射角，R1为物点A与全方位视觉传感器的实焦点Om的距离，R2为物点A与全景彩色调制光发生器的实焦点Op的距离，R为物点A与中央眼的距离，Φ为空间物点相对于中央眼的入射角。

[0063] 再进一步，在所述的空间信息计算模块中，设置一张光编码表来实现某一光波长λ与某一折射角αp之间存在的映射关系，一张入射角计算表来实现某一个点的坐标数据与该点所对应的入射角αo之间存在的映射关系，折射角αp、入射角αo计算采用查表方式实现；首先按全方位视觉传感器的成像平面的点坐标顺序读取某一个点的波长λ值，以点坐标值检索入射角计算表得到该点所对应的入射角αo，接着以该点的光波长λ值检索光编码表得到该光波长λ所对应的折射角αp；最后利用公式(10)或者公式(11)或者公式(13)计算得到空间上某一点的距离信息。

[0064] 全方位视觉传感器的工作原理是：进入双曲面镜的中心的光，根据双曲面的镜面特性向着其虚焦点折射。实物图像经双曲面镜反射到聚光透镜中成像，在该成像平面上的一个点P(x，y)对应着实物在空间上的一个点的坐标A(X，Y，Z)；

[0065] 图13中的2-双曲线面镜，12-入射光线，13-双曲面镜的实焦点Om(0，0，c)，14-双曲面镜的虚焦点，即摄像单元6的中心Oc(0，0，-c)，15-反射光线，16-成像平面，17-实物图像的空间坐标A(X，Y，Z)，18-入射到双曲面镜面上的图像的空间坐标，19-反射在成像平面上的点P(x，y)。

[0066] 图13中所示的双曲面镜构成的光学系统可以由下面5个等式表示；

[0067] ((X2+Y2)/a2)-((Z-c)2/b2)＝-1当Z＞0时(1)

[0068]

[0069] β＝tan-1(Y/X)(3)

[0070] α＝tan-1[(b2+c2)sinγ-2bc]/(b2+c2)cosγ(4)

[0071]

[0072] 式中X、Y、Z表示空间坐标，c表示双曲面镜的焦点，2c表示两个焦点之间的距离，a，b分别是双曲面镜的实轴和虚轴的长度，β表示入射光线在XY投影平面上与X轴的夹角，即方位角，α表示入射光线在XZ投影平面上与X轴的夹角，这里将α称为入射角，α大于或等于0时称为俯角，将α小于0时称为仰角，f表示成像平面到双曲面镜的虚焦点的距离，γ表示折反射光线与Z轴的夹角；x，y表示在成像平面上的一个点；

[0073] 为了获得比较大的立体视觉范围，在所述的双曲面镜面2设计时需要尽可能加大双曲面镜面的仰角，采用减小双曲面镜的实轴a和虚轴b的比来加大双曲面镜面的仰角，设计时需根据立体视觉的范围、双曲面镜的直径大小来选择一个适当的实轴a和虚轴b的比，最大仰角极限是双曲线的渐进线与X轴的夹角；

[0074] 全景彩色调制光发生器的工作原理是：从安置在双曲面镜的虚焦点处的白色光发光单元9，通过圆形波长可变滤光片7后入射到双曲面镜面2上，通过双曲面镜面2向外折射；由于圆形波长可变滤光片7的峰值波长沿圆形基底的不同角度位置呈线性变化，形成一个全景彩色光编码调制单元；在双曲面镜面2上形成一圈圈呈线性变化的峰值波长的光，经双曲面镜面2折反射后在水平方向360°形成了一圈圈呈双曲线函数关系变化的峰值波长的全景彩色调制光，这个过程正好是全方位视觉传感器成像的逆过程，因此公式(1)～(5)也适用于对全景彩色调制光发生器的建模；如图14所示；

[0075] 图14中的2-双曲线面镜，18-投射光线，13-双曲面镜的实焦点Op(0，0，c)，14-双曲面镜的虚焦点Op(0，0，-c)，9-白色光源，19-反射光线，17-实物图像的空间坐标A(X，Y，Z)。

