文章用反射镜面设计的理论知识和计算机仿真，为实现应用于中型组足球竞赛机器人全景视觉系统的反射镜面的快速有效的设计，自主开发了用于镜面轮廓设计的仿真设计系统。

        并设计制造了满足机器人任务要求的特殊曲线的反射镜面。通过实践表明基于知识和计算机仿真的现代设计方法大大提高了反射镜面设计的质量和效率，能从整体上把握设计的合理性，避免设计出错和产品返工，节省制造成本，并令设计结果满足预计的任务需求。

　   引言

　　全景视觉系统是由一个朝上放置的摄像头和一个反射镜面组成，摄像头通过反射镜面获得360度范围的图像。因其视野广泛，足球竞赛机器人通常采用全景视觉系统来获取整个球场的信息。反射镜面是影响全景视觉的图像效果和观察范围的重要因素。美国哥伦比亚大学的Simon Baker和Shree K. Nayar等人专门对全景视觉系统的几何特性进行了仔细的研究和分析，并提出了“单一视点（single viewpoint）”的问题[1]。符合单一视点的曲面，所有射向焦点的光线经过反射后都射向另外一个焦点或者平行于对称轴，而不是散射开来。

　　研究表明，不同镜面适用于不同的观察需求。常用的曲面镜面（如抛物面，锥面等）往往不能同时满足执行特殊任务的机器人的多个观察需求。于是有学者提出根据观察需求或者假设的成像效果反推镜面的曲面[2]，以设计出满足特殊任务需求的镜面轮廓。本文的镜面设计过程是根据反推算法求得曲面轮廓，并且建立相应的模型仿真预先观察成像效果，与期望的成像进行比较，根据一定的评估和分析，优化参数，由计算机完成大量的计算过程和定量分析。这种设计方法可以高效地设计出性能好、成本低的镜面。

　　1镜面设计原理及成像仿真系统的开发

　　1.1 镜面设计原理和方法

　　要预知经过镜面反射之后的成像效果，就必须知道镜面曲线和经过镜面反射后的成像点（CCD上的成像单位）与现实空间点的映射关系。

图1 镜面成像原理

　　以小孔成像模型作为摄像头的成像模型，因为镜面是旋转对称的结构，只需研究二维的镜面剖面曲线。如图所示，根据光线反射定理和小孔成像法则，可以得到如下关系式：

　　上式中F（t）为曲线方程，具体的关系式推导可参考[4]。