CN101043617A - 基于全方位视觉传感器的头盔 - Google Patents

Abstract

一种基于全方位视觉传感器的头盔，包括头盔本体，所述头盔还包括安装在头盔本体顶部的全方位视觉传感器、用于接收并处理全方位视觉传感器的视频数据的微处理器，所述的全方位视觉传感器与微处理器数据连接，微处理器包括：图像数据读取模块，用于读取从全方位视觉传感器传过来的视频图像信息；图像数据文件存储模块，用于将读进来的视频图像信息通过文件方式保存在存储单元中；图像展开处理模块，用于将读进来的圆形视频图像展开为前方视角、后方视角、左方视角以及右方视角分割的透视视频图像。本发明能够获取全景图像、实时性好。

Description

基于全方位视觉传感器的头盔

(一)技术领域

本发明属于光学技术、计算机图像处理技术和网络通信技术在安全监控方面的应用，属于现场监控系统的防护产品，特别适用于灭火消防、公安警察、边防警察、海警、森林警察、矿山勘探、防汛防灾指挥等特殊场合的安全监控，尤其是一种安全监控用的头盔。

(二)背景技术

目前，在一些需要进行现场安全监控装置领域，人们采用了带有摄像发射装置的头盔，使得在一些特殊行业，如银行系统、消防、防汛防灾、生产施工及安全保卫现场，现场工作人员带上具有摄像发射装置的头盔后，随着工作人员进入现场以及在现场内的位置变化，具有摄像发射装置的头盔就能进行与工作人员正面视角一样跟踪摄像，并将所拍摄的图像发送给监控中心。这种方式有两个显著的优点：1)头盔作为现场视频信息采集的工具；2)对现场工作人员能起到一定安全防护作用。

在本发明前，中国实用新型专利ZL O22000313.4提出了一种“带摄像头的头盔”，该发明在头盔上设置有一个可联结于头盔上支架内，并以视频线、音频线、电源线分别与无线发射器、电池相连接的市售摄像头。所述的摄像头以可拆卸的方式联结于支架内。在使用时，无线发射器以及电池可以由使用者随身携带或悬挂于腰间。中国实用新型专利ZL 03258153.X提出了一种“带有摄像发射装置的头盔”，该发明在安全防护头盔上设有摄像发射装置，该摄像发射装置采用视频线、音频线和电源线将摄像头、发射器、天线、话筒、开关、电池组和电量指示灯连接，其特征是摄像头采用微型摄像头固定安装于头盔正面所设的视孔内，发射器、电池组和电量指示灯安装于设在头盔内侧顶部的顶板上，话筒及开关设于顶板的边缘处，天线设于头盔的外侧，顶板开有可更换电池组的盖口并设有插盖。中国实用新型专利ZL 200520129979.9提出了一种“警用头盔远程可视传输系统”，该发明包括前端信息采集设备，中转发射系统、终端接收器，终端处理和显示设备，对讲机；前端信息采集设备由前端帽檐上端带图案的头盔、针孔摄像机、IW微波发射器、电源、开关和耳塞式高灵敏耳机组成，针孔摄像机隐藏在头盔的图案中，IW微波发射器的线路板和电源隐藏在头盔的夹层内，天线位于头盔后端的围脖内，头盔两侧安装有耳机开关和针孔摄像机的开关，高灵敏耳机位于人的耳中。中国实用新型专利ZL200320112954.9提出了一种“一种多功能消防头盔”，该发明在头盔内壁设有空气通道、出气孔、听筒、送话器。在头盔顶部设有照明灯、红外摄像仪，头盔后部防火布里侧设有空气通道、照明、通讯、摄像线路4个接口，头盔下部设有软胶质密封圈，头盔正面上部设有透明眼罩，当消防员载上头盔，将空气通道、照明、通讯、摄像线路接口与多功能消防水带上的空气通道、照明、通讯、摄像线路接口连接好后，消防员可无限时呼吸到新鲜空气，并可随时与指挥员通话、无论何种环境，照明灯不限时照明并将现场录像传至消防车上，适用于消防员，在各种恶劣环境下灭火、抢险、救援。

