[发明专利]一种引入非球面的大视场凝视型成像系统及其成像方法

说明书

本发明公开了一种引入非球面的大视场凝视型成像系统及其成像方法。它采用多孔径分视场结构，包括前置物镜系统和后置中继转像排列系统，各孔径通道独立成像，经融合拼接后获得全视场高分辨率图像。本发明前置物镜采用同心对称结构，以获取超大视场内具有均匀成像性能的两维中间像；后置转像系统对两维中间像进行细分，尤其是采用了非球面中继成像，能进一步精细校正残余像差。本发明充分利用了对称同心物镜视场大和非球面中继成像系统校正像差能力强的特点，在满足大视场凝视成像的前提下，较好的控制了全视场像差，实现了高分辨率的大视场凝视成像。

技术领域

本发明涉及一种用于快速获取大视场范围内高分辨率图像的凝视成像系统及其成像方法，特别涉及一种级联式的，采用多孔径分视场结构的大视场凝视成像系统及其成像方法。

背景技术

近年来，随着无人机应用的普及，机载宽视场高分辨率成像技术在精细农业、林业资源调查、矿物勘探等领域有着广阔的应用需求，然而，宽视场和高分辨率光学系统，需同时具有大视场和大口径，而几何像差随光学系统视场和口径的增大而急剧增加，传统光学系统无法同时兼顾宽视场和高分辨率的成像要求。

由于受地面像元分辨率限制，传统机载相机成像视场通常较小，无法满足大视场高作业效率应用需求，故高分辨率的大视场凝视成像系统一直是机载航空遥感领域不断努力的方向。

在本发明作出之前，中国发明专利CN104034420B公开了光谱成像系统，但其成像的分辨率较低，应用于成像系统时，无法达到高分辨率要求。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提供一种具有视场大，分辨率高，成像性能好和结构简单紧凑，可用于快速获取大视场内高分辨率图像的凝视型成像系统及其成像方法。

实现本发明目的的技术方案是提供一种引入非球面的大视场凝视型成像系统，它采用多孔径分视场结构，沿光线入射方向，依次为前置物镜，中间像面，中继转像阵列和CCD传感器；前置物镜为四片胶合的球面透镜结构，以各球面透镜的球心为中心，呈全对称分布，沿光线入射方向，依次为第一片球面负透镜，第二片球面正透镜，第二片球面负透镜，第二片球面正透镜，前置物镜中各透镜的材料折射率依次对应为n₁₁，n₁₂，n₁₃和n₁₄，它们分别满足条件1.75n₁₁1.85,1.45n₁₂1.55,1.45n₁₃1.55,1.75n₁₄1.85；中继转像排列中的一个单元，其结构为：沿光线入射方向，依次为中继系统第一片球面正透镜，中继系统第二片球面正透镜，第一片非球面负透镜，第二片非球面负透镜，孔径光阑，非球面正透镜，中继系统第三片球面正透镜，中继转像排列中各透镜的材料折射率依次对应为n₃₁，n₃₂，n₃₃，n₃₄，n₃₆和n₃₇，它们分别满足条件1.60n₃₁1.70,1.45n₃₂1.55,1.55n₃₃1.65,1.55n₃₄1.65,1.45n₃₆1.55，1.85n₃₇1.95；所述中继系统第二片球面正透镜的后表面与第一片非球面负透镜的前表面胶合，第一片非球面负透镜的后表面为偶次非球面，其圆锥系数k₁满足条件0k₁1；第二片非球面负透镜的后表面与非球面正透镜的前表面胶合，为偶次非球面，其圆锥系数k₂满足条件-10k₂0；系统的孔径光阑位于第二片非球面负透镜与非球面正透镜的胶合面处。

本发明提供的引入非球面的大视场凝视型成像系统，其焦距f为50mm≤f≤60mm；系统的全视场ω为0°≤ω≤100°；系统的总长L为230mm≤L≤250mm。