[發(fā)明專(zhuān)利]超高分辨率寬場(chǎng)成像系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410330951.5
• 申請(qǐng)日: 2014-07-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104079808B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邵曉鵬;杜娟;彭立根;駱秋樺;吳騰飛;劉飛;王嬌陽(yáng);許潔;代偉佳
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H04N5/225
• 分類(lèi)號(hào): H04N5/225;H04N5/232;G02B27/58
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專(zhuān)利中心61205
• 代理人: 王品華,朱紅星

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)成像技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種視場(chǎng)角大于100度的寬視場(chǎng)高分辨率的成像系統(tǒng)，可用于空間監(jiān)視、城市機(jī)場(chǎng)安全監(jiān)控、對(duì)地觀(guān)測(cè)、無(wú)人機(jī)偵查、艦載預(yù)警、天文望遠(yuǎn)鏡及體育賽事轉(zhuǎn)播等領(lǐng)域。

背景技術(shù)

業(yè)內(nèi)周知，成像系統(tǒng)的成像視場(chǎng)角與分辨率是一對(duì)矛盾體，短焦成像系統(tǒng)具有宏觀(guān)寬視場(chǎng)成像能力，長(zhǎng)焦成像系統(tǒng)具有拍攝細(xì)節(jié)高分辨率圖像的能力，即傳統(tǒng)相機(jī)不能實(shí)現(xiàn)寬視場(chǎng)成像的同時(shí)兼具高分辨率，且在監(jiān)控、對(duì)地觀(guān)測(cè)、賽事轉(zhuǎn)播等領(lǐng)域需要同時(shí)實(shí)現(xiàn)寬視場(chǎng)和高分辨率成像。為了解決這一問(wèn)題，現(xiàn)有的寬視場(chǎng)成像系統(tǒng)主要有小視場(chǎng)高分辨率單鏡頭掃描成像系統(tǒng)、魚(yú)眼透鏡超半球凝視成像系統(tǒng)、環(huán)帶凝視全景成像系統(tǒng)。

小視場(chǎng)高分辨率單鏡頭掃描成像系統(tǒng)雖能實(shí)現(xiàn)高分辨率，但其機(jī)構(gòu)復(fù)雜，系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性低，其實(shí)現(xiàn)的寬視場(chǎng)是偽寬視場(chǎng)不是同一時(shí)刻的視場(chǎng)；魚(yú)眼透鏡超半球凝視成像系統(tǒng)的視場(chǎng)存在很大的畸變，其中心分辨率高，邊緣分辨率低，整個(gè)圖像無(wú)法形成一致的分辨率；環(huán)帶凝視全景成像系統(tǒng)只能對(duì)環(huán)帶視場(chǎng)成像，中心存在盲區(qū)，且系統(tǒng)的雜散光嚴(yán)重，分辨率大打折扣。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種超高分辨率寬場(chǎng)成像系統(tǒng)，以減小圖像畸變，提高寬場(chǎng)成像的分辨率和實(shí)時(shí)性。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明包括：光學(xué)裝置和圖像處理單元，其特征在于：光學(xué)裝置包括：?jiǎn)涡那蛐沃魑镧R、微相機(jī)陣列、探測(cè)器陣列和微相機(jī)控制模塊；微相機(jī)陣列和探測(cè)器陣列均勻分布在單心球形主物鏡的同一側(cè)，且位于與該主物鏡同心的兩個(gè)不同球面上；不同視場(chǎng)的光線(xiàn)從物空間入射至單心球形主物鏡，經(jīng)單心球形主物鏡透射后到達(dá)微相機(jī)陣列，再經(jīng)微相機(jī)陣列二次透射到探測(cè)器陣列上成像；微相機(jī)陣列中的每一個(gè)微相機(jī)和探測(cè)器陣列中對(duì)應(yīng)的探測(cè)器與單心球形主物鏡構(gòu)成一個(gè)子光路，物空間的光線(xiàn)通過(guò)每個(gè)子光路后在探測(cè)器上生成一幅子圖像，這些子圖像經(jīng)圖像處理單元拼接后合成一幅寬場(chǎng)高分辨率圖像。

上述超高分辨率寬場(chǎng)成像系統(tǒng)，其特征在于：所述單心球形主物鏡，其中心為兩個(gè)半球鏡，每個(gè)半球鏡的外側(cè)均包覆著彎月形透鏡。