上述的技术的一个共同点都是在头盔的前方安置了针孔摄像机，用于拍摄前方视角的现场图像。

(三)发明内容

为了克服已有安全监控用头盔的只能获取前方视角图像、实时性较差的不足，本发明提供一种能够获取全景图像、实时性好的基于全方位视觉传感器的头盔。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于全方位视觉传感器的头盔，包括头盔本体，所述头盔还包括安装在头盔本体顶部的全方位视觉传感器、用于接收并处理全方位视觉传感器的视频数据的微处理器，所述的全方位视觉传感器与微处理器数据连接，所述的全方位视觉传感器包括用于垂直向下的外凸折反射镜、用以防止光折射和光饱和的黑色圆锥体、摄像头、固定支架，所述的外凸折反射镜为双曲面镜，所述的摄像头包括聚光透镜和摄像单元，黑色圆锥体固定在外凸折反射镜面的底部中央，所述的摄像单元位于所述双曲面镜的虚焦点位置，所述摄像头安装在固定支架上，所述外凸折反射镜、黑色圆锥体、固定支架、摄像单元位于同一中心线上；所述的微处理器包括：

图像数据读取模块，用于读取从全方位视觉传感器传过来的视频图像信息；

图像数据文件存储模块，用于将读进来的视频图像信息通过文件方式保存在存储单元中；

图像展开处理模块，用于将读进来的圆形视频图像展开为前方视角、后方视角、左方视角以及右方视角分割的透视视频图像，通过透视投影平面的坐标点P(i，j)求空间三坐标中的A(X，Y，Z)，得到投影平面与空间三坐标的转换关系，转换关系式用公式(9)来表示：

            X＝R*cosβ-i*sinβ

            Y＝R*sinβ+i*cosβ                    (9)

            Z＝D*sinγ-j*cosγ

            (R＝D*cosγ+j*sinγ)

式中：D为透视投影平面到双曲面的焦点Om的距离，β角度是入射光线在XY平面上投影的夹角，γ角度是入射光线与双曲面焦点的水平面的夹角，i轴是与XY平面平行的横轴，j轴是与i轴和Om-G轴直角相交的纵轴；

将上述用公式(9)求得的P(X，Y，Z)点代入公式(6)和(7)就能求得与透视投影平面的坐标点P(i，j)相对应的在成像平面上的P(x，y)点：

$x=\frac{\mathrm{Xf}(b^2-c^2)}{(b^2+c^2)Z-2\mathrm{bc}\sqrt{X^2+Y^2+Z^2}}---\left(6\right)$

$y=\frac{\mathrm{Yf}(b^2-c^2)}{(b^2+c^2)Z-2\mathrm{bc}\sqrt{X^2+Y^2+Z^2}}---\left(7\right).$

作为优选的一种方案：所述的全方位视觉传感器还包括透明圆筒体，所述的外凸折反射镜面位于透明圆柱体的上方，所述的透明圆筒体的上端与外凸折反射镜面连接，所述的透明圆筒体的下端与固定支架连接，所述透明圆筒体位于所述中心线上。

进一步，所述的透明圆筒体呈碗状，包括上部的圆锥、下部的半圆球，所述半圆球的球心与外凸折反射镜面的焦点重合。

作为优选的另一种方案：所述的黑色圆锥体为金属杆，所述金属杆上端连接外凸折反射镜，所述金属杆下端连接固定支架。

更进一步，所述的固定支架上设有玻璃圆形平面，所述平面中间设有小孔，所述外凸折反射镜的下部设有安装孔，所述的金属杆的上端通过螺钉与折反射镜连接，所述的金属杆的下端通过螺钉与所述玻璃圆形平面连接；所述固定支架插入所述头盔本体的顶部。

所述的微处理器还包括：网络传输模块，用于将所获得的现场视频图像以视频流的方式通过无线网络播放出去，传输到指挥中心。

所述的微处理器还包括：实时播放模块，用于将所获得的现场视频图像通过该模块播放到显示设备。

再进一步，所述双曲面镜构成的光学系统由下面5个等式表示：

((X²+Y²)/a²)-(Z²/b²)＝-1    (Z＞0)             (1)

$c=\sqrt{a^2+b^2}---\left(2\right)$

β＝tan^-1(Y/X)                                 (3)

