• Current Optics and Photonics
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• 제3권4호
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• pp.329-335
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• 2019

Wide FOV imaging systems are important for acquiring rich visual information. A conventional catadioptric imaging system deploys a camera in front of a curved mirror to acquire a wide FOV image. This is a cumbersome setup and causes unnecessary occlusions in the acquired image. In order to reduce both the burden of the camera deployment and the occlusions in the images, this study uses a secondary planar mirror in the catadioptric imaging system. A compact design of the catadioptric imaging system and a condition for the position of the secondary planar mirror to satisfy the central imaging are presented. The image acquisition model of the catadioptric imaging system with a secondary planar mirror is discussed based on the principles of geometric optics in this study. As a backward mapping, the acquired image is restored to a distortion-free image in the experiments.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제16권6호
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• pp.4108-4114
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• 2015

광학 반사체를 이용하여 카메라 영상을 얻는 방법을 catadioptric 영상법이라고 부른다. Catadioptric 영상법은 360도 모든 방향의 시각정보를 한 장의 영상면에 담기 위한 전방향 영상 획득시스템에 많이 사용된다. 대표적인 전방향 광학 반사체로서 그릇 모양의 3차원 쌍곡면형 거울이 있다. 본 논문에서는 쌍곡면형 반사체를 이용한 catadioptric 전방향 영상 시스템에 간단히 오목 렌즈를 추가함으로써 하나의 카메라로 시점이 다른 전방향 스테레오 영상을 얻는 방법에 관해 연구하였다. 시점이 다른 전방향 스테레오 영상 정합을 통해 대상 물체의 3차원 좌표를 복원할 수 있다. 본 전방향 스테레오 영상 시스템은 한 대의 카메라를 사용하므로 경제적이며, 스테레오 영상간에 카메라 내재 매개변수가 같으므로 정합이 쉽다는 장점이 있다. 본 논문에서는 3차원 좌표값 측정에 필요한 매개변수들을 3 단계 캘리브레이션을 이용하여 추출하였고, 실험을 통해 전방향 3차원 거리측정 성능을 검증하였다. 또한 거리측정 정밀도를 분석하여 본 스테레오 영상 시스템의 신뢰할 만한 측정범위를 제시하였다.

• Current Optics and Photonics
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• 제2권4호
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• pp.324-331
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• 2018

This paper describes a symmetric method for determining a combination of element power and optical material to design a catadioptric system with corrected color aberration and flat Petzval curvature. To graphically obtain the solutions, a glass chart containing the Abbe number, the refractive index, and the optical power, which are closely related to these aberrations, is suggested. First, we recompose an optical system as a doublet of the specific lens and an equivalent single lens, and then locate both lenses on lines that are symmetric to each other on a glass chart, through changing the lens parameters effectively. Utilizing this method, an achromatic catadioptric system with flat Petzval curvature is obtained.

• 인터넷정보학회논문지
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• 제6권6호
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• pp.149-161
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• 2005

전방위 렌즈의 단점은 균일하지 않은 해상도에 있다. 등거리 전방위 렌즈는 이러한 단점을 해결하기 위한 새로운 대안으로 볼 수 있으며, 등거리 스테레오 전방위 렌즈는 한 개의 카메라를 통해 스테레오 영상을 획득할 수 있다는 점에서 매우 효율적인 시스템이라 말할 수 있다. 그러나 등거리 스테레오 전방위 렌즈는 단일 등거리 전방위 렌즈에 비해 획득 영상의 크기가 상대적으로 작게 되어 해상도가 낮아진다는 단점이 있다. 정확한 거울의 위치, 카메라 축과 거울 중심과의 정확한 정렬등의 문제는 정밀도를 높여 해결할 수 있지만, 영상 획득 시 필수적으로 필요한 렌즈의 초점 거리 변화는 피할 수 없게 된다. 본 논문에서는 먼저 초점 거리 변화가 물체의 거리 측정에 미치는 영향을 고찰한 후 스테레오 영상에서 보이는 물체의 시야 각은 두 영상에서 거의 일정하다는 가정하에 실제 초점 거리를 계산하는 방법을 제시한다.

• 한국광학회지
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• 제32권6호
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• pp.286-295
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• 2021

RGB/NIR CMOS 센서를 사용하여 가시광에서의 정면 시야각과 가시광(RGB) 및 근적외선(near-infrared, NIR)에서의 측면 시야각을 갖는 캡슐 내시경용 개선된 반사굴절식 전방위 광학계(modified catadioptric omnidirectional optical system, MCOOS)를 설계한다. 전방 시야각 내의 영상은 반사굴절식 전방위 광학계(catadioptric omnidirectional optical system, COOS)의 부경 뒤에 배치된 3개의 추가된 렌즈와 COOS의 결상 렌즈계로 구성된 MCOOS의 전방 결상 렌즈계로 결상한다. 측면 영상은 COOS로부터 얻어진다. 이 센서에 대한 가시광과 근적외선에서의 나이퀴스트 주파수는 각각 90 lp/mm와 180 lp/mm이다. 설계 사양에서 전장길이, F-수, 전방과 측면 반화각은 각각 12 mm, 3.5, 70°, 50°-120°로 결정하였다. MCOOS의 COOS에 대한 변조전달함수 0.3에서의 공간주파수, 초점심도, 가시광과 근적외선 영역에서의 공차에 따른 누적 확률은 각각 154 lp/mm, -0.051-+0.052 mm, 99%이다. MCOOS의 정면 결상광학계의 변조전달함수 0.3에서의 공간주파수, 초점 심도, 가시광 영역에서 공차에 따른 누적 확률은 각각 170 lp/mm, -0.035-0.051 mm, 99.9%이다.

