仿生光学成像系统技术方案

本实用新型专利技术涉及大视场高分辨成像技术领域，特别是仿生光学成像系统。该成像系统至少包括两个子系统，每个子系统包括一个同心球物镜和至少两个子孔径相机，每个子系统的每个子孔径相机的光轴通过相应的子系统的同心球物镜的中心，设置子孔径相机成像的图像间隔设定视场角，再通过各子系统的图像交叉重叠对间隔设定视场角的空缺部分进行互补，并在设定的视场范围内连续，使得相邻子孔径相机间隔一定角度，有效防止了子孔径之间的干涉现象，使成像系统渐晕降低，视场范围内具有良好的照度均匀性，解决了现有大视场高分辨光学成像系统存在结构干涉和采集图像边缘视场渐晕导致的成像质量较差、拼接困难等问题。

Biomimetic optical imaging system

The utility model relates to the field of high resolution imaging technology of large field of view, in particular to the bionic optical imaging system. The imaging system includes at least two subsystems, each subsystem includes a concentric spherical objective lens and at least two sub-aperture cameras. The optical axis of each sub-aperture camera of each subsystem passes through the center of the corresponding sub-system's concentric spherical objective lens, sets the image interval of the sub-aperture camera, sets the field of view angle, and then passes through each sub-aperture camera. The intersection and overlap of the images in the system complement the vacancy part of the field of view angle set at intervals, and make the interval between adjacent sub-aperture cameras at a certain angle, effectively prevent the interference between sub-apertures, reduce the halo of the imaging system, and have good illumination uniformity in the field of view. The existing large field of view high resolution optical imaging system has some problems, such as poor imaging quality and difficult stitching caused by structural interference and edge field of view dizziness.