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

$\mathrm{\γ}={\tan }^{-1}[f/\sqrt{(X^2+Y^2)}]---\left(5\right)$

上式中，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平面上的夹角-方位角，α表示入射光线在XZ平面上的夹角-俯角，f表示成像平面到双曲面镜的需焦点的距离。

所述的网络传输模块中，遵守IEEE802.11b无线通信协议。

所述的网络传输模块中，建立一种适合在小区域内的高速CDMA无线通信网，每个能无线远程传输全方位图像的头盔为无线网络终端，其中高速CDMA无线通信网包括至少一个CDMA基站及在其覆盖区内的各个头盔，在基带信号处理采用相同的位数较少的Walsh码扩频方式以及相同的编码方式。

本发明的技术构思为：近年发展起来的全方位视觉传感器ODVS(OmniDirectional Vision Sensors)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。这种ODVS摄像机主要由一个CCD摄像机和正对着摄像头的一个反光镜组成。反光镜面将水平方向一周的图像反射给CCD摄像机成像，这样，就可以在一幅图像中获取水平方向360°的环境信息。这种全方位摄像机有着非常突出的优点，特别在对全景实时处理要求下，是一种快速、可靠的视觉信息采集途径。

这种ODVS摄像机可以在全方位拍摄到半球视野中的所有情况。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，对于本发明中可以将ODVS配置在头盔的顶部；现场工作人员带上具有ODVS的头盔后不用瞄准目标也可以获得场景的实时图像。同时，由于全方位视觉是一种典型的机器视觉，是人不可能具备的。摄像机采集图像的原理和人眼观察物体的原理不一样，使得全方位图像与人眼看到的图像差别也很大，即使按照柱面展开，其形变还是存在的。因此如何通过全方位光学成像技术、计算机图象处理技术和网络技术通信技术，以及上述技术融合到头盔的制造技术中，为安全监控领域提供一种快速、可靠的监控领域大范围内视觉信息采集途径，并根据ODVS摄像机得到的实时全方位图像，通过无线网络传给监控中心的实时全方位图像，指挥中心就能在第一时间作出最合适的决定。

本发明的有益效果主要表现在：1、能够获取全景图像，获取工作人员的前方视角、后方视角、左方视角以及右方视角分割的透视视频图像；2、快速、可靠的采集视觉信息；3、实时性好。

(四)附图说明

图1为全方位视觉传感器的结构图；

图2为一种无外罩的全方位视觉传感器结构图；

图3为全方位视觉传感器与头盔连接的示意图；

图4为无外罩的全方位视觉传感器与头盔连接的示意图；

图5为全方位视觉传感器的成像原理图；

图6为具有无线网络通信功能的全方位视觉传感器的结构图；

图7为将全景图分割成前方视角、后方视角、左方视角以及右方视角的透视视频图像示意图；

图8为透视图平面与成像平面的关联图；

图9为由能无线远程传输全方位图像的头盔与基站组成的一种小区域内的高速CDMA无线通信网拓扑图。

(五)具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

实施例1

参照图1～图8，一种基于全方位视觉传感器的头盔，所述的头盔主要完成两个功能，第一是实时获取现场的全方位图像；第二是实现全方位图像的无线远程传输。

所述的实时获取现场的全方位图像是通过全方位视觉传感器来实现的，因此首先是全方位视觉传感器(ODVS摄像装置)的光学部分的制造技术方案，全方位视觉传感器包括垂直向下的折反射镜、透明圆筒体、摄像头、固定支架，所述的折反射镜为双曲面镜，所述的摄像头包括聚光透镜和摄像单元，所述的摄像单元位于所述双曲面镜的虚焦点位置；所述双曲面镜构成的光学系统由下面5个等式表示；

((X²+Y²)/a²)-(Z²/b²)＝-1    (Z＞0)            (1)

$c=\sqrt{a^2+b^2}---\left(2\right)$

β＝tan^-1(Y/X)                                (3)

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

$\mathrm{\γ}={\tan }^{-1}[f/\sqrt{(X^2+Y^2)}]---\left(5\right)$

上式中，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平面上的夹角-方位角，α表示入射光线在XZ平面上的夹角-俯角，f表示成像平面到双曲面镜的需焦点的距离。

