[發明專利]一種引入非球面的大視場凝視型成像系統及其成像方法

在審

• 申請號: 202010839428.0
• 申請日: 2020-08-19
• 公開（公告）號: CN111880294A
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 季軼群;曾晨欣;李加慧;譚奮利
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: G02B13/18
• 分類號: G02B13/18;G02B13/00;G03B37/04
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 陶海鋒

本發明公開了一種引入非球面的大視場凝視型成像系統及其成像方法。它采用多孔徑分視場結構，包括前置物鏡系統和后置中繼轉像排列系統，各孔徑通道獨立成像，經融合拼接后獲得全視場高分辨率圖像。本發明前置物鏡采用同心對稱結構，以獲取超大視場內具有均勻成像性能的兩維中間像；后置轉像系統對兩維中間像進行細分，尤其是采用了非球面中繼成像，能進一步精細校正殘余像差。本發明充分利用了對稱同心物鏡視場大和非球面中繼成像系統校正像差能力強的特點，在滿足大視場凝視成像的前提下，較好的控制了全視場像差，實現了高分辨率的大視場凝視成像。

技術領域

本發明涉及一種用于快速獲取大視場范圍內高分辨率圖像的凝視成像系統及其成像方法，特別涉及一種級聯式的，采用多孔徑分視場結構的大視場凝視成像系統及其成像方法。

背景技術

近年來，隨著無人機應用的普及，機載寬視場高分辨率成像技術在精細農業、林業資源調查、礦物勘探等領域有著廣闊的應用需求，然而，寬視場和高分辨率光學系統，需同時具有大視場和大口徑，而幾何像差隨光學系統視場和口徑的增大而急劇增加，傳統光學系統無法同時兼顧寬視場和高分辨率的成像要求。

由于受地面像元分辨率限制，傳統機載相機成像視場通常較小，無法滿足大視場高作業效率應用需求，故高分辨率的大視場凝視成像系統一直是機載航空遙感領域不斷努力的方向。

在本發明作出之前，中國發明專利CN104034420B公開了光譜成像系統，但其成像的分辨率較低，應用于成像系統時，無法達到高分辨率要求。

發明內容

本發明針對現有技術存在的不足，提供一種具有視場大，分辨率高，成像性能好和結構簡單緊湊，可用于快速獲取大視場內高分辨率圖像的凝視型成像系統及其成像方法。

實現本發明目的的技術方案是提供一種引入非球面的大視場凝視型成像系統，它采用多孔徑分視場結構，沿光線入射方向，依次為前置物鏡，中間像面，中繼轉像陣列和CCD傳感器；前置物鏡為四片膠合的球面透鏡結構，以各球面透鏡的球心為中心，呈全對稱分布，沿光線入射方向，依次為第一片球面負透鏡，第二片球面正透鏡，第二片球面負透鏡，第二片球面正透鏡，前置物鏡中各透鏡的材料折射率依次對應為n₁₁，n₁₂，n₁₃和n₁₄，它們分別滿足條件1.75n₁₁1.85,1.45n₁₂1.55,1.45n₁₃1.55,1.75n₁₄1.85；中繼轉像排列中的一個單元，其結構為：沿光線入射方向，依次為中繼系統第一片球面正透鏡，中繼系統第二片球面正透鏡，第一片非球面負透鏡，第二片非球面負透鏡，孔徑光闌，非球面正透鏡，中繼系統第三片球面正透鏡，中繼轉像排列中各透鏡的材料折射率依次對應為n₃₁，n₃₂，n₃₃，n₃₄，n₃₆和n₃₇，它們分別滿足條件1.60n₃₁1.70,1.45n₃₂1.55,1.55n₃₃1.65,1.55n₃₄1.65,1.45n₃₆1.55，1.85n₃₇1.95；所述中繼系統第二片球面正透鏡的后表面與第一片非球面負透鏡的前表面膠合，第一片非球面負透鏡的后表面為偶次非球面，其圓錐系數k₁滿足條件0k₁1；第二片非球面負透鏡的后表面與非球面正透鏡的前表面膠合，為偶次非球面，其圓錐系數k₂滿足條件-10k₂0；系統的孔徑光闌位于第二片非球面負透鏡與非球面正透鏡的膠合面處。

本發明提供的引入非球面的大視場凝視型成像系統，其焦距f為50mm≤f≤60mm；系統的全視場ω為0°≤ω≤100°；系統的總長L為230mm≤L≤250mm。