[发明专利]球面成像装置及其成像方法

权利要求书

1.球面成像装置，其特征在于它由光电转换单元（1）和信号处理单元（2）组成，所述光电转换单元（1）的电信号输出端连接信号处理单元（2）的电信号输入端；所述光电转换单元（1）由M个光敏器件组成，每个光敏器件的光接收面为平面，所述M个光敏器件的光接收面均匀设置在同一个球面上，且每个光敏器件的光接收面的中心垂线均经过所述球面的球心；其中，M为正整数。 

2.利用权利要求1所述的球面成像装置的成像方法，其特征在于它的过程如下：

步骤一、根据目标图像，获得球面成像装置的点扩散函数；

步骤二、利用光电转换单元（1）的光敏器件，对目标图像在光接收面上的光强分布进行采样，获得目标图像与点扩散函数的卷积；

步骤三、利用处理单元（2），通过频域变换及在频域空间进行逆滤波的方法，得到目标图像在频域空间的分布；然后经过频域逆变换，获得目标图像在光接收面上的光强分布，完成成像。

3.根据权利要求2所述的球面成像装置的成像方法，其特征在于步骤一所述内容的具体过程为：

目标图像为点目标，点扩散函数由下式描述：

，

上式中，为点目标的光强矢量，为球面光敏器件平面的单位矢量，为矢量和矢量的夹角，p为矢量的标量形式；

建立三维的点扩散函数的数学模型，定义通过q点及x轴的平面与xoz平面之间的夹角为θ_x，通过q点及y轴的平面与yoz平面的夹角为θ_y；以o点为圆心，半径为r的球面上，一个足够远的点目标产生的光强分布用h（θ_x，θ_y）表示，q是球面上的点，代表球面上的光敏器件所在的位置，q点的各个坐标用半径及方向余弦表示为：

x=rcos（α），

y=rcos（β），

z=rcos（γ），

其中，为半径矢量，r为的标量形式，α是半径矢量与x轴的夹角，β是半径矢量与y轴的夹角，γ是半径矢量与z轴的夹角，θ_x和θ_y用方向余弦分别表示为：

tg（θ_x）=y/z=cos（β）/cos（γ），

tg（θ_y）=x/z=cos（α）/cos（γ），

   根据cos²（α）+cos²（β）+cos²（γ）=1及sin²（γ）+cos²（γ）=1，得：

tg²（θ_x）+tg²（θ_y）=tg²（γ）=1/cos²（γ）-1，

由此，获得在（θ_x，θ_y）坐标系下、点目标产生的点扩散函数的数值解，建立h（θ_x，θ_y）的数值描述，获得在（θ_x，θ_y）坐标系中的点扩散函数。

4.根据权利要求3所述的球面成像装置的成像方法，其特征在于所述建立h（θ_x，θ_y）的数值描述的具体过程为：

在（θ_x，θ_y）坐标系中顺序计算在各个角度tg²（θ_x）+tg²（θ_y）的数值，然后计算相应的cos（γ）；令h（θ_x，θ_y）=cos（γ）；最后遍历所有（θ_x，θ_y），其中θ_x=-π～π，θ_y=-π～π，即获得在（θ_x，θ_y）坐标系中的点扩散函数。

5.根据权利要求2所述的球面成像装置的成像方法，其特征在于步骤二所述的目标图像与点扩散函数的卷积为：

g（x,y）=h（x,y）*f（x,y），

   其中，f（x,y）为目标图像的点集合分布函数，用于描述目标图像；h（x,y）为球面系统的点扩散函数；g（x,y）为f（x,y）和h（x,y）的卷积，它是球面光敏器件的采样获得的结果。

6.根据权利要求5所述的球面成像装置的成像方法，其特征在于步骤三所述内容的具体过程为：

利用处理单元（2），对g（x,y）=h（x,y）*f（x,y）进行频域变换，得到：

G（u,v）=H（u,v）F（u,v），

   其中，G（u,v）为函数g（x,y）经频域变换后的结果，H（u,v）为h（x,y）经频域变换后的结果，F（u,v）为f（x,y）经频域变换后的结果；

在H（u,v）及G（u,v）已知的情况下，得到目标图像在频域空间的分布为：

F（u,v）=G（u,v）/H（u,v）；

   最后，再将F（u,v）通过频域逆变换，即获得目标图像的点集合分布函数f（x,y），也即获得目标图像。