CN104320565B - 一种多镜头探测器阵列曲面像面拼接方法 - Google Patents
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Abstract
一种多镜头探测器阵列曲面像面拼接方法属于大视场数字成像技术领域，目的在于解决现有技术存在的操作复杂、成本高和后期处理难度大的问题。本发明采用如下技术方案：多组像面为曲面的成像镜头通过各自曲面像面上的探测器阵列采集图像，通过多组探测器阵列与各自光轴不同方向的错位安装，形成多组错开互补的网状图像，通过拼接获取无缝大视场图像；所述探测器阵列根据各组成像镜头曲面像面的面型，采用曲面点排布的数学拓扑方法，计算得到布局，使得多个探测器阵列之间的拓扑排布相互错开，边界交叠。本发明省去矫正场曲的操作降低了成像镜头的复杂度，减小了系统加工成本，简化了后期图像拼接处理的复杂程度，省去了大量的计算处理步骤。
Description
技术领域
本发明属于大视场数字成像技术领域，具体涉及一种多镜头探测器阵列曲面像面拼接方法。
背景技术
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，随着探测器拼接技术的发展，单个探测器尺寸对成像视场大小的限制已经得到了有效的解决，然而对于大视场高像素的成像光学系统，在像面为平面的情况下，矫正场曲是系统设计的关键，一般场曲矫正较好的镜头结构都十分复杂，这给光学系统的加工和制造带来了很大的困难，复杂的光学镜头结构也同时大大增加了系统的制造成本，限制了大视场高像素拼接方法的进一步发展和应用。
公开号为CN101068016的中国专利公开了一种发明名称为实现多CCD无缝拼接的光电系统的技术方案，对于此类平面拼接系统，需要矫正场曲，使得镜头结构操作非常复杂，加工制造成本昂贵，同时存在轴外和轴上视场像差结构差异较大，轴外视场的像差很难矫正，同时像面视场照度不均匀，使得后期的拼接处理需要补偿渐晕，畸变等一系列不利因素。
发明内容
本发明的目的在于提出一种多镜头探测器阵列曲面像面拼接方法，解决现有技术存在的操作复杂、成本高和后期处理难度大的问题。
为实现上述目的，本发明的一种多镜头探测器阵列曲面像面拼接方法采用如下技术方案：多组像面为曲面的成像镜头通过各自曲面像面上的探测器阵列采集图像，通过多组探测器阵列与各自光轴不同方向的错位安装，形成多组错开互补的网状图像，通过拼接获取无缝大视场图像；
所述探测器阵列根据各组成像镜头曲面像面的面型，采用曲面点排布的数学拓扑方法，计算得到布局，使得多个探测器阵列之间的拓扑排布相互错开，边界交叠。
系统所包含的成像镜头具体指至少3组。
多组成像镜头的使用结构参数完全相同，所述成像镜头为长焦距远距离成像、广角物方视场、大面积弯曲像面镜头。
多组成像镜头并排放置，光轴平行，成像区域一致。
本发明的有益效果为：本发明的一种多镜头探测器阵列曲面像面拼接方法采用像面为曲面的光学系统，省去了矫正场曲的操作，同时轴外轴上像差和照度更容易得到较好的一致性，同时畸变也较平面像面容易控制，一方面降低了成像镜头的复杂程度，减小了系统的加工制造成本，另一方面，大像面良好的照度一致性和畸变控制简化了后期图像拼接处理的复杂程度，省去了大量的计算处理步骤，使得图像的采集速度得到了有效的提高，从而有着更好的实时性。采用曲面点排布的数学拓扑方法，计算得到布局，使得多个探测器阵列之间的拓扑排布相互错开，边界交叠，可以有效的提高像素利用率，使得各个探测器采集到的图像有足够的用于交叠的区域，实现无缝视场覆盖，同时交叠区域又不至于过大，浪费有效像素，无运动部件，系统稳定可靠，实时性良好，比较适合航拍监控，卫星遥感等领域。
附图说明
图1为本发明的一种多镜头探测器阵列曲面像面拼接方法的结构示意图；
图2为本发明的一种多镜头探测器阵列曲面像面拼接方法拼接原理示意图；
其中：1、第一组成像系统，2、第二组成像系统，3、第三组成像系统，4、第四组成像系统。
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。
本发明的一种多镜头探测器阵列曲面像面拼接方法采用如下技术方案：多组像面为曲面的成像镜头通过各自曲面像面上的探测器阵列采集图像，通过多组探测器阵列与各自光轴不同方向的错位安装，形成多组错开互补的网状图像，通过拼接获取无缝大视场图像；
所述探测器阵列根据各组成像镜头曲面像面的面型，采用曲面点排布的数学拓扑方法，计算得到布局，使得多个探测器阵列之间的拓扑排布相互错开，边界交叠。
