便携式大视场成像装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出了一种便携式大视场成像装置及方法，用于解决现有大视场成像装置结构复杂、体积大的技术问题，成像装置包括成像主透镜、微透镜阵列、波带片、探测器和信号处理单元；成像主透镜采用双层玻璃的共心球透镜结构；微透镜阵列采用由多个微透镜单元紧密排布的半球结构，微透镜单元采用双胶合玻璃透镜结构；波带片采用多个菲涅尔波带片单元组成的半球结构，同一环带中菲涅尔波带片单元的半径相同；微透镜阵列、波带片和探测器依次在成像主透镜的成像主光轴一侧共轴排布，探测器与成像主光轴垂直且与信号处理单元电性连接。本发明专利技术具有体积小、视场大及分辨率高的特点，可应用于森林监控、对地监测、天文观测和空间监管。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光学成像
，涉及一种大视场成像装置及方法，具体涉及一种便携式大视场成像装置及方法，可用于森林监控、对地监测、天文观测和空间监管等领域。
技术介绍
随着空间技术的发展，人们越来越迫切地希望获取大视场范围内丰富的场景信息，所以大视场、高分辨率空间图像信息的实时获取显得尤为重要。作为图像获取的必要组成部分，大视场、高分辨率成像系统的设计压力也越来越大。传统的大视场成像系统主要包括小视场高分辨率单镜头扫描成像系统、鱼眼透镜超半球凝视成像系统、环带凝视全景成像系统、折反射大视场成像系统和多传感器阵列大视场成像系统，但都无法兼顾大视场、高分辨率。在科研中，人们将目光逐渐投入到结合计算成像的新型大视场、高分辨率的小型光学成像系统研制上来。目前在结合计算成像的大视场成像有3种方式：①结合多个小视场成像子系统的大视场成像方式，②结合多层曲面的复眼式大视场成像方式，③结合球透镜与微相机阵列的大视场成像方式。其中，第①种方式采用多个不同子系统的结构设计，利用相邻子系统的部分重叠，结合图像处理算法实现大视场成像，例如：中国专利申请，授权公告号CN102821238B，名称为“一种宽视场超高分辨率光学成像系统”的专利技术专利，公开了一种宽视场超高分辨率光学成像系统，该专利技术利用相邻成像子系统的图像交叠，通过图像处理装置以及具有系统控制功能的系统控制装置获得大视场成像效果，但是系统体积大，工程实现难度大，故而一般不采用；第②种方式采用大尺寸多层曲面透镜的设计，模拟仿真生物曲面复眼成像，利用多探测器组合，接收大视场像面，例如：中国专利申请，授权公告号CN102944934B，名称为：“一种多层曲面复眼式大视场成像系统”的专利技术专利，公开了一种多层曲面复眼式大视场成像系统，该专利技术采用多层复眼结构设计思想，通过多路CCD探测器组合的方式，实现大视场成像，但系统体积和质量都较大，且大尺寸的曲面透镜造价高，还需进一步探索发展；第③种方式采用共心主透镜与相机阵列相结合的结构设计，首先利用共心主透镜的球对称结构校正场相关的像差，其次利用微相机阵列进一步校正球透镜的残留像差，每个微相机阵列单元对应一个探测器，接着利用多探测器的半球排布模拟曲面探测器成像，最终利用多探测器成像的拼接融合最终实现大视场成像效果，例如：中国专利申请，授权公告号CN102866480B，名称为“一种基于计算成像技术的大视场光学成像系统”，公开了一种基于计算成像技术的大视场光学成像系统，该专利技术通过共心球透镜的设计以及微相机阵列的计算排布实现了大视场、高分辨率成像，但平面探测器与曲面像无法完全匹配会造成部分边缘畸变，而且微相机阵列体积过大限制了该系统的应用范围。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提出了便携式大视场成像装置及方法，用于解决现有大视场成像装置及方法因结构复杂、体积大造成的不便携的技术问题。为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种便携式大视场成像装置，包括：成像主透镜1，用于采集光信号，获取大视场图像；探测器4，用于接收平面图像信息；信号处理单元5，用于处理平面图像信息；探测器4位于成像主透镜1的成像主光轴一侧，并与成像主透镜1共主光轴排布，且与信号处理单元5电性连接；在成像主透镜1与探测器4之间，依次设置有微透镜阵列2和波带片3；成像主透镜1采用共心球透镜结构；微透镜阵列2采用由多个微透镜单元紧密排布的半球结构，用于改变大视场图像的光路方向，同时校正该大视场图像的残留像差，并将其分割成多个均匀小视场图像；波带片3采用多个菲涅尔波带片单元组成的半球结构，用于校正均匀小视场图像的出射光路，并进行像面转换，获得平面图像信息；成像主透镜1、微透镜阵列2与波带片3共心。上述便携式大视场成像装置，共心球透镜采用双层玻璃结构。上述便携式大视场成像装置，由多个微透镜单元紧密排布的半球结构，是由多个微透镜单元以半球面中心为基点，沿球面径向成多层圆形环带排列形成的，每个微透镜单元对应1°视场角，其中微透镜单元采用双胶合玻璃透镜结构。上述便携式大视场成像装置，多个菲涅尔波带片单元组成的半球结构，是由多个菲涅尔波带片单元以半球面中心为基点，沿球面径向成多层圆形环带排列形成的，且同一环带中菲涅尔波带片单元的半径相同。上述便携式大视场成像装置，多个微透镜单元与多个菲涅尔波带片单元，在微透镜阵列球面以及波带片球面上的相应位置一一对应，其中微透镜单元和菲涅尔波带片单元的尺寸均为微米数量级。上述便携式大视场成像装置，探测器4与成像主透镜1的主光轴垂直。