[0076] 所述的圆形波长可变滤光片，采用超高密度圆形渐变滤光片，光密度范围OD0--OD10(0--100dB)，适用波段400nm--2000nm；

[0077] 所述的发光单元，可以选择金属卤素灯泡、UHE灯泡、UHP灯泡以及LED光源，选用的原则是能产生大光量，并要有效地抑制闪烁情况的发生，而且外形小巧、亮度衰减小、寿命长的发光器件；

[0078] 快速全景立体摄像测量装置的工作原理是：从安置在全景彩色调制光发生器的双曲面镜的虚焦点处的白色光发光单元9通过发光电源10供电发出白色光，通过圆形波长可变滤光片7投射到全景彩色调制光发生器的双曲面镜面2上，通过全景彩色调制光发生器的双曲面镜面2向外四周折射，在水平方向360°形成了呈双曲线函数关系变化的一圈圈的峰值波长的折反射光，空间上的一个点A(X，Y，Z)接受到一定波长的光，该光点继续向全方位视觉传感器的双曲面镜2反射，光线朝向全方位视觉传感器的双曲面镜2的实焦点，根据双曲面的镜面特性向着全方位视觉传感器的虚焦点14折反射，反映实物图像的各具有一定波长的光点经全方位视觉传感器的双曲面镜2反射到聚光透镜中成像，在该成像平面上的一个点P(x，y)对应着实物在空间上的一个点的坐标A(X，Y，Z)，光路图如图3中的粗实线所示；实际上通过两个同一的双曲面镜面以及圆形波长可变滤光片的共同作用使得在原有立体摄像测量中的特征选取、图像匹配步骤进行简化，通过两个同一参数的双曲面镜面以及圆形波长可变滤光片的共同作用确定了空间上的一个点A(X，Y，Z)在成像平面上点P(x，y)的入射角和方位角，即称为确定空间上的点A(X，Y，Z)的约束条件；这是因为由于全景彩色调制光发生器与全方位视觉传感器具有两个相同参数的双曲面镜，且两个相同参数的双曲面镜在同一个轴心线上，因此确定点A(X，Y，Z)的方位角是非常容易的，关于发射角可以通过圆形波长可变滤光片所确定的光线波长来确定，关于入射角可以通过成像平面上点P(x，y)来确定，这样就确定了点A(X，Y，Z)与观察点的空间位置关系；

[0079] 本发明中采用“中央眼”视觉方式来描述空间上某一物点A的信息(R，Φ，β，t)，所谓的中央眼是立体视觉基线距的中点，是通过全方位视觉传感器和全景彩色光编码调制单元的视点之间的连线中心点来算得到，这里将中央眼的坐标作为高斯球面坐标的原点O，如图3所示。

[0080] 本发明的有益效果主要表现在：

[0081] 1)、获取实时的全景立体视频图像，跟踪的监控物体不会出现丢失，采用大仰角的双曲面镜的全景立体视频设计，解决了大空间内的快速移动目标对象的实时跟踪提供了完整的理论体系和模型；

[0082] 2)、提供了一种全新的立体视觉获取方法，通过主动的全景彩色光编码调制、基于双曲面镜的彩色光发射的技术和基于双曲面镜折反射的全方位成像技术，实现了快速的全景立体摄像测量；

[0083] 3)、不再需要繁琐的摄像机标定工作、特征提取、立体图像匹配等步骤，为快速全景立体摄像测量提供了一种新的手段；

[0084] 4)、通过全景彩色光编码调制方式所生成的全景立体图像本身具有立体感和距离感；

[0085] 5)、通过更换不同的圆形波长可变滤光片可满足不同场合的立体摄像测量；

[0086] 6)、采用同一极球面坐标处理手段，可利用数字几何的计算方法能容易实现三维图像重构和三维物体测量。可广泛的应用于各种工业检测、地理勘测、医学整容、骨科矫形、文物复制、刑侦取证、保安识别、机器人视觉、模具快速成型、礼品、虚拟现实、人体测量、动画电影、游戏等许多应用领域。

附图说明

[0087] 图1为一种全方位视觉传感器的结构图；

[0088] 图2为一种全景彩色光编码调制单元的结构图；

[0089] 图3为一种背靠背型的快速全景立体摄像测量装置的原理图；

[0090] 图4为背靠背型的快速全景立体摄像测量装置中的连接杆；

[0091] 图5为背靠背型的快速全景立体摄像测量装置中的连接方式示意图；

[0092] 图6为背靠背型的快速全景立体摄像测量装置的处理结构框图；

[0093] 图7为面对面型的快速全景立体摄像测量装置的结构图；

[0094] 图8为面对背型的快速全景立体摄像测量装置的结构图；

[0095] 图9为背对面型的快速全景立体摄像测量装置的结构图；

[0096] 图10为圆形波长可变滤光片以及波长λ与圆形波长可变滤光片的半径r成线性关系的说明示意图；

[0097] 图11为高斯球面坐标与三维直角坐标之间的关系示意图；

[0098] 图12为双目视觉中的中央眼的概念图；

[0099] 图13为全方位视觉传感器的成像原理图；

[0100] 图14为全景彩色光编码调制单元产生全景彩色调制光的原理图。

具体实施方式

[0101] 下面结合附图对本发明作进一步描述。

[0102] 实施例1

[0103] 参照图1～图6、图10-图14，一种快速全景立体摄像测量装置，包括全方位视觉传感器、全景彩色调制光发生器以及用于对全方位图像进行三维立体摄像测量的微处理器，所述全方位视觉传感器与所述全景彩色调制光发生器配置在同一根轴心线上，所述全方位视觉传感器与所述微处理器连接；所述全方位视觉传感器包括摄像单元6和第一双曲面折反射单元；所述的第一双曲面折反射单元包括第一双曲面镜面2、第一上盖1、第一支撑杆3、透明玻璃面4和附加镜头框5，所述第一双曲面镜面2的上部与第一上盖1连接，所述第一双曲面镜2的底部中央与第一支撑杆3上端连接，所述第一支撑杆3下端与透明玻璃面4连接，所述透明玻璃面4安装在附加镜头框5的上部，所述摄像单元6安装在所述附加镜头框5的下部；所述全景彩色调制光发生器包括圆形波长可变滤光片7、光源固定框8、白色光发光单元9和第二双曲面折反射单元，所述白色光发光单元9连接供电单元10，所述的第二双曲面折反射单元包括第二双曲面镜面22、第二上盖21和第二支撑杆23，所述第二双曲面镜面22的上部与第二上盖21连接，所述第二双曲面镜22的底部中央与第二支撑杆23上端连接，所述第二支撑杆23下端与所述圆形波长可变滤光片7连接，所述圆形波长可变滤光片7安装在所述光源固定框8的上部，所述白色光发光单元9安装在所述光源固定框8的下部；所述第一双曲面镜面和第二双曲面镜面具有相同成像参数；

[0104] 本实施例的全方位视觉传感器由一个摄像单元6和一个双曲面折反射单元构成，如附图1所示；所述的第一双曲面折反射单元包括第一双曲面镜面2、第一上盖1、第一支撑杆3、透明玻璃面4、附加镜头框5；所述的全景彩色调制光发生器由一个彩色调制光编码发射单元和第二双曲面折反射单元构成，如附图2所示；所述的彩色调制光编码发射单元包括圆形波长可变滤光片7、光源固定框8、白色光发光单元9，发光单元的供电单元10；所述的第二双曲面折反射单元包括第二双曲面镜面22、第二上盖21、第二支撑杆23；

[0105] 对于进入双曲面镜的中心的光，根据双曲面的镜面特性向着其虚焦点折射。实物图像经双曲面镜反射到聚光透镜中成像，在该成像平面上的一个点P(x，y)对应着实物在空间上的一个点的坐标A(X，Y，Z)；

