同心球物鏡探測器球面陣列視頻采集裝置屬于大視場數字成像系統，目的在于解決現有技術存在的探測器尺寸不足和球面鏡頭成像受限制的問題。本發明專利技術包括三組成像系統，每組成像系統包括一個同心球物鏡和相應的像面探測器陣列，三組成像系統的同心球物鏡完全相同，拍攝區域完全一致，像面都為球形曲面，探測器陣列上的每個探測器感光區的形狀為正六邊形或包含該六邊形的任意形狀，所述探測器陣列呈六角分布，相鄰兩個探測器的中心水平角不大于每個探測器感光水平角的3倍，且大于2個探測器中心連線方向的封裝角度；三組探測器陣列相互錯開互補排列，三組成像系統得到的圖像拼接得到完整的大視場高分辨率視頻圖像。
【技術實現步驟摘要】
同心球物鏡探測器球面陣列視頻采集裝置
本專利技術屬于大視場數字成像系統，具體涉及一種同心球物鏡探測器球面陣列視頻 采集裝置。
技術介紹
隆博格（Luneburg)鏡頭是一種可對全視場無窮遠物體成像的同心球對稱漸變折 射率鏡頭；該物鏡的優點在于：首先，物鏡的所有面共有一個曲率中心，也就是球對稱性， 所有方向上的成像光束完全對稱，在像面上的成像光斑也完全一樣，這樣自然就使得此類 鏡頭視場很大；其次透鏡的像面為球形曲面，曲率中心也和透鏡光學面的曲率中心在相同 的位置坐標點上，鏡頭的角放大率為1，沒有除球差和色差以外的其它像差；最后，同心鏡 頭結構簡單，便于設計，已被成功用于微波頻段然的成像；然而，隆博格鏡頭并不適用于可 見光波段，這是因為它所要求的漸變折射率材料的折射率范圍在1到七之間，常見的玻璃 材料并不能連續的覆蓋該折射率范圍，同時漸變折射率鏡頭加工和制造起來非常困難。 C⑶和CMOS相機具有靈敏度高，結構緊湊，重量輕，像元位置準確等優點，同時它 能使光學成像和計算機處理技術結合在一起等優點，使得數字成像完全取代了傳統的膠 片，然而，單片探測器的有限大小限制了現代成像系統向著大視場，高分辨的發展趨勢，成 為了大部分光學成像系統的瓶頸。 有效解決探測器尺寸不足的方法主要是多探測器的拼接，多探測器拼接的方案包 括機械拼接，光學拼接，相機掃描等，機械拼接是將探測器首尾相接連接在一起，該方案結 構緊湊，但是探測器邊緣有漏縫，采集到的圖像信息不全；光學拼接主要是利用棱鏡將像面 分割成空間分離的多個像面，然后安置多個探測器，相鄰探測器首尾重疊，形成大視場的探 測器陣列，由于棱鏡分光會引入嚴重色差，影響像質，此外該方法存在拼接縫隙，分光會造 成能量損失，同時對后工作距有一定要求，從而使其應用受到限制；掃描方案利用掃描鏡掃 描視場，其結構比較簡單，然而缺乏實時性，運動部件使得系統的可靠性較差。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提出一種同心球物鏡探測器球面陣列視頻采集裝置，解決現有 技術存在的探測器尺寸不足和球面鏡頭成像受限制的問題，實現球面無縫拼接成像。 為實現上述目的，本專利技術的同心球物鏡探測器球面陣列視頻采集裝置包括三組成 像系統，每組成像系統包括一個同心球物鏡和相應的像面探測器陣列，三組成像系統的同 心球物鏡完全相同，拍攝區域完全一致，像面都為球形曲面，探測器陣列上的每個探測器感 光區的形狀為正六邊形或包含該六邊形的任意形狀，所述探測器陣列呈六角分布，相鄰兩 個探測器的中心水平角不大于每個探測器感光水平角的3倍，且大于2個探測器中心連線 方向的封裝角度；三組探測器陣列相互錯開互補排列，三組成像系統得到的圖像拼接得到 完整的大視場高分辨率視頻圖像。 所述六角分布具體指：行與行之間相互錯開半個探測器的角度，相鄰三個探測器 中心連線為正三角形。 所述三組探測器陣列相互錯開互補排列具體指：以任意一組探測器陣列的排布為 基礎，在該布局下，該探測器陣列產生兩組間隙，其他兩組探測器陣列的位置分別對應于這 兩組間隙的位置，三組探測器陣列圓周方向相互錯開互補。 所述三組同心球物鏡的光軸與相應的像面探測器陣列的交點記為0,第一組探測 器陣列距點0最近的探測器為三個，三個探測器的中心點分別位于點0的正右方0°、左上 方120°和左下方120° ;第二組探測器陣列距點0最近的探測器為三個，三個探測器的中 心點分別位于點0的右上方60°、正左方180°和右下方60° ;第三組探測器陣列距點0最 近的探測器為一個，該探測器的中心點與點〇重合。 本專利技術的有益效果為：本專利技術的同心球物鏡探測器球面陣列視頻采集裝置采用 三組完全相同的同心球物鏡對遠距離成像，因為三個鏡頭相距較近，對應的像方視場幾乎 完全一樣，采用探測器交錯互補的三組陣列，構成了一幅完整的大視場圖像，真正實現了無 縫，無運動部件的視場拼接； 本專利技術采用分層球殼同心球物鏡設計方法，避免了漸變折射率材料的使用，球透 鏡的每一層球殼都采用相同折射率的同種材料，所有球殼共用一個曲率中心，在優化過程 中，球殼厚度和兩個面的曲率半徑并不是相互獨立的變量，但是由于只需矯正球差和色差， 數量較少的幾層球殼就可以獲得足夠的自由度用以優化，保留了同心球物鏡結構簡單和大 視場的優點，并克服了漸變折射率材料的成本高，加工制造難的問題。 