一種基于計(jì)算成像技術(shù)的大視場(chǎng)光學(xué)成像系統(tǒng)，采用共用主鏡、微透鏡陣列、探測(cè)器陣列的成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。入射光線分別通過(guò)共用主鏡、微透鏡陣列，最終到達(dá)探測(cè)器陣列成像，通過(guò)計(jì)算成像技術(shù)對(duì)各子圖像進(jìn)行圖像復(fù)原(消除球差對(duì)圖像像質(zhì)的影響)，將各個(gè)子圖像進(jìn)行配準(zhǔn)復(fù)合后可以獲得一幅完整的清晰圖像。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)中共用主鏡采用由兩個(gè)半球鏡組成的單心球鏡，整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且完全對(duì)稱(chēng)，易于加工、裝調(diào)、測(cè)試；具有超大視場(chǎng)、低結(jié)構(gòu)復(fù)雜度等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于空間目標(biāo)大范圍搜索及發(fā)現(xiàn)、平流層空中監(jiān)視等。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)屬于航天光學(xué)遙感器
，涉及一種大視場(chǎng)、低結(jié)構(gòu)復(fù)雜度的基于計(jì)算成像技術(shù)的大視場(chǎng)光學(xué)成像系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
隨著人類(lèi)進(jìn)入空間、利用空間能力的不斷增強(qiáng)，空間對(duì)國(guó)家戰(zhàn)略利益的影響日益突出。人類(lèi)已經(jīng)歷進(jìn)入空間-利用空間-監(jiān)視空間的階段，正步入控制空間的時(shí)代。隨著現(xiàn)代戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)爭(zhēng)發(fā)展的需要，對(duì)高分辨率、大視場(chǎng)的平流層空中監(jiān)視系統(tǒng)、天基大范圍目標(biāo)搜索系統(tǒng)的需求越來(lái)越迫切，然而傳統(tǒng)的大視場(chǎng)系統(tǒng)已經(jīng)不能滿(mǎn)足這樣的要求。傳統(tǒng)的大視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)主要有小視場(chǎng)高分辨率掃描成像、魚(yú)眼透鏡超半球凝視成像、環(huán)帶凝視全景成像三種。但是，它們都有著其各自的缺點(diǎn)，小視場(chǎng)高分辨率掃描成像必 須具有復(fù)雜的掃描機(jī)構(gòu)，直接導(dǎo)致系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性降低，同時(shí)也大大降低了系統(tǒng)的可靠性；魚(yú)眼透鏡雖可實(shí)現(xiàn)超過(guò)180°的大視場(chǎng)成像，但其邊緣視場(chǎng)存在著很大的畸變，邊緣視場(chǎng)的照度較低，整個(gè)像面上無(wú)法形成一致分辨率；環(huán)帶凝視成像系統(tǒng)圍繞光學(xué)系統(tǒng)光軸360°范圍的圓柱視場(chǎng)投影到二維平面上的一個(gè)環(huán)形區(qū)域內(nèi)，雖可實(shí)現(xiàn)360°環(huán)帶空間的全景實(shí)時(shí)成像，但它只能對(duì)環(huán)帶視場(chǎng)成像，成像系統(tǒng)存在中心盲區(qū)，系統(tǒng)的雜散光嚴(yán)重，分辨率大打折扣。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專(zhuān)利技術(shù)的技術(shù)解決的問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種超大視場(chǎng)、低結(jié)構(gòu)復(fù)雜度的基于計(jì)算成像技術(shù)的大視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)。本專(zhuān)利技術(shù)的技術(shù)解決方案是一種基于計(jì)算成像技術(shù)的大視場(chǎng)光學(xué)成像系統(tǒng)，包括共用主鏡、微透鏡陣列、探測(cè)器陣列；共用主鏡為由兩個(gè)半球鏡組成的單心球鏡，光闌位于兩個(gè)半球鏡中間；探測(cè)器陣列和微透鏡陣列均勻分布在所述共用主鏡同一例的與單心球鏡同心的兩個(gè)不同球面上；不同視場(chǎng)的光線從物方入射至共用主鏡進(jìn)行一次成像，再經(jīng)過(guò)微透鏡陣列進(jìn)行二次透射后到達(dá)至探測(cè)器陣列進(jìn)行二次成像；微透鏡陣列中的每個(gè)微透鏡及對(duì)應(yīng)的探測(cè)器陣列中的探測(cè)器與共用主鏡構(gòu)成一個(gè)子光路，各子光路所成子圖像拼接后獲得完整的圖像。所述的微透鏡陣列中的各個(gè)微透鏡完全相同。所述的探測(cè)器陣列中的各個(gè)探測(cè)器完全相同。所述的探測(cè)器為面陣CMOS探測(cè)器。