[0106] 从安置在双曲面镜的虚焦点处的白色光发光单元9，通过圆形波长可变滤光片7后入射到双曲面镜面2上，通过双曲面镜面2向外折射；由于圆形波长可变滤光片7的峰值波长沿圆形基底的不同角度位置呈线性变化，形成一个全景彩色光编码调制单元；在双曲面镜面2上形成一圈圈呈线性变化的峰值波长的光，经双曲面镜面2折反射后在水平方向360°形成了一圈圈呈双曲线函数关系变化的峰值波长的全景彩色调制光，这个过程正好是全方位视觉传感器成像的逆过程；

[0107] 从安置在全景彩色调制光发生器的双曲面镜的虚焦点处的白色光发光单元9通过发光电源10供电发出白色光，通过圆形波长可变滤光片7投射到全景彩色调制光发生器的双曲面镜面2上，通过全景彩色调制光发生器的双曲面镜面2向外四周折射，在水平方向360°形成了呈双曲线函数关系变化的一圈圈的峰值波长的折反射光，空间上的一个点A(X，Y，Z)接受到一定波长的光，该光点继续向全方位视觉传感器的双曲面镜2反射，光线朝向全方位视觉传感器的双曲面镜2的实焦点，根据双曲面的镜面特性向着全方位视觉传感器的虚焦点14折反射，反映实物图像的各具有一定波长的光点经全方位视觉传感器的双曲面镜2反射到聚光透镜中成像，在该成像平面上的一个点P(x，y)对应着实物在空间上的一个点的坐标A(X，Y，Z)，光路图如图3中的粗实线所示；实际上通过两个同一的双曲面镜面以及圆形波长可变滤光片的共同作用使得在原有立体摄像测量中的特征选取、图像匹配步骤得到简化，通过两个同一参数的双曲面镜面以及圆形波长可变滤光片的共同作用确定了空间上的一个点A(X，Y，Z)在成像平面上点P(x，y)的发射角和入射角，即称为确定空间上的点A(X，Y，Z)的约束条件；这是因为由于全景彩色调制光发生器与全方位视觉传感器具有两个相同参数的双曲面镜，且两个相同参数的双曲面镜在同一个轴心线上，因此确定点A(X，Y，Z)的方位角是非常容易的，关于发射角可以通过圆形波长可变滤光片所确定的光线波长来确定，关于入射角可以通过成像平面上点P(x，y)来确定，这样就确定了点A(X，Y，Z)与观察点的空间位置关系；

[0108] 所述的全方位视觉传感器的透明玻璃面4中间开有一个小孔，孔的直径与第一支撑杆3的内螺纹孔径相同，连接时将第一支撑杆3细的一端垂直于透明玻璃面4用螺钉穿过透明玻璃面4上的小孔将第一支撑杆3与透明玻璃面4连接起来；所述的附加镜头框5的下面有一个与摄像单元6镜头前口径相同的外螺纹，通过旋紧螺纹的方式将附加镜头框5稳固的固定在摄像单元6上，所述的透明玻璃面4嵌入在所述的附加镜头框5内；

[0109] 所述的彩色调制光编码发射单元主要由白色光发光单元9和圆形波长可变滤光片7构成，所述的圆形波长可变滤光片7中间开有一个小孔，孔的直径与第二支撑杆23的内螺纹孔径相同，连接时将第二支撑杆23细的一端垂直于圆形波长可变滤光片7用螺钉穿过圆形波长可变滤光片7的小孔将第二支撑杆23与圆形波长可变滤光片7；所述的光源固定框8的下面有一个与白色光发光单元9口径相同的外螺纹，通过旋紧螺纹的方式将光源固定框8稳固的固定在白色光发光单元9上，所述的圆形波长可变滤光片7嵌入在所述的光源固定框8内；

[0110] 所述的第一支撑杆3的外形为上粗下细的圆台，如附图3所示，第一支撑杆3粗的一端为外螺纹，第一支撑杆3细的一端为内螺纹；所述的第一双曲面镜面2中间开有一个小孔，孔的直径与第一支撑杆3的外螺纹直径相同，连接时将第一支撑杆3的外螺纹穿入第一双曲面镜面2的孔中用螺帽将第一双曲面镜面2与第一支撑杆3连接起来；

