1.一种便携式全天候主动全景视觉传感器,包括:多源输出全方位视觉传感器、全景激光光源以及用于对全方位图像进行3D全景重构的微处理器,其特征在于:所述的全景激光光源包括圆圈形激光发生器、一次圆锥面折反射镜面和二次抛物面折反射镜面;所述的一次圆锥面折反射镜面用于将所述圆圈形激光发生器发射出来的圆锥形光转变为圆柱形光;所述的二次抛物面折反射镜面用于将所述的圆柱形光转变为以某一个发射中心点向360°全景方向发射的全景光;
所述的多源输出全方位视觉传感器内设有双曲面镜面、第一摄像单元和第二摄像单元;所述双曲面镜面的折反射光路上装有偏振分光棱镜,用于将双曲面镜面的折反射光分为含有某一个偏振成分的光和不包含有某一个偏振成分的光;所述的第一摄像单元和第二摄像单元分别位于偏振分光棱镜的反射和透射光路上,分别用于采集仅包含有偏振光信息的第一全景视频图像和包含有光强信息的第二全景视频图像;
所述的微处理器,用于将第一全景视频图像中的点云几何信息与第二全景视频图像中的颜色信息进行融合,构建全景3D模型。
2.如权利要求1所述的便携式全天候主动全景视觉传感器,其特征在于,所述的偏振分光棱镜由一对直角棱镜胶合而成,其中一个棱镜的斜边上镀有偏振分光介质膜。
3.如权利要求1或2所述的便携式全天候主动全景视觉传感器,其特征在于,所述的全景激光光源具有设有下固定座和上固定座,所述的圆圈形激光发生器、一次圆锥面折反射镜面和二次抛物面折反射镜面由下至上依次设置在下固定座与上固定座之间;
所述的下固定座上设有驱动所述圆圈形激光发生器上下移动的电机;
所述的多源输出全方位视觉传感器通过连接板安装在所述的上固定座上,并与全景激光光源同轴布置。
4.如权利要求3所述的便携式全天候主动全景视觉传感器,其特征在于,所述的二次抛物面折反射镜面曲线用下式表示:式中,p为抛物线的焦点,x,z为坐标参数;用上式沿Z轴旋转一周就得到所述的二次抛物面折反射镜面的抛物面形状。
5.如权利要求3所述的便携式全天候主动全景视觉传感器,其特征在于,所述的一次圆锥面折反射镜面的圆锥角λ与圆圈形激光发生器的圆圈的发射角度 之间的关系为:式中,λ为一次圆锥面折反射镜面的圆锥角, 为圆圈形激光发生器的圆圈的发射角度;
所述的一次圆锥面折反射镜面的工作高度Hyz的计算公式为:
式中,Hyz为一次圆锥面折反射镜面的工作高度,λ为一次圆锥面折反射镜面的圆锥角, 为圆圈形激光发生器的圆圈的发射角,Rp max为二次抛物面折反射镜面的最大工作半径,Rp min为二次抛物面折反射镜面的最小工作半径。
6.如权利要求1所述的便携式全天候主动全景视觉传感器,其特征在于,所述的微处理器主要由标定和3D重构二个部分组成,所述的标定部分包括多源输出全方位视觉传感器标定模块,用于确定三维空间点和摄像单元成像平面上的二维图像点之间映射关系的参数;
所述的3D重构部分包括:
全景激光光源的发射角的位置估计模块,用于估算全景激光光源当前的发射角位置;
全景面激光信息解析模块,用于在偏振全景图像上解析出全景激光投影信息,产生点云信息;
全景面的点云几何信息的计算模块,用于根据全景面激光信息解析模块从切片激光偏振全景图像中解析得到激光发射点在偏振全景图像上的各激光发射点坐标值,以及所述的多源输出全方位视觉传感器标定模块的标定结果,计算在某一切片激光偏振全景图像上的激光发射点的三维空间位置信息,即点云数据;
点云的几何信息和颜色信息的融合模块,用于根据所述的全景面的点云几何信息的计算模块从切片激光偏振全景图像中解析计算得到的点云的几何信息(R,α,β),以及切片激光偏振全景图像上的发射激光点位置找到在光强全景视频图像上相一致的点,并从这点得到其相对应的颜色信息(r,g,b),然后将点云的几何信息和颜色信息进行融合;
