CN102821238A - 宽视场超高分辨率成像系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种宽视场超高分辨率光学成像系统，该系统包括窄视场长焦光学成像子系统阵列和具有图像拼接功能的图像处理装置以及具有系统控制功能的系统控制装置。本发明中，所成图像具有超高分辨率。在选择的设计指标内，通过视场选择可以实现获得宽视场的广角图像的同时也可以获得窄视场的特写图像。

Description

宽视场超高分辨率成像系统
技术领域
本发明涉及光学成像领域，尤其是一种宽视场角图像和窄视场角图像都能达到较高分辨率的成像系统。
背景技术
目前的光学成像系统大部分都是单镜头成像系统，短焦成像系统具有可以拍摄宽视场角宏观广角图像的能力，长焦成像系统具有可以拍摄窄视场角的微观细节特写图像的能力。一般的像素成像的LW/PH值都在1千到2千万左右，更高分辨率的系统因为没有通用高分辨率传感器很难做到或者必须话很高的代价去实现更高分辨率的传感器，同时因为高分辨率光学系统也很难在工艺上达到，因此要拍摄广角的成像，就要选择短焦广角的镜头；要拍摄特写的细节图像，就要选择长焦的窄视场镜头。如果想拍摄既能看到宽视场角的广角宏观图像同时也想看到该时刻的该场景内的任意窄视场角的微观细节特写图像，在一台相机上是不可能实现的。这对于拍摄动态的细节是非常难以捕捉到拍摄位置和时机的，所有现在的相机只能是利用多拍、利用丰富的拍摄经验拍摄才可以提高细节拍摄的成功率。比如对于运动中的球员的细节特写连续拍摄就是很难的事情。
诺基亚开发了一款4100万像素的Lumia808 PureView系统。该系统是单镜头配高分辨率大像面CMOS手机相机，该相机具有oversampling的功能，在一个较宽的视场拍摄超高分辨率的图像，然后在显示的时候采用一般分辨率的显示可以去看整个视场或者局部视场的一般分辨率图像，实现了宽视场角和窄视场角等清晰分辨率或者接近清晰分辨率图像的同时获得。这样的系统提供了较好的宏观广角成像和微观细节成像的统一，但由于该产品的光圈较大，景深较小，对于大纵深的被拍摄场景很难确保被拍摄景物都在景深范围内。如果被拍摄的景物超出景深范围，则该部分景物的细节则无法看清。所以其缺点是景深小。该系统无法实现不调焦拍摄，另一个缺点是该系统设计采用一个独立的超高分辨率CMOS传感器，传感器成本较高，另一个缺点是该系统的光学成像镜头的精度工艺要求非常高，实现成本较高。该系统还无法实现动态细节的跟踪拍摄。
微软公开开发了一种成像系统即Gigapixel camera，其采用多个传感器阵列和单一窄视场镜头分时对相邻并有互相交叠的场景下在不同的传感器上进行拍摄相对位置移动拍摄的成像系统。该系统也能实现在一张图像实现看到大视场角的广角图像和小视场角的细节特写的能力。
现有技术中的传感器分辨率和显示分辨率接近的光学成像系统，如果要拍摄广角的成像，就要选择短焦广角的镜头；而要拍摄特写的细节图像，就要选择长焦的窄视场镜头。两者不能兼得。在动态细节的抓拍中，由于要跟焦拍摄，跟目标拍摄，即使有经验的拍摄者也很难长时间抓住动目标特写拍摄。
因此，现有技术中存在对能够拍摄动态细节又能够拍摄广角景象的成像系统的需要。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种宽视场超高分辨率成像系统，其特征在于，包括：由M排和N列个窄视场长焦成像子系统组成的M×N窄视场长焦成像子系统阵列，相邻的窄视场长焦成像子系统的视场互相交叠，每一个窄视场长焦成像子系统的主光轴汇聚于一点或者该点邻域范围内，该点为宽视场超高分辨率成像系统的光心，其中，M和N均为大于等于1的自然数，且至少其中之一大于1；每个窄视场长焦光学成像子系统的水平视场角为ωh+2Δωh，垂直视场角为ωv+2Δωv；所述宽视场超高分辨率成像系统的水平视场角HFOV即M×N窄视场长焦成像子系统阵列的水平视场角为Nωh+2Δωh，宽视场超高分辨率成像系统的垂直视场角VFOV即M×N窄视场长焦成像子系统阵列的垂直视场角为Mωv+2Δωv，其中，180°>ωh>0°，90°>Δωh>0°，180°>ωv>0°，90°>Δωv>0°，ωh为水平相邻的窄视场长焦成像子系统的主光轴之间的夹角，ωv为垂直相邻的窄视场长焦成像子系统的主光轴之间的夹角，Δωh为在水平相邻的窄视场长焦成像子系统的主光轴所形成的平面内物距在无穷远处的水平视场交叠区域与所属的窄视场长焦成像子系统光心连线所形成的夹角，即水平交叠视场角，Δωv为在垂直相邻的窄视场长焦成像子系统的主光轴所形成的平面内物距在无穷远处的垂直视场交叠区域与所属的窄视场长焦成像子系统光心连线所形成的夹角，即垂直交叠视场角；图像处理装置，用于对所述窄视场长焦成像子系统阵列所拍的具有相邻交叠特性的阵列图像进行拼接处理以获得宽视场场景图像；系统控制装置，连接到所述图像处理装置和M×N窄视场长焦成像子系统阵列，用于对所述宽视场超高分辨率成像系统的各个组成部件的运行进行控制。
其中，所述每一个窄视场长焦成像子系统的主光轴汇聚于一点为：所有窄视场长焦成像子系统的主光轴交汇于窄视场长焦成像子系统的前方或后方。
所述宽视场超高分辨率成像系统，所述系统控制装置进一步用于：使所述宽视场超高分辨率成像系统工作在拍照模式或动态跟踪模式或微距模式。
其中，在所述拍照模式下，所述窄视场长焦成像子系统阵列由所述系统控制装置进行统一曝光控制以对宽视场场景进行一次性拍照，并且将拍照图像发送给图像处理装置进行拼接预处理和拼接处理，拼接处理后的拍照图像存储到存储器。
其中，所述统一曝光控制是指所有的窄视场长焦成像子系统由所述系统控制装置统一控制传感器的电子快门使传感器在同一个时刻曝光，所述在同一时刻曝光包括各窄视场长焦成像子系统具有相同的曝光时长和不同曝光时长；在具有不同曝光时长的情况下，具有较长曝光时间的窄视场长焦成像子系统曝光时段覆盖具有较短曝光时长的窄视场长焦成像子系统曝光时段。
所述拍照模式包括：全景球面模式，在所述全景球面模式下，所述图像处理装置对由像面沿近似球面分布的所述窄视场长焦成像子系统阵列拍出的阵列图像进行直接拼接处理得到全景的像面沿近似球面成像的图像，而无需进行投影变换的拼接预处理；全景平面模式，在所述全景平面模式下，所述图像处理装置进行包括图像投影变换在内的拼接预处理，而后再进行拼接处理得到平面拍摄模式的图像，其中，所述图像投影变换是指各个像面沿球面分布的窄视场长焦成像子系统阵列所成的阵列图像投影到切点在宽视场超高分辨率成像系统视场内的以宽视场超高分辨率成像系统光心为球心的球面上的某个指定切面内得到呈平面分布图像阵列。
其中，在所述动态跟踪模式下，所述窄视场长焦成像子系统阵列由统一曝光控制对所有场景拍照，在拍照后所述系统控制装置依据被跟踪对象的坐标和根据具体应用的取景范围定义动态跟踪取景框，所述图像处理装置只对所述动态跟踪取景框之内的图像进行拼接预处理和拼接处理，并将拼接处理后的动态跟踪取景框内的图像存储到存储器，其中拼接预处理包括图像投影变换，其中，所述图像投影变换是指动态跟踪取景框内各个像面沿球面分布的窄视场长焦成像子系统阵列所成的阵列图像投影到切点在宽视场超高分辨率成像系统视场内的以宽视场超高分辨率成像系统的光心为球心的球面上的某个指定切面内得到呈平面分布图像阵列。
所述宽视场超高分辨率成像系统进一步包括显示器、照片浏览软件和视频显示软件，供用户浏览所述宽视场超高分辨率成像系统的图像和视频，其中，
在拍照模式下或微距模式下，通过显示器和浏览软件看到的宽视场场景内的图像是对原始拍照的图像进行抽样后得到小数据量的图像，通过显示器和浏览软件看到的宽视场场景内的特写图像是宽视场场景内的局部特写图像或者甚至是宽视场场景内的局部特写图像经插值放大后的图像；在动态跟踪模式或微距模式下，通过显示器和视频显示软件看到动态跟踪取景框内的动态景物特写视频或者微距成像系统拍摄的视频。