[0111] 所述的全方位视觉传感器和所述的全景彩色调制光发生器配置在同一的轴心线上，图3所示的是一种是背靠背的连接；所述的背靠背的连接，首先采用一根两端带有内螺纹的连接杆10将两台具有相同成像参数的双曲面镜面2连接起来，如图5所示；内螺纹的尺寸与支撑杆3的外螺纹的尺寸相匹配，通过这样的连接能保证全方位视觉传感器与全景彩色调制光发生器在同一轴心线上；

[0112] 来说明全方位视觉传感器的工作原理，图13中的2-双曲线面镜，12-入射光线，13-双曲面镜的实焦点Om(0，0，c)，14-双曲面镜的虚焦点，即摄像单元6的中心Oc(0，
0，-c)，15-反射光线，16-成像平面，17-实物图像的空间坐标A(X，Y，Z)，18-入射到双曲面镜面上的图像的空间坐标，19-反射在成像平面上的点P(x，y)。

[0113] 图13中所示的双曲面镜构成的光学系统可以由下面5个等式表示；

[0114] ((X2+Y2)/a2)-((Z-c)2/b2)＝-1当Z＞0时(1)

[0115]

[0116] β＝tan-1(Y/X)(3)

[0117] α＝tan-1[(b2+c2)sinγ-2bc]/(b2+c2)cosγ(4)

[0118]

[0119] 式中X、Y、Z表示空间坐标，c表示双曲面镜的焦点，2c表示两个焦点之间的距离，a，b分别是双曲面镜的实轴和虚轴的长度，β表示入射光线在XY投影平面上与X轴的夹角，即方位角，α表示入射光线在XZ投影平面上与X轴的夹角，这里将α称为入射角，α大于或等于0时称为俯角，将α小于0时称为仰角，f表示成像平面到双曲面镜的虚焦点的距离，γ表示折反射光线与Z轴的夹角；x，y表示在成像平面上的一个点；

[0120] 为了获得比较大的立体视觉范围，在所述的双曲面镜面2设计时需要尽可能加大双曲面镜面的仰角，采用减小双曲面镜的实轴a和虚轴b的比来加大双曲面镜面的仰角，设计时需根据立体视觉的范围、双曲面镜的直径大小来选择一个适当的实轴a和虚轴b的比，最大仰角极限是双曲线的渐进线与X轴的夹角；

[0121] 来说明全景彩色调制光发生器的工作原理，如图14所示，从安置在双曲面镜的虚焦点处的白色光发光单元9，通过圆形波长可变滤光片7后入射到第二双曲面镜面22上，通过第二双曲面镜面22向外折射；由于圆形波长可变滤光片7的峰值波长沿圆形基底的不同角度位置呈线性变化，形成一个全景彩色光编码调制单元；在第二双曲面镜面22上形成一圈圈呈线性变化的峰值波长的光，经第二双曲面镜面22折反射后在水平方向360°形成了一圈圈呈双曲线函数关系变化的峰值波长的全景彩色调制光，这个过程正好是全方位视觉传感器成像的逆过程，因此公式(1)～(5)也适用于对全景彩色调制光发生器的建模；

[0122] 图14中的2-双曲线面镜，18-投射光线，13-双曲面镜的实焦点Op(0，0，c)，14-双曲面镜的虚焦点Op(0，0，-c)，9-白色光源，19-反射光线，17-实物图像的空间坐标A(X，Y，Z)；

[0123] 所述的圆形波长可变滤光片，采用超高密度圆形可变滤光片，光密度范围OD0--OD10(0--100dB)，适用波段400nm--2000nm；

[0124] 所述的发光单元，可以选择金属卤素灯泡、UHE灯泡、UHP灯泡以及LED光源，选用的原则是能产生大光量，并要有效地抑制闪烁情况的发生，而且外形小巧、亮度衰减小、寿命长的发光器件；

[0125] 白色光通过圆形波长可变滤光片光的波长λ与圆形波长可变滤光片的半径r成线性关系，用公式(6)来表示，

[0126]

