[發明專利]利用非球面反射鏡實現折返式全景望遠組合成像裝置及其方法

有效

• 申請號: 201110386365.9
• 申請日: 2011-11-29
• 公開（公告）號: CN102401988A
• 公開（公告）日: 2012-04-04
• 發明（設計）人: 黃治;白劍
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G02B17/08
• 分類號: G02B17/08;G02B13/02;G02B13/06
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

技術領域

????本發明涉及透鏡成像裝置及其方法，可通過單一傳感器實現全景觀測和局部望遠放大兩種功能。

背景技術

基于折反射式的全景成像技術是一種結合了傳統相機與反射鏡的成像技術。它利用反射鏡將大視場的光線反射成為視場較小的光線，從而只需要普通的相機與鏡頭即可實現全景大范圍的目標監測，不同于折射式全景系統，此種結構較適合監測探測器后方360°空間內的全景區域。此類全景系統較多的采用連續的球面或圓錐曲面作為反射鏡實現廣角光線的收集。折返式全景成像光學系統有視場大，結構簡單，易于實現等特點，適用于安防監視、機器人視覺、自動導航等需要大視場周視觀測的應用領域，但其存在的最大缺點是相機鏡頭垂直向上直接對著反射鏡放置，其中間的視場勢必會將鏡頭的形貌反射到鏡頭的成像區域中，這部分區域對于像面有效像素的利用率來說是浪費的。為了減小此部分在像面所占的大小一般只能縮小鏡頭的尺寸，但為了保證傳感器接收到足夠的通光量，鏡頭的直徑不能無限制的縮小，目前所采用的方式往往是通過軟件將此部分成像區域去除，形成一個環帶像面。另一方面，全景光學系統由于其超廣角的特性，像面放大率較小，若要對環帶像上的某區域實現局部放大，一種方式是采用更大的或像素密度更高的傳感器，這種方式不能將中央鏡頭所占的像面面積縮小，而且整體系統的體積會變得更大，制造成本和制造難度都會大大增加；另一種方法是在其附近另外增加一套望遠光學系統作為輔助，但這樣會導致系統復雜性增加，并且由于其存在也會在像面中占用部分的視場，在某個角度形成視覺盲區，此外想要其快速轉向全景系統像面感興趣區域的難度也較大，因此實時性較差，且無法實現結構的緊湊性。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足，提供了一種利用折反射全景系統中央被鏡頭成像所浪費的成像區域，使用單一探測器就能實現全景望遠組合成像裝置及其方法。

在光軸上順次設有反光鏡、望遠鏡組、非球面反射鏡、成像鏡組和探測面，望遠鏡組的焦距為90mm~100mm，成像鏡組的焦距為10mm~15mm，望遠鏡組和成像鏡組的中心空氣間隔為80mm~100mm，非球面反射鏡的外徑為100mm~120mm，中心通孔直徑為20mm~30mm，圓錐系數為-1.5~-2.0，曲率半徑為150mm~200mm，凸面朝下放置，下表面鍍反射膜，用于反射光線，反光鏡能繞光軸轉動，將光線導入下方的望遠鏡組和成像鏡組。

所述裝置的利用非球面反射鏡實現折返式全景望遠組合成像方法，其特征在于光線通過反光鏡的反射，望遠鏡組、成像鏡組的折射后在探測面上形成一個中心成像圓，光線經過非球面反射鏡反射和成像鏡組折射后在探測面形成環帶像面，物點P發出的一條光線經過反光鏡反射、望遠鏡組折射，穿過非球面反射鏡中心孔，最后經過成像鏡組折射成像于探測面的中心成像圓中，形成第一像點P1，物點P發出的第二條光線經過非球面反射鏡反射和成像鏡組折射后成像于探測面上的環帶像面中，形成第二像點P2，通過改變望遠鏡組的焦距、成像鏡組的焦距、兩者的中心距離、非球面反射鏡的圓錐系數與其曲率半徑使得中心成像圓的外徑小于環帶像面環帶像面的內徑，同時兩個像面上的像都清晰的成像方法。

本發明利用位于同一光軸上的望遠鏡組與折返式全景成像系統，將折反射式全景系統中原本被鏡頭自身成像所浪費的中央像素充分利用，把環帶像中感興趣的區域通過其上方的反光鏡與望遠鏡組在原中心被鏡頭所占成像區中形成一個放大的像，從而僅使用單一傳感器即實現了全景與望遠的雙重功能。該系統由于有效利用了反射式全景系統被浪費的中央無效成像區域，彌補了全景系統中的最大缺陷，實現了傳感器有效像素利用率的最大化。該全景望遠成像系統具有如下特點：1）利用了像面上由于鏡頭自身成像導致的浪費區域；2）使用一套光學系統即實現了全景與望遠的雙重功能。

附圖說明

圖1是利用非球面反射鏡實現折返式全景望遠組合成像裝置示意圖；

圖2是本發明探測面的像面圖；

圖中：光軸1、反光鏡2、望遠鏡組3、非球面反射鏡4、成像鏡組5、探測面6、環帶像面7、中心成像圓8、第一條光線9、第二條光線10、非球面反射鏡中心孔11、物點P、第一像點P1、第二像點P2。

具體實施方式