CN101221350B - 像面分割多光学通道共像面成像装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用像面分割多光学通道实现共像面成像的技术。成像传感器的接收面覆有玻璃蒙面，传像光路由光纤传像束组成并且各传像光路之间相互独立。每个传像光路的上下端分别装有微小型非球面成像镜片和像面耦合器，像面耦合器嵌有与传像光路个数相等的耦合镜片。像面耦合器将成像传感器的成像画面分割成几个象限的成像区域，外部场景由几个相同或不同焦距的微小型非球面成像镜片成像。每个微小型非球面成像镜片所成的像通过各自对应的传像光路传至对应成像区域完成共像面成像。本发明可直接在单一成像器件上进行像面分割和共像面成像，实现微小型化多通道成像和全向成像，并可以同时拍摄多帧图像，能够满足较高的实时性要求。

Description

像面分割多光学通道共像面成像装置

技术领域

本项发明属于光学成像技术，具体涉及一种通过像面分割实现多光学通道共像面成像技术。

背景技术

全向视觉、多光谱成像等领域需要对多帧图像进行拼接和处理。要获取多帧图像，现有技术有两种：一种是采用多个成像器件同时拍摄，另一种是采用单个成像器件按照时间序列拍摄。上述两种方法的不足是：第一种方法体积过大，无法实现系统的微小型化，第二种方法由于各帧图像之间存在时间差，无法应用于同步性和实时性要求很高的场合。随着对微小型化成像装置和系统的要求越来越迫切，实现分辨率均衡的多像面成像技术以及多光谱同步多通道成像技术变得非常有意义。

发明内容

本发明的目的在于可将多个场景通过各自独立的微小型成像光路同时成像到一帧图像上，即提供一种像面分割多光学通道共像面成像技术。

本项发明通过下述技术方法实现(如图1～3)：像面分割多光学通道共像面成像技术具有：成像传感器1、玻璃蒙面2、微小型非球面成像镜片3、传像光路4、像面耦合器5等。具体组成结构为：成像传感器1的接收面覆有玻璃蒙面2；传像光路4由光纤传像束组成并且各传像光路4之间相互独立；每个传像光路4的上端装有微小型非球面成像镜片3；每个传像光路4的下端装有像面耦合器5；像面耦合器5嵌有与所述传像光路个数相等的耦合镜片。像面耦合器5将成像传感器1的成像画面分割成四象限四块大小相等的成像区域，四个外部场景由四个不同焦距的微小型非球面成像镜片成像。第一个微小型非球面成像镜片为3-1，第二个微小型非球面成像镜片为3-2，第三个微小型非球面成像镜片为3-3，第四个微小型非球面成像镜片为3-4。每个微小型非球面成像镜片所成的像通过各自对应的传像光路4传至四块成像区域完成共像面成像，即同时将四个外部场景成像到一帧图像中的四个成像区域上。由像面耦合器5将成像传感器1的成像画面进行分割，其成像传感器1被分割的成像区域个数也可为2个、3个、5个或6个。例如：两共像面成像，三共像面成像，四共像面成像，五共像面成像或六共像面成像。每个成像区域的大小也可以不相等。由光纤传像束组成的传像光路4，其传像光路在红外波段可采用微小型红外反射镜组和非球面红外镜头组成。传像光路4其每路传像光路方向可任意调整。传像光路4的个数依据成像传感器1被分割成像区域的个数而定。不同焦距的微小型非球面成像镜片3也可用微小型成像透镜组替代，微小型非球面成像镜片或所述微小型成像透镜组的焦距也可以相同。

由光纤传像束组成的传像光路4，各光路之间无光学杂波干扰，而且可以采用不同光谱材料。例如，在可见光波段，传像光路4采用光纤传像束；在红外波段，传像光路4由微小型红外反射镜组和非球面红外镜头组成。微小型非球面成像镜片或微小型成像透镜组可以采用不同焦距，如图2所示。四组微小型非球面成像镜片的焦距分别为：第一个微小型非球面成像镜片3-1其焦距为f₁(所成的像为6)；第二个微小型非球面成像镜片3-2其焦距为f₂(所成的像为7)；第三个微小型非球面成像镜片3-3其焦距为f₃(所成的像为8)；第四个微小型非球面成像镜片3-4其焦距为f₄(所成的像为9)。但微小型非球面成像镜片或微小型成像透镜组的焦距也可以相同，如图3所示，四组微小型非球面成像镜片的焦距均为f＝f₁＝f₂＝f₃＝f₄。