[0127] 式中：λw、λc、R均为圆形波长可变滤光片的参数，λc为圆形波长可变滤光片的中心的波长，可以设计为最低可见光波长，比如设计成400nm，λw为圆形波长可变滤光片外圆边缘处的波长，可以设计为最高可见光波长，比如设计成700nm，R为圆形波长可变滤光片的最大半径，r为从圆形波长可变滤光片的圆心到某一点的测量半径值；通过该测量半径值用公式(6)计算可以得到通过该点的波长λ；反过来，从得到的某一光的波长通过公式(6)推断出r值；

[0128] 为了得到全景彩色光编码调制单元某一光波长的发射角大小，如图14中的γp所示，我们可以通过公式(7)计算来得到，

[0129]

[0130] 式中：r为从圆形波长可变滤光片的圆心到某一点的测量半径值，d为圆形波长可变滤光片到白色光发光单元9的距离，即圆形波长可变滤光片到虚焦点的距离；如图14所示；

[0131] 有了发射角γp，我们可以利用公式(8)计算得到该波长光的折射角αp，如图14所示，-1 2 2 2 2

[0132] αp＝tan [(b+c)sinγp-2bc]/(b+c)cosγp (8)

[0133] 式中：c表示双曲面镜的焦点，a，b分别是双曲面镜的实轴和虚轴的长度；

[0134] 该具有某一特定波长的点将在全方位视觉传感器的成像平面上有一个对应点，即P(x，y)，通过公式(5)可以计算出该点的折反射光线与Z轴的夹角γo；有了折反射角γo，我们可以通过公式(9)该具有某一特定波长的点的入射角αo，如图13所示，-1 2 2 2 2

[0135] αo＝tan [(b+c)sinγo-2bc]/(b+c)cosγo (9)

[0136] 式中：c表示双曲面镜的焦点，a，b分别是双曲面镜的实轴和虚轴的长度；

[0137] 进一步，通过折射角αp和入射角αo来计算空间物点A的距离，如图3所示，Om和Op之间的距离表示基线距B，物点A与全方位视觉传感器的实焦点Om的距离R1可以由公式(10)来计算，

[0138]

[0139] 式中：B为基线距，αp为折射角，αo为入射角，R1为物点A与全方位视觉传感器的实焦点Om的距离；

[0140] 物点A与全景彩色调制光发生器的实焦点Op的距离R2可以由公式(11)来计算，[0141]

[0142] 式中：B为基线距，αp为折射角，αo为入射角，R2为物点A与全景彩色调制光发生器的实焦点Op的距离；

[0143] 本发明中采用“中央眼”视觉方式来描述空间上某一物点A的信息(R，Φ，β，t)，所谓的中央眼是立体视觉基线距的中点，是通过全方位视觉传感器和全景彩色光编码调制单元的视点之间的连线中心点来算得到，这里将中央眼的坐标作为高斯球面坐标的原点O，如图3所示。各个物理参数的含义如图12所示；高斯球面坐标与三维坐标之间的关系如图11所示；

[0144] 我们采用4个参数来表达空间上某一物点的信息，R为球面坐标原点O与物点A之间的距离；Φ为球面坐标原点O与物点A之间的连线与Z轴正向所夹的角；β就对应着方位角；t表示时间信息；空间上的任意一个物点均可以采用公式(12)来表达，[0145] (12)

[0146] α＝A(R，φ，β，t)

[0147] 采用“中央眼”视觉方式来描述空间上物点A，我们将Om和Op之间的中点作为中央眼，即图3中的O点，那么物点A与中央眼的距离R可以由公式(13)来计算，

[0148]

[0149]

[0150] 式中：B为基线距，αp为折射角，αo为入射角，R为物点A与中央眼的距离；用Φ角度来描述“中央眼”观察物点A的入射角，可以用公式(14)来计算，

[0151]

