摘 要

随着人类社会的发展和科学技术的不断进步，数字制造行业也取得了突飞猛进的发展和变化。为了构建数字化三维场景，往往要求大量和反复的采集实景数据。在视觉获取的全部过程当中,“眼睛”不仅是信息的接收系统，并且还是信息的预处理系统,人类目前还不能制造出具备视神经系统和眼睛视网膜性能的装置,但对人和动物视觉功效进行相关的模拟,却在许多领域方面都有着普遍的应用。

目前，机器视觉系统的视场都采用的是视场角范围在30°到60°的普通镜头，这样就导致获取的信息只能是局部的、有限的，因此会存在有范围较大的视觉盲区，导致视觉系统的应用范围受到了阻碍和限制^[1]。受到动物界昆虫复眼的启发,复眼成像的特点是：它的每个小眼得到的图像只是最终图像的一部分，把全部小眼所成得像合并拼接起来才能成为一幅完整的图像，在图像成像的技术方面来说把这种处理方式称之为图像的镶嵌整合。

从而利用仿生学的相关理论吸收借鉴昆虫复眼体积小、重量轻、视场大的特点,提出了复眼照相镜头体系^[2]。具体说来,就是用多镜头光学体系来替换现今广泛使用的单镜头光学体系,进而实现使整个系统小型化、轻量化以及达到三维场景获取的目的。

关键词：三维数字场景、复眼、照相镜头

Ommateum type camera lens design for static digital scene

Abstract

With the development of human society and the continuous progress of science and technology, digital manufacturing industry has also made rapid development and change. In order to construct the digital 3D scene, often requires a lot of real data and duplicate data. In the vision in the process of the acquisition, "eye" is not only the information of the acceptance of the system and information preprocessing system^[3], human has to produce a visual nervous system and eyes retinal function device, but for animal and human visual function simulation, but in many areas have widely used.

At present, the field of machine vision system is field of view (FOV) at 30 degrees to 60 degrees of conventional lenses, can only get partial and limited information^[4], thus greater visual blind area, resulting in the scope of application of the visual system is limited. Inspired by the animal kingdom of insect compound eyes, compound eye imaging characteristics is: get it each ommatidium image is only part of the final image, the ommatidia have become like stitching combined together in order to become a complete picture, in engineering to this condition is known as image mosaic integration.

Then use the eye of small volume and light weight advantages of large field of view, put forward the binocular camera system^[5]. In particular, the single lens optical system, which is widely used at present, is replaced by a multi lens optical system, so as to achieve the goal of miniaturization, light weight of the whole system, and achieving the three-dimensional scene acquisition.

 Key words：Three dimensional digital scene、Ommateum、Camera lens

目录

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1 复眼简介 1

1.2 设计背景、研究现状与研究意义 2

1.2.1 设计背景 2

1.2.2 研究现状 3

1.2.3 研究意义 3

1.3本文的主要工作 4

第二章 复眼照相镜头设计总体分析 5

2.1外形模型构架 5

2.2软件系统构架 6

2.3硬件系统构架 7

第三章 复眼照相镜头硬件系统模块设计 8

3.1 复眼相机硬件系统结构框图 8

3.2 图像信息采集 8

3.3 基于CPLD的图像数据接收及整合 10

3.3.1 芯片MAX II EPM240T100C5N简介 10

3.3.2 8M Byte 高速 SDRAM : W9864G6JH 12

3.3.3 CPLD 的功能 12

3.4 图像信息数据的压缩 13

3.4.1 图像压缩的概念 13

3.4.2 图像压缩的基本原理 13

3.5 复眼的多子眼图像数据信息传输 13

3.6 图像数据的无线控制与传输 14

3.6.1 nRF24L01 14

3.6.2 USB 转 232 收发模块 15

3.6.3 无线控制与传输的方案 15

第四章 复眼照相镜头软件系统设计 16

4.1 实景采集模块引脚 16

4.2 实景图像采集流程 17

4.2.1上电复位 17

4.2.2初始化 OV5640，VGA 预览模式 18

4.2.3 单次自动对焦，开启压缩引擎，进入 JPG 模式 18

4.2.4 捕获一帧 JPEG 图像 19

4.2.5 返回 VGA 预览模式，释放对焦 20

4.2.6 SPI DMA 搬运图像数据阶段 20

4.3 软件系统流程图 22

第五章 总结与展望 23

5.1 总结 23

5.2 展望 23

参考文献 25

致 谢 26

第一章 绪论

1.1 复眼简介

对于大部分动物来说,眼睛是感觉器官中最重要的一种,它为动物所提供的信息大约占到所有感官的70%以上。

单眼不仅拥有复杂的结构，而且在视觉获取发面的功能齐备。晶状体焦距的调节是通过眼部肌肉的连续活动来实现的,相当于是一台高级的智能照相机,人眼是单眼的典型代表。人眼会对一定区域内的物体进行图像采集，人眼视网膜中的感受器单元以及节细胞的分布不是均匀的,结合眼睛的注意力机制,经由有意识的眼位移,可以使得人眼的窝区瞄准人感兴趣的区域并对图像信息进行收集,从而使人眼不仅可以获得更加广阔视野，而且还会在局部区域具有较高的视觉分辨率。

复眼是存在于自然界中的一种小巧而且精密的微型光学结构。复眼是由许多小眼组成的,每个小眼单元呈六角形，众多小眼组成了一个蜂窝状的半球^[6],如图1所示。