多组成像镜头的使用结构参数完全相同，所述成像镜头为长焦距远距离成像、广角物方视场、大面积弯曲像面镜头。
多组成像镜头并排放置，光轴平行，成像区域一致。
实施例一
参照图1，所述多组像面为曲面的成像镜头具体指4组。成像单元包括四组相同的镜头在各自的球面像面上成像，通过各自像面上的探测器阵列采集图像，球面上探测器阵列的排布方法为：行列探测器按水平角和俯仰角两个方向分别均匀间隔角度排列，使得水平角方向相邻两探测器的水平角角度不大于单个探测器该方向实际感光角度的2倍，且大于单个探测器水平角方向的封装角度；俯仰角方向相邻两探测器的俯仰角角度不大于单个探测器该方向实际感光角度的2倍，且大于单个探测器俯仰角方向的封装角度，通过四组探测器阵列与各自光轴不同方向的错位安装，形成四组错开互补的网格状图像，通过图像拼接形成全视场无缝图像。
参见附图2，所述四组探测器阵列的排布方式为：
在本发明的一个实施例中，每一组像面电路板上探测器阵列都取4×8的阵列，行相邻探测器水平角间隔15°，列相邻探测器俯仰角间隔13°，四组探测器阵列拼接后视场为120°×50°。
第一组成像系统1中，同一行相邻探测器中心点的水平角间距为α＝15°，同一列相邻探测器俯仰角间隔13°，以光轴和像面的交点为像面中心点，则该中心点的水平和俯仰角坐标为(0，0)，沿水平角方向左偏移探测器组7°，沿俯仰角方向上移探测器组6°，使得离该中心点最近探测器中心方位坐标为(-7°，6°)；
第二组成像系统2中，同一行相邻探测器中心点的水平角间距为α＝15°，同一列相邻探测器俯仰角间隔13°，以光轴和像面的交点为像面中心点，则该中心点的水平和俯仰角坐标为(0，0)，沿水平角方向右偏移探测器组7°，沿俯仰角方向上移探测器组6°，使得离该中心点最近探测器中心方位坐标为(7°，6°)。
第三组成像系统3中，同一行相邻探测器中心点的水平角间距为α＝15°，同一列相邻探测器俯仰角间隔13°，以光轴和像面的交点为像面中心点，则该中心点的水平和俯仰角坐标为(0，0)，沿水平角方向右偏移探测器组7°，沿俯仰角方向下移探测器组6°，使得离该中心点最近探测器中心方位坐标为(7°，-6°)。
第四组成像系统4中，同一行相邻探测器中心点的水平角间距为α＝15°，同一列相邻探测器俯仰角间隔13°，以光轴和像面的交点为像面中心点，则该中心点的水平和俯仰角坐标为(0，0)，沿水平角方向左偏移探测器组7°，沿俯仰角方向下移探测器组6°，使得离该中心点最近探测器中心方位坐标为(-7°，-6°)。
通过相加运算和常用的图像处理方法将上述四组组成像系统像面通过拼接组合可以形成大视场高分辨无缝的全景视场图，用于满足客户的应用需求。
本发明通过对球面像面探测器阵列的拼接，在获取大视场高分辨的前提下，与传统的平面拼接相比，由于避免了矫正场曲，边缘视场像差更加容易控制，从而有效降低了光学系统的复杂程度，降低了系统的加工制造成本，同时获得了更高的工作稳定性。
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 (4)
1.一种多镜头探测器阵列曲面像面拼接方法，其特征在于，多组像面为曲面的成像镜头通过各自曲面像面上的探测器阵列采集图像，通过多组探测器阵列与各自光轴不同方向的错位安装，形成多组错开互补的网状图像，通过拼接获取无缝大视场图像；
所述探测器阵列根据各组成像镜头曲面像面的面型，采用曲面点排布的数学拓扑方法，计算得到布局，使得多个探测器阵列之间的拓扑排布相互错开，边界交叠；
通过各自像面上的探测器阵列采集图像，球面上探测器阵列的排布方法为：行列探测器按水平角和俯仰角两个方向分别均匀间隔角度排列，使得水平角方向相邻两探测器的水平角角度不大于单个探测器该方向实际感光角度的2倍，且大于单个探测器水平角方向的封装角度；俯仰角方向相邻两探测器的俯仰角角度不大于单个探测器该方向实际感光角度的2倍，且大于单个探测器俯仰角方向的封装角度。
2.根据权利要求1所述的一种多镜头探测器阵列曲面像面拼接方法，其特征在于，成像镜头具体指至少3组。
3.根据权利要求1所述的一种多镜头探测器阵列曲面像面拼接方法，其特征在于，多组成像镜头的使用结构参数完全相同，所述成像镜头为长焦距远距离成像、广角物方视场、大面积弯曲像面镜头。
4.根据权利要求1所述的一种多镜头探测器阵列曲面像面拼接方法，其特征在于，多组成像镜头并排放置，光轴平行，成像区域一致。
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