[发明专利]利用棱镜分光渐晕补偿实现多CCD无缝拼接的光电系统

说明书

技术领域

本发明涉及大视场CCD无缝拼接技术，尤其涉及一种利用棱镜分光渐晕补偿实现多CCD无缝拼接的光电系统。

背景技术

CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合器件)作为图像传感器，广泛应用于航拍、遥感、普通数码相机、红外成像系统等图像获取领域和系统中，以CCD为图像传感接收器的数字成像系统发展迅速，但是由于CCD器件象素数的限制，即使光学成像镜头有非常大的视场和高分辨率，系统还是难以获得很大的信息量。以长波红外CCD成像系统为例，目前国际上能够对我国开放供应的非制冷器件最高象素为384×288，成像系统一次单个CCD成像只能获得11万象素的信息量，使我们的红外探测系统的成像视场、分辨率、探测距离受到限制。在遥感领域，目前常用的CCD象素可以达到4K×5.3K，如果希望地面分辨率优于1米，那么一幅图像的视场不可能大于4km×5.3km，仍然不能满足应用需求。大视场CCD无缝拼接的数字成像系统能够使遥感成像速度大大提高，是遥感领域的一大研究热点。现在的光学数字成像系统，限制系统成像视场角和分辨率的主要是CCD器件。

要获得更大的信息量需要其它方法，主要是扫描技术、拼接技术合多成像系统方法。然而扫描系统需要有运动部件，使系统的可靠性大大降低，是国防、遥感等领域应用的最大障碍。拼接技术虽然不需要运动部件，但由于CCD器件成像区域四周一般都有一个不能成像的边缘，左右或上下两个边缘无法去除，因此直接的CCD拼接将造成一个非常大的成像盲区。另外一种扩大视场的方法是多组“镜头-CCD”成像系统，每一组分别对一部分视场成像，多组成像系统合起来就构成一个更大视场的系统。但是这种方法需要多个镜头，在高象素大视场成像要求下，镜头的成本愈来愈高，已经不是一种优秀的方法。

发明内容

本发明提供一种能够实现多CCD无缝拼接的没有运动部件、没有视场缺失、没有渐晕的光电系统。

一种利用棱镜分光渐晕补偿实现多CCD无缝拼接的光电系统包括：

用于接收外部像面(即外部影像数据)的成像镜头；

用于接收并分割反射来自成像镜头的像面的分光棱镜；

用于接收来自分光棱镜像面的CCD(装有CCD的电路板)。

所述的分光棱镜带有四个反射面，四个反射面互成一定角度，四个反射面可以接收到来自成像镜头的全部像面。每个反射面与成像镜头光轴均不垂直，只有这样才能将来自成像镜头的像面沿非光轴方向分割反射出去，即反射到CCD上，所述的CCD至少带有四个感光面或分为四块，以分别接收来自分光棱镜的四个反射面反射出来的像面。

分光棱镜置于成像镜头后、成像镜头的成像面前的靠近成像镜头的成像面位置。分光棱镜的四个反射面镀有高反射率薄膜，将像面的四个部分分别反射到空间中的四个位置，并在这四个空间位置上分别安放一块CCD。从空间位置看，四块CCD并不在同一个平面，CCD的放置并不会因CCD的非感光区而发生干涉。

分光棱镜的四个反射面均与光轴成45度角，因此经棱镜反射面反射后的四个子成像平面在空间转向了90度，四个子成像面变成与光轴平行了，如图1所示，每一个子成像面分别放置一块CCD。

CCD的感光面面积稍大于与其对应的分光棱镜的反射面反射出来的像面(分割后的子像面)面积；安放CCD时使得四个CCD接收到的图像有重叠。

由于本发明光电系统要将接收到的像面分割并反射到不同的空间位置，需要采用棱镜反射分光，而棱镜反射面无法安装在视场光栏位置，因而不可避免地会造成分割后的子像面部分视场存在渐晕。但是渐晕现象可以通过子像面的重叠部分得到补偿。因而通过消除渐晕并合成后即构成完整的成像视场，不存在视场盲区，真正实现无缝、无运动部件、无渐晕的视场拼接。

本发明光电系统利用CCD视场少量的重叠来接收存在渐晕视场的光能量，渐晕现象通过子像面的重叠部分结合软件算法得到补偿。本发明光电系统没有运动部件、成像视场没有缺失、没有渐晕的大视场、高象素数的成像系统意义是非常巨大的。适合于需要大视场、高分辨率的远距离成像系统，如卫星遥感、飞机航拍、红外侦察防空等领域应用。

附图说明

图1是本发明光电系统立体结构示意图；

图2是本发明光电系统中分光棱镜的立体结构示意图；

图3是本发明光电系统整个成像视场及其四等分分割后的四个子成像区域；

图4是本发明光电系统中四块CCD的所接受的像面及重叠示意图；

(a)为第一块CCD的感光面及其中的翅形渐晕区域和阴影区域；