为了使得透明外罩2不会产生内壁的反射干扰光，如图1所示。具体做法是将透明外罩设计成碗状，即半圆球和圆锥构成，半圆球的球心与双曲面镜的焦点重合，这样能避免在透明外罩2发生反射干扰光，在半圆球部分的半径处与圆锥部分进行过渡，圆锥部分的倾斜角度为2～3°，主要是考虑在模具生产时的脱模斜度；ODVS的结构如图1所示；

来说明360°全方位进行摄像的原理，空间上的一个点A(X，Y，Z)经折反射2镜面反射到透镜6上对应有一个投影点P(x，y)，通过透镜6的光线变成平行光投射到CCD(CMOS)摄像单元5，微处理器7通过视频接口读入该环状图像，采用软件对该环状图像进行透视图展开得到按照现场工作人员行进方向为基准的前方视角、后方视角、左方视角以及右方视角分割的透视的视频图像，如图7所示。

为了对透视图有一个较好的理解，如附图8所示，这里我们从双曲面的实焦点Om到透视投影坐标原点G引一条距离为D的直线Om-G，与这条Om-G相垂直的平面作为透视投影平面，从点A(X，Y，Z)向着焦点Om的光线在透视投影平面上有一个交点P(X，Y，Z)，如果将该交点P(X，Y，Z)代入到公式(6)、(7)中就能容易地求的在成像平面上的P(x，y)点，因此可以通过从上述关系求得在透视投影平面上的各个点。

$x=\frac{\mathrm{Xf}(b^2-c^2)}{(b^2+c^2)Z-2\mathrm{bc}\sqrt{X^2+Y^2+Z^2}}---\left(6\right)$

$y=\frac{\mathrm{Yf}(b^2-c^2)}{(b^2+c^2)Z-2\mathrm{bc}\sqrt{X^2+Y^2+Z^2}}---\left(7\right)$

如图所示，双曲面镜的光轴为Z轴，摄像头向着Z轴的正方向设置，成像平面是摄像头的输入图像，我们将双曲面镜的光轴与成像平面的交点g作为成像平面的原点，其坐标系为x、y，x轴、y轴分别与摄像头中的感光芯片的长短边相一致，因此Om-XYZ坐标系的X轴与成像平面坐标系的xy平面平行。

透视投影平面是与Om-G连接线相垂直的平面，将G点作为原点的二元平面坐标系i，j，其中i轴是与XY平面平行的横轴，j轴是与i轴和Om-G轴直角相交的纵轴，将从透视投影平面到双曲面的焦点Om的距离作为D，定义透视投影平面的横幅为W，纵幅为H。由于i轴是与XY平面平行，又是与Z轴垂直的，因此所得到的透视投影平面是以G点为坐标中心与XY平面(水平面)上旋转一个角度，该角度就是Om-G连接线与Z轴的夹角。

这里我们将Om-G作为变换中心轴，点G作为变换中心点，用β(入射光线在XY平面上的夹角-方位角)、γ(入射光线与双曲面焦点的水平面的夹角)以及距离D(透视投影平面到双曲面的焦点Om的距离)来表示变换中心轴，β角度在0°～360°范围内，可以由式(3)计算得到，同样也可以用式(8)来表示：

β＝tan^-1(Y/X)＝tan^-1(y/x)                  (8)

这里β角度是入射光线在XY平面上投影的夹角，以Z轴为原点(极坐标系的原点)逆时针方向，在0°～360°范围内(这是全方位视觉的水平视场范围)；γ角度是入射光线与双曲面焦点的水平面的夹角，由式(5)所示，该角度与空间坐标与双曲面焦点位置有关，如果在双曲面焦点上作一个水平面的话，那么就是给水平面与Om-G轴的夹角，这里将空间坐标Z点在双曲面焦点以上的作为[+]，称为仰角，Z点在双曲面焦点以下的作为[-]，称为俯角；γ角度范围在-90°～+90°之间，根据不同的镜面设计就会有不同的γ角度范围(这是全方位视觉的垂直视场范围)；

距离D根据透视投影平面与双曲面焦点的直线距离来确定，一般来说，距离D越长景物越小，距离D越短景物越大；透视投影平面的横幅W、纵幅H可以由需要来确定，在确定横幅W、纵幅H大小时首先要确定显示窗的横纵比，由于在计算机中是用像素来表示横幅W、纵幅H的大小，因此要确定横幅W、纵幅H的像素值。