【技术实现步骤摘要】
仿生光学成像系统
本技术涉及大视场高分辨成像
，特别是仿生光学成像系统。
技术介绍
光学成像设备相对于雷达具有高分辨率、可视化、被动探测等特点，因此被广泛应用于监视、侦查、搜救等各种领域。假设光学系统的视场角为θ，角分辨率为γ，成像视场范围外接于图像传感器的矩形光敏面，图像传感器的单边像元数为NH×NV，则存在：由此可知，当选定图像传感器后(NH与NV为定值)，γ值越小(即角分辨率越高)，则θ值越小(即视场角越小)，视场角受到角分辨率限制；当角分辨率γ一定时，限于图像传感器的制造工艺，NH和NV不可能无限大，因此光学系统视场角θ最大值受图像传感器参数限制。然而，在一些典型应用情况下，往往要求光学系统在很大的视场范围内具有很高的成像分辨率。如海上搜救需要在最短的时间内，尽可能搜索最大的海面范围，寻找失踪人员或碎片残骸；又如重要活动的空中监控，需要及时发现较大区域内的某个或某些特定小区域内可能发生的突发情况，定位并跟踪可疑的个人及车辆。这些应用情况都要求系统同时具备大视场角、高角分辨率以及高的成像总分辨率，因此，如何解决视场大小与分辨率之间的制约关系问题成为技术应用的关键因素。为实现大视场和高分辨率的光学成像系统，通过扫描式拼接成像原理，利用线阵或面阵CCD整体旋转扫描进行大视场高分辨率成像；或使图像传感器固定不动，利用振镜扫描改变视场范围，进行图像拼接；又或使用广角镜头，利用图像传感器平移，多次成像实现大视场高分辨率成像，但上述扫描式拼接成像的共同缺点是存在成像时间差，在拍摄静态目标时无明显表现，但如果目标与相机之间存在相对运动，则会导致很大的重影问题。为了解决上述问题，还可利用多个摄像机以不同角度对准同一个球心获取图像再进行拼接；或利用多个摄像机分层安装，忽略层次之间的视场范围差别，对准不同方向成像再进行拼接，但多摄像机成像的共同缺点是在视场角一定的情况下，随着总分辨率的增加，系统体积成指数增加，扩展性和实用性不强。有中国专利公告号为CN103698900B的专利文献公开了一种用于大规模高分辨率遥感相机的光学成像系统，其中微小透镜阵列位于前置物镜和探测器焦平面之间，前置物镜采用同心对称的球形透镜结构，以获取大视场场景；微小透镜阵列的每个通道由一组分离的双胶合透镜组构成，用于在其所承担通道的小视场范围内实现精细像差校正，形成多个独立的成像通道，将整个视场内信息无任何损失地全部成像至探测器焦平面上，在大视场内各处都获得衍射极限性能的高分辨率成像。但上述光学成像系统将个子孔径采集传感器并列设置，真正实施时每个相邻的子孔径之间必然存在子孔径干涉，且子孔径边缘视场渐晕严重，严重影响了成像质量和图像拼接效果。
技术实现思路
本技术的目的是提供仿生光学成像系统，用以解决现有大视场高分辨光学成像系统存在结构干涉和采集图像边缘视场渐晕导致的成像质量较差的问题。为实现上述目的，本技术提供一种仿生光学成像系统，包括以下系统技术方案：系统方案一：一种仿生光学成像系统，包括至少两个子系统，每个子系统包括一个同心球物镜和至少两个子孔径相机，每个子系统的每个子孔径相机的光轴通过相应的子系统的同心球物镜的中心，每个子系统的各子孔径相机采集的图像间隔设定视场角，通过各子系统采集的图像交叉重叠并在设定的视场范围内连续。有益效果是，本系统方案一通过设置至少两个子系统，对应的每个系统设置至少两个子孔径相机，使得子孔径相机成像的图像间隔设定视场角，再通过各子系统的图像交叉重叠对间隔设定视场角的空缺部分进行互补，并在设定的视场范围内连续，使得相邻子孔径相机间隔一定角度，有效防止了子孔径之间的干涉现象，使成像系统渐晕降低，视场范围内具有良好的照度均匀性，解决了现有大视场高分辨光学成像系统采集图像之间存在干涉和边缘视场渐晕导致的成像质量较差、拼接困难的问题。系统方案二：在系统方案一的基础上，每个子系统的各子孔径相机的光轴与相应子系统的同心球物镜的主光轴成设定相机夹角。系统方案三、系统方案四：分别在系统方案一或系统方案二的基础上，各子系统的同心球物镜的主光轴之间成设定系统夹角。系统方案五、系统方案六：分别在系统方案三或系统方案四的基础上，所述成像系统包括四个子系统，分别为第一子系统、第二子系统、第三子系统和第四子系统，所述第一子系统、所述第二子系统、所述第三子系统和所述第四子系统成2×2并排设置。系统方案七、系统方案八：分别在系统方案五或系统方案六的基础上，每个子系统包括至少六个子孔径相机，每个子系统的子孔径相机在水平或垂直方向设置两排，每排设置3个。系统方案九、系统方案十：分别在系统方案七或系统方案八的基础上，还包括控制器，所述控制器连接每个子孔径相机，以获取间隔图像，并将所述间隔图像进行拼接处理，输出完成图像。附图说明图1是一种仿生光学成像系统示意图；图2是单一子系统组成示意图；图3是无中间像面时子系统内部同心球物镜与单个子孔径相机示意图；图4是有中间像面时子系统内部同心球物镜与单个子孔径相机示意图；图5是视场排布示意图；图6是视场重叠拼接示意图。具体实施方式下面结合附图对本技术做进一步详细的说明。本技术提供一种仿生光学成像系统，利用仿生光学复眼成像的原理，使用多个分系统，每个分系统均包含一个同心球物镜与多个子孔径相机，通过视场交叉重叠与后期图像拼接处理，实现广角高清成像，利用同心球物镜成像特性沿球心旋转对称的优势，通过简单复制光路设计，更改少量参数，即可完成多个分系统并列设计，能保持系统设计及结构的简洁，每个分系统中的子孔径相机位置均是固定不变的，无需扫描机构，后续软硬件处理系统相对简单，应用范围广泛，可适用但不限于可见光、红外波段成像。本技术中采用至少两个子系统，对应的子系统中设置有至少两个子孔径相机，即可构成复眼结构，以下为本技术的一种最佳的实施方式，使用多个分辨率为5120×5120的图像传感器实现一个视场角大于120°×80°，有效像素大于5亿的大视场高分辨率仿生光学成像系统，如图1所示，包括四个子系统，由第一子系统100、第二子系统200、第三子系统300和第四子系统400组成。每个子系统均包括1个同心球物镜和6个子孔径相机，如图2所示，以第一子系统100为例子，包括101同心球物镜、102子孔径相机、103子孔径相机、104子孔径相机、105子孔径相机、106子孔径相机和107子孔径相机。每个子孔径相机均能与同心球物镜配合组成一个完整的成像光路，一个子系统的子孔径相机分为2排，每排3个，光轴均穿过同心球物镜的球心，且到球心的距离都相同。在同心球物镜和子孔径相机之间有存在中间像面和不存在中间像面两种情况，如图3、图4所示，子孔径相机的数量没有绝对限制，且子孔径相机可分布在同一层也可分为多层。采用6个子孔径相机的子系统中，设定单个子孔径相机视场为22°，当期望视场重叠率为10％时，相邻两个子孔径相机光轴夹角为2×22°×(1-10％)＝39.6°，对应的间隔的设定视场角度为17.6°，上述对角度的限定，最终对应为对子孔径相机的位置关系的限定。因此，如图5所示，第一子系统100通过对应的子孔径相机得到的图像的视场排布，得到图像1020、1030、1040、1050、1060、1070；第二子本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种仿生光学成像系统，其特征在于，包括至少两个子系统，每个子系统包括一个同心球物镜和至少两个子孔径相机，每个子系统的每个子孔径相机的光轴通过相应的子系统的同心球物镜的中心，每个子系统的各子孔径相机采集的图像间隔设定视场角，通过各子系统采集的图像交叉重叠并在设定的视场范围内连续。

【技术特征摘要】
1.一种仿生光学成像系统，其特征在于，包括至少两个子系统，每个子系统包括一个同心球物镜和至少两个子孔径相机，每个子系统的每个子孔径相机的光轴通过相应的子系统的同心球物镜的中心，每个子系统的各子孔径相机采集的图像间隔设定视场角，通过各子系统采集的图像交叉重叠并在设定的视场范围内连续。2.根据权利要求1所述的仿生光学成像系统，其特征在于，每个子系统的各子孔径相机的光轴与相应子系统的同心球物镜的主光轴成设定相机夹角。3.根据权利要求1或2所述的仿生光学成像系统，其特征在于，各子系统的同心球物镜的主光轴之间成设定系统夹角。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈水忠，刘佳，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所，
类型：新型
国别省市：河南,41