天基复眼相机及其成像方法技术

本发明专利技术公开了一种天基复眼相机及其成像方法，该天基复眼相机包括：一个或多个短焦孔径相机和多个长焦孔径相机；所述一个或多个短焦孔径相机设置在安装面的中部，所述多个长焦孔径相机沿周向间隔均匀分布在所述短焦孔径相机的周围；所述长焦孔径相机，用于获取重叠区域存在亚像素偏移的图像；所述短焦孔径相机，用于获取宽视场图像。本发明专利技术的天基复眼相机及其成像方法，通过采用多焦距分立孔径设计，可以兼顾大视场和高分辨率成像能力，实现中心向边缘分辨率逐渐降低的仿视网膜成像，具备高功能密度，适合面目标成像与点目标探测等多种应用。

【技术实现步骤摘要】
天基复眼相机及其成像方法
本专利技术涉及航天光学遥感
，尤其涉及一种天基复眼相机。
技术介绍
由于微小卫星可搭载有效载荷的重量与体积有限，天基成像对光学载荷的体积与重量，功能与性能提出了更高的要求。研究人员受昆虫复眼启发，通过特定几何构型排列多个镜头，实现小型化、轻量化的复眼相机。或者，借助不同类型镜头组合，选择不同排列方式，可以得到单孔径成像系统无法得到的高性能。部分复眼相机成像系统以扩展视场为目标，基本思路是通过曲面排布镜头阵列与探测器阵列，利用阵列之间的重叠视场，结合计算成像算法，拼接得到大幅宽图像。例如基于共用主镜、小透镜阵列、探测器阵列等成像结构，通过计算成像技术实现图像复原与拼接，从而增大相机视场；基于多孔径镜头配合滤光片，通过曲面相邻孔径视场重叠，实现优于120度视场的多光谱成像；通过曲面排布多个小视场相机实现180°全视场。部分复眼相机成像系统以提高分辨率为目标，基本思路是通过平面排布镜头与相机阵列，利用多通道独立信号采集，得到多幅有一定亚像素偏移的图像，结合混叠冗余信息实现超分辨率图像重建。例如基于微透镜阵列、光阑、图像传感器等成像结构，或者通过多个分立CCD/CMOS相机，得到多孔径阵列图像，利用图像重构算法合成高分辨率图像。由上可知，已有的复眼相机成像系统，只单一地扩展视场或者通过超分辨提升分辨率，不能同时兼顾大视场和高分辨两项能力。
技术实现思路
为解决上述现有技术中存在的技术问题，本专利技术提供了一种天基复眼相机及其成像方法。具体技术方案如下：>第一方面，提供了一种天基复眼相机，包括：一个或多个短焦孔径相机和多个长焦孔径相机；所述一个或多个短焦孔径相机设置在安装面的中部，所述多个长焦孔径相机沿周向间隔均匀分布在所述短焦孔径相机的周围；所述长焦孔径相机，用于获取重叠区域存在亚像素偏移的图像；所述短焦孔径相机，用于获取宽视场图像。对于上述天基复眼相机，所述短焦孔径相机和/或所述长焦孔径相机的视轴与安装面之间的夹角可调。对于上述天基复眼相机，所述长焦孔径相机的数量为4个。第二方面，提供了一种如上述任一项所述的天基复眼相机的成像方法，所述方法包括：长焦孔径相机获取重叠区域存在亚像素偏移的图像，基于图像处理算法，获得重叠视场的超分重建图像和未重叠视场的原始高分图像；短焦孔径相机获取宽视场图像；超分重建图像、原始高分图像和宽视场图像融合，形成具有由中心到周边分辨率递减变化的宽视场超分辨仿视网膜图像。对于上述天基复眼相机的成像方法，长焦孔径相机的数量为4个时，超分重建图像包括对应4个长焦孔径相机重叠视场的四向超分重建图像和对应2个长焦孔径相机重叠视场的双向超分重建图像。对于上述天基复眼相机的成像方法，长焦孔径相机获取重叠区域存在亚像素偏移的图像之前：从短焦孔径相机和长焦孔径相机之间选择一个基准相机；调整基准相机视轴与安装面之间的夹角；调整其余相机视轴与基准相机视轴之间的夹角，使多个长焦孔径相机成像的重叠区域满足预设要求。对于上述天基复眼相机的成像方法，选择长焦孔径相机作为基准相机。本专利技术技术方案的主要优点如下：本专利技术的天基复眼相机及其成像方法，与空间大孔径相机相比，具有扁平化，轻型化等特点，设计制造难度较低；并且由于选择小孔径组合配置，可有效减缓大气湍流影响。与现有技术中的复眼相机相比，通过采用多焦距分立孔径设计，可以兼顾大视场和高分辨率成像能力，实现中心向边缘分辨率逐渐降低的仿视网膜成像，具备高功能密度，适合面目标成像与点目标探测等多种应用。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术一实施例提供的天基复眼相机的几何构型图；图2为本专利技术一实施例提供的天基复眼相机成像区域示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术具体实施例及相应的附图对本专利技术技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。