[发明专利]利用非球面反射镜实现折返式全景望远组合成像装置及其方法

说明书

技术领域

    本发明涉及透镜成像装置及其方法，可通过单一传感器实现全景观测和局部望远放大两种功能。

背景技术

基于折反射式的全景成像技术是一种结合了传统相机与反射镜的成像技术。它利用反射镜将大视场的光线反射成为视场较小的光线，从而只需要普通的相机与镜头即可实现全景大范围的目标监测，不同于折射式全景系统，此种结构较适合监测探测器后方360°空间内的全景区域。此类全景系统较多的采用连续的球面或圆锥曲面作为反射镜实现广角光线的收集。折返式全景成像光学系统有视场大，结构简单，易于实现等特点，适用于安防监视、机器人视觉、自动导航等需要大视场周视观测的应用领域，但其存在的最大缺点是相机镜头垂直向上直接对着反射镜放置，其中间的视场势必会将镜头的形貌反射到镜头的成像区域中，这部分区域对于像面有效像素的利用率来说是浪费的。为了减小此部分在像面所占的大小一般只能缩小镜头的尺寸，但为了保证传感器接收到足够的通光量，镜头的直径不能无限制的缩小，目前所采用的方式往往是通过软件将此部分成像区域去除，形成一个环带像面。另一方面，全景光学系统由于其超广角的特性，像面放大率较小，若要对环带像上的某区域实现局部放大，一种方式是采用更大的或像素密度更高的传感器，这种方式不能将中央镜头所占的像面面积缩小，而且整体系统的体积会变得更大，制造成本和制造难度都会大大增加；另一种方法是在其附近另外增加一套望远光学系统作为辅助，但这样会导致系统复杂性增加，并且由于其存在也会在像面中占用部分的视场，在某个角度形成视觉盲区，此外想要其快速转向全景系统像面感兴趣区域的难度也较大，因此实时性较差，且无法实现结构的紧凑性。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供了一种利用折反射全景系统中央被镜头成像所浪费的成像区域，使用单一探测器就能实现全景望远组合成像装置及其方法。

在光轴上顺次设有反光镜、望远镜组、非球面反射镜、成像镜组和探测面，望远镜组的焦距为90mm~100mm，成像镜组的焦距为10mm~15mm，望远镜组和成像镜组的中心空气间隔为80mm~100mm，非球面反射镜的外径为100mm~120mm，中心通孔直径为20mm~30mm，圆锥系数为-1.5~-2.0，曲率半径为150mm~200mm，凸面朝下放置，下表面镀反射膜，用于反射光线，反光镜能绕光轴转动，将光线导入下方的望远镜组和成像镜组。

所述装置的利用非球面反射镜实现折返式全景望远组合成像方法，其特征在于光线通过反光镜的反射，望远镜组、成像镜组的折射后在探测面上形成一个中心成像圆，光线经过非球面反射镜反射和成像镜组折射后在探测面形成环带像面，物点P发出的一条光线经过反光镜反射、望远镜组折射，穿过非球面反射镜中心孔，最后经过成像镜组折射成像于探测面的中心成像圆中，形成第一像点P1，物点P发出的第二条光线经过非球面反射镜反射和成像镜组折射后成像于探测面上的环带像面中，形成第二像点P2，通过改变望远镜组的焦距、成像镜组的焦距、两者的中心距离、非球面反射镜的圆锥系数与其曲率半径使得中心成像圆的外径小于环带像面环带像面的内径，同时两个像面上的像都清晰的成像方法。

本发明利用位于同一光轴上的望远镜组与折返式全景成像系统，将折反射式全景系统中原本被镜头自身成像所浪费的中央像素充分利用，把环带像中感兴趣的区域通过其上方的反光镜与望远镜组在原中心被镜头所占成像区中形成一个放大的像，从而仅使用单一传感器即实现了全景与望远的双重功能。该系统由于有效利用了反射式全景系统被浪费的中央无效成像区域，弥补了全景系统中的最大缺陷，实现了传感器有效像素利用率的最大化。该全景望远成像系统具有如下特点：1）利用了像面上由于镜头自身成像导致的浪费区域；2）使用一套光学系统即实现了全景与望远的双重功能。

附图说明

图1是利用非球面反射镜实现折返式全景望远组合成像装置示意图；

图2是本发明探测面的像面图；

图中：光轴1、反光镜2、望远镜组3、非球面反射镜4、成像镜组5、探测面6、环带像面7、中心成像圆8、第一条光线9、第二条光线10、非球面反射镜中心孔11、物点P、第一像点P1、第二像点P2。

具体实施方式