本專利技術的探測器拼接方法，配合大視場高分辨的同心球物鏡的球面像面，球面上 的六角排布法可以有效的提高像素利用率，使得各個探測器采集到的圖像有足夠的用于交 疊的區域，實現無縫視場覆蓋，同時交疊區域又不至于過大，浪費像素，加之三個系統同時 工作，無運動部件，系統穩定可靠，實時性良好，比較適合航拍監控，衛星遙感等領域。 【附圖說明】 圖1為本專利技術的同心球物鏡探測器球面陣列視頻采集裝置結構示意圖； 圖2為本專利技術的同心球物鏡探測器球面陣列視頻采集裝置的單個成像系統結構 示意圖； 圖3為本專利技術的同心球物鏡探測器球面陣列視頻采集裝置的拼接原理示意圖； 其中：1、第一組成像系統，2、第二組成像系統，3、第三組成像系統。 【具體實施方式】 下面結合附圖對本專利技術的實施方式作進一步說明。 參見附圖1，本專利技術的同心球物鏡探測器球面陣列視頻采集裝置包括三組成像系 統，每組成像系統包括一個同心球物鏡和相應的像面探測器陣列，三組成像系統的同心球 物鏡完全相同，拍攝區域完全一致，像面都為球形曲面，探測器陣列上的每個探測器感光區 的形狀為正六邊形或包含該六邊形的任意形狀，所述探測器陣列呈六角分布，相同行相鄰 探測器的中心水平角不大于每個探測器感光水平角的3倍，且大于2個探測器行方向的封 裝水平角；不同行相鄰探測器的斜方向中心和球心連線的夾角不大于每個探測器感光斜方 向球心角的3倍，且大于2個探測器斜方向的封裝球心角；三組探測器陣列相互錯開互補排 列，三組成像系統得到的圖像拼接得到完整的大視場高分辨率視頻圖像。 所述六角分布具體指：行與行之間相互錯開半個探測器的角度，相鄰三個探測器 中心連線為正三角形。 所述三組探測器陣列相互錯開互補排列具體指：三組探測器陣列圓周方向相互粗 開互補，以符合上述條件的一組探測器陣列排布為基礎，在該布局下，陣列產生兩組間隙， 其它兩組探測器陣列的位置分別對應于這兩組間隙的位置。 所述三組同心球物鏡的光軸與相應的像面探測器陣列的交點記為0,第一組探測 器陣列距點0最近的探測器為三個，三個探測器的中心點分別位于點0的正右方0°、左上 方120°和左下方120°;第二組探測器陣列距點0最近的探測器為三個，三個探測器的中 心點分別位于點0的右上方60°、正左方180°和右下方60° ;第三組探測器陣列距點0最 近的探測器為一個，該探測器的中心點與點〇重合。 實施例一： 參見附圖2,同心球物鏡由7個間隔，6層玻璃介質組成，中心為低色散材料制成的 玻璃球，該玻璃球為物鏡提供了正的光焦度，同時該設計中還包含了一個空氣間隔，該間隔 為矯正球差和色差提供了有效的幫助；該物鏡的設計參數為：視場120°，焦距280mm，F/# 為2. 8,工作波段450nm?680nm可見光波段本文檔來自技高網...
【技術保護點】
同心球物鏡探測器球面陣列視頻采集裝置，其特征在于，包括三組成像系統，每組成像系統包括一個同心球物鏡和相應的像面探測器陣列，三組成像系統的同心球物鏡完全相同，拍攝區域完全一致，像面都為球形曲面，探測器陣列上的每個探測器感光區的形狀為正六邊形或包含該六邊形的任意形狀，所述探測器陣列呈六角分布，相鄰兩個探測器的中心水平角不大于每個探測器感光水平角的3倍，且大于2個探測器中心連線方向的封裝角度；三組探測器陣列相互錯開互補排列，三組成像系統得到的圖像拼接得到完整的大視場高分辨率視頻圖像。
【技術特征摘要】
1. 同心球物鏡探測器球面陣列視頻采集裝置，其特征在于，包括三組成像系統，每組成 像系統包括一個同心球物鏡和相應的像面探測器陣列，三組成像系統的同心球物鏡完全相 同，拍攝區域完全一致，像面都為球形曲面，探測器陣列上的每個探測器感光區的形狀為正 六邊形或包含該六邊形的任意形狀，所述探測器陣列呈六角分布，相鄰兩個探測器的中心 水平角不大于每個探測器感光水平角的3倍，且大于2個探測器中心連線方向的封裝角度； 三組探測器陣列相互錯開互補排列，三組成像系統得到的圖像拼接得到完整的大視場高分 辨率視頻圖像。2. 根據權利要求1所述的同心球物鏡探測器球面陣列視頻采集裝置，其特征在于，所 述六角分布具體指：行與行之間相互錯開半個探測器的角度，相鄰三個探測器中心連線為 正三角形。3. 根據權利要求1所述的同心球物...
【專利技術屬性】
技術研發人員：龐武斌，賈樹強，張廣，許偉才，黃瑋，
申請(專利權)人：中國科學院長春光學精密機械與物理研究所，
類型：發明
國別省市：吉林;22
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