以下结合附图，详细说明本专利技术实施例提供的技术方案。第一方面，本专利技术实施例提供了一种天基复眼相机，包括：一个或多个短焦孔径相机和多个长焦孔径相机；一个或多个短焦孔径相机设置在安装面的中部，多个长焦孔径相机沿周向间隔均匀分布在短焦孔径相机的周围；长焦孔径相机，用于获取重叠区域存在亚像素偏移的图像；短焦孔径相机，用于获取宽视场图像。以下对本专利技术实施例提供的天基复眼相机的工作原理进行说明。可以理解的是，长焦孔径相机的分辨率高、视场较窄，利用长焦孔径相机可以观测细节信息。短焦孔径相机的视场宽、分辨率较低，利用短焦孔径相机可以观测整个区域。结合长焦孔径相机和短焦孔径相机的成像特点，本专利技术实施例提供了一种如上所述的多焦距分立孔径的天基复眼相机。使用时，长焦孔径相机获取重叠区域存在亚像素偏移的图像，基于图像处理算法，获得重叠视场的超分重建图像和未重叠视场的原始高分图像。短焦孔径相机获取宽视场图像。超分重建图像、原始高分图像和宽视场图像融合，形成具有由中心到周边分辨率递减变化的宽视场超分辨仿视网膜图像。本专利技术实施例提供的天基复眼相机，与空间大孔径相机相比，具有扁平化，轻型化等特点，设计制造难度较低；并且由于选择小孔径组合配置，可有效减缓大气湍流影响。与现有技术中的复眼相机相比，通过采用多焦距分立孔径设计，可以兼顾大视场和高分辨率成像能力，实现中心向边缘分辨率逐渐降低的仿视网膜成像，具备高功能密度，适合面目标成像与点目标探测等多种应用。可选地，本专利技术实施例提供的天基复眼相机中，短焦孔径相机和/或长焦孔径相机的视轴与安装面之间的夹角可调。如此设置，一方面，便于调整长焦孔径相机之间的视轴夹角调整其重叠区域，以获取重叠区域存在亚像素偏移的图像。另一方面，在不同的场景下成像需求改变时，通过对视轴夹角的调整，可以获取满足使用需求的重叠区域，扩大适用范围。本专利技术实施例中，短焦孔径相机被多个长焦孔径相机所包围，短焦孔径相机的数量可以为一个或多个，只需能满足获取宽视场图像的使用需求即可。当其为多个时，多个短焦孔径相机均设置在安装面的中部被长焦孔径相机包围的区域内。长焦孔径相机的数量可以为4个、5个、6个等。长焦孔径相机的数量为4个时天基复眼相机的几何构型如附图1所示。长焦孔径相机沿矩形分布，假定各孔径采用相同光谱谱段相机，天基复眼相机成像区域如图2所示。通过长焦孔径相机获取的亚像素偏移图像，基于图像处理算法，四相机重叠视场得到四向超分重建图像(对应图2中的四向超分成像区，分辨率理论上为2.0倍长焦孔径相机分辨率)，两相机重叠视场得到双向超分重建图像(对应图2中的双向超分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种天基复眼相机，其特征在于，包括：一个或多个短焦孔径相机和多个长焦孔径相机；/n所述一个或多个短焦孔径相机设置在安装面的中部，所述多个长焦孔径相机沿周向间隔均匀分布在所述短焦孔径相机的周围；/n所述长焦孔径相机，用于获取重叠区域存在亚像素偏移的图像；/n所述短焦孔径相机，用于获取宽视场图像。/n

【技术特征摘要】
1.一种天基复眼相机，其特征在于，包括：一个或多个短焦孔径相机和多个长焦孔径相机；
所述一个或多个短焦孔径相机设置在安装面的中部，所述多个长焦孔径相机沿周向间隔均匀分布在所述短焦孔径相机的周围；
所述长焦孔径相机，用于获取重叠区域存在亚像素偏移的图像；
所述短焦孔径相机，用于获取宽视场图像。


2.根据权利要求1所述的天基复眼相机，其特征在于，所述短焦孔径相机和/或所述长焦孔径相机的视轴与安装面之间的夹角可调。


3.根据权利要求1所述的天基复眼相机，其特征在于，所述长焦孔径相机的数量为4个。


4.一种如权利要求1-3任一项所述的天基复眼相机的成像方法，其特征在于，所述方法包括：
长焦孔径相机获取重叠区域存在亚像素偏移的图像，基于图像处理算法，获得重叠视场的超分重建图像和未重叠视场的原始高分图像；
短焦孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈小前，郭鹏宇，
申请(专利权)人：中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11