成像系统及其设置方法技术方案

本发明专利技术公开了一种成像系统及其设置方法，包括：镜头和图像检测元件，所述的图像检测元件设置于场曲直线处或直线拟合线处；所述的场曲直线为处于检测视场角范围内的二个距离镜头不同距离的检测点成像于对应场曲成像曲面上的成像点连线；所述的直线拟合线为处于检测视场角范围内的物面上若干距离镜头不同距离的检测点成像于对应场曲成像曲面上的成像点经直线拟合得到的直线；检测视场角的其中一条边缘线与镜头视场角的其中一条边缘线重合，且检测视场角角度不超过3/4的镜头视场角角度。该系统能保证最低检测分辨率、缩小位于检测视场角范围内的近端与远端处的物成像于图像检测元件的分辨率差别，降低成本。降低成本。降低成本。

【技术实现步骤摘要】
成像系统及其设置方法


[0001]本专利技术涉及光学领域，特别涉及一种成像系统及其设置方法。

技术介绍

[0002]镜头成像系统中，由于镜头1存在场曲，因而成像面不可避免会存在场曲，即所成的像一般是在一个向上凸起的曲面上：如图1和图2所示，物平面Q1上的物成像有场曲的成像面为场曲成像曲面q1
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，物平面Q2上的物成像有场曲的成像面为场曲成像曲面q2
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，物平面Q3上的物成像有场曲的成像面为场曲成像曲面q3
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。在平行成像状态，有场曲存在时，图像检测元件位置的选择应照顾场曲成像曲面上的各处，因而图像检测元件位置选择穿越场曲成像曲面的折中位置，设计为成像平面垂直于主光轴形式，成像平面上成像质量的分布是中心对称的，具体为：物平面Q1对应的图像检测元件位置选择q1成像平面，物平面Q1上的成像点A1点成像于成像平面q1上的理论成像点为a1点；物平面Q2对应的图像检测元件位置选择q2成像平面，物平面Q2上的成像点A2点成像于成像平面q2上的理论成像点为a2点；物平面Q3对应的图像检测元件位置选择q3成像平面，物平面Q1上的成像点A1点成像于成像平面q1上的理论成像点为a1点。
[0003]在倾斜成像状态，图像检测元件3位置选择一般也是沿用上述方法。基于三角测量原理的位移传感器、结构光传感器等视觉传感器，多数沿用普通成像镜头，以上述原则确定图像检测元件3位置，把被主动光源照亮的物平面上的点成像于图像检测元件3上。图3和图4中增加了一个激光照明光源2，构成三角测量原理，实际上是否增加激光照明光源2，对倾斜设置的物面A1-A3成像并没有影响。如图3和图4所示，为了充分利用镜头视场角γ，通常把目标检测范围H分配在镜头视场的中央，那么检测范围H的两个端点A1、A3均处于镜头视场角γ的边缘线上，两侧各占镜头视场角的一半。端点A1上的激光斑或激光光纹的成像点选择成像于q1成像平面上的a1点，端点A3上的激光斑或激光光纹的成像点选择成像于q3成像平面上的a3点，图像检测元件3位置设置于斜线a1-a3处。
[0004]在倾斜成像过程中，由于存在检测近处的物成像于图像检测元件3的分辨率高、检测远处的物成像于图像检测元件3的分辨率低的问题，为保证最低检测分辨率，缩小位于检测视场角检测范围内的近端与远端处的物成像于图像检测元件3的分辨率差别，目前通常采用如下二种方法：第一种方法是进一步做精镜头、从而尽可能降低场曲弯曲程度，但该方法成本昂贵且目前的技术难以达到消除场曲的水平；第二种方法是将图像检测元件3加大，镜头1与图像检测元件3之间的距离就要增大，那么镜头1的焦距就有增大，一般为了保证成像亮度而增加通过的光通量，镜头1尺寸也需要相应增大，这势必会增大总体体积，增加成本。

