摘要：近年來(lái)，隨著光學(xué)鏡頭及成像芯片技術(shù)的不斷發(fā)展，基于常規(guī)鏡頭的傳統(tǒng)視覺(jué)系統(tǒng)由于其有限的視場(chǎng)范圍已經(jīng)不能滿足許多應(yīng)用場(chǎng)合的需求。而廣角成像具有大視野的顯著特征，已成為當(dāng)前計(jì)算機(jī)視覺(jué)研究的焦點(diǎn)和熱點(diǎn)。而魚(yú)眼鏡頭是一種基于仿生學(xué)的超廣角鏡頭，通過(guò)引入桶形畸變，對(duì)物理空間進(jìn)行“壓縮形變”，從而獲得視角為180~270度的超廣角成像，盡管物像間差異很大，但不影響分辨率，且能保證物點(diǎn)與像點(diǎn)的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，可以實(shí)現(xiàn)大范圍的清晰成像，在天文、氣象、森林防火以及國(guó)防軍事等領(lǐng)域有重要應(yīng)用。對(duì)魚(yú)眼鏡頭的原理進(jìn)行簡(jiǎn)單的概述，然后分析了它的一些關(guān)鍵問(wèn)題，接著便是對(duì)魚(yú)眼鏡頭的應(yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，并在此基礎(chǔ)上對(duì)魚(yú)眼鏡頭的未來(lái)發(fā)展前景進(jìn)行展望。

一、魚(yú)眼鏡頭的原理

1.1.魚(yú)眼鏡頭的結(jié)構(gòu)原理

魚(yú)眼鏡頭是一種極端的廣角鏡頭，也稱全景鏡頭[4]。一般認(rèn)為16mm或焦距更短的鏡頭即為魚(yú)眼鏡頭[5]，但是在工程上視角范圍超過(guò)140 度的鏡頭即統(tǒng)稱為魚(yú)眼鏡頭[1]。在實(shí)際中也有視角超過(guò)甚至達(dá)到270度的鏡頭。魚(yú)眼鏡頭是一種具有大量筒形畸變的反遠(yuǎn)攝型光組[7]。這種鏡頭的前鏡片呈拋物線狀向前部凸出，形狀與魚(yú)的眼睛相似，因此得名“魚(yú)眼鏡頭”，其視覺(jué)效果類似于魚(yú)在水中觀察水面上的事物。

圖1-1 魚(yú)在水中觀察水面事物

當(dāng)魚(yú)在貼近水面的位置觀察時(shí)，視角可以達(dá)到近180°的廣角。這種現(xiàn)象在光學(xué)原理中屬于全反射和光路可逆。

圖1-2全反射（左）和光路可逆（右）

超廣角的魚(yú)眼鏡頭是一種特殊鏡頭，但是在成像時(shí)因?yàn)閷?shí)際生活中的景物是有既定的固定形態(tài)的,而通過(guò)魚(yú)眼鏡頭產(chǎn)生的畫(huà)面效果超出了這一范疇，所以需要合適的模型設(shè)計(jì)，以計(jì)算像點(diǎn)的準(zhǔn)確位置。已知折射率公式為

(1-1)

空氣中n=1。當(dāng)i=90°時(shí)，

(1-2)