基于折叠同心结构的紧凑型宽视场凝视成像系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种基于折叠同心结构的紧凑型宽视场凝视成像系统。它由物镜系统和中继转像排列系统共两个子系统组成，采用多孔经分视场结构，各孔径通道独立成像，经融合拼接后获得全视场高分辨率图像；物镜系统采用同心对称结构，并引入平面反射镜以折叠光轴，能够在保持系统紧凑的前提下获取超宽视场内像差均匀的中间像。中继转像系统由多个相同的中继转像相机组成，能够对中间像细分并进一步精细校正残余像差。本实用新型专利技术充分利用了平面反射镜折叠光轴缩小体积的特点，在实现高分辨率宽视场成像的同时较大的减小了整体体积，拓宽了宽视场高分辨率系统的应用范围。宽视场高分辨率系统的应用范围。宽视场高分辨率系统的应用范围。

【技术实现步骤摘要】
基于折叠同心结构的紧凑型宽视场凝视成像系统


[0001]本技术涉及一种用于无人机机载的紧凑型宽视场高分辨率凝视成像系统，特别涉及一种采用级联式、平面反射镜和多孔径分视场结构的成像系统。

技术介绍

[0002]近年来，随着无人机应用的普及，机载宽视场高分辨率成像技术在精细农业、林业资源调查、矿物勘探等领域有着广阔的应用需求。然而，一方面宽视场和高分辨率光学系统需同时具有大视场和大口径，几何像差随光学系统视场和口径的增大而急剧增加，传统光学系统难以同时兼顾宽视场和高分辨率的成像要求，另一方面众多新型的宽视场高分辨率成像系统因其体积大，质量大等特点难以作为无人机载荷而应用。
[0003]在本技术作出之前，中国专利技术专利CN104034420B公开了光谱成像系统，但其成像的分辨率较低，应用于成像系统时，无法达到高分辨率要求。中国技术专利CN212515198U公开了引入非球面的新型宽视场高分辨率成像系统，其由前置的且完整的同心球物镜与后置中继转像排列组成，但其体积、质量较大，难以作为无人机载荷。