技术实现思路

[0005]本专利技术所需解决的技术问题是：提供一种用于倾斜成像状态的成像系统及其设置方法，该系统能保证最低检测分辨率、缩小位于检测视场角检测范围内的近端与远端处的
物成像于图像检测元件的分辨率差别，降低成本。
[0006]为解决上述问题，本专利技术所述的成像系统，包括：镜头和图像检测元件，所述的图像检测元件设置于场曲直线处、或直线拟合线处、或平面拟合面处；所述的场曲直线为在子午面内处于检测视场角范围内的二个距离镜头不同距离的检测点成像于对应的场曲成像曲面上的成像点连线；所述的直线拟合线为在子午面内处于检测视场角范围内的物面上若干距离镜头不同距离的检测点成像于对应的场曲成像曲面上的成像点经直线拟合得到的直线；所述的平面拟合面为处于检测视场角范围内的物面上若干距离镜头不同距离的检测点成像于对应的场曲成像曲面上的成像点，包括子午面内的子午像点与弧矢面内的弧矢像点，经平面拟合而得到的平面；检测视场角的其中对应于近端物点的一条边缘线与镜头视场角的其中一条边缘线重合，且检测视场角角度不超过3/4的镜头视场角角度。
[0007]进一步地，前述的成像系统，其中，检测视场角角度不超过1/2的镜头视场角角度时，所述的图像检测元件设置于场曲直线处；检测视场角角度超过1/2的镜头视场角角度时，所述的图像检测元件设置于直线拟合线处或平面拟合面处。
[0008]进一步地，前述的成像系统，其中，所述的镜头由单镜片构成。
[0009]进一步地，前述的成像系统，其中，所述的镜头由多个镜片构成，各镜片中距离物面最近的镜片的视场角为镜头视场角，各镜片中距离物面最近的镜片的主光轴为镜头主光轴；各镜片中至少有一片镜片的主光轴偏离镜头主光轴，并且偏离的镜片的主光轴与镜头主光轴平行。
[0010]进一步地，前述的成像系统，其中，所述的镜头由多个镜片构成，各镜片中距离物面最近的镜片的视场角为镜头视场角，各镜片中距离物面最近的镜片的主光轴为镜头主光轴；各镜片中至少有一片镜片的主光轴与镜头主光轴存在夹角。
[0011]进一步地，前述的成像系统，其中，各镜片中至少有一片镜片的主光轴与镜头主光轴存在夹角。
[0012]基于上述成像系统的第一种设置方法为：所述的图像检测元件按如下方法设置：检测视场角的其中对应于近端物点的一条边缘线与镜头视场角的其中一条边缘线重合，且检测视场角角度不超过1/2的镜头视场角角度；检测范围内任选二个距离镜头不同距离的检测点，二个检测点在对应场曲成像曲面上的成像点连线构成斜场曲直线，图像检测元件设置于该斜场曲直线处。
[0013]基于上述成像系统的第二种设置方法为：所述的图像检测元件按如下方法设置：检测视场角的其中对应于近端物点的一条边缘线与镜头视场角的其中一条边缘线重合，且检测视场角角度不超过3/4的镜头视场角角度；检测范围内选取至少三个距离镜头不同距离的检测点，各检测点在对应场曲成像曲面上的成像点经直线拟合得到斜直线拟合线，图像检测元件设置于该斜直线拟合线处。
[0014]基于上述成像系统的第三种设置方法为：所述的图像检测元件按如下方式设置：检测视场角的其中对应于近端物点的一条边缘线与镜头视场角的其中一条边缘线重合，且检测视场角角度不超过3/4的镜头视场角角度；检测范围内选取至少三个距离镜头不同距离的检测点，各检测点在对应场曲成像曲面上的成像点，包括子午面内的子午像点与弧矢
面内的弧矢像点，经平面拟合得到的斜平面拟合面，图像检测元件设置于该斜平面拟合面处。
[0015]进一步地，前述的三种成像系统的设置方法，其中，所述的镜头由单镜片构成。
[0016]进一步地，前述的三种成像系统的设置方法，其中，所述的镜头由多个镜片构成，各镜片中距离物面最近的镜片的视场角为镜头视场角，各镜片中距离物面最近的镜片的主光轴为镜头主光轴；各镜片中至少有一片镜片的主光轴偏离镜头主光轴，并且偏离的镜片的主光轴与镜头主光轴平行。
[0017]进一步地，前述的三种成像系统的设置方法，其中，所述的镜头由多个镜片构成，各镜片中距离物面最近的镜片的视场角为镜头视场角，各镜片中距离物面最近的镜片的主光轴为镜头主光轴；各镜片中至少有一片镜片的主光轴与镜头主光轴存在夹角。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.成像系统，包括：镜头和图像检测元件，其特征在于：所述的图像检测元件设置于场曲直线处、或直线拟合线处、或平面拟合面处；所述的场曲直线为在子午面内处于检测视场角范围内的二个距离镜头不同距离的检测点成像于对应的场曲成像曲面上的成像点连线；所述的直线拟合线为在子午面内处于检测视场角范围内的物面上若干距离镜头不同距离的检测点成像于对应的场曲成像曲面上的成像点经直线拟合得到的直线；所述的平面拟合面为处于检测视场角范围内的物面上若干距离镜头不同距离的检测点成像于对应的场曲成像曲面上的成像点，包括子午面内的子午像点与弧矢面内的弧矢像点，经平面拟合而得到的平面；检测视场角的其中对应于近端物点的一条边缘线与镜头视场角的其中一条边缘线重合，且检测视场角角度不超过3/4的镜头视场角角度。2.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于：检测视场角角度不超过1/2的镜头视场角角度时，所述的图像检测元件设置于场曲直线处；检测视场角角度超过1/2的镜头视场角角度时，所述的图像检测元件设置于直线拟合线处或平面拟合面处。3.根据权利要求1或2所述的成像系统，其特征在于：所述的镜头由单镜片构成。4.根据权利要求1或2所述的成像系统，其特征在于：所述的镜头由多个镜片构成，各镜片中距离物面最近的镜片的视场角为镜头视场角，各镜片中距离物面最近的镜片的主光轴为镜头主光轴；各镜片中至少有一片镜片的主光轴偏离镜头主光轴，并且偏离的镜片的主光轴与镜头主光轴平行。5.根据权利要求1或2所述的成像系统，其特征在于：所述的镜头由多个镜片构成，各镜片中距离物面最近的镜片的视场角为镜头视场角，各镜片中距离物面最近的镜片的主光轴为镜头主光轴；各镜片中至少有一片镜片的主光轴与镜头主光轴存在夹角。6.根据权利要求4所述的成像系统，其特征在于：各镜片中至少有一片镜片的主光轴与镜头主光轴存在夹角。7.一种基于权利要求1所述的成像系统的设置方法，其特征在于: 所述的图像检测元件按如下方法设置：检测视场角的其中对应于近端物点的一条边缘线与镜头视场角的其中一条...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕伟新，张启航，
申请(专利权)人：苏州睿牛机器人技术有限公司，
类型：发明
国别省市：