共心寬視場高分辨率成像方法研究.pdf

1、如今的高分辨率相機已經(jīng)可以獲得千萬像素的圖像，而且隨著圖像傳感器的分辨率的增加，我們可以獲得數(shù)十億像素量級的相機。相機的分辨率決定了捕捉到的圖像的視覺保真度。更高的分辨率意味著更高的保真度，也就是在執(zhí)行自動視覺任務如目標物體檢測、識別、跟蹤時更高的精度。對于一個傳統(tǒng)的光學成像系統(tǒng)來講，視場角和分辨率是一對矛盾體。寬視場角要求光學成像系統(tǒng)具有較小焦距，此時其成像分辨率較低，而高分辨率則要求光學系統(tǒng)具有較長的焦距。所以，能夠兼顧寬視場和高分

2、辨率成像的光學系統(tǒng)，將成為下一代光學遙感、預警及監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。然而，任意一個相機的分辨率，其本質(zhì)上都是受到幾何像差限制的。此外，視場角的增大通常會導致光學成像系統(tǒng)質(zhì)量和體積的增加，因此在相機設計過程中，應該權衡的問題是如何在保證寬視場和高分辨率成像的同時使得其結構小型和輕量化。透鏡系統(tǒng)的比例法則表明，利用計算成像的方法來校正光學成像系統(tǒng)的幾何像差，可以設計出前所未有的高分辨率相機，并且這種相機的結構簡單緊湊。在這篇文章中，我們提出

3、一種可用于十億像素量級成像的共心寬視場高分辨率相機結構。該共心寬視場高分辨率相機具有球?qū)ΨQ結構，由主次兩級光學系統(tǒng)以及包圍其的若干平面圖像傳感器構成，可以獲得寬達120的連續(xù)視場。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴分別計算了傳統(tǒng)成像系統(tǒng)和計算成像系統(tǒng)的成像分辨率與透鏡比例因子 M之間的數(shù)學關系，推導得出限制傳統(tǒng)成像系統(tǒng)成像分辨率的比例法則和限制計算成像系統(tǒng)成像分辨率的解析比例法則，進而對兩者進行比較分析；⑵基于球形透鏡的易于實現(xiàn)較大視場

4、和較小畸變的特點，利用不同材料的球形表面組合設計了共心球形主光學系統(tǒng)，由于該結構的旋轉對稱性，系統(tǒng)不存在如縱向色差、像散、彗差等軸外像差，通過ZEMAX光學設計軟件優(yōu)化其不同組合形式的調(diào)制傳遞函數(shù)MTF，達到減小主物鏡的其余幾何像差的目的；⑶設計小視場角的次級光學系統(tǒng)，進一步校正共心主物鏡的殘余像差來提高成像質(zhì)量，同時將共心主物鏡的寬視場均分為若干等大的子視場，通過子視場的疊加來實現(xiàn)寬視場成像。次級光學系統(tǒng)由若干個完全一致的中繼透鏡組構