所述宽视场超高分辨率成像系统，进一步包括：微距成像系统，用于在所述宽视场超高分辨率成像系统工作于微距模式下，由所述系统控制装置控制独立地进行微距照片或者视频拍摄。
所述宽视场超高分辨率成像系统，进一步包括：动态跟踪辅助成像系统，其视场角和所述M×N窄视场长焦成像子系统阵列的视场角完全一致，用于当所述宽视场超高分辨率成像系统运行于动态跟踪模式时获取被跟踪目标的坐标并实时传递给所述宽视场超高分辨率成像系统。
其中，每一个窄视场长焦成像子系统采用EDOF（景深延拓技术）技术或EIDOF（光圈景深联合延拓）技术来实现大景深成像。
其中，每一个窄视场长焦成像子系统采用自动对焦装置实现每个窄视场长焦成像子系统的视场内被拍景物的聚焦成像。
其中，每一个窄视场长焦成像子系统采用定焦技术对设计景深范围内并在窄视场长焦成像子系统视场内的景物进行清晰成像。
其中，所述图像处理装置可以包括下述模块中的至少之一，以相应提高系统的颜色保真度，拼接的准确性、效率和像质：
颜色校畸模块，替代每个窄视场长焦成像子系统的自动白平衡功能进行所成图像的颜色畸变校正；
几何校畸模块，用于对每个窄视场长焦成像子系统的图像进行几何畸变校正；
亮度校畸模块，用于对每个窄视场长焦成像子系统的图像进行亮度畸变校正；
EDOF或EIDOF解码模块，用于对采用EDOF或EIDOF技术的窄视场长焦成像子系统所成图像的解码。
其中，所述M×N窄视场长焦成像子系统阵列为3×3窄视场长焦成像子系统阵列，水平相邻窄视场长焦成像子系统的主光轴的夹角ωh为16.2°，垂直相邻窄视场长焦成像子系统的主光轴的夹角ωv为12.05°，水平交叠角Δωh为0.75°，垂直交叠角Δωv为0.625°，所述HFOV为50.1°，所述VFOV为37.4°。
本发明的宽视场超高分辨率成像系统由于采用了M×N窄视场长焦成像系统阵列，因此可以实现超高分辨率成像，同时实现广角和特写的成像，并且具有能够实现跟踪动态目标进行特写跟踪拍摄。本发明的成像系统的成像分辨率远远大于显示分辨率。宽视场超高分辨率成像系统的光学分辨率大大超过同样光学指标的传统成像系统在一般工业精度下的分辨率，具有超高的LW/PH值。
经过M×N窄视场长焦成像子系统阵列拍摄的、经过图像处理装置拼接的超高分辨率图像的分辨率远远大于一般的显示分辨率，所以对宽视场场景的显示要先对超高分辨率图像进行抽样。具有这样特点的成像系统命名为魔幻变焦（Magixoom）成像系统。
附图说明
图1为本发明实施例的宽视场超高分辨率成像系统的原理组成框图；
图2为本发明实施例的宽视场超高分辨率成像系统的3×3窄视场长焦成像子系统阵列的水平截面示意图；
图3a和图3b分别为在3×3窄视场长焦成像子系统阵列中，前光心和后光心的示意图；
图4为本发明实施例的宽视场超高分辨率成像系统的水平方向正中一排窄视场长焦成像子系统截面图；
图5为本发明实施例的宽视场超高分辨率成像系统的垂直方向正中一列窄视场长焦成像子系统截面图。
图6为本发明实施例在拍照模式下图像阵列及超高分辨率图像示意图。
图7为本发明实施例在动态跟踪模式下图像阵列和动态跟踪取景框及动态跟踪图像示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。
图1示出了根据本发明的实施例的宽视场超高分辨率成像系统。如图1所示，宽视场超高分辨率成像系统包括M×N窄视场长焦成像子系统阵列10、图像处理装置12和系统控制装置14。M×N窄视场长焦成像子系统阵列为M排×N列窄视场长焦成像子系统阵列。如图2所示，相邻的窄视场长焦成像子系统100的视场互相交叠，每一个窄视场长焦成像子系统100的主光轴汇聚于一点或者该点邻域范围内，该点为宽视场超高分辨率成像系统的光心，其中，M和N均为大于等于1的自然数，并且M和N中至少之一大于1。换言之，窄视场长焦成像系统阵列中相邻的窄视场角成像子系统的视场相邻，在设计的物距范围内，相邻的窄视场长焦成像子系统的视场略有互相交叠；相邻的同行或者同列的窄视场长焦成像子系统的主光轴夹角要小于每个窄视场长焦成像子系统的同行或者同列的视场角。互相交叠区域的沿物距方向的起始交叠点在宽视场超高分辨率成像系统的设计景深的近端更近的位置。系统控制装置14连接到所述图像处理装置12和M×N窄视场长焦成像子系统阵列10，对所述宽视场超高分辨率成像系统的各个组成部件的运行进行控制。
