基于曲面透鏡陣列的寬視場對數(shù)極坐標(biāo)映射成像方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種基于曲面透鏡陣列的寬視場對數(shù)極坐標(biāo)映射成像方法，屬于光電圖像傳感器技術(shù)領(lǐng)域。一種基于曲面透鏡陣列的寬視場對數(shù)極坐標(biāo)映射成像方法，按由上至下的順序由前置光學(xué)系統(tǒng)、曲面非均勻透鏡陣列及光電探測陣列構(gòu)成。本發(fā)明專利技術(shù)的一種基于曲面透鏡陣列的寬視場對數(shù)極坐標(biāo)映射成像方法，由于采用曲面光學(xué)透鏡陣列結(jié)構(gòu)，擴(kuò)大了成像系統(tǒng)的視場，從而可實(shí)現(xiàn)大視場成像。增加了對數(shù)極坐標(biāo)映射傳感器的靈敏度。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種，屬于光電圖像傳感器

技術(shù)介紹
對數(shù)極坐標(biāo)映射成像技術(shù)模擬了人眼視網(wǎng)膜的非均勻采樣機(jī)理，可降低信息冗余。同時(shí)，基于該技術(shù)可獲得目標(biāo)的尺度與旋轉(zhuǎn)不變性，進(jìn)而消除目標(biāo)尺度與旋轉(zhuǎn)變化的影響，從而提高光電探測系統(tǒng)對運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的探測與跟蹤的速度與精度。因此，對數(shù)極坐標(biāo)映射成像技術(shù)在航空、航天、機(jī)器人、智能監(jiān)控等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。目前，已有的對數(shù)極坐標(biāo)映射成像方法主要通過基于CMOS或CXD工藝的非均勻像素實(shí)現(xiàn)，即:基于CMOS或C⑶工藝形成不同尺寸的像素，并通過非均勻像素的幾何位置分布獲得對數(shù)極坐標(biāo)映射能力。該方法主要存在以下問題:(I)采用常規(guī)成像光學(xué)系統(tǒng)，難以實(shí)現(xiàn)大視場成像。(2)受工藝條件限制，難以獲得較大的像素尺寸，導(dǎo)致其靈敏度相對較低。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)大視場成像的問題，本專利技術(shù)提出了一種。通過曲面非均勻透鏡陣列結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)大視場；通過非均勻透鏡陣列對前置光學(xué)系統(tǒng)像面的分割，實(shí)現(xiàn)硬件對數(shù)極坐標(biāo)映射。最終，獲得同時(shí)具備大視場、目標(biāo)尺度與旋轉(zhuǎn)不變性兩種特性的光電成像能力。本專利技術(shù)的目的是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。一種，按由上至下的順序由前置光學(xué)系統(tǒng)、曲面非均勻透鏡陣列及光電探測陣列構(gòu)成。所述前置光學(xué)系統(tǒng)為會(huì)聚系統(tǒng)，主要對入射光進(jìn)行會(huì)聚。所述曲面非均勻透鏡陣列由按曲面分布的非均勻光學(xué)透鏡構(gòu)成:以曲面的頂點(diǎn)為中心，設(shè)置M(M>2)環(huán)光學(xué)透鏡，每環(huán)內(nèi)均勻設(shè)置N(N>3)個(gè)光學(xué)透鏡，N個(gè)光學(xué)透鏡的圓心均勻分布于環(huán)內(nèi)。在同一圓環(huán)內(nèi)，N個(gè)光學(xué)透鏡的口徑及其他光學(xué)參數(shù)相同；相鄰圓環(huán)內(nèi)的光學(xué)透鏡口徑及其他光學(xué)參數(shù)的設(shè)置滿足對數(shù)極坐標(biāo)映射的要求。