本專(zhuān)利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于(I)本專(zhuān)利技術(shù)采用由兩個(gè)半球鏡組成的單心球鏡作為共用主鏡，整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于加工以及裝調(diào)。(2)本專(zhuān)利技術(shù)的微透鏡陣列采用多個(gè)小視場(chǎng)的拼接技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)了超大視場(chǎng)，理論上甚至可以實(shí)現(xiàn)180度視場(chǎng)。(3)本專(zhuān)利技術(shù)的共用主鏡采用球鏡，在共用主鏡一次像面后引入對(duì)應(yīng)每個(gè)探測(cè)器的微透鏡陣列作為二級(jí)光學(xué)系統(tǒng)，改變微透鏡參數(shù)使相鄰探測(cè)器的視場(chǎng)重疊，解決了傳統(tǒng)單心光學(xué)系統(tǒng)相機(jī)相鄰探測(cè)器之間存在死區(qū)的問(wèn)題。(4)本專(zhuān)利技術(shù)結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)，因此沒(méi)有慧差、像散、畸變等與視場(chǎng)相關(guān)的像差，在大視場(chǎng)條件下不用考慮視場(chǎng)的均勻性問(wèn)題，在全視場(chǎng)上具有一致分辨率。附圖說(shuō)明圖I為本專(zhuān)利技術(shù)光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2a為本專(zhuān)利技術(shù)共用主鏡光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖2b為本專(zhuān)利技術(shù)共用主鏡光學(xué)系統(tǒng)MTF曲線；圖3a為本專(zhuān)利技術(shù)光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖； 圖3b為本專(zhuān)利技術(shù)光學(xué)系統(tǒng)MTF曲線。具體實(shí)施例方式如圖I所示，本專(zhuān)利技術(shù)基于計(jì)算成像技術(shù)的大視場(chǎng)光學(xué)成像系統(tǒng)包括共用主鏡、微透鏡陣列以及探測(cè)器陣列。所述的共用主鏡為單心球鏡，由兩個(gè)半球鏡組成，光闌位于兩個(gè)半球鏡中間。如圖2a所示。不同視場(chǎng)的光線從光學(xué)系統(tǒng)物方進(jìn)入共用主鏡，由共用主鏡進(jìn)行一次成像；在共用主鏡一次像面后方引入對(duì)應(yīng)探測(cè)器陣列的微透鏡陣列，微透鏡陣列上各個(gè)微透鏡完全相同，從一次像面出射的光由微透鏡陣列進(jìn)行二次成像后到達(dá)探測(cè)器陣列并最終成像；探測(cè)器陣列上各個(gè)探測(cè)器也完全相同，且探測(cè)器陣列和微透鏡陣列均勻分布在共用主鏡的同一側(cè)的兩個(gè)同心球面上，整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)。每個(gè)探測(cè)器對(duì)應(yīng)一個(gè)小視場(chǎng)，調(diào)整微透鏡參數(shù)，從而使相鄰探測(cè)器的視場(chǎng)重疊，如圖3a所示，每個(gè)微透鏡及其對(duì)應(yīng)的探測(cè)器與共用主鏡一起組成一個(gè)子光路，所成圖像為完整圖像的一幅子圖像。如圖2b、圖3b所示，由于共用主鏡采用單心球鏡，結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)，因此不同視場(chǎng)上的MTF曲線基本重合，這說(shuō)明本專(zhuān)利技術(shù)在全視場(chǎng)具有一致分辨率，但系統(tǒng)存在較大的球差和色差，導(dǎo)致系統(tǒng)MTF較低，MTF曲線遠(yuǎn)小于光學(xué)系統(tǒng)衍射極限(圖中黑線)，系統(tǒng)的成像質(zhì)量較差。然而，對(duì)于計(jì)算成像系統(tǒng)而言，其獲得的最終圖像質(zhì)量由其特殊的光學(xué)系統(tǒng)和后續(xù)數(shù)字圖像處理單元共同決定。僅僅通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)成像或許不能得到理想的圖像，但是通過(guò)后續(xù)數(shù)字圖像處理對(duì)圖像進(jìn)行復(fù)原之后就能最終獲得一幅清晰的圖像。因此，需要在后期對(duì)本專(zhuān)利技術(shù)光學(xué)系統(tǒng)所成的圖像進(jìn)行復(fù)原。對(duì)于一個(gè)IOOmm 口徑的球鏡，在可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍內(nèi)，會(huì)有大小為I. 5mm的色度離焦。然而，大多數(shù)色度離焦帶來(lái)的像面模糊都集中在色度通道。因?yàn)槿搜蹖?duì)色度通道帶來(lái)的像面模糊不敏感，本專(zhuān)利技術(shù)中軸向色差帶來(lái)的像質(zhì)下降不明顯，在圖像后期處理中主要考慮球差對(duì)圖像像質(zhì)的影響。對(duì)圖像的后期處理的第一步是將圖像從RGB格式轉(zhuǎn)換為YUV格式。