参见图2，在M×N窄视场长焦成像子系统阵列中，每个窄视场长焦光学成像子系统100的水平视场角为ωh+2Δωh，所述宽视场超高分辨率成像系统的水平视场角HFOV为Nωh+2Δωh，其中，Δωh为在水平相邻的窄视场长焦成像子系统的主光轴所形成的平面内物距在无穷远处的水平视场交叠区域与所属的窄视场长焦成像子系统光心连线所形成的夹角，即水平交叠视场角，ωh为水平相邻的窄视场长焦成像子系统100的主光轴之间的夹角，并且180°>ωh>0°，90°>Δωh>0°。类似地，所述宽视场超高分辨率成像系统的垂直视场角VFOV为Mωv+2Δωv，每个窄视场长焦光学成像子系统100的垂直视场角为ωv+2Δωv，ωv为垂直相邻的窄视场长焦成像子系统100的主光轴之间的夹角，Δωv为在垂直相邻的窄视场长焦成像子系统的主光轴所形成的平面内物距在无穷远处的垂直视场交叠区域与所属的窄视场长焦成像子系统光心连线所形成的夹角，即垂直交叠视场角，并且180°>ωv>0°，90°>Δωv>0°。
每一个窄视场长焦成像子系统100的主光轴汇聚于一交汇点，该点为宽视场超高分辨率成像系统的光心，该光心位于宽视场超高分辨率成像系统的前方或后方。如图2所示，所有窄视场长焦成像子系统的主光轴交汇点在窄视场长焦成像子系统的后方，该交汇点称为后光心，并且这样构成宽视场超高分辨率成像系统成为后光心系统。相应地，所有窄视场长焦成像子系统的主光轴交汇点在窄视场长焦成像子系统的前方，则该交汇点称为前光心，并且这样构成宽视场超高分辨率成像系统成为前光心系统。图3a和图3b为在3×3窄视场长焦成像子系统阵列中，前光心和后光心的示意图。
实际应用中，依据宽视场超高分辨率成像系统的具体应用需求和成本来确定所需的宽视场超高分辨率成像系统的视场角，所需的在不同物距的分辨率；根据镜头的分辨率和CCD/CMOS光电传感器的分辨率等因素确定宽视场超高分辨率成像系统的M×N窄视场长焦成像子系统阵列的设计参数，例如窄视场长焦成像子系统的行和列的数量，ωh，Δωh，ωv，Δωv等
图像处理装置12对所述窄视场长焦成像系统阵列所拍的具有相邻交叠特性的阵列图像进行拼接处理以获得超高分辨率的宽视场场景图像。拼接处理后的宽视场场景图像可以存储到存储器22中。本发明的实施例中，图像处理装置12对所拍的具有相邻交叠特性的阵列图像进行拼接处理采用的是现有技术中的图像拼接技术，在此不再赘述。
可选地，本发明的实施例的宽视场超高分辨率成像系统中的系统控制装置14还可以包括有模式控制功能。系统控制装置14与每一个窄视场长焦成像子系统连接并且与图像处理装置12连接。利用系统控制装置14，用户可以选择使得宽视场超高分辨率成像系统工作在拍照模式或动态跟踪模式或微距模式。
本发明中，拍照模式包括全景球面模式和全景平面模式。在所述全景球面模式下，图像处理装置12对由像面沿近似球面分布的所述窄视场长焦成像子系统阵列拍出的阵列图像进行直接拼接处理得到全景的像面沿近似球面成像的图像，而无需进行投影变换的拼接预处理；在所述全景平面模式下，图像处理装置12进行包括图像投影变换在内的拼接预处理，而后再进行拼接处理得到平面拍摄模式的图像，其中，所述图像投影变换是指各个像面沿球面分布的窄视场长焦成像子系统阵列所成的阵列图像投影到切点在宽视场超高分辨率成像系统视场内的以宽视场超高分辨率成像系统光心为球心的球面上的某个指定切面内得到呈平面分布图像阵列。