技术实现思路

[0004]本技术针对现有技术存在的不足，提供一种具有视场大，分辨率高，结构紧凑，体积较小的，可用于无人机载荷的快速获取大视场内高分辨率图像的凝视型成像系统。
[0005]实现本技术的技术方案是提供一种基于折叠同心结构的紧凑型宽视场凝视成像系统，它包括宽视场的物镜系统，两片平面反射镜，多孔经分视场的中继转像系统和CCD探测器；所述的物镜系统为两片同心的球面透镜胶合的半球形透镜组，沿光线入射方向，依次为第一片球面正透镜，第二片球面正透镜，第一片球面正透镜的后表面与第二片球面正透镜的前表面胶合，第二片球面正透镜的后表面为平面，所述的第一平面反射镜的反射面紧贴第二片球面正透镜的后表面，它与光轴的夹角α为30
°
≤α≤50
°
；所述的第二平面反射镜在光轴方向上与第一平面反射镜的距离D为80mm≤D≤90mm，第二平面反射镜与光轴夹角β为55
°
≤β≤75
°
；系统经折转光轴后得到一个球面中间像，再经中继转像系统成像于CCD探测器上。
[0006]本技术所述的一种基于折叠同心结构的紧凑型宽视场凝视成像系统，系统的焦距f为45mm≤f≤55mm；系统的全视场ω为0
°
≤ω≤120
°
；系统的总长L为90mm≤L≤110mm。
[0007]本技术提供的一种紧凑型的大视场凝视成像系统，它包括同心的双胶合物镜系统，两片平面反射镜，分孔径的中继转像系统和CCD探测器。由于采用了同心和分孔径结构的光学成像方法，可以一次性获取较大视场范围内的高质量，高分辨率的图像。本技术提供的同心和分孔径结构的成像系统，其中物镜系统采用大视场同心双胶合透镜，其在球面上获得一个只有球差和垂轴色差的大视场中间像，中间像各视场像差相同，因此，利用相同的分孔径中继转像系统对中间像进行残余像差校正，最终使整体系统具有接近衍射极
限的成像性能。利用双胶合物镜系统的同心对称结构，并通过位置设置合理的两个平面反射镜折叠系统的光轴，完整保留系统同心特性的同时减小了系统的整体体积与质量。最终使整体系统具有紧凑体积，较小质量的同时能快速地，一次性的获取大视场范围内的高分辨率图像，在无人机航拍领域具有非常重要的应用价值。
[0008]与现有技术相比，本技术的有益效果在于：
[0009]1.本技术是采用同心、分孔径结构的凝视式成像系统，主要由同心物镜系统和分孔径中继转像系统构成，具有视场大，分辨率高，成像质量好，成像速度快，稳定性好等诸多优点。
[0010]2.本技术提供的凝视型成像系统中引入了两片平面反射镜，通过将两片平面反射镜设置在恰当的位置，使系统的光轴折叠两次，反复利用物镜系统，有效的减少了系统的总质量与总体积。
附图说明
[0011]图1是本技术实施例提供的紧凑型宽视场凝视成像系统的单孔径通道的光路示意图；
[0012]图2是本技术实施例提供的紧凑型宽视场凝视成像系统中多孔经中继转像系统细分宽视场中间像并二次成像的原理示意图；
[0013]图3是本技术实施例提供的紧凑型宽视场凝视成像系统的单孔径通道的光学结构示意图；
[0014]图4是本技术实施例提供的紧凑型宽视场凝视成像系统的成像点列图；
[0015]图5是本技术实施例提供的紧凑型宽视场凝视型成像系统的光学传递函数曲线。
[0016]图中，1.物镜系统；2.第一平面反射镜；3.第二平面反射镜；4.球面中间像；5.中继转像系统；6.CCD探测器；7.第一片球面正透镜；8.第二片球面正透镜；9.中继系统第一片球面正透镜；10. 中继系统第二片球面正透镜；11.中继系统第一片非球面负透镜；12. 中继系统第二片非球面负透镜；13.孔径光阑；14.中继系统非球面正透镜；15. 中继系统第三片球面正透镜。
具体实施方式
[0017]下面结合附图和实施例对技术技术方案作进一步的具体阐述。
[0018]实施例1
[0019]本实施例提供一种大视场，高分辨率，折叠同心结构的紧凑型凝视成像系统，工作于可见光波段0.48μm～0.65μm，它的全视场角为120
°
，系统F数为3。
[0020]参见附图1，它是本实施例提供的紧凑型宽视场凝视成像系统的单孔径通道的侧视光学结构示意图；沿光线入射方向，依次为物镜系统1，第一平面反射镜2，第二平面反射镜3，球面中间像4，中继转像系统5的一个单元和CCD探测器6；物镜系统1采用同心双胶合透镜设计，具有强的对称性，能获取视场宽、像差均匀的球面中间像4；第一平面反射镜2与光轴的夹角α为45
°
，第二平面反射镜3与光轴的夹角β为67.5
°
；第一平面反射镜2与第二平面反射镜3的作用均为折转一次光轴，从而使得全系统的体积缩小，结构紧凑。
[0021]参见附图2，它是本技术实施例提供的紧凑型宽视场凝视成像系统中多孔经中继转像系统细分宽视场中间像并二次成像的原理俯视图，中继转向系统5是有多个单孔径的中继转像相机单元排列组成的多孔经系统，中继转像相机单元对球面中间像4进行视场细分，残余像差矫正并成像在CCD探测器6上，从而得到高分辨率的子图像，通过对不同中级相机单元拍摄的子图像进行图像拼接，最终得到宽视场，高分辨率的图像。
[0022]参见附图3，它是本实施例提供的紧凑型宽视场凝视成像系统的单孔径通道的光路示意图，沿光线入射方向，目标物的成像光线经第一片球面正透镜7，第二片球面正透镜8，正向入射物镜系统，由第一平面反射镜2反射，经第二片球面正透镜8，第一片球面正透镜7，逆向再次入射物镜系统，再经第二片平面反射镜3，得到球面中间像4，经中继系统成像于CCD探测器6。中继系统依次为第一片球面正透镜9，中继系统第二片球面正透镜10，中继本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于折叠同心结构的紧凑型宽视场凝视成像系统，其特征在于：它包括宽视场的物镜系统，两片平面反射镜，多孔经分视场的中继转像系统和CCD探测器；所述的物镜系统（1）为两片同心的球面透镜胶合的半球形透镜组，沿光线入射方向，依次为第一片球面正透镜（7），第二片球面正透镜（8），第一片球面正透镜的后表面与第二片球面正透镜的前表面胶合，第二片球面正透镜的后表面为平面，第一平面反射镜（2）的反射面紧贴第二片球面正透镜（8）的后表面，它与光轴的夹角α为30
°
≤α≤50
°
；第二平面反射镜在光轴方向上与第一平面反射镜（2）距离D为80mm≤D≤90mm，第二平面反射镜（3）与光轴夹...

【专利技术属性】
技术研发人员：季轶群，曾晨欣，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：新型
国别省市：