[发明专利]一种仿生光学成像系统

说明书

本发明涉及大视场高分辨成像技术领域，特别是一种仿生光学成像系统。该成像系统至少包括两个子系统，每个子系统包括一个同心球物镜和至少两个子孔径相机，每个子系统的每个子孔径相机的光轴通过相应的子系统的同心球物镜的中心，设置子孔径相机成像的图像间隔设定视场角，再通过各子系统的图像交叉重叠对间隔设定视场角的空缺部分进行互补，并在设定的视场范围内连续，使得相邻子孔径相机间隔一定角度，有效防止了子孔径之间的干涉现象，使成像系统渐晕降低，视场范围内具有良好的照度均匀性，解决了现有大视场高分辨光学成像系统存在结构干涉和采集图像边缘视场渐晕导致的成像质量较差、拼接困难等问题。

技术领域

本发明涉及大视场高分辨成像技术领域，特别是一种仿生光学成像系统。

背景技术

光学成像设备相对于雷达具有高分辨率、可视化、被动探测等特点，因此被广泛应用于监视、侦查、搜救等各种领域。假设光学系统的视场角为θ，角分辨率为γ，成像视场范围外接于图像传感器的矩形光敏面，图像传感器的单边像元数为N_H×N_V，则存在：

由此可知，当选定图像传感器后(N_H与N_V为定值)，γ值越小(即角分辨率越高)，则θ值越小(即视场角越小)，视场角受到角分辨率限制；当角分辨率γ一定时，限于图像传感器的制造工艺，N_H和N_V不可能无限大，因此光学系统视场角θ最大值受图像传感器参数限制。

然而，在一些典型应用情况下，往往要求光学系统在很大的视场范围内具有很高的成像分辨率。如海上搜救需要在最短的时间内，尽可能搜索最大的海面范围，寻找失踪人员或碎片残骸；又如重要活动的空中监控，需要及时发现较大区域内的某个或某些特定小区域内可能发生的突发情况，定位并跟踪可疑的个人及车辆。这些应用情况都要求系统同时具备大视场角、高角分辨率以及高的成像总分辨率，因此，如何解决视场大小与分辨率之间的制约关系问题成为技术应用的关键因素。

为实现大视场和高分辨率的光学成像系统，通过扫描式拼接成像原理，利用线阵或面阵CCD整体旋转扫描进行大视场高分辨率成像；或使图像传感器固定不动，利用振镜扫描改变视场范围，进行图像拼接；又或使用广角镜头，利用图像传感器平移，多次成像实现大视场高分辨率成像，但上述扫描式拼接成像的共同缺点是存在成像时间差，在拍摄静态目标时无明显表现，但如果目标与相机之间存在相对运动，则会导致很大的重影问题。为了解决上述问题，还可利用多个摄像机以不同角度对准同一个球心获取图像再进行拼接；或利用多个摄像机分层安装，忽略层次之间的视场范围差别，对准不同方向成像再进行拼接，但多摄像机成像的共同缺点是在视场角一定的情况下，随着总分辨率的增加，系统体积成指数增加，扩展性和实用性不强。

有中国专利公告号为CN103698900B的专利文献公开了一种用于大规模高分辨率遥感相机的光学成像系统，其中微小透镜阵列位于前置物镜和探测器焦平面之间，前置物镜采用同心对称的球形透镜结构，以获取大视场场景；微小透镜阵列的每个通道由一组分离的双胶合透镜组构成，用于在其所承担通道的小视场范围内实现精细像差校正，形成多个独立的成像通道，将整个视场内信息无任何损失地全部成像至探测器焦平面上，在大视场内各处都获得衍射极限性能的高分辨率成像。但上述光学成像系统将个子孔径采集传感器并列设置，真正实施时每个相邻的子孔径之间必然存在子孔径干涉，且子孔径边缘视场渐晕严重，严重影响了成像质量和图像拼接效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种仿生光学成像系统，用以解决现有大视场高分辨光学成像系统存在结构干涉和采集图像边缘视场渐晕导致的成像质量较差的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种仿生光学成像系统，包括以下系统技术方案：