在拍照模式下，窄视场长焦成像子系统阵列由系统控制装置14进行统一曝光控制来对宽视场场景进行一次性拍照得到如图6所示的图像阵列，并且将拍照图像发送给图像处理装置12进行拼接预处理和拼接处理，得到如图6所示的图像阵列外缘包括的超高分辨率图像，拼接处理后的超高分辨率图像存储到存储器22。所述统一曝光控制是指所有的窄视场长焦成像子系统由所述系统控制装置14统一控制传感器的电子快门使传感器在同一个时刻曝光，所述在同一时刻曝光包括各窄视场长焦成像子系统具有相同曝光时长和不同曝光时长，在不同曝光时长的情况下，具有较长曝光时间的窄视场长焦成像子系统曝光时段覆盖具有较短曝光时长的窄视场长焦成像子系统曝光时段。
在动态跟踪模式下，窄视场长焦成像系统阵列由对同一个快门控制对所有场景拍照，窄视场长焦成像子系统阵列由系统控制装置14进行统一曝光控制来对所有场景拍照得到图7所示的图像阵列，在拍照后所述系统控制装置14依据被跟踪对象的坐标和取景范围定义如图7的所示的动态跟踪取景框，图像处理装置12只对所述动态跟踪取景框之内的图像进行拼接预处理和拼接处理得到如图7所示的动态跟踪取景框范围内的图像，并将动态跟踪取景框范围内的图像存储到存储器22。其中，拼接预处理包括图像投影变换，其中，所述图像投影变换是指动态跟踪取景框内各个像面沿球面分布的窄视场长焦成像子系统阵列所成的阵列图像投影到切点在宽视场超高分辨率成像系统视场内的以宽视场超高分辨率成像系统的光心为球心的球面上的某个指定切面内得到呈平面分布图像阵列。
在动态跟踪模式或微距模式下，通过显示器和视频显示软件看到动态跟踪取景框内的动态景物特写视频或者微距成像系统拍摄的视频。
动态跟踪模式的取景框的设置有两种方式。
在一种设置取景框的方式中，由于在一些专用领域的拍摄中，用户所关注的动态目标对象的模式是固定的并且是先验的，因此可以用图像处理来描述和识别。在此情况下，通过图像处理装置中的软件的模式识别功能对动态目标对象进行识别以确定其位置坐标；然后根据确定的位置坐标和所要求的取景范围确定取景框。在此情况下，是先跟踪拍摄后取景并处理输出动态视频。如果跟踪的动态目标对象的取景框跨越两个以上的窄视场长焦成像子系统的拍摄视场，则需对所取的取景框内的图像进行拼接来实现动态跟踪视频。
另一种设置取景框的方式中，对于一般的通用拍摄系统，由于对跟踪的动态目标对象的软件识别比较困难，可以在宽视场超高分辨率成像系统的边上另设一个和宽视场成像系统作为动态跟踪辅助成像系统20，用于当宽视场超高分辨率成像系统运行于动态跟踪模式时获取被跟踪目标的坐标并实时传递给宽视场超高分辨率成像系统。动态跟踪辅助成像系统20也连接到系统控制装置14。动态跟踪辅助成像系统20的成像视场角与宽视场超高分辨率成像系统的视场角一致，使得宽视场超高分辨率成像系统和辅助成像系统同时拍摄完全一样的场景，具有一样的场景坐标。在这样的配置下，通过用外部工具比如鼠标或者触摸屏上的手指在附加成像系统的拍摄显示图像中去跟踪动态目标对象，从而确定跟踪动态目标对象的坐标。依据跟踪的动态目标对象的坐标和应用所需的取景框在宽视场超高分辨率成像系统中选取动态视频数据，输出跟踪的动态目标对象的动态视频。如果跟踪的目标对象的取景框跨越两个以上的窄视场长焦成像子系统的拍摄视场，则需对所取的取景框内的图像进行拼接以实现动态跟踪视频。
本发明中，宽视场超高分辨率成像系统还可以包括与系统控制装置14连接的一个微距成像系统18。宽视场超高分辨率成像系统工作时一般只拍摄物距较远些的场景，使用户能看清宽视场场景的同时还可以用特写方式看清远处的细小景物，但这个模式由于聚焦位置和视场角的缘故不适合于拍摄微距图像。因此，如果宽视场超高分辨率成像系统需要拍摄微距内的对象即工作在微距模式时，在系统控制装置14的控制下，M×N窄视场长焦成像子系统阵列将不工作，由微距成像系统18独立地进行微距照片或视频拍摄。
本发明的实施例中，存储器可以是设置在宽视场超高分辨率成像系统中，也可以设置在宽视场超高分辨率成像系统外部。在存储器设置在宽视场超高分辨率成像系统外部时，图像处理装置通过数据线与外部存储器连接。
