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考虑广角镜头畸变的精确目标识别距离估算

刘光伟 蔡毅 陈东启 王岭雪

刘光伟, 蔡毅, 陈东启, 王岭雪. 考虑广角镜头畸变的精确目标识别距离估算[J]. 红外技术, 2021, 43(12): 1158-1165.
引用本文: 刘光伟, 蔡毅, 陈东启, 王岭雪. 考虑广角镜头畸变的精确目标识别距离估算[J]. 红外技术, 2021, 43(12): 1158-1165.
LIU Guangwei, CAI Yi, CHEN Dongqi, WANG Lingxue. Distance Estimation for Precise Object Recognition Considering Geometric Distortion of Wide-angle Lens[J]. Infrared Technology , 2021, 43(12): 1158-1165.
Citation: LIU Guangwei, CAI Yi, CHEN Dongqi, WANG Lingxue. Distance Estimation for Precise Object Recognition Considering Geometric Distortion of Wide-angle Lens[J]. Infrared Technology , 2021, 43(12): 1158-1165.

考虑广角镜头畸变的精确目标识别距离估算

详细信息
    作者简介:

    刘光伟(1995-),男,湖南娄底人,硕士研究生,主要从事全景成像和图像处理的研究。E-mail:bitlgw@126.com

    通讯作者:

    王岭雪(1973-),女,云南石屏人,副教授,博士,主要从事红外成像、图像处理和红外光谱等方面的研究。E-mail:neobull@bit.edu.cn

  • 红外光学系统是红外光电设备的眼睛,位于红外光电设备的最前端,是红外光电设备最重要的组成部分之一,其性能的好坏直接决定着红外光电设备的整机性能。由于红外光学系统具有被动成像、不易被干扰、识别伪装能力强、可全天时工作、探测灵敏度高等优点,因此广泛应用于光电侦察、航空航天、空间遥感、精确制导、火灾搜救、电力巡检、医学检查等领域。
  • 最后,感谢专栏论文所有作者的卓越贡献。
  • ——白瑜
  • 为了促进科研人员在红外光学系统领域交流的最新成果,2021年12期,《红外技术》推出了“红外光学系统”专栏,共收录8篇学术论文,内容涉及二次成像结构的中波红外折反射式光学系统设计,大相对孔径的长波红外变焦无热化光学系统设计,制冷型中/长红外双波段一体化全反射式光学系统设计,考虑广角镜头畸变的精确目标识别距离估算,机载小型化中波红外连续变焦光学系统设计,红外探测器集成光学系统低温评价方法研究等,涉及领域较广,旨在集中反映报道红外光学系统领域的新动态和发展趋势,为相关科研人员和广大读者提供学术价值参考,为红外光学系统的研究发展提供一些新的思路。
  • 红外光学系统涉及光学理论,像差理论,光机优化,光学材料,红外器件,光学制造,集成测试等多个领域,随着科学技术的快速发展,红外光学系统向着多次成像结构,多视场,大相对孔径,宽温度范围,多波段,一体化,小型化,集成化,轻量化等方向发展。
  • 中图分类号: TN211

Distance Estimation for Precise Object Recognition Considering Geometric Distortion of Wide-angle Lens