所述光學(xué)透鏡環(huán)數(shù)M>2，光學(xué)透鏡個(gè)數(shù)N>3 ；所述光電探測陣列用于對曲面非均勻透鏡陣列的會(huì)聚光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，光電探測器陣列的整體光敏面垂直于透鏡陣列頂點(diǎn)與光電探測器陣列中心之間的連線。光電探測器陣列中的每一光電探測器均對應(yīng)曲面非均勻透鏡陣列中的一個(gè)光學(xué)透鏡。即:在光電探測器陣列中，第i環(huán)、第j個(gè)探測器與非均勻透鏡陣列中的第i環(huán)、第j個(gè)光學(xué)透鏡相對應(yīng)，且光學(xué)透鏡的光軸通過所對應(yīng)光電探測器的光敏面中心。前置光學(xué)系統(tǒng)為會(huì)聚系統(tǒng)，位于整個(gè)系統(tǒng)的最上端，主要實(shí)現(xiàn)入射光的會(huì)聚。依據(jù)對數(shù)極坐標(biāo)映射要求，對前置光學(xué)系統(tǒng)后的像面進(jìn)行區(qū)域分割。在本專利技術(shù)中，子區(qū)域分割的過程是這樣實(shí)現(xiàn)的:在前置光學(xué)系統(tǒng)的像面內(nèi)，以光軸為中心，分割成M(M>2)環(huán)區(qū)域，每環(huán)均勻分割出N(N>3)個(gè)半徑相同的圓形子區(qū)域，則其采樣角δ =2 π /N。設(shè)像面上距離光軸最近的圓環(huán)為第I環(huán)，第I環(huán)內(nèi)每個(gè)子區(qū)域的半徑為Γι，第I環(huán)子區(qū)域中心距離像面中心的距離為R1,即第I環(huán)的半徑為R1 ;則R^r1Aan (δ /2)。同時(shí)，像面內(nèi)第i環(huán)的半徑Ri為:本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于曲面透鏡陣列的寬視場對數(shù)極坐標(biāo)映射成像方法，其特征在于：按由上至下的順序由前置光學(xué)系統(tǒng)、曲面非均勻透鏡陣列及光電探測陣列構(gòu)成；前置光學(xué)系統(tǒng)為會(huì)聚系統(tǒng)，位于整個(gè)系統(tǒng)的最上端，主要實(shí)現(xiàn)入射光的會(huì)聚；依據(jù)對數(shù)極坐標(biāo)映射要求，對前置光學(xué)系統(tǒng)后的像面進(jìn)行區(qū)域分割；在本專利技術(shù)中，子區(qū)域分割的過程是這樣實(shí)現(xiàn)的：在前置光學(xué)系統(tǒng)的像面內(nèi)，以光軸為中心，分割成M環(huán)區(qū)域，每環(huán)均勻分割出N個(gè)半徑相同的圓形子區(qū)域，則其采樣角δ=2π/N；設(shè)像面上距離光軸最近的圓環(huán)為第1環(huán)，第1環(huán)內(nèi)每個(gè)子區(qū)域的半徑為r1，第1環(huán)子區(qū)域中心距離像面中心的距離為R1，即第1環(huán)的半徑為R1；則R1＝r1/tan(δ/2)；同時(shí)，像面內(nèi)第i環(huán)的半徑Ri為：Ri=R1(N+πN-π)i-1---(1)在曲面非均勻透鏡陣列中，每一透鏡的位置和視場角由前置光學(xué)系統(tǒng)像面圓形子區(qū)域的位置及半徑?jīng)Q定；曲面非均勻透鏡陣列中每一透鏡的位置與像面中圓形子區(qū)域的位置是一一對應(yīng)的；不同口徑的光學(xué)透鏡構(gòu)成的環(huán)形透鏡組沿曲面的經(jīng)線方向排列，且互相不重合，其相互位置滿足對數(shù)極坐標(biāo)映射要求；每一透鏡的光軸需落在其對應(yīng)的圓形子區(qū)域中，優(yōu)選為圓心附近；曲面的中心軸為OP，半徑為R0，第i環(huán)內(nèi