可选地，宽视场超高分辨率成像系统进一步包括显示器16、浏览软件和视频浏览软件，供用户浏览所述宽视场超高分辨率成像系统的图像和视频。浏览软件和视频浏览软件可以安装到系统控制装置14中。通过显示器16和浏览软件看到的宽视场场景内的图像是对原始拍照的图像进行抽样后得到小数据量的图像，通过显示器16和浏览软件看到的宽视场场景内的特写图像是宽视场场景内的局部特写图像或者是甚至是宽视场场景内的局部特写图像经插值放大后的图像。原始拍摄的图像可以存储在存储器中以供用户通过显示器16和浏览软件观看，也可以直接从图像处理装置12发送到显示器16供用户浏览。
根据本发明的实施例，宽视场超高分辨率成像系统的成像分辨率远远大于显示分辨率。宽视场超高分辨率成像系统的光学分辨率大大超过同样光学指标的传统成像系统在一般工业精度下的分辨率，具有超高的LW/PH值。
根据本发明的实施例，宽视场超高分辨率成像系统的成像分辨率远远大于一般意义上的普通显示分辨率。因此，在普通显示分辨率的显示器显示本发明的系统的成像时，要对超高分辨率宽视场图像进行抽样后适配显示器分辨率以进行宽视场图像显示。对于本发明的超高分辨率成像系统所成图像中的任何局部位置，以该位置为中心获取显示分辨率大小的图像像素并通过普通显示分辨率显示器进行显示，可以得到局部特写的高分辨率成像图像。
在动态跟踪模式下，图像处理装置12中的拍摄时应用软件根据指定的跟踪动态位置设置动态取景框并实时取出动态取景框内的数据进行拍摄，得到跟踪动态物体的动态拍摄视频。
每一个窄视场长焦成像子系统采用EDOF或EIDOF来实现大景深成像。EDOF或EIDOF均是现有技术，在此不在赘述。
可选地，图像处理装置12可以包括下述一个或多个模块以利于提高拼接准确性和拼接效率和系统成像像质：颜色校畸模块，替代每个窄视场长焦成像子系统的自动白平衡功能进行所成图像的颜色畸变校正；几何校畸模块，用于对每个窄视场长焦成像子系统的图像进行几何畸变校正；亮度校畸模块，用于对每个窄视场长焦成像子系统的图像进行亮度畸变校正；EDOF或EIDOF解码模块，用于对采用EDOF或EIDOF技术的窄视场长焦成像子系统所成图像的解码。
可选地，本发明的实施例中的宽视场超高分辨率成像系统还可以包括与系统控制装置14连接的输出接口24。通过输出接口24，可以从外部与系统控制装置14通信进行相关的操作，例如访问存储器22以获取图像。
宽视场超高分辨率成像系统实例
参见图3，示出了根本发明的一个实例的宽视场超高分辨率成像系统的示意图。根据本实例，M×N个窄视场长焦成像子系统100为3×3个窄视场长焦成像子系统100。
1）每一个窄视场长焦成像子系统的分辨率为500万像素，因此宽视场超高分辨率成像系统的像素为500万×9=4500万像素，相当于7800×5800。而一般的高端相机的分辨率为2000万像素，其垂直LW/PH为1800左右，水平LW/PH为2500左右。本实例中的宽视场超高分辨率成像系统的垂直视场分辨率LW/PH接近5783，水平视场分辨率LW/PH接近7800。宽视场超高分辨率成像系统的对角线方向视场角为62°，水平视场角HFOV=3ωh+2Δωh为50.1°，如图4所示；垂直视场角VFOV=3ωv+2Δωv为37.4°，如图5所示。100m物距处空间分辨率（每个像素对应）为1.15cm-1.19cm。
2）宽视场超高分辨率成像系统中的每一个窄视场长焦成像子系统采用EIDOF技术，目标对象在前方3m处清晰成像，每一个窄视场长焦成像子系统景深为2m至无穷远；
3）宽视场超高分辨率成像系统由3×3个子窄视场长焦成像子系统组成，每个窄视场长焦成像子系统的CCD采用1/4”靶面（对角线约4.5mm，高约2.7mm，宽约3.6mm），CCD的分辨率为2592×1944）；如图4，图5所示，每个窄视场长焦成像子系统的对角线视场角为22°，水平视场角为ωh+2Δωh=17.7°，垂直视场角为ωv+2Δωv=13.3°，景深范围为2000-inf；在这个窄视场长焦成像子系统阵列中，如图4、图5所示，相邻的窄视场长焦成像子系统的水平主光轴夹角ωh=16.2°，相邻的窄视场长焦成像子系统的垂直主光轴夹角ωv=12.05°，相邻窄视场长焦成像子系统的水平交叠角Δωh=0.75°，垂直交叠角Δωv=0.625°；宽视场超高分辨率成像系统的水平视场角HFOV=3ωh+2Δωh=3×（17.7°-2×0.75°）+2×0.75°=50.1°，垂直视场角VFOV=3ωv+2Δωv=3×（16.2°-2×0.625°）+2×0.625°=37.4°。