上述便携式大视场成像装置的成像方法，包括如下步骤：步骤1：利用成像主透镜1采集光信号，得到曲面大视场光信号；步骤2：利用微透镜阵列2分割所述曲面大视场光信号并改变其光路方向，同时校正该原始大视场光信号的残留像差，获取多个近似平面的均匀小视场光信号；步骤3：利用波带片3改变所述多个近似平面的均匀小视场光信号的光路方向，获取与成像主透镜1的主光轴平行的水平光信号，得到多个均匀的平面光信号；步骤4：利用探测器4接收所述多个均匀的平面光信号，得到原始平面大视场像面信息；步骤5：利用信号处理单元5处理所述原始平面大视场像面信息，获得高分辨率的大视场成像效果。上述便携式大视场成像装置的成像方法，步骤5中所述的处理原始平面大视场像面信息，包括对原始平面大视场像面信息的图像融合、亮度均匀化及超分辨率重建。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：1)本专利技术由于在主透镜与探测器之间的主光轴上依次设置共心小体积微透镜阵列与共心高集成度的波带片，与现有技术中在主透镜与探测器之间设置多个微相机阵列的大视场成像系统的结构相比，降低了系统的体积重量降低，拓展了系统的应用领域。2)本专利技术由于采用微透镜阵列与菲涅尔波带片校正光路方向，将曲面像转换为平面像，匹配现有平面探测器，与现有大视场成像技术中采用探测器曲面排布模拟曲面探测器的结构相比，消除了曲面成像的边缘畸变，提高了系统边缘视场的成像分辨率。3)本专利技术由于采用平面探测器结构，与现有大视场成像技术中采用多探测器的半球排布模拟曲面探测器的结构相比，降低了系统结构的复杂度，拓宽了系统的应用范围。附图说明图1是本专利技术中整体结构示意图；图2是本专利技术中的成像方法原理示意图；图3是本专利技术中微透镜阵列的结构示意图；图4是本专利技术中波带片的结构示意图；图5是本专利技术中的成像方法流程框图；图6是本专利技术中不同视场的调制传递函数仿真曲线图；图7是本专利技术中不同视场的仿真点列图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例，对本专利技术的目的、技术方案和技术效果作进一步详细描述。参照图1，是本专利技术的系统结构示意图，包括：主透镜1、微透镜阵列2、波带片3、探测器4和信号处理单元5。微透镜阵列2、波带片3和探测器4依次在成像主透镜1的成像主光轴一侧共轴排布，同时探测器4与信号处理单元5电性连接。主透镜1采用两个半球镜的共心球透镜结构，材料为高折射率、高阿贝常数的镧冕玻璃LAK33，用于接收场景的辐射光能量；一般成像系统的都会引入一系列像差如球差、彗差、像散、色差和畸变，需引入多个光学元件的相互配合校正像差，故而系统结构一般较为复杂，由于该主透镜1的旋转对称性结构设计可校正彗差、像散、畸变及轴向色差等像差，所以可采用简单的球状结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种便携式大视场成像装置，包括：成像主透镜(1)，用于采集光信号，获取大视场图像；探测器(4)，用于接收平面图像信息；信号处理单元(5)，用于处理平面图像信息；所述探测器(4)位于成像主透镜(1)的成像主光轴一侧，并与其共主光轴排布，且与信号处理单元(5)电性连接；其特征在于：在所述成像主透镜(1)与探测器(4)之间，依次设置有微透镜阵列(2)和波带片(3)；所述成像主透镜(1)采用共心球透镜结构；所述微透镜阵列(2)采用由多个微透镜单元紧密排布的半球结构，用于改变所述大视场图像的光路方向，同时校正该大视场图像的残留像差，并将其分割成多个均匀小视场图像；所述波带片(3)采用多个菲涅尔波带片单元组成的半球结构，用于校正所述均匀小视场图像的出射光路，并进行像面转换，获得平面图像信息；所述成像主透镜(1)、微透镜阵列(2)与波带片(3)共心。

【技术特征摘要】
1.一种便携式大视场成像装置，包括：成像主透镜(1)，用于采集光信号，获取大视场图像；探测器(4)，用于接收平面图像信息；信号处理单元(5)，用于处理平面图像信息；所述探测器(4)位于成像主透镜(1)的成像主光轴一侧，并与其共主光轴排布，且与信号处理单元(5)电性连接；其特征在于：在所述成像主透镜(1)与探测器(4)之间，依次设置有微透镜阵列(2)和波带片(3)；所述成像主透镜(1)采用共心球透镜结构；所述微透镜阵列(2)采用由多个微透镜单元紧密排布的半球结构，用于改变所述大视场图像的光路方向，同时校正该大视场图像的残留像差，并将其分割成多个均匀小视场图像；所述波带片(3)采用多个菲涅尔波带片单元组成的半球结构，用于校正所述均匀小视场图像的出射光路，并进行像面转换，获得平面图像信息；所述成像主透镜(1)、微透镜阵列(2)与波带片(3)共心。2.根据权利要求1所述的便携式大视场成像装置，其特征在于，所述共心球透镜采用双层玻璃结构。3.根据权利要求1所述的便携式大视场成像装置，其特征在于，所述由多个微透镜单元紧密排布的半球结构，是由多个微透镜单元以半球面中心为基点，沿球面径向成多层圆形环带排列形成的，每个微透镜单元对应1°视场角，其中微透镜单元采用双胶合玻璃透镜结构。4.根据权利要求1所述的便携式大视场成像装置，其特征在于，所述多个菲涅尔波带片单元组成的半球结构，是由...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘杰涛，许洁，王娇阳，杨莹，张扬，邵晓鹏，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61