[发明专利]球面成像装置及其成像方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学成像装置及成像方法。

背景技术

在典型的光学成像系统中，包括放大镜、望远镜、显微镜等成像系统，均是通过一组光学部件构成的，并通过调焦装置获得清晰的目标图像。其光学系统的设计决定了成像系统的分辨率，通常光学镜头的尺寸越大，成像分辨率越高，并且最高分辨率受光学衍射极限的约束，它与光学镜头的尺寸成反比，与波长成正比，即有δθ∝λ/D，其中δθ为光学成像系统分辨率,λ为波长,D为光学镜头孔径。

为了获得高分辨率的图像，光学系统的镜头尺寸要求很大，其相机的重量也随之增加。例如在卫星遥感应用中，光学相机作为有效载荷，一般重量在200kg以上，即使进行轻量化设计，其重量也在100kg左右，因此光学相机是影响卫星总体指标的重要因素之一。此外，光学相机通常只能在较小的视场内(一般不超过2π)成像。

一方面应用要求高分辨的成像系统，但另一方面受物理实现的约束，使得实际应用过程中不得不进行折中的考虑。在卫星遥感应用中，光学相机的指标确定主要是分辨率、系统重量、研制成本等折中的产物。除此之外，为提高成像质量，相机电子学部分也采用了多项技术，如采用TDICCD器件增加积分时间来提高信噪比等，但同时也对卫星姿态的控制指标提出了更高的要求，间接提高了卫星的研制成本。

发明内容

本发明的目的是解决现有的光学成像系统在保证成像分辨率的条件下、不能够满足卫星遥感成像任务中的系统重量小、视场大及成本低的技术需要的问题，提供了一种球面成像装置及其成像方法。

球面成像装置，它由光电转换单元和信号处理单元组成，所述光电转换单元的电信号输出端连接信号处理单元的电信号输入端；所述光电转换单元由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。

利用上述球面成像装置的成像方法，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，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。

应用本发明的成像装置及方法进行成像，能够得到与传统光学成像系统相同的角度分辨率，但是本发明中不需光学系统，而传统光学成像系统必须有光学系统，因此，本发明可以实现更轻的成像系统；另外,本发明能够实现4π空间的成像,而传统光学成像系统只能在较小的视场内(一般不超过2π)成像，因此，本发明具有更广的成像视场。而且，本发明的成像装置主要由光面器件构成，相对一般光学成像系统，成本较低。

附图说明

图1为本发明的球面成像装置的总体结构示意图；图2为本发明的球面成像装置中的光电转换单元的结构示意图；图3为本发明的球面成像装置的成像方法的流程图；图4为目标在球面上产生的光强分布示意图；图5为坐标系示意图；图6为球面形成的点扩散函数图；图7为用于成像的目标图像；图8为目标图像在光敏器件上的光强分布图；图9为应用本发明获得的成像结果图。

具体实施方式

 具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的球面成像装置，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，它可根据实际需要选择。

具体实施方式二：本实施方式的球面成像装置的成像方法，它利用实施方式一所述的球面成像装置实现，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。

步骤一所述内容的具体过程可为：