[0152] 式中：B为基线距，αo为入射角，Φ为空间物点相对于中央眼的入射角；

[0153] 所述的微处理器包括：视频图像读取模块，用于读取全方位视觉传感器的视频图像，并保存在指定的存储设备中；空间信息计算单元，用于计算空间上的物点到立体视觉测量装置中心点的距离及入射角，计算公式如(10)～(14)所示；三维图像重构单元，用于将空间的各物点按不同的色彩来描述其物点的距离感信息；

[0154] 所述的空间信息计算模块，包括折射角αp、入射角αo和距离计算单元；所述的折射角αp计算单元，利用全景彩色光编码调制单元的折射角αp与发射角γp成公式(8)所示的函数关系，

[0155] αp＝tan-1[(b2+c2)sinγp-2bc]/(b2+c2)cosγp (8)

[0156] 发射角γp与圆形波长可变滤光片的半径r成公式(7)所示的函数关系，[0157]

[0158] 圆形波长可变滤光片的半径r与圆形波长可变滤光片光的波长λ成公式(6)所示的线性关系，

[0159]

[0160] 因此可以得到圆形波长可变滤光片光的波长λ与全景彩色光编码调制单元的折射角αp之间的函数关系；

[0161] 所述的入射角αo计算单元，利用全方位视觉传感器的入射角αo与折反射角γo之间存在着公式(9)所示的函数关系，

[0162] αo＝tan-1[(b2+c2)sinγo-2bc]/(b2+c2)cosγo (9)

[0163] 折反射角γo与成像平面上的一个点(x，y)存在着公式(5)所示的函数关系，[0164]

[0165] 得到成像平面上的一个点(x，y)与入射角αo之间的函数关系；

[0166] 所述的距离计算单元，利用公式(10)～(14)分别计算空间物点与全方位视觉传感器的实焦点Om的距离R1、空间物点与全景彩色光编码调制单元的实焦点Op的距离R2、空间物点与中央眼的距离R以及空间物点的入射角Φ，

[0167]

[0168]

[0169]

[0170]

[0171]

[0172] 式中：B为基线距，αo为入射角，αp为折射角，R1为物点A与全方位视觉传感器的实焦点Om的距离，R2为物点A与全景彩色调制光发生器的实焦点Op的距离，R为物点A与中央眼的距离，Φ为空间物点相对于中央眼的入射角。

[0173] 由于全景彩色光编码调制单元的折射角αp与发射角γp成公式(8)所示的函数关系，发射角γp与圆形波长可变滤光片的半径r成公式(7)所示的函数关系，圆形波长可变滤光片的半径r与圆形波长可变滤光片光的波长λ成公式(6)所示的线性关系，因此可以得到圆形波长可变滤光片光的波长λ与全景彩色光编码调制单元的折射角αp之间的函数关系，换句话说，某一光波长λ与某一折射角αp之间存在着函数关系，这里设计一张光编码表，只要得到某一光波长λ的数据通过光编码表查到该光波长λ所对应的折射角αp；

[0174] 由于全方位视觉传感器的入射角αo与折反射角γo之间存在着公式(9)所示的函数关系，折反射角γo与成像平面上的一个点(x，y)存在着公式(5)所示的函数关系，因此可以得到成像平面上的一个点(x，y)与入射角αo之间的函数关系，换句话说，在全方位视觉传感器的成像平面的一个点必定对应着某一个入射角αo，这里设计一张入射角计算表，从某一个点的坐标数据通过入射角计算表查到该点所对应的入射角αo；

[0175] 实际进行空间信息计算时，首先按全方位视觉传感器的成像平面的点坐标顺序读取某一个点的波长λ值，以点坐标值检索入射角计算表得到该点所对应的入射角αo，接着以该点的光波长λ值检索光编码表得到该光波长λ所对应的折射角αp；最后利用公式(10)或者公式(11)或者公式(13)计算得到空间上某一点的距离信息；

[0176] 所述的三维图像重构模块，由于在全景彩色光编码调制单元中采用了全景彩色光编码调制方式，全景360°空间上的任何点都将带有不同的色彩来表示其与观察点之间的距离，因此只要对在全方位视觉传感器上的成像图像通过全景柱状展开算法进行展开，就能方便地得到全景立体图像；