满足系统需求“对角线方向视场角为62°”，则如图4、图5所示成像窄视场长焦成像子系统镜头的对角线方向视场角应为22°，对应的窄视场长焦成像子系统镜头水平方向视场角为17.7°，窄视场长焦成像子系统镜头垂直方向视场角13.3°。且系统的光路特点是存在各窄视场长焦成像子系统镜头视场的交叠区域。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种宽视场超高分辨率成像系统，其特征在于，包括：
由M排和N列个窄视场长焦成像子系统组成的M×N窄视场长焦成像子系统阵列，相邻的窄视场长焦成像子系统的视场互相交叠，每一个窄视场长焦成像子系统的主光轴汇聚于一点或者该点邻域范围内，该点为宽视场超高分辨率成像系统的光心，其中，M、N均为大于等于1的自然数，并且M和N中至少一个大于1；每个窄视场长焦成像子系统的水平视场角为ωh+2Δωh，垂直视场角为ωv+2Δωv；所述宽视场超高分辨率成像系统的水平视场角HFOV为Nωh+2Δωh，宽视场超高分辨率成像系统的垂直视场角VFOV为Mωv+2Δωv，其中180°>ωh>0°，90°>Δωh>0°，180°>ωv>0°，90°>Δωv>0°，ωh为水平相邻的窄视场长焦成像子系统的主光轴之间的夹角，ωv为垂直相邻的窄视场长焦成像子系统的主光轴之间的夹角，Δωh为在水平相邻的窄视场长焦成像子系统的主光轴所形成的平面内物距在无穷远处的水平视场交叠区域与所属的窄视场长焦成像子系统光心连线所形成的夹角，即水平交叠视场角，Δωv为在垂直相邻的窄视场长焦成像子系统的主光轴所形成的平面内物距在无穷远处的垂直视场交叠区域与所属的窄视场长焦成像子系统光心连线所形成的夹角，即垂直交叠视场角；
图像处理装置，用于对所述M×N窄视场长焦成像子系统阵列所拍的具有相邻交叠特性的阵列图像进行拼接处理以获得宽视场场景图像；
系统控制装置，连接到所述图像处理装置和M×N窄视场长焦成像子系统阵列，用于对所述宽视场超高分辨率成像系统的各个组成部件的运行进行控制。
2.如权利要求1所述的宽视场超高分辨率成像系统，其中，所述每一个窄视场长焦成像子系统的主光轴汇聚于一点为：所有窄视场长焦成像子系统的主光轴交汇于窄视场长焦成像子系统的前方或后方。
3.如权利要求1所述的宽视场超高分辨率成像系统，其中，所述系统控制装置进一步用于：
使所述宽视场超高分辨率成像系统工作在拍照模式、动态跟踪模式或微距模式。
4.如权利要求3所述的宽视场超高分辨率成像系统，其中，在所述拍照模式下，所述窄视场长焦成像子系统阵列由所述系统控制装置进行统一曝光控制以对宽视场场景进行一次性拍照，并且将拍照图像发送给图像处理装置进行拼接预处理和拼接处理，拼接处理后的拍照图像存储到存储器。
5.如权利要求4所述的宽视场超高分辨率成像系统，其中，所述统一曝光控制是指所有的窄视场长焦成像子系统由所述系统控制装置统一控制传感器的电子快门使传感器在同一个时刻曝光，所述在同一时刻曝光包括各窄视场长焦成像子系统具有相同曝光时长和不同曝光时长；在不同曝光时长情况下，具有较长曝光时间的窄视场长焦成像子系统曝光时段覆盖具有较短曝光时长的窄视场长焦成像子系统的曝光时段。
6.如权利要求3所述的宽视场超高分辨率成像系统，其中，所述拍照模式包括：
全景球面模式，在所述全景球面模式下，所述图像处理装置对由像面沿近似球面分布的所述窄视场长焦成像子系统阵列拍出的阵列图像进行直接拼接处理得到全景的像面沿近似球面成像的图像，而无需进行投影变换的拼接预处理；