  • 摘要: 人脸识别和车牌识别是智慧安防领域的重要内容。人脸和车牌的特征尺度小、细节丰富,对成像系统的空间分辨力有较高要求,需要较大规模的探测器和高传函、小畸变的光学镜头。然而,安防系统又要求广域监控,需要使用视场大但具有一定畸变的广角镜头。因此,设计既能精确识别人脸和车牌目标、又能广域监控的成像系统时,应将精确目标识别作为约束来权衡高空间分辨力和大视场的性能指标以及估计识别距离。在这样的应用需求下,本文提出了像素面密度对精确目标进行统一描述,并提出了考虑广角镜头径向畸变的精确目标识别距离估算方法,通过对存在旋转和平移的人脸和车牌目标进行计算验证,结果表明:考虑径向畸变后实际识别距离较理论识别距离近,且人脸和车牌平移距离分别为1 m和2 m时,实际与理论的识别距离差异高达34.2%和27.5%。
    1) 前言:
    1)  红外光学系统是红外光电设备的眼睛,位于红外光电设备的最前端,是红外光电设备最重要的组成部分之一,其性能的好坏直接决定着红外光电设备的整机性能。由于红外光学系统具有被动成像、不易被干扰、识别伪装能力强、可全天时工作、探测灵敏度高等优点,因此广泛应用于光电侦察、航空航天、空间遥感、精确制导、火灾搜救、电力巡检、医学检查等领域。
    1)  最后,感谢专栏论文所有作者的卓越贡献。
    1)  ——白瑜
    1)  为了促进科研人员在红外光学系统领域交流的最新成果,2021年12期,《红外技术》推出了“红外光学系统”专栏,共收录8篇学术论文,内容涉及二次成像结构的中波红外折反射式光学系统设计,大相对孔径的长波红外变焦无热化光学系统设计,制冷型中/长红外双波段一体化全反射式光学系统设计,考虑广角镜头畸变的精确目标识别距离估算,机载小型化中波红外连续变焦光学系统设计,红外探测器集成光学系统低温评价方法研究等,涉及领域较广,旨在集中反映报道红外光学系统领域的新动态和发展趋势,为相关科研人员和广大读者提供学术价值参考,为红外光学系统的研究发展提供一些新的思路。
    1)  红外光学系统涉及光学理论,像差理论,光机优化,光学材料,红外器件,光学制造,集成测试等多个领域,随着科学技术的快速发展,红外光学系统向着多次成像结构,多视场,大相对孔径,宽温度范围,多波段,一体化,小型化,集成化,轻量化等方向发展。
  • 图  1  径向畸变

    Figure  1.  Radial distortions

    图  2  坐标系构建

    Figure  2.  Construction of coordinate systems

    图  3  识别距离与旋转角度的关系

    Figure  3.  Relationship between recognition distance and rotation angle

    图  4  像素面密度与平移距离的关系

    Figure  4.  Relationship between pixel areal density and translation distance

    图  5  识别距离与极径的关系

    Figure  5.  Relationship between recognition distance and polar radius

    图  6  径向畸变效果

    Figure  6.  The effect of radial distortion

    表  1  识别标准与识别指数

    Table  1.   Standards and recognition index

    Standard Evaluation index Identification
    China (Face) Pixels ≥30
    China (License plate) Pixels ≥100
    European Union (Person) mm/pixel > 4
    United Kingdom (Person) TSR > 100%
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    表  2  识别人脸、车牌和人所需的最小像素面密度

    Table  2.   Minimal pixel density of face, license plate and person recognition

    Situations Pixel density(pixels/m2)
    Face recognition 267289
    License plate recognition 51984
    Person detection 625
    Person recognition 15625
    Person identification 62500
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    表  3  识别距离与视场角和分辨率的关系

    Table  3.   Relationship between recognition distance and field of view, recognition distance and resolution

    Resolution (pixel) Recognition distance of face/License plate/m
    50° 60° 70° 80° 90° 100° 110°
    1280×720 2.66/6.02 2.15/4.87 1.77/4.01 1.48/3.35 1.24/2.81 1.04/2.36 0.87/1.97
    1920×1080 3.99/9.03 3.22/7.30 2.66/6.02 2.22/5.02 1.86/4.22 1.56/3.54 1.31/2.95
    2560×1440 5.31/12.04 4.29/9.73 3.54/8.02 2.96/6.70 2.48/5.62 2.08/4.72 1.74/3.94
    3840×2160 7.97/18.06 6.44/14.59 5.31/12.03 4.43/10.04 3.72/8.43 3.12/7.07 2.61/5.90
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    表  4  实际识别距离与理论识别距离的差异

    Table  4.   Difference between actual recognition distance and ideal recognition distance

    Translation distance /m Ideal recognition distance/m Actual recognition distance/m Difference in distances/m Difference in proportions
    Face recognition
    0.25 2.22 2.18 0.04 1.8%
    0.5 2.22 2.07 0.15 6.8%
    0.75 2.22 1.82 0.40 18.0%
    1.0 2.22 1.46 0.76 34.2%
    License plate recognition
    0.5 5.02 4.96 0.06 1.2%
    1.0 5.02 4.76 0.26 5.2%
    1.5 5.02 4.37 0.65 12.9%
    2.0 5.02 3.64 1.38 27.5%
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-02-01
  • 修回日期:  2021-03-08
  • 刊出日期:  2021-12-20

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