同心球物镜探测器球面阵列视频采集装置属于大视场数字成像系统，目的在于解决现有技术存在的探测器尺寸不足和球面镜头成像受限制的问题。本发明专利技术包括三组成像系统，每组成像系统包括一个同心球物镜和相应的像面探测器阵列，三组成像系统的同心球物镜完全相同，拍摄区域完全一致，像面都为球形曲面，探测器阵列上的每个探测器感光区的形状为正六边形或包含该六边形的任意形状，所述探测器阵列呈六角分布，相邻两个探测器的中心水平角不大于每个探测器感光水平角的3倍，且大于2个探测器中心连线方向的封装角度；三组探测器阵列相互错开互补排列，三组成像系统得到的图像拼接得到完整的大视场高分辨率视频图像。
【技术实现步骤摘要】
同心球物镜探测器球面阵列视频采集装置
本专利技术属于大视场数字成像系统，具体涉及一种同心球物镜探测器球面阵列视频 采集装置。
技术介绍
隆博格（Luneburg)镜头是一种可对全视场无穷远物体成像的同心球对称渐变折 射率镜头；该物镜的优点在于：首先，物镜的所有面共有一个曲率中心，也就是球对称性， 所有方向上的成像光束完全对称，在像面上的成像光斑也完全一样，这样自然就使得此类 镜头视场很大；其次透镜的像面为球形曲面，曲率中心也和透镜光学面的曲率中心在相同 的位置坐标点上，镜头的角放大率为1，没有除球差和色差以外的其它像差；最后，同心镜 头结构简单，便于设计，已被成功用于微波频段然的成像；然而，隆博格镜头并不适用于可 见光波段，这是因为它所要求的渐变折射率材料的折射率范围在1到七之间，常见的玻璃 材料并不能连续的覆盖该折射率范围，同时渐变折射率镜头加工和制造起来非常困难。 C⑶和CMOS相机具有灵敏度高，结构紧凑，重量轻，像元位置准确等优点，同时它 能使光学成像和计算机处理技术结合在一起等优点，使得数字成像完全取代了传统的胶 片，然而，单片探测器的有限大小限制了现代成像系统向着大视场，高分辨的发展趋势，成 为了大部分光学成像系统的瓶颈。 有效解决探测器尺寸不足的方法主要是多探测器的拼接，多探测器拼接的方案包 括机械拼接，光学拼接，相机扫描等，机械拼接是将探测器首尾相接连接在一起，该方案结 构紧凑，但是探测器边缘有漏缝，采集到的图像信息不全；光学拼接主要是利用棱镜将像面 分割成空间分离的多个像面，然后安置多个探测器，相邻探测器首尾重叠，形成大视场的探 测器阵列，由于棱镜分光会引入严重色差，影响像质，此外该方法存在拼接缝隙，分光会造 成能量损失，同时对后工作距有一定要求，从而使其应用受到限制；扫描方案利用扫描镜扫 描视场，其结构比较简单，然而缺乏实时性，运动部件使得系统的可靠性较差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种同心球物镜探测器球面阵列视频采集装置，解决现有 技术存在的探测器尺寸不足和球面镜头成像受限制的问题，实现球面无缝拼接成像。 为实现上述目的，本专利技术的同心球物镜探测器球面阵列视频采集装置包括三组成 像系统，每组成像系统包括一个同心球物镜和相应的像面探测器阵列，三组成像系统的同 心球物镜完全相同，拍摄区域完全一致，像面都为球形曲面，探测器阵列上的每个探测器感 光区的形状为正六边形或包含该六边形的任意形状，所述探测器阵列呈六角分布，相邻两 个探测器的中心水平角不大于每个探测器感光水平角的3倍，且大于2个探测器中心连线 方向的封装角度；三组探测器阵列相互错开互补排列，三组成像系统得到的图像拼接得到 完整的大视场高分辨率视频图像。 所述六角分布具体指：行与行之间相互错开半个探测器的角度，相邻三个探测器 中心连线为正三角形。 所述三组探测器阵列相互错开互补排列具体指：以任意一组探测器阵列的排布为 基础，在该布局下，该探测器阵列产生两组间隙，其他两组探测器阵列的位置分别对应于这 两组间隙的位置，三组探测器阵列圆周方向相互错开互补。 所述三组同心球物镜的光轴与相应的像面探测器阵列的交点记为0,第一组探测 器阵列距点0最近的探测器为三个，三个探测器的中心点分别位于点0的正右方0°、左上 方120°和左下方120° ;第二组探测器阵列距点0最近的探测器为三个，三个探测器的中 心点分别位于点0的右上方60°、正左方180°和右下方60° ;第三组探测器阵列距点0最 近的探测器为一个，该探测器的中心点与点〇重合。 本专利技术的有益效果为：本专利技术的同心球物镜探测器球面阵列视频采集装置采用 三组完全相同的同心球物镜对远距离成像，因为三个镜头相距较近，对应的像方视场几乎 完全一样，采用探测器交错互补的三组阵列，构成了一幅完整的大视场图像，真正实现了无 缝，无运动部件的视场拼接； 本专利技术采用分层球壳同心球物镜设计方法，避免了渐变折射率材料的使用，球透 镜的每一层球壳都采用相同折射率的同种材料，所有球壳共用一个曲率中心，在优化过程 中，球壳厚度和两个面的曲率半径并不是相互独立的变量，但是由于只需矫正球差和色差， 数量较少的几层球壳就可以获得足够的自由度用以优化，保留了同心球物镜结构简单和大 视场的优点，并克服了渐变折射率材料的成本高，加工制造难的问题。 