[发明专利]一种大视场小像差龙虾眼成像系统

说明书

本发明公开了一种大视场小像差龙虾眼成像系统，物镜的每个小眼为微小四棱台，微小四棱台的内壁面形为自由曲面，半球面形物镜可以看作是由互相紧贴但不同半径的立体圆环构成，立体圆环由多个微小四棱台绕一圈形成；从物镜最外围的一圈四棱台到中心的一圈四棱台，小四棱台近球心侧的边长相等，四棱台侧面的夹角逐渐减小，由此可使得物镜的焦距具有一定变化，越靠近中心的微通道焦距越长；由于微通道的焦距变化，物镜在距离为R处的像面是平面而非球面，实现了在大视场范围内对目标的高分辨、多谱段，平面成像，解决系统工作谱段受光学材料限制的问题，有效消除了传统龙虾眼结构成像不可避免的大场曲，减小了系统像差，提高像面能量均匀性，能够有效压缩系统尺寸重量，具有明显提升系统工作能力、实现应用部署的效果。

技术领域

本发明属于探测技术领域，具体涉及一种大视场小像差龙虾眼成像系统。

背景技术

在目标告警、灾后搜救等工作场景中，对光学系统的探测视场范围、信道数量和成像分辨率都有着不懈提升的需求。光学系统可监视探测的视场范围越大，系统越可以尽早发现目标，为之后的防御措施或施救工作争取大量时间；光学系统的工作谱段越宽、成像分辨率越高，获得的目标信息量越大，越利于目标准确分类和识别，降低系统的虚警率，提高系统识别的准确度。但众所周知，光学系统的视场范围和成像分辨率是互为矛盾的关系，光学系统的工作谱段范围受到光学材料特性的限制，传统的设计方式难以使视场、工作谱段和成像分辨率三者兼得，通常会造成系统结构复杂、重量增大、成本提升等问题，不利于系统的实际生产和部署使用。传统方法实现多谱段大视场高分辨的光学系统设计并使系统轻量化是非常困难的。

在仿生系统设计方面，文章《超大视场变焦仿生光学系统设计》(DOI：10.3788/IRLA201645.0818004)采用基于鱼眼镜头的技术方案，通过最前端鱼眼镜头实现了最大视场范围164度，后端通过改变透镜形状设计实现系统焦距变化，能满足大视场范围探测变分辨率成像，但由于镜头设计难度大、变焦距镜片结构受限，系统的焦距值较小，变焦放大倍率有限，系统分辨率限制了系统的工作距离只能在较近范围。

申请号201110310911.0的专利《龙虾眼红外侦察告警器》，该专利采用基于龙虾眼透镜的红外光波段侦察方案，通过龙虾眼收集红外目标辐射能量，并由焦面位置的非制冷红外球面探测器接收。但该系统工作谱段单一，仅在红外波段内工作，对于可见光目标无响应，且球面探测器加工难度大，制造成本高昂，以国内现有技术水平，难以推广实用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种大视场小像差龙虾眼成像系统，可实现在大视场范围内开展探测、告警工作，获取视场范围内关键目标的多谱段信息和高分辨图像，有效提高探测准确度，应用于目标告警、灾后搜救任务中具有显著优势和广阔前景。

一种龙虾眼成像系统，其中的物镜(1)采用龙虾眼结构，物镜(1)的每个小眼为四棱台；若干四棱台紧密布置，构成一个半球面；该半球面看作是由互相紧贴但不同半径的立体圆环构成，立体圆环由多个所述四棱台绕一圈形成；从物镜(1)最外围的一圈四棱台到中心的一圈四棱台，四棱台侧面的夹角逐渐减小，各圈四棱台的像面为同一平面。

进一步的，还包括基于二维范德华异质PN结的多波段的探测器(3)，用于对所述像面的光线进行多谱段成像。

进一步的，还包括信息处理与调控系统(4)以及位姿调整机构(5)；信息处理与调控系统(4)对探测器(3)获取的图像进行处理，对目标进行初定位，并向位姿调整机构(5)发出控制信号；同时对探测器(3)获取的图像进行分析识别，给出目标判别信息；

所述位姿调整机构(5)目标初步定位信息，调整物镜(1)和探测器(3)转动方向，使成像系统中心与目标对准。

较佳的，所述四棱台的内壁面形为自由曲面。