通过透视投影平面的坐标点P(i，j)求空间三坐标中的A(X，Y，Z)，这样就能得到投影平面与空间三坐标的转换关系，转换关系式用公式(9)来表示：

X＝R*cosβ-i*sinβ

Y＝R*sinβ+i*cosβ

Z＝D*sinγ-j*cosγ          (9)

(R＝D*cosγ+j*sinγ)

式中：D为透视投影平面到双曲面的焦点Om的距离，β角度是入射光线在XY平面上投影的夹角，γ角度是入射光线与双曲面焦点的水平面的夹角，i轴是与XY平面平行的横轴，j轴是与i轴和Om-G轴直角相交的纵轴，i轴与j轴的方向由附图8所示；

将上述用公式(9)求得的P(X，Y，Z)点代入公式(6)和(7)就能求得与透视投影平面的坐标点P(i，j)相对应的在成像平面上的P(x，y)点。这样就可以通过在成像平面上得到的图像信息求得全方位透视图，也就是说建立了成像平面上的坐标系与透视投影平面的坐标系的对应关系。有了这样的对应关系，我们就能从成像平面上得到的某个点的图像信息；通过两个坐标系的对应关系，将该点的图像信息正确地显示在透视投影平面相对应的位置上。

为了得到现场工作人员行进方向为基准的前方视角、后方视角、左方视角以及右方视角分割的透视视频图像，本专利中采用远距离检测模式。所述的远距离检测是将透视投影平面到双曲面的焦点Om的距离放在10m以外的地方，也就是将公式(9)中的D选择为10m左右，当然也可以根据用户的实际需要在用户界面上进行定制。

结合图1、图2、图3、图4说明ODVS与头盔的连接方法，图1所示的全方位视觉传感器下部的固定支架的外圈是一个外螺纹，头盔的顶部开有一个与该外螺纹尺寸大小一样的孔，因此全方位视觉传感器可以插入到头盔的顶部，然后在头盔内部通过螺帽将全方位视觉传感器与头盔固定在一起，如图3所示；对于消防用的头盔，由于在火灾现场的温度高会造成透明外罩2变形和损坏，通过金属杆将固定支架与折反射镜连接起来，金属杆、固定支架、折反射镜的中心都是在一个中心轴上，固定支架上有一个玻璃圆形平面，中间有一个小孔，金属杆的上下两端都有一个内螺纹孔，通过螺钉固定方式将金属杆与玻璃圆形平面、折反射镜进行连接，由于玻璃圆形平面固定在固定支架上，因此将固定支架插入到头盔的顶部，然后在头盔内部通过螺帽将全方位视觉传感器与头盔固定在一起，如图4所示。

所述的无线通信模块，用于无线局域网内的无线通信，无线通信模块遵守IEEE802.11b无线通信协议；

所述的一种能无线远程传输全方位图像的头盔的一种全方位图像传感、通信、移动组合方案是嵌入式系统与无线收发模块的配合，具体选择三星S3C2410X为嵌入式微处理器，结合无线局域网技术，设计基于全数字无线通信的全方位视觉传感器，实现全方位视频数据采集和无线传输。嵌入式系统中包括了软件与硬件技术，其中嵌入式Linux软件是核心技术，它能实现视频服务器的功能。

采集全方位视频图像时，首先打开视频设备，初始化设备信息。本发明中采用了把设备文件映射到内存中，通过直接读取内存，即mmap()方式从摄像头读取视频图像。采用这种方式不仅加速了I/O访问，而且使得进程功能之间通过映射同一文件实现共享内存，程序中的各进程可以像访问普通内存一样对设备文件进行访问，访问时只需要使用指针而不调用文件操作函数。