本专利技术的探测器拼接方法，配合大视场高分辨的同心球物镜的球面像面，球面上 的六角排布法可以有效的提高像素利用率，使得各个探测器采集到的图像有足够的用于交 叠的区域，实现无缝视场覆盖，同时交叠区域又不至于过大，浪费像素，加之三个系统同时 工作，无运动部件，系统稳定可靠，实时性良好，比较适合航拍监控，卫星遥感等领域。 【附图说明】 图1为本专利技术的同心球物镜探测器球面阵列视频采集装置结构示意图； 图2为本专利技术的同心球物镜探测器球面阵列视频采集装置的单个成像系统结构 示意图； 图3为本专利技术的同心球物镜探测器球面阵列视频采集装置的拼接原理示意图； 其中：1、第一组成像系统，2、第二组成像系统，3、第三组成像系统。 【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术的实施方式作进一步说明。 参见附图1，本专利技术的同心球物镜探测器球面阵列视频采集装置包括三组成像系 统，每组成像系统包括一个同心球物镜和相应的像面探测器阵列，三组成像系统的同心球 物镜完全相同，拍摄区域完全一致，像面都为球形曲面，探测器阵列上的每个探测器感光区 的形状为正六边形或包含该六边形的任意形状，所述探测器阵列呈六角分布，相同行相邻 探测器的中心水平角不大于每个探测器感光水平角的3倍，且大于2个探测器行方向的封 装水平角；不同行相邻探测器的斜方向中心和球心连线的夹角不大于每个探测器感光斜方 向球心角的3倍，且大于2个探测器斜方向的封装球心角；三组探测器阵列相互错开互补排 列，三组成像系统得到的图像拼接得到完整的大视场高分辨率视频图像。 所述六角分布具体指：行与行之间相互错开半个探测器的角度，相邻三个探测器 中心连线为正三角形。 所述三组探测器阵列相互错开互补排列具体指：三组探测器阵列圆周方向相互粗 开互补，以符合上述条件的一组探测器阵列排布为基础，在该布局下，阵列产生两组间隙， 其它两组探测器阵列的位置分别对应于这两组间隙的位置。 所述三组同心球物镜的光轴与相应的像面探测器阵列的交点记为0,第一组探测 器阵列距点0最近的探测器为三个，三个探测器的中心点分别位于点0的正右方0°、左上 方120°和左下方120°;第二组探测器阵列距点0最近的探测器为三个，三个探测器的中 心点分别位于点0的右上方60°、正左方180°和右下方60° ;第三组探测器阵列距点0最 近的探测器为一个，该探测器的中心点与点〇重合。 实施例一： 参见附图2,同心球物镜由7个间隔，6层玻璃介质组成，中心为低色散材料制成的 玻璃球，该玻璃球为物镜提供了正的光焦度，同时该设计中还包含了一个空气间隔，该间隔 为矫正球差和色差提供了有效的帮助；该物镜的设计参数为：视场120°，焦距280mm，F/# 为2. 8,工作波段450nm?680nm可见光波段本文档来自技高网...
【技术保护点】
同心球物镜探测器球面阵列视频采集装置，其特征在于，包括三组成像系统，每组成像系统包括一个同心球物镜和相应的像面探测器阵列，三组成像系统的同心球物镜完全相同，拍摄区域完全一致，像面都为球形曲面，探测器阵列上的每个探测器感光区的形状为正六边形或包含该六边形的任意形状，所述探测器阵列呈六角分布，相邻两个探测器的中心水平角不大于每个探测器感光水平角的3倍，且大于2个探测器中心连线方向的封装角度；三组探测器阵列相互错开互补排列，三组成像系统得到的图像拼接得到完整的大视场高分辨率视频图像。
【技术特征摘要】
1. 同心球物镜探测器球面阵列视频采集装置，其特征在于，包括三组成像系统，每组成 像系统包括一个同心球物镜和相应的像面探测器阵列，三组成像系统的同心球物镜完全相 同，拍摄区域完全一致，像面都为球形曲面，探测器阵列上的每个探测器感光区的形状为正 六边形或包含该六边形的任意形状，所述探测器阵列呈六角分布，相邻两个探测器的中心 水平角不大于每个探测器感光水平角的3倍，且大于2个探测器中心连线方向的封装角度； 三组探测器阵列相互错开互补排列，三组成像系统得到的图像拼接得到完整的大视场高分 辨率视频图像。2. 根据权利要求1所述的同心球物镜探测器球面阵列视频采集装置，其特征在于，所 述六角分布具体指：行与行之间相互错开半个探测器的角度，相邻三个探测器中心连线为 正三角形。3. 根据权利要求1所述的同心球物...
【专利技术属性】
技术研发人员：庞武斌，贾树强，张广，许伟才，黄玮，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22
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