[发明专利]基于曲面透镜阵列的宽视场对数极坐标映射成像方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于曲面透镜阵列的宽视场对数极坐标映射成像方法，属于光电图像传感器技术领域。

背景技术

对数极坐标映射成像技术模拟了人眼视网膜的非均匀采样机理，可降低信息冗余。同时，基于该技术可获得目标的尺度与旋转不变性，进而消除目标尺度与旋转变化的影响，从而提高光电探测系统对运动目标的探测与跟踪的速度与精度。因此，对数极坐标映射成像技术在航空、航天、机器人、智能监控等领域具有广泛的应用前景。

目前，已有的对数极坐标映射成像方法主要通过基于CMOS或CCD工艺的非均匀像素实现，即：基于CMOS或CCD工艺形成不同尺寸的像素，并通过非均匀像素的几何位置分布获得对数极坐标映射能力。该方法主要存在以下问题：(1)采用常规成像光学系统，难以实现大视场成像。(2)受工艺条件限制，难以获得较大的像素尺寸，导致其灵敏度相对较低。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术难以实现大视场成像的问题，本发明提出了一种基于曲面透镜阵列的宽视场对数极坐标映射成像方法。通过曲面非均匀透镜阵列结构实现大视场；通过非均匀透镜阵列对前置光学系统像面的分割，实现硬件对数极坐标映射。最终，获得同时具备大视场、目标尺度与旋转不变性两种特性的光电成像能力。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

一种基于曲面透镜阵列的宽视场对数极坐标映射成像方法，按由上至下的顺序由前置光学系统、曲面非均匀透镜阵列及光电探测阵列构成。

所述前置光学系统为会聚系统，主要对入射光进行会聚。

所述曲面非均匀透镜阵列由按曲面分布的非均匀光学透镜构成：以曲面的顶点为中心，设置M(M>2)环光学透镜，每环内均匀设置N(N>3)个光学透镜，N个光学透镜的圆心均匀分布于环内。在同一圆环内，N个光学透镜的口径及其他光学参数相同；相邻圆环内的光学透镜口径及其他光学参数的设置满足对数极坐标映射的要求。

所述光学透镜环数M>2，光学透镜个数N>3；

所述光电探测阵列用于对曲面非均匀透镜阵列的会聚光进行光电转换，光电探测器阵列的整体光敏面垂直于透镜阵列顶点与光电探测器阵列中心之间的连线。光电探测器阵列中的每一光电探测器均对应曲面非均匀透镜阵列中的一个光学透镜。即：在光电探测器阵列中，第i环、第j个探测器与非均匀透镜阵列中的第i环、第j个光学透镜相对应，且光学透镜的光轴通过所对应光电探测器的光敏面中心。

前置光学系统为会聚系统，位于整个系统的最上端，主要实现入射光的会聚。依据对数极坐标映射要求，对前置光学系统后的像面进行区域分割。在本发明中，子区域分割的过程是这样实现的：

在前置光学系统的像面内，以光轴为中心，分割成M(M>2)环区域，每环均匀分割出N(N>3)个半径相同的圆形子区域，则其采样角δ=2π/N。设像面上距离光轴最近的圆环为第1环，第1环内每个子区域的半径为r₁，第1环子区域中心距离像面中心的距离为R₁，即第1环的半径为R₁；则R₁=r₁/tan(δ/2)。同时，像面内第i环的半径R_i为：

Ri=R1(N+πN-π)i-1---(1)]]>