CN104301590B - 三镜头探测器阵列视频采集装置 - Google Patents

Abstract

三镜头探测器阵列视频采集装置属于大视场视频成像领域，目的在于解决现有技术存在的拼接不紧凑和成本高的问题。本发明包括成像单元和合成单元；成像单元包括三组成像系统，成像系统包括一个摄像镜头和一组探测器阵列，三个摄像镜头成像区域相同，探测器阵列上的每个探测器感光区的形状为正六边形或包含该六边形的任意形状，探测器阵列呈六角排布，行与行之间相互错开半个探测器的位置，相邻两个探测器中心距不大于探测器感光正六边形边长的3倍，大于相邻两个探测器中心连线方向的封装长度，三组探测器阵列相对各自的摄像镜头光轴以上中下三个方位错开互补排列，三组成像系统得到的图像经合成单元拼接得到完整的大视场高分辨率视频图像。

Description

三镜头探测器阵列视频采集装置

技术领域

本发明属于大视场视频成像技术领域，具体涉及一种三镜头探测器阵列视频采集装置。

背景技术

随着半导体感光器件CCD和CMOS制造工艺的日趋成熟，成像仪器向着更高空间，更高分辨率和更大覆盖范围的方向发展；此类相机具有灵敏度高，结构紧凑，重量轻，像元位置准确等优点，同时它能使光学成像和计算机处理技术结合在一起，无论在信息传输，还是图像处理方面都比胶片式相机有很多明显的优点。

随着半导体材料和制造工艺水平的发展，单个探测器的像元数目不断增加，整体尺寸不断变大，但是常用的探测器还是大小有限，随之带来了探测器有限尺寸和光学系统较大成像视场之间的不匹配，尤其，近年来备受重视的航空侦察相机，单片探测器难以满足航空侦察大视场，高分辨率的综合指标要求，探测器的有限尺寸成为了大视场高分辨率成像系统的瓶颈。

现有技术中，有效解决探测器像面覆盖不足的方法主要是将多片探测器连接成一个大视场的探测器阵列，称之为探测器的拼接，多探测器拼接的方案有多种，如机械拼接，光学拼接，相机扫描等，机械拼接是将探测器首位相接连接在一起，该方案结构紧凑，但是探测器边缘处会存在拼接缝隙，从而导致信息遗漏；光学拼接主要是利用棱镜的分光原理，将像面分割成空间分离的多个像面，然后安置多个探测器，同时使相邻探测器首尾重叠，形成大视场的探测器阵列，这种方法由于棱镜分光会引入色差，更重要的是该方法拼接尺寸有限，不适合在大视场相机上的应用；扫描方案就是在相机的光学组件中加装一个扫描镜，使得其结构比较简单，不足之处在于运动部件对控制机械安装和加工精度要求较高，且系统的可靠性低，缺乏实时性。

公开号为CN101068016的中国专利公开了一项发明名称为实现多CCD无缝拼接的光电系统的技术方案，该光电系统为一种四个成像镜头的光电拼接系 统，由于该光电系统采用棋盘的拼接方法，拼接不紧凑；另外，采用四套成像系统，成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提出一种三镜头探测器阵列视频采集装置，解决现有技术存在的拼接不紧凑、成本高的问题，实现探测器边缘的无缝拼接，满足在大视场相机上的应用。

为实现上述目的，本发明的三镜头探测器阵列视频采集装置包括成像单元和合成单元；所述成像单元包括三组成像系统，每组成像系统包括一个摄像镜头和一组探测器阵列，三组成像系统的摄像镜头成像区域相同，探测器阵列上的每个探测器感光区的形状为正六边形或包含该六边形的任意形状，所述探测器阵列呈六角排布，相邻两个探测器中心距不大于探测器感光正六边形边长的3倍，且大于相邻两个探测器中心连线方向的封装长度，三组探测器阵列相对于各自的摄像镜头光轴以上中下三个方位错开互补排列，三组成像系统得到的图像经合成单元拼接得到完整的大视场高分辨率视频图像。