• 인터넷정보학회논문지
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• 제8권5호
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• pp.117-123
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• 2007

전방위 렌즈(Catadioptric mirror)는 전방위 감시를 위해 널리 사용되고 있다. 대부분의 전방위 렌즈에서의 단점은 전방위 렌즈를 통하여 획득한 영상의 해상도가 위치에 따라 일정하지 않다는데 있다. 본 논문에서 사용한 등거리 전방위 렌즈는 이러한 문제를 해결할 수 있도록 설계된 렌즈이다. 실제 등거리 전방위 렌즈를 통한 거리 계산 시 오류의 원인으로는 카메라 영상 센서와 전방위 렌즈와의 축의 어긋남, 설계 시 가정한 focal length의 변화 등을 들 수 있는데 이 중 focal length의 변화는 기구의 정확한 제작으로 해결할 수 없는 문제이다. 본 논문에서는 이러한 focal length의 변화에 대처하기 위하여 focal length를 수정하는 방법을 제안한다. 영상 정합을 통해 임의로 선정된 두 개의 object points에 대한 반대편 스테레오 영상에서 대응점을 찾은 후 이들 화소의 원점에서의 거리를 사용하여 경계에 해당하는 화소의 위치를 찾는다. 이렇게 측정된 경계의 위치가 미리 계산된 경계화소의 위치와 다를 경우 제안한 방법으로 focal length의 값을 수정한다. 제안한 방법은 매우 간단한 계산만으로 기존의 반복적 연산을 통해 수행한 focal length 수정 방법과 유사한 성능을 보인다.

• Current Optics and Photonics
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• 제5권2호
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• pp.164-172
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• 2021

In this paper a catadioptric laser-irradiation-precision test system is designed, to achieve a high-precision laser-irradiation-accuracy test. In this system, we adopt the method of imaging the entire target surface at a certain distance to realize the measurement of laser-irradiation precision. The method possesses the advantages of convenient operation, high sensitivity, and good stability. To meet the test accuracy requirement of 100 mm/km (0.01%), the coma, field curvature, and distortion over the entire field of view should be eliminated from the optical system's design. Taking into account the whole length of the tube and the influence of stray light on the structure type, a catadioptric system with a hood added near the primary imaging surface is designed. After optimization using the ZEMAX software, the modulation transfer function (MTF) of the designed optical system is 0.6 at 30 lp/mm, the full-field-of-view distortion is better than 0.18%, and the energy concentration in the 10-㎛-radius surrounding circle reaches about 90%. The illumination-accuracy test results show that the measurement accuracy of the radiation hit rate is better than 50 mm when the test distance is 1 km, which is better than the requirement of 100 mm/km for the laser-irradiation-accuracy test.

• Journal of the Optical Society of Korea
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• 제17권2호
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• pp.142-147
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• 2013

In order to deduce the difficulty of fixing the Ritchey-Chretien (R-C) dual reflective optical system and enhance the stability of the secondary mirror, a compact integral structure is presented here composed of two transmitting and two reflective aspheric surfaces. The four surfaces were manufactured from a single germanium lens and integrated together. The two reflective surfaces formed by coating the inner reflecting films were assembled in one lens. It makes the installation of the two mirrors easier and the structure of the secondary mirror more stable. A design of mid-wave infrared (MWIR) compact imaging system is presented with a spectral range chosen as $3.7-4.8{\mu}m$. The effective focal length is f=90 mm. The field of view (FOV) for the lens is $4.88^{\circ}$. It has good imaging capability with Modulation Transfer Function (MTF) of all field of view more than 0.55 close to the diffraction limitation. Outdoor experiments were carried out and it is shown that the integral catadioptric optical system performs well on imaging.

• 제어로봇시스템학회논문지
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• 제19권11호
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• pp.955-959
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• 2013

It is possible to obtain an omnidirectional stereo image via a single camera by using a catadioptric approach with a convex mirror and concave lens. In order to measure three-dimensional distance using the imaging system, the optical parameters of the system are required. In this paper, a calibration procedure to extract the parameters of the imaging system is described. Based on the parameters, experiments are carried out to verify the performance of the three-dimensional distance measurement of a single camera omnidirectional stereo imaging system.

• 제어로봇시스템학회논문지
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• 제15권4호
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• pp.400-405
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• 2009

A new method for the catadioptric omnidirectional stereo vision with single camera is presented in this paper. The proposed method uses a concave lens with a convex mirror. Since the optical part of the proposed method is simple and commercially available, the resultant omnidirectional stereo system becomes versatile and cost-effective. The closed-form solution for 3D distance computation is presented based on the simple optics including the reflection and the reflection of the convex mirror and the concave lens. The compactness of the system and the simplicity of the image processing make the omnidirectional stereo system appropriate for real-time applications such as autonomous navigation of a mobile robot or the object manipulation. In order to verify the feasibility of the proposed method, an experimental prototype is implemented.