实施例2

参照图1～图9，除了无线通信技术以外，其余与实施例1相同。实施例1中的无线局域网通信技术适用在100～200米范围内，比如头盔与消防车之间可以实现无线通信。在一些场合需要更远的距离实现无线通信，因此本发明中在头盔内的视频服务器端建立一个GPRS服务器，建立一种适合在小区域内的高速CDMA无线通信网。本发明中将每个能无线远程传输全方位图像的头盔作为无线网络终端，图9中的1所示，其中高速CDMA无线通信网包括至少一个CDMA基站(图9中的2所示)及若干个在其覆盖区内的无线网络终端(头盔)，其特征在于在基带信号处理上，无论是从基站向无线网络终端传输，还是无线网络终端向基站传输，均采用相同的位数较少的Walsh码扩频方式以及相同的编码方式。所述Walsh码可以是2位、4位、8位、16位或32位；为了提高图像传输效率，建议采用32位Walsh码，所述的编码方式可以采用卷积编码或TURBO编码；而调制方式仍可采用IS-95中的标准，即从基站向无线网络终端(头盔)传输采用QPSK调制方式，从无线网络终端(头盔)向基站传输OQPSK调制方式。

如图9所示，为本发明的第2个实施例，其中从基站2向无线网络终端1(头盔)传输的前向链路，和从无线网络终端1(头盔)向基站2传输的后向链路，均采用32位Walsh码扩频，并均采用卷积编码，但在调制方式上，前向链路采用QPSK调制方式，后向链路采用OQPSK调制方式，基站2在三扇区配置的情况下，基站可最多满足20个头盔的接入。当该高速CDMA无线通信网需要与外部网络4的高速通信时，则只要在它们之间通过接口3连接来实现。

所述的微处理器采用嵌入式处理器，本发明中采用EmbeddedLinux+Embedded linux这样组合的软件平台，实验中采用了基于三星公司的ARM9处理器S3C2410X板子，该板子上整合了MIZI公司所公布的免费嵌入式Arm-Linux操作系统，本发明将Wonka(Embedded JVM)移植到了嵌入式linux中，Wonka本身已经带有对串口、输入设备的等驱动支持。选择Java或者C语言来作为能无线远程传输全方位图像的头盔的软件开发语言，如要将Java程序运行在嵌入式linux上需要有嵌入式Java虚拟机(Embedded JVM)的支持，本发明中使用了自己移植成功的免费Java虚拟机。

实施例3

除了全方位视觉传感器的制造技术以外，其余与实施例1相同。实施例1中的全方位视觉传感器的制造材料基本上是采用在非高温情况下可以使用的材料，对于消防用头盔等特殊情况，全方位视觉传感器的制造材料必须采用耐高温的材料，因此对于消防用的头盔，由于在火灾现场的温度高会造成透明外罩2变形和损坏，通过金属杆将固定支架与折反射镜连接起来，金属杆、固定支架、折反射镜的中心都是在一个中心轴上，金属杆的粗细选择只要不对取得全景图像有妨碍，无外罩的ODVS的结构如图2所示；当然折反射镜也必须采用铜等金属材料表面涂镜面的方式来实现。

上述的实施例1～3所产生的发明效果是通过全方位视觉传感器使得安全监控的范围更宽广，通过无线通信网络使得监控多媒体传输手段更方便、更迅速，本发明实现的具有无线网络通信、获取全景现场图像功能的头盔能为灭火消防、公安警察、边防警察、海警、森林警察、矿山勘探、防汛防灾指挥等特殊场合提供一系列的安全监控设备和装置。

Claims (10)

1、一种基于全方位视觉传感器的头盔，包括头盔本体，其特征在于：所述头盔还包括安装在头盔本体顶部的全方位视觉传感器、用于接收并处理全方位视觉传感器的视频数据的微处理器，所述的全方位视觉传感器与微处理器数据连接，所述的全方位视觉传感器包括用于垂直向下的外凸折反射镜、用以防止光折射和光饱和的黑色圆锥体、摄像头、固定支架，所述的外凸折反射镜为双曲面镜，所述的摄像头包括聚光透镜和摄像单元，黑色圆锥体固定在外凸折反射镜面的底部中央，所述的摄像单元位于所述双曲面镜的虚焦点位置，所述摄像头安装在固定支架上，所述外凸折反射镜、黑色圆锥体、固定支架、摄像单元位于同一中心线上；所述的微处理器包括：

图像数据读取模块，用于读取从全方位视觉传感器传过来的视频图像信息；

图像数据文件存储模块，用于将读进来的视频图像信息通过文件方式保存在存储单元中；

图像展开处理模块，用于将读进来的圆形视频图像展开为前方视角、后方视角、左方视角以及右方视角分割的透视视频图像，通过透视投影平面的坐标点P(i，j)求空间三坐标中的A(X，Y，Z)，得到投影平面与空间三坐标的转换关系，转换关系式用公式(9)来表示：