所述六角排布具体指：探测器阵列行与行之间相互错开半个探测器的位置，相邻的三个探测器中心连线为正三角形。

所述三组探测器阵列相对于各自的摄像镜头光轴以上中下三个方位错开互补排列具体为：第一组探测器阵列排布m行探测器，第二组探测器阵列排布n行探测器，由第一组探测器阵列上移正六边形边长a的倍得到，第三组探测器阵列排布p行探测器，由第一组探测器阵列下移正六边形边长a的倍得到，其中：-1≤m-n≤1，-1≤m-p≤1。

本发明的有益效果为：本发明的三镜头探测器阵列视频采集装置采用光轴相互平行的三组镜头，对远距离成像，因为三个镜头相距较近，对应的像方视场几乎完全一样，采用探测器交错互补的三组阵列，构成了一副完整的大视场图像，真正实现了无缝，无运动部件的视场拼接，解决了单个探测器靶面尺寸有限，照片幅面小的问题，可以有效解决监控侦察、航拍测绘、卫星遥感等领域大视场和高分辨的技术难题，本发明尤其适合远距离大视场成像，无运动部件，大大提高了系统的工作稳定性和使用寿命，有良好的实时性，同时所采集 到的视频图像可以放大或缩小以选择广阔的视场或清楚的细节。

附图说明

图1为本发明的三镜头探测器阵列视频采集装置的结构框图；

图2为本发明的三镜头探测器阵列视频采集装置的结构示意图；

图3为本发明的三镜头探测器阵列视频采集装置的拼接原理示意图；

图4为本发明的三镜头探测器阵列视频采集装置形成完整大视场图像的一个示例；

其中：1、摄像镜头，2、探测器阵列。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

参见附图1和附图2，本发明的三镜头探测器阵列视频采集装置包括成像单元和合成单元；所述成像单元包括三组成像系统，每组成像系统包括一个摄像镜头1和一组探测器阵列2，三组成像系统的摄像镜头1成像区域相同，探测器阵列2上的每个探测器感光区的形状为正六边形或包含该六边形的任意形状，所述探测器阵列2呈六角排布，行与行之间相互错开半个探测器的位置，相邻的三个探测器中心连线为正三角形，相邻两个探测器中心距不大于探测器感光正六边形边长的3倍，且大于相邻两个探测器中心连线方向的封装长度，三组探测器阵列2相对于各自的摄像镜头1光轴以上中下三个方位错开互补排列，三组成像系统得到的图像经合成单元拼接得到完整的大视场高分辨率视频图像。

参见附图3，所述三组探测器阵列2相对于各自的摄像镜头1光轴以上中下三个方位错开互补排列具体为：第一组探测器阵列排布m行探测器，第二组探测器阵列排布n行探测器，由第一组探测器阵列上移正六边形边长a的倍得到，第三组探测器阵列排布p行探测器，由第一组探测器阵列下移正六边形边长a的倍得到，其中：-1≤m-n≤1，-1≤m-p≤1。

当m-n＝m-p＝1并且m为奇数时，排布方式为：

第一组探测器阵列排布m行探测器，且阵列关于中心行上下对称，第一行排布m个探测器，第二行向后缩进半个位置，排布m-1个探测器，如此凡奇数 行和第一行对齐排布m个探测器，偶数行和第二行对齐排布m-1个探测器，成像镜头的光轴通过第(m+1)/2行的第(m+1)/2个探测器的中心点；

第二组探测器阵列排布n行探测器，即m-1行，由第一组探测器阵列的第2～m行上移正六边形边长a的倍得到，第一行排布m-1个探测器，第二行向前突出半个位置，排布m个探测器，如此凡奇数行和第一行对齐排布m-1个探测器，偶数行和第二行对齐排布m个探测器，该阵列和成像系统光轴的相对位置可以看作由A组阵列向上移动正六边形边长a的倍，且剔除掉第一行得到。