[0177] 所述的全景柱状展开算法，是将在全方位视觉传感器中所获取的全景图像进行柱状展开运算，展开图中横坐标表示方位角，纵坐标表示入射角；在展开全方位图像时需要将该中心部分的图像单独分离出来，然后对全方位图像进行展开，展开算法中水平方向的计算步长为，Δβ＝2π/l，式中1为水平展开幅度；垂直方向的计算步长为Δm＝(αo-max-αo-min)/m；式中，αo-max为全景原图最大有效半径Rmax对应的场景光线入射角，αo-min为全景原图最小有效半径Rmin对应的场景光线入射角；

[0178] 与用极坐标表示的全景原图中的原像点A(Φ，β)对应的球面展开方式中的A点坐标分别为：

[0179] x＝β/Δβ，y＝(αo-αo-min)/Δm (15)

[0180] 式中：Δβ为水平方向的计算步长，β为方位角，Δm为垂直方向的计算步长，αo全景原图有效半径R对应的场景光线入射角，αo-min为全景原图最小有效半径Rmin对应的场景光线入射角。

[0181] 实施例2

[0182] 参照图1、图2、图7、图10-图14，本实施例在全景彩色调制光发生器与全方位视觉传感器的连接方式上，这里采用的是面对面的连接；所述的面对面的连接，是将所述的全方位视觉传感器上的摄像单元6与所述的全景彩色调制光发生器上的光源固定框8通过连接件进行连接，这种连接方式将两个具有同一参数的双曲面镜面的凸面对着凸面，且要保证两个双曲面镜面2、22的轴心线重合，如图7所示；从图7中可知，面对面型快速全景立体摄像测量装置的基线距B最长，立体视觉测量范围最大。

[0183] 本实施例的其他结构与工作过程与实施例1相同。

[0184] 实施例3

[0185] 参照图1、图2、图8、图10-图14，本实施例在全景彩色调制光发生器与全方位视觉传感器的连接方式上，这里采用的是面对背的连接，即上面为全景彩色调制光发生器下面为全方位视觉传感器的连接方式；所述的面对背的连接方式，是将所述的全景彩色调制光发生器上的光源固定框8与所述的全方位视觉传感器上的上盖1通过连接件进行连接，这种连接方式将全景彩色调制光发生器上的第二双曲面镜面22的凸面对着全方位视觉传感器的第一双曲面镜面2的凹面，且要保证两个双曲面镜面2、22的轴心线重合，如图8所示；这种面对背型快速全景立体摄像测量装置的基线距B和立体测量范围处于图3、图6所示的快速全景立体摄像测量装置的中间状态。

[0186] 本实施例的其他结构与工作过程与实施例1相同。

[0187] 实施例4

[0188] 参照图1、图2、图9-图14，本实施例在全景彩色调制光发生器与全方位视觉传感器的连接方式上，这里采用的是背对面的连接，即上面为全方位视觉传感器下面为全景彩色调制光发生器的连接方式；所述的背对面的连接方式，是将所述的全方位视觉传感器上的摄像单元6与所述的全景彩色调制光发生器上的上盖1通过连接件进行连接，这种连接方式将全方位视觉传感器的第一双曲面镜面2的凸面对着全景彩色调制光发生器上的第二双曲面镜面22的凹面，且要保证两个双曲面镜面2、22的轴心线重合，如图9所示；这种背对面型快速全景立体摄像测量装置的基线距B和立体测量范围处于图3、图6所示的快速全景立体摄像测量装置的中间状态。

[0189] 本实施例的其他结构与工作过程与实施例1相同。

[0190] 实施例5

[0191] 参照图1～图6、图10-图14，本实施例的圆形波长可变滤光片的光波长范围的选择方面，在一些特殊场合，如需要全景彩色调制光发生器发出的是红外光谱，因此将可变滤光片的光波长的范围选择在700nm～2000nm。

[0192] 本实施例的其他结构和工作过程与实施例1相同。