X＝R*cosβ-i*sinβ    (9)

Y＝R*sinβ+i*cosβ

Z＝D*sinγ-j*cosγ

(R＝D*cosγ+j*sinγ)

式中：D为透视投影平面到双曲面的焦点Om的距离，β角度是入射光线在XY平面上投影的夹角，γ角度是入射光线与双曲面焦点的水平面的夹角，i轴是与XY平面平行的横轴，j轴是与i轴和Om-G轴直角相交的纵轴；

将上述用公式(9)求得的P(X，Y，Z)点代入公式(6)和(7)就能求得与透视投影平面的坐标点P(i，j)相对应的在成像平面上的P(x，y)点：

$x=\frac{\mathrm{Xf}(b^2-c^2)}{(b^2+c^2)Z-2\mathrm{bc}\sqrt{X^2+Y^2+Z^2}}---\left(6\right)$

$y=\frac{\mathrm{Yf}(b^2-c^2)}{(b^2+c^2)Z-2\mathrm{bc}\sqrt{X^2+Y^2+Z^2}}---\left(7\right).$

2、如权利要求1所述的基于全方位视觉传感器的头盔，其特征在于：所述的全方位视觉传感器还包括透明圆筒体，所述的外凸折反射镜面位于透明圆柱体的上方，所述的透明圆筒体的上端与外凸折反射镜面连接，所述的透明圆筒体的下端与固定支架连接，所述透明圆筒体位于所述中心线上。

3、如权利要求2所述的基于全方位视觉传感器的头盔，其特征在于：所述的透明圆筒体呈碗状，包括上部的圆锥、下部的半圆球，所述半圆球的球心与外凸折反射镜面的焦点重合。

4、如权利要求1所述的基于全方位视觉传感器的头盔，其特征在于：所述的黑色圆锥体为金属杆，所述金属杆上端连接外凸折反射镜，所述金属杆下端连接固定支架。

5、如权利要求4所述的基于全方位视觉传感器的头盔，其特征在于：所述的固定支架上设有玻璃圆形平面，所述平面中间设有小孔，所述外凸折反射镜的下部设有安装孔，所述的金属杆的上端通过螺钉与折反射镜连接，所述的金属杆的下端通过螺钉与所述玻璃圆形平面连接；所述固定支架插入所述头盔本体的顶部。

6、如权利要求1-5所述的基于全方位视觉传感器的头盔，其特征在于：所述的微处理器还包括：

网络传输模块，用于将所获得的现场视频图像以视频流的方式通过无线网络播放出去，传输到指挥中心。

7、如权利要求6所述的基于全方位视觉传感器的头盔，其特征在于：所述的微处理器还包括：

实时播放模块，用于将所获得的现场视频图像通过该模块播放到显示设备。

8、如权利要求7所述的基于全方位视觉传感器的头盔，其特征在于：

所述双曲面镜构成的光学系统由下面5个等式表示：

((X²+Y²)/a²)-(Z²/b²)＝-1(Z＞0)                (1)

$c=\sqrt{a^2+b^2}---\left(2\right)$

β＝tan^-1(Y/X)                                (3)

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

$\mathrm{\γ}={\tan }^{-1}[f/\sqrt{(X^2+Y^2)}]---\left(5\right)$

上式中，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平面上的夹角-方位角，α表示入射光线在XZ平面上的夹角-俯角，f表示成像平面到双曲面镜的需焦点的距离。

9、如权利要求6所述的基于全方位视觉传感器的头盔，其特征在于：所述的网络传输模块中，遵守IEEE802.11b无线通信协议。

10、如权利要求6所述的基于全方位视觉传感器的头盔，其特征在于：所述的网络传输模块中，建立一种适合在小区域内的高速CDMA无线通信网，每个能无线远程传输全方位图像的头盔为无线网络终端，其中高速CDMA无线通信网包括至少一个CDMA基站及在其覆盖区内的各个头盔，在基带信号处理采用相同的位数较少的Walsh码扩频方式以及相同的编码方式。

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