[發明專利]多孔徑部分重疊仿生復眼成像光學系統的設計方法

有效

• 申請號: 201410697553.7
• 申請日: 2014-11-26
• 公開（公告）號: CN104375270A
• 公開（公告）日: 2015-02-25
• 發明（設計）人: 裘溯;金偉其;石峰;劉志剛;倪宇;郭暉;米鳳文;李力;王霞;林青;張笑顏;劉軍
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G02B27/00
• 分類號: G02B27/00;G02B6/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種多孔徑部分重疊仿生復眼成像光學系統的設計方法，特別涉及一種基于多微面光纖面板的多視場仿生復眼微光成像系統的設計方法，屬于光學成像技術領域。

背景技術

隨著光學成像系統的應用領域的擴大，人們對其要求也不斷提高。在一些場合，比如導彈導航、戰場機器人視覺系統及智能飛行器等領域，人們期望整個系統的重量輕、體積小、視場大以及對運動目標更加敏感，這已成為光學成像系統的研究熱點和難題。近年來，仿生光學的發展為解決多變的探測需求提供了多種選擇，其中復眼成像系統具有優異的大視場運動目標探測能力，因此有可能滿足上述的應用要求。

國際上，仿生復眼的研究成果已廣泛應用于雷達系統、微型飛行器、艦艇搜索與跟蹤系統、精確末制導武器等國防科技發展中，這對全球戰場環境的日益復雜化起著至關重要的作用；同時這些成果也已經應用于夜視設備、微型復眼相機、運動機器人等國民經濟領域中。

目前國內的仿生復眼系統主要由兩類，一類如2006年，中科院長春光機所張紅鑫等提出的曲面型仿生復眼成像系統，該類仿生復眼主要由微透鏡陣列、光闌陣列、變換場鏡和圖像傳感器構成。此種復眼系統結構上接近生物復眼，理論上能夠實現大視場、對運動物體靈敏等優點，但此系統部分組件需要精密加工工藝，現階段國內加工水平難以保證微透鏡陣列等精密結構的精確度，導致所構建系統成像模糊。因此國內很多機構對此類型復眼系統的研究更多的停留在模型建立、軟件模擬階段，無法具體實現加工使用。

第二類復眼系統如2013年天津大學鄒成剛等設計的采用多個圖像傳感器構建的復眼系統，此類系統易于實現，且具備生物復眼的部分功能，但采用多個圖像傳感器使成本上升，同時系統很難實現小型化，這與仿生復眼的初衷相違背。

2012年北京理工大學張笑顏、劉軍等設計搭建了一個基于多微面光纖光錐的多孔徑復眼系統，該系統全視場為118°并且有重疊視場，但各個微面上的像之間亮度差異很大，每個像本身存在很大的漸暈。

綜上所述，由于受到現階段加工工藝所限，尚未實現小型化、大視場、成像清晰的仿生復眼系統。

發明內容

本發明的目的是針對現有的仿生復眼系統難于加工實現和成像質量較差、像面亮度分布不均勻等問題，提出一種多孔徑部分重疊仿生復眼成像光學系統的設計方法。

為達到上述目的，本發明所述的多孔徑部分重疊仿生復眼成像光學系統的設計方法通過如下步驟得到：

步驟一，將光纖面板上端面切割成9個微面。9個微面中，位于中心的頂面為邊長為a的正方形；與頂面四邊共邊的側面為長方形，寬為a、與頂面夾角為β₁(即切割角度)；兩個相鄰側面中間的微面為角面，角面與頂面夾角為β₂(即切割角度)。9個透鏡分別置于9個光纖面板微面之前，在9個微面上成像。

設計確定透鏡焦距f′、單個透鏡與對應微面形成的成像視場角ξ、光纖面板直徑D、切割角度β₁、β₂與仿生復眼成像系統性能參數之間換算關系，并計算出成像光學系統的全視場角ω，最小疊加物距L₀，以及物距為L時各個相鄰透鏡視場間的重疊比例A：

切割光纖面板微面時，要使得a值盡量大，滿足：

a=0.6D1+2cosβ1]]>

頂面視場角：2φ1=arctan(a2f′)]]>

側面視場角：2φ₂＝2φ₁