以全景面的位置信息构建全景3D模型构建模块,根据所述全景激光光源的发射角的位置估计模块得到的发射角位置,以及点云的几何信息和颜色信息,构建带有几何信息和颜色信息的全景3D模型。
7.如权利要求6所述的便携式全天候主动全景视觉传感器,其特征在于,所述的全景激光光源的发射角的位置估计模块估算全景激光光源当前的发射角位置的具体步骤如下:将全景激光光源的初始发射角位置定在所述电机的最大行程位置Hl max,初始步长控制值zmove(j)=0,相邻两帧时间的电机的移动步长为Δz,即存在着以下关系,zmove(j+1)=zmove(j)+Δz式中,zmove(j)为第j帧时步长控制值,zmove(j+1)为第j+1帧时步长控制值,Δz为直线电机的移动步长;
并通过以下关系式计算所述的圆圈形激光发生器在一次圆锥面折反射镜面上发射的圆圈形半径x,
式中,Rp max为二次抛物面折反射镜面的最大工作半径,Rp min为二次抛物面折反射镜面的最小工作半径,λ为一次圆锥面折反射镜面的圆锥角,当直线电机的推杆移动方向发生变化时设置zmove(j)=0;
接着用x值来估算所述的全景激光光源的发射角θ;
式中,x为经一次圆锥面折反射镜面折反射发射到二次抛物面折反射镜面的圆柱形激光半径值,同样也是圆圈形激光发生器在一次圆锥面折反射镜面上发射的圆圈形半径值,p为二次抛物面折反射镜面的焦点值,θ为全景激光光源的发射角。
8.如权利要求6所述的便携式全天候主动全景视觉传感器,其特征在于,在所述的全景面的点云几何信息的计算模块中,用下式计算某一切片激光偏振全景图像上的激光发射点的用高斯坐标表示的三维空间位置信息,即点云数据;
式中,(β)a为全景面激光投影点云到多源输出全方位视觉传感器的单视点Om的方位角,θ为全景面激光发射线与Z轴之间的夹角,h为全景激光光源的单发射点OL到多源输出全方位视觉传感器的单视点Om的距离,αa为全景面的激光投影点云到多源输出全方位视觉传感器的单视点Om的入射角,Ra为全景面的激光投影点云到多源输出全方位视觉传感器的单视点Om的距离,||u"||(β)a为全景面的激光投影点在切片激光偏振全景图像的成像平面上的对应点到全景成像平面中心之间的距离。
9.如权利要求6所述的便携式全天候主动全景视觉传感器,其特征在于,所述的全景面激光信息解析模块采用全景面激光信息解析方法是:通过对两个相邻发散角所发射出的全景激光投影后所获得的偏振全景切片图像作差分运算来获得激光发射点,当所述的全景激光光源的发射角从大到小或者是从小到大的扫描过程中,帧与帧之间在偏振全景图像的入射角方向,即不同的圆锥形切面上会出现较为明显的差别,两帧相减,得到两帧图像亮度差的绝对值,判断它是否大于阈值来分析提取切片偏振全景图像中的激光发射点,得到在切片偏振全景图像上的以偏振全景图像为极坐标中心的各激光发射点坐标值。
10.如权利要求6所述的便携式全天候主动全景视觉传感器,其特征在于,所述的以全景面的位置信息构建全景3D模型构建模块在构建全景3D模型时,全景激光光源在扫描过程中每一移动步长都产生在某一个激光发射角情况下的切片点云数据,将该数据以直线电机推杆的行程作为保存索引,按切片点云数据产生顺序进行累加,并根据全景激光光源激光扫描形成以直线电机推杆的移动距离(Hl max-Hl min)和移动步长Δz的比为行数、以遍历切片激光偏振全景图像的360°和遍历方位角步长Δβ的比为列数的有序规则的全景点云数据矩阵。