)透鏡的口徑為Di，透鏡的視場角為β；距曲面頂點(diǎn)最近的一環(huán)為第1環(huán)，第1環(huán)透鏡的光軸與OP之間的夾角為θ，其后每環(huán)透鏡的光軸與OP之間的夾角由分割后的像面子區(qū)域決定；系統(tǒng)的視場由非均勻透鏡陣列的規(guī)模決定，其視場大于2arctan(Rmax/R0)；Rmax為曲面非均勻透鏡陣列中最外環(huán)任意透鏡中心點(diǎn)距離OP的距離；設(shè)透鏡的口徑為Di，透鏡視場角為βi，透鏡主截面與像面之間的夾角為αi，且兩者之間沿光軸方向的距離為d，OP＝1，透鏡所對應(yīng)像面子區(qū)域的半徑為ri，因此，有l(wèi)=sin(π/2-βi/2+αi)·sin(π/2-βi/2-αi)sin(π/2-βi/2+αi)+sin(π/2-βi/2-αi)·2risinβi/2d=l-Di2·tanβi/2---(2)則可得到每環(huán)光學(xué)透鏡的口徑Di。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于曲面透鏡陣列的寬視場對數(shù)極坐標(biāo)映射成像方法，其特征在于:按由上至下的順序由前置光學(xué)系統(tǒng)、曲面非均勻透鏡陣列及光電探測陣列構(gòu)成； 前置光學(xué)系統(tǒng)為會(huì)聚系統(tǒng)，位于整個(gè)系統(tǒng)的最上端，主要實(shí)現(xiàn)入射光的會(huì)聚；依據(jù)對數(shù)極坐標(biāo)映射要求，對前置光學(xué)系統(tǒng)后的像面進(jìn)行區(qū)域分割；在本發(fā)明中，子區(qū)域分割的過程是這樣實(shí)現(xiàn)的: 在前置光學(xué)系統(tǒng)的像面內(nèi)，以光軸為中心，分割成M環(huán)區(qū)域，每環(huán)均勻分割出N個(gè)半徑相同的圓形子區(qū)域，則其采樣角δ =2 π /N ;設(shè)像面上距離光軸最近的圓環(huán)為第I環(huán)，第I環(huán)內(nèi)每個(gè)子區(qū)域的半徑為A，第I環(huán)子區(qū)域中心距離像面中心的距離為R1,即第I環(huán)的半徑為R1 ;則R1 = r1/tan( δ /2);同時(shí),像面內(nèi)第i環(huán)的半徑Ri為:2.按權(quán)利要求1所述的一種基于曲面透鏡陣列的寬視場對數(shù)極坐標(biāo)映射成像方法，其特征在于:所述前置光學(xué)系統(tǒng)為會(huì)聚系統(tǒng)，主要對入射光進(jìn)行會(huì)聚。3.按權(quán)利要求1所述的一種基于曲面透鏡陣列的寬視場對數(shù)極坐標(biāo)映射成像方法，其特征在于:所述曲面非均勻透鏡陣列由按曲面分布的非均勻光學(xué)透鏡構(gòu)成:以曲面的頂點(diǎn)為中心，設(shè)置M環(huán)光學(xué)透鏡，每環(huán)內(nèi)均勻設(shè)置N個(gè)光學(xué)透鏡，N個(gè)光學(xué)透鏡的圓心均勻分布于環(huán)內(nèi)；在同一圓環(huán)內(nèi)，N個(gè)光學(xué)透鏡的口徑及其他光學(xué)參數(shù)相同；相鄰圓環(huán)內(nèi)的光學(xué)透鏡口徑及其他光學(xué)參數(shù)的設(shè)置滿足對數(shù)極坐標(biāo)映射的要求。4.按權(quán)利要求1或3所述的一種基于曲面透鏡陣列的寬視場對數(shù)極坐標(biāo)映射成像方法，其特征在于:所述光學(xué)透鏡環(huán)數(shù)M&g...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：郝群，宋勇，樊凡，曹杰，劉韜，
申請(專利權(quán))人：北京理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：