全景平面模式，在所述全景平面模式下，所述图像处理装置进行包括图像投影变换在内的拼接预处理，而后再进行拼接处理得到平面拍摄模式的图像，其中，所述图像投影变换是指各个像面沿球面分布的窄视场长焦成像子系统阵列所成的阵列图像投影到切点在宽视场超高分辨率成像系统视场内的以宽视场超高分辨率成像系统光心为球心的球面上的某个指定切面内得到呈平面分布图像阵列。
7.如权利要求3所述的宽视场超高分辨率成像系统，其中，在所述动态跟踪模式下，所述窄视场长焦成像子系统阵列由统一曝光控制对系统视场内的场景拍照，在拍照后所述系统控制装置依据被跟踪对象的在成像系统中的坐标和依据应用设计的取景范围定义动态跟踪取景框，所述图像处理装置只对所述动态跟踪取景框之内的图像进行拼接预处理和拼接处理，并将拼接处理后的动态跟踪取景框内的图像存储到存储器，其中拼接预处理包括图像投影变换，其中，所述图像投影变换是指动态跟踪取景框内各个像面沿球面分布的窄视场长焦成像子系统阵列所成的阵列图像投影到切点在宽视场超高分辨率成像系统视场内的以宽视场超高分辨率成像系统的光心为球心的球面上的某个指定切面内得到呈平面分布图像阵列。
8.如权利要求3所述的宽视场超高分辨率成像系统，进一步包括显示器、照片浏览软件和视频显示软件，供用户浏览所述宽视场超高分辨率成像系统的图像和视频，其中，
在拍照模式下或微距模式下，通过显示器和浏览软件看到的宽视场场景内的图像是对原始拍照的图像进行抽样后得到小数据量的图像，通过显示器和浏览软件看到的宽视场场景内的特写图像是宽视场场景内的局部特写图像或者甚至是宽视场场景内的局部特写图像经插值放大后的图像；在动态跟踪模式或微距模式下，通过显示器和视频显示软件看到动态跟踪取景框内的动态景物特写视频或者微距成像系统拍摄的视频。
9.如权利要求3所述的宽视场超高分辨率成像系统，进一步包括：
微距成像系统，用于在所述宽视场超高分辨率成像系统工作于微距模式下，在所述系统控制装置控制下独立地进行微距照片或者视频拍摄。
10.如权利要求7所述的宽视场超高分辨率成像系统，进一步包括：
动态跟踪辅助成像系统，其视场角和所述M×N窄视场长焦成像子系统阵列的视场角完全一致，用于当所述宽视场超高分辨率成像系统运行于动态跟踪模式时获取被跟踪目标的坐标并实时传递给所述宽视场超高分辨率成像系统。
11.如权利要求1所述的宽视场超高分辨率成像系统，其中，每一个窄视场长焦成像子系统采用EDOF或EIDOF技术来实现大景深成像。
12.如权利要求1所述的宽视场超高分辨率成像系统，其中，每一个窄视场长焦成像子系统设置自动对焦装置实现每个窄视场长焦成像子系统的视场内被拍景物的聚焦成像。
13.如权利要求1所述的宽视场超高分辨率成像系统，其中，每一个窄视场长焦成像子系统采用定焦技术对设计景深范围内并在窄视场长焦成像子系统视场内的景物进行清晰成像。
14.如权利要求1所述的宽视场超高分辨率成像系统，其中，所述图像处理装置包括下述模块中的至少之一：
颜色校畸模块，替代每个窄视场长焦成像子系统的自动白平衡功能进行所成图像的颜色畸变校正；
几何校畸模块，用于对每个窄视场长焦成像子系统的图像进行几何畸变校正；
亮度校畸模块，用于对每个窄视场长焦成像子系统的图像进行亮度畸变校正；
EDOF或EIDOF解码模块，用于对采用EDOF或EIDOF技术的窄视场长焦成像子系统所成图像的解码。
15.如权利要求1所述的宽视场超高分辨率成像系统，其中，
所述M×N窄视场长焦成像子系统阵列为3×3窄视场长焦成像子系统阵列，其中，水平相邻窄视场长焦成像子系统的主光轴夹角ωh为16.2°，垂直相邻窄视场长焦成像子系统的主光轴夹角ωv为12.05°，水平交叠角Δωh为0.75°，垂直交叠角Δωv为0.625°，所述HFOV为50.1°，所述VFOV为37.4°。
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