接著對(duì)亮度通道進(jìn)行維納去卷積(消除光學(xué)系統(tǒng)球差對(duì)圖像像質(zhì)的影響)，然后再轉(zhuǎn)換為RGB格式。隨后，對(duì)圖像進(jìn)行降噪處理后，將所得的各個(gè)小視場(chǎng)圖像通過(guò)配準(zhǔn)復(fù)合，最終得到一幅具有完整信息的大視場(chǎng)圖像。本專(zhuān)利技術(shù)說(shuō)明書(shū)中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。權(quán)利要求1.一種基于計(jì)算成像技術(shù)的大視場(chǎng)光學(xué)成像系統(tǒng)，其特征在于包括共用主鏡、微透鏡陣列、探測(cè)器陣列；共用主鏡為由兩個(gè)半球鏡組成的單心球鏡，光闌位于兩個(gè)半球鏡中間；探測(cè)器陣列和微透鏡陣列均勻分布在所述共用主鏡同一側(cè)的與單心球鏡同心的兩個(gè)不同球面上；不同視場(chǎng)的光線從物方入射至共用主鏡進(jìn)行一次成像，再經(jīng)過(guò)微透鏡陣列進(jìn)行二次透射后到達(dá)至探測(cè)器陣列進(jìn)行二次成像；微透鏡陣列中的每個(gè)微透鏡及對(duì)應(yīng)的探測(cè)器陣列中的探測(cè)器與共用主鏡構(gòu)成一個(gè)子光路，各子光路所成子圖像拼接后獲得完整的圖像。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于計(jì)算成像技術(shù)的大視場(chǎng)光學(xué)成像系統(tǒng)，其特征在于所述的微透鏡陣列中的各個(gè)微透鏡完全相同。3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的基于計(jì)算成像技術(shù)的大視場(chǎng)光學(xué)成像系統(tǒng)，其特征在于所 述的探測(cè)器陣列中的各個(gè)探測(cè)器完全相同。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于計(jì)算成像技術(shù)的大視場(chǎng)光學(xué)成像系統(tǒng)，其特征在于所述的探測(cè)器為面陣CMOS探測(cè)器。全文摘要一種基于計(jì)算成像技術(shù)的大視場(chǎng)光學(xué)成像系統(tǒng)，采用共用主鏡、微透鏡陣列、探測(cè)器陣列的成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。入射光線分別通過(guò)共用主鏡、微透鏡陣列，最終到達(dá)探測(cè)器陣列成像，通過(guò)計(jì)算成像技術(shù)對(duì)各子圖像進(jìn)行圖像復(fù)原(消除球差對(duì)圖像像質(zhì)的影響)，將各個(gè)子圖像進(jìn)行配準(zhǔn)復(fù)合后可以獲得一幅完整的清晰圖像。本專(zhuān)利技術(shù)中共用主鏡采用由兩個(gè)半球鏡組成的單心球鏡，整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且完全對(duì)稱(chēng)，易于加工、裝調(diào)、測(cè)試；具有超大視場(chǎng)、低結(jié)構(gòu)復(fù)雜度等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于空間目標(biāo)大范圍搜索及發(fā)現(xiàn)、平流層空中監(jiān)視等。文檔編號(hào)G02B13/06GK102866480SQ20121037845公開(kāi)日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月29日專(zhuān)利技術(shù)者戚均愷, 周峰, 湯天瑾, 莊緒霞, 阮寧娟, 賀金平, 李巖, 胡博 申請(qǐng)人:北京空間機(jī)電研究所本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于計(jì)算成像技術(shù)的大視場(chǎng)光學(xué)成像系統(tǒng)，其特征在于包括：共用主鏡、微透鏡陣列、探測(cè)器陣列；共用主鏡為由兩個(gè)半球鏡組成的單心球鏡，光闌位于兩個(gè)半球鏡中間；探測(cè)器陣列和微透鏡陣列均勻分布在所述共用主鏡同一側(cè)的與單心球鏡同心的兩個(gè)不同球面上；不同視場(chǎng)的光線從物方入射至共用主鏡進(jìn)行一次成像，再經(jīng)過(guò)微透鏡陣列進(jìn)行二次透射后到達(dá)至探測(cè)器陣列進(jìn)行二次成像；微透鏡陣列中的每個(gè)微透鏡及對(duì)應(yīng)的探測(cè)器陣列中的探測(cè)器與共用主鏡構(gòu)成一個(gè)子光路，各子光路所成子圖像拼接后獲得完整的圖像。
【技術(shù)特征摘要】
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：戚均愷，周峰，湯天瑾，莊緒霞，阮寧娟，賀金平，李巖，胡博，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：北京空間機(jī)電研究所，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：
還沒(méi)有人留言評(píng)論。發(fā)表了對(duì)其他瀏覽者有用的留言會(huì)獲得科技券。