上述超高分辨率寬場(chǎng)成像系統(tǒng)，其特征在于：所述微相機(jī)陣列，由n個(gè)相同的微相機(jī)組成，其中M為拍攝水平視場(chǎng)角，N為垂直視場(chǎng)角，符號(hào)表示向上取整；每個(gè)微相機(jī)將單心球形主物鏡的寬視場(chǎng)分為16.545°的小視場(chǎng)，相鄰兩個(gè)微相機(jī)有2.463°的視場(chǎng)重疊。

上述超高分辨率寬場(chǎng)成像系統(tǒng)，其特征在于：所述探測(cè)器陣列采用面陣CMOS探測(cè)器，每個(gè)探測(cè)器位于其對(duì)應(yīng)的微相機(jī)的焦平面上。

上述超高分辨率寬場(chǎng)成像系統(tǒng)，其特征在于：所述微相機(jī)控制模塊，其與探測(cè)器陣列連接，用于控制探測(cè)器陣列中各個(gè)探測(cè)器的曝光時(shí)刻、曝光時(shí)間，以對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行拍照，并將探測(cè)器的拍照結(jié)果送到圖像處理單元進(jìn)行拼接處理，輸出一幅寬視場(chǎng)高分辨率圖像。

上述超高分辨率寬場(chǎng)成像系統(tǒng)，其特征在于：圖像處理單元包括圖像拼接模塊、存儲(chǔ)器和顯示器，該圖像拼接模塊通過(guò)基于特征點(diǎn)匹配的圖像拼接算法對(duì)在探測(cè)器陣列上生成的每一個(gè)子圖像進(jìn)行拼接處理，得到寬視場(chǎng)高分辨率圖像，該存儲(chǔ)器對(duì)該高分辨率圖像進(jìn)行存儲(chǔ)，并通過(guò)顯示器顯示。

上述超高分辨率寬場(chǎng)成像系統(tǒng)，其特征在于：圖像拼接模塊，包括：特征點(diǎn)提取子模塊、特征點(diǎn)匹配子模塊和圖像融合子模塊，該特征點(diǎn)提取子模塊，提取在探測(cè)器陣列上生成的每幅子圖像中的特征點(diǎn)；該特征點(diǎn)匹配子模塊，對(duì)相鄰兩幅子圖像中的特征點(diǎn)進(jìn)行匹配，得到相鄰兩幅子圖像的重疊區(qū)域；該圖像融合子模塊，根據(jù)子圖像間的重疊區(qū)域，對(duì)所有子圖像進(jìn)行融合得到寬場(chǎng)高分辨率圖像。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1)本發(fā)明的超高分辨率寬場(chǎng)成像系統(tǒng)使用多探測(cè)器同時(shí)對(duì)場(chǎng)景拍攝，與掃描寬視場(chǎng)成像系統(tǒng)相比，具有實(shí)時(shí)性高的優(yōu)點(diǎn)。

2)本發(fā)明采用的探測(cè)器陣列與微相機(jī)陣列一一對(duì)應(yīng)，每個(gè)探測(cè)器獲取一個(gè)子視場(chǎng)，相鄰探測(cè)器之間存在一定的視場(chǎng)重疊，通過(guò)多個(gè)具有重疊的子視場(chǎng)的疊加實(shí)現(xiàn)寬視場(chǎng)，消除了現(xiàn)有寬場(chǎng)成像系統(tǒng)中的視場(chǎng)畸變。

3)本發(fā)明采用具有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)性的單心球形主物鏡，由于該主物鏡只有場(chǎng)曲和色差這兩種像差沒(méi)有其余像差，且通過(guò)微相機(jī)陣列，可校正該主物鏡的場(chǎng)曲和色差，因此與現(xiàn)有的寬場(chǎng)成像系統(tǒng)相比，本成像系統(tǒng)像差小，分辨率高。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的原理組成框圖；

圖2是本發(fā)明中的光學(xué)裝置的光路圖；

圖3是用光學(xué)設(shè)計(jì)軟件對(duì)本發(fā)明仿真生成的調(diào)制傳遞函數(shù)MTF曲線(xiàn)圖。

具體實(shí)施方式