附图说明

图1是本发明部件组成结构原理图。

图2是由四个不同焦距的微小型非球面镜片的像面组成的一帧共像面成像。

图3是由四个相同焦距的微小型非球面镜片的像面组成的一帧共像面成像。

具体实施方式

以下参照附图并通过具体实施例对本发明作进一步的说明。

选用具有固定分辨率的成像传感器1，利用像面耦合器5将成像画面分割成大小相等的两成像区域或四成像区域时，每块成像区域的分辨率是原成像传感器的二分之一或四分之一。例如，成像传感器1分辨率为2048×2048，单个像元尺寸为6.45μm；像面耦合器5嵌有四组耦合镜片，每组耦合镜片的大小为Ф7.2mm，焦距为8mm。利用像面耦合器5将成像传感器1的成像画面分割成大小相等的四成像区域时，每块成像区域的分辨率可达百万像素级。

实施例1

采用四路传像光路。其前端加装四组不同的焦距的微小型非球面成像镜片，且f₁＜f₂＜f₃＜f₄，其像面分割多光学通道共像面成像示意图如图2所示，四块成像区域中的图像成像视场不同。即四组微小型非球面成像镜片分别采用：第一个微小型非球面成像镜片3-1其焦距为4.6mm；第二个微小型非球面成像镜片3-2其焦距为6.75mm；第三个微小型非球面成像镜片3-3其焦距为8mm；第四个微小型非球面成像镜片3-4其焦距为10mm。四路传像光路均采用高分辨率光纤传像束，其规格为Ф3×120mm。四块成像区域中的图像成像视场分别为：6-是由第一个微小型非球面成像镜片3-1所成的像，其成像视场近似为36°。7-是由第二个微小型非球面成像镜片3-2所成的像，其成像视场近似为25°。8-是由第三个微小型非球面成像镜片3-3所成的像，其成像视场近似为21°。9-是由第四个微小型非球面成像镜片3-4所成的像，其成像视场近似为17°。

当四组微小型非球面成像镜片的焦距不同时，一帧共像面成像由四幅不同成像视场的画面组成。在目标探测领域，它可同时实现物体方位搜寻与细节放大显示两个过程。

实施例2

仍采用四路传像光路。传像光路均采用高分辨率光纤传像束，其规格为Ф4×150mm，但是每个传像光路其前端加装的是具有相同焦距的四组微小型非球面成像镜片，即f₁＝f₂＝f₃＝f₄。其像面分割多光学通道共像面成像示意图如图3所示，四块成像区域中的图像成像视场相同。四组微小型非球面成像镜片其焦距均为7.5mm。四块成像区域中的图像成像视场均近似等于30°。

当四组微小型非球面成像镜片的焦距相同时，一帧共像面成像由四幅相同成像视场的画面组成。在全向视觉领域，它可同时得到四幅具有相同线性度的显示不同方位的图像，便于后续相应图像处理算法的实施。

本项发明的意义在于：(1)由于直接在单一成像传感器上实现分辨率均衡的像面分割和多光学通道共像面成像，能够实现多视场同时成像；(2)由于在同一时刻拍摄多幅图像到一帧像面上，能够满足很好的同步性和实时性要求；(3)可以实现要求多视场成像的装置、设备或系统，体积更小，更紧凑。

Claims (4)

1.像面分割多光学通道共像面成像装置，具有成像传感器(1)、玻璃蒙面(2)、微小型非球面成像镜片(3)、传像光路(4)、像面耦合器(5)，其特征在于：成像传感器(1)的接收面覆有玻璃蒙面(2)，传像光路(4)由光纤传像束组成并且各传像光路(4)之间相互独立，所述每个传像光路(4)的上端装有微小型非球面成像镜片(3)；全部传像光路(4)的下端共同装有一个像面耦合器(5)，像面耦合器(5)嵌有的耦合镜片与传像光路一一对应，像面耦合器(5)将成像传感器(1)的成像画面分割成四象限四块大小相等的成像区域，四个外部场景由四个相同或不同焦距的微小型非球面成像镜片成像，第一个微小型非球面成像镜片(3-1)，第二个微小型非球面成像镜片(3-2)，第三个微小型非球面成像镜片(3-3)，第四个微小型非球面成像镜片(3-4)，所述每个微小型非球面成像镜片所成的像通过各自对应的传像光路(4)传至所述四块成像区域完成共像面成像。

2.根据权利要求1中所述的像面分割多光学通道共像面成像装置，其特征在于所述成像传感器(1)被分割的成像区域不是4个，而是2个、3个、5个或6个。

3.根据权利要求1中所述的像面分割多光学通道共像面成像装置，其特征在于由所述光纤传像束组成的传像光路(4)，其传像光路在红外波段采用微小型红外反射镜组和非球面红外镜头，所述传像光路(4)每路传像光路方向可任意调整；传像光路(4)的个数依据所述成像传感器(1)被分割成像区域的个数而定。

4.根据权利要求1或2中所述的像面分割多光学通道共像面成像装置，其特征在于所述成像传感器(1)被分割的成像区域的大小是不相等的。

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