第三组探测器阵列排布p行探测器，即m-1行，由第一组探测器阵列的第1～m-1行下移正六边形边长a的倍得到，第一行排布m个探测器，第二行向后缩进半个位置，排布m-1个探测器，如此凡奇数行和第一行对齐排布m个探测器，偶数行和第二行对齐排布m-1个探测器，该阵列和成像系统光轴的相对位置可以看作由A组阵列向下移动正六边形边长a的倍，且剔除掉最后一行得到。

综上，本发明将相同的三组摄像镜头1并列放置，每个摄像镜头1像面六角排布几十甚至上百探测器形成阵列，三个阵列之间交错互补，通过合成单元将采集到的三组正六边图像阵列进行拼接合成，最终形成高分辨率大视场的全景图像，解决了视场角和分辨率之间的矛盾。

实施例一：

所述三组探测器阵列2相对于各自的摄像镜头1光轴以上中下三个方位错开互补排列具体为：

第一组探测器阵列排布5行探测器，且阵列关于中心行上下对称，第一行排布5个探测器，第二行向后缩进半个位置，排布4个探测器，如此凡奇数行和第一行对齐排布5个探测器，偶数行和第二行对齐排布4个探测器，成像镜头的光轴通过第3行的第3个探测器的中心点；

第二组探测器阵列排布4行探测器，由第一组探测器阵列的第2～5行上移正六边形边长a的倍得到，第一行排布4个探测器，第二行向前突出半个位置，排布5个探测器，如此凡奇数行和第一行对齐排布4个探测器，偶数行和第二行对齐排布5个探测器，该阵列和成像系统光轴的相对位置可以看作由A 组阵列向上移动正六边形边长a的倍，且剔除掉第一行得到。

第三组探测器阵列排布4行探测器，由第一组探测器阵列的第1～4行下移正六边形边长a的倍得到，第一行排布5个探测器，第二行向后缩进半个位置，排布4个探测器，如此凡奇数行和第一行对齐排布5个探测器，偶数行和第二行对齐排布4个探测器，该阵列和成像系统光轴的相对位置可以看作由A组阵列向下移动正六边形边长a的倍，且剔除掉最后一行得到。

参见附图4，应用本发明在实际应用中达到的一个拍摄效果，其中图4中a、b和c分别为三组探测器阵列2采集到的图像，图4中的d为合成拼接后得到的全局图像。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，由于本发明的重要特点在于探测器阵列2的布局方式，文中的描述旨在说明其原理方法，任何其它的描述方式或不同数学上的变动可能只是对该布局的一个旋转或平移操作，并没有在原理上和本发明有所不同，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变形，则这些非本质的变化、修改、替换和变形仍认为在本发明的申请保护范围以内。

Claims (2)

1.三镜头探测器阵列视频采集装置，包括成像单元和合成单元；其特征在于，所述成像单元包括三组成像系统，每组成像系统包括一个摄像镜头和一组探测器阵列，三组成像系统的摄像镜头成像区域相同，探测器阵列上的每个探测器感光区的形状为正六边形或包含该六边形的任意形状，所述探测器阵列呈六角排布，相邻两个探测器中心距不大于探测器感光正六边形边长的3倍，且大于相邻两个探测器中心连线方向的封装长度，三组探测器阵列相对于各自的摄像镜头光轴以上中下三个方位错开互补排列，三组成像系统得到的图像经合成单元拼接得到完整的大视场高分辨率视频图像；

所述六角排布具体指：探测器阵列行与行之间相互错开半个探测器的位置，相邻的三个探测器中心连线为正三角形。

2.根据权利要求1所述的三镜头探测器阵列视频采集装置，其特征在于，所述三组探测器阵列相对于各自的摄像镜头光轴以上中下三个方位错开互补排列具体为：第一组探测器阵列排布m行探测器，第二组探测器阵列排布n行探测器，由第一组探测器阵列上移正六边形边长a的倍得到，第三组探测器阵列排布p行探测器，由第一组探测器阵列下移正六边形边长a的倍得到，其中：-1≤m-n≤1，-1≤m-p≤1。