[发明专利]一种曲面仿生复眼大视场成像装置及成像方法

说明书

一种曲面仿生复眼大视场成像装置及成像方法，曲面仿生复眼系统的大视场成像技术确定视场中心子眼为主子眼，主子眼左侧为左副子眼，右侧为右副子眼，通过图像拼接和图像融合将子眼图像合成为一个大视场高分辨率的图像，根据已知子眼的视场角和光轴距离计算成像的重叠区域，对主图像左右两侧重叠区域提取特征点，确定重叠区边界后，剪切掉副子眼图像重叠区，剩余部分与主图像拼接，再利用加权融合算法使拼接缝融合，依次进行子眼图像拼接和图像融合操作，直至最后一个副子眼图像拼接完成，最终得到大视场、高分辨率的图像，实现空间目标监测。

技术领域

本发明属于光学仿生技术领域，特别涉及一种曲面仿生复眼大视场成像装置及成像方法。

背景技术

曲面仿生复眼成像是由多个光电子眼成像后进行图像拼接和融合，实现高分辨率、大视场成像的方法。传统的光电成像设备都存在一个弱点就是探测范围有限，不能实现全方位实时目标成像。基于仿生复眼技术的大视场成像系统极大地扩展了光电成像设备的性能，使光电成像设备不需要借助云台旋转即可实现大视场成像，从而实现了大视场的实时监测。这种大视场实时成像方法在场地监控、医学探查、军事侦测和航天制导等领域均有着重要应用前景。然而，目前已有的仿生复眼成像方法存在视场数值有限、分辨率低或者系统复杂等缺点。近几年，随着微纳光刻技术、柔性电子技术和图像处理技术的发展，小型化、大视场、高分辨率成为仿生复眼成像研究的新趋势。

曲面仿生复眼成像的关键技术包括仿生复眼光学透镜的加工装调，复眼光电成像，子眼排布，多图像拼接和融合等。

微透镜是曲面仿生复眼成像系统的重要部分之一，对微透镜的加工质量影响仿生复眼成像的效果。曲面仿生复眼的微透镜的超精密加工精度已经达到纳米级，很难进一步提高。

曲面仿生复眼系统的大视场成像技术主要包括信号采集与图像处理，信号采集与常见的单眼电子摄像机成像原理相同。由于曲面仿生复眼系统由多个子眼组成，图像处理与常规的单眼成像系统不同，曲面仿生复眼中的每个单眼视场角较小，仅能形成局部图像，需要通过图像拼接和图像融合形成一副大视场高分辨率的图像。

图像拼接是将相邻子眼形成的图像进行空间匹配，根据重叠区域的图像特征，经过剪切拼接后形成一幅包含各个子眼图像信息的大视场、高分辨率的全景图像。

图像融合是指将多个子眼获取的图像序列信息综合处理，通过高效的图像信息融合算法去除拼接边缘的接缝暗影，使全景图质量更高。

目前，国内外研究人员提出了多种图像拼接方法和融合算法，主要研究多光谱、多特征点的图像融合算法。并提出了导向滤波信息融合算法、由原始图像探寻兴趣点位置的信息融合算法、重叠区域图像加权融合算法、基于不同分辨率光谱变换的图像融合算法等多种图像融合处理方法。传统的图像拼接方法是基于多个子眼图像同等地位的剪切拼接，需要在全范围内搜索待拼接图像的特征点，计算量大，算法复杂，因此有必要探寻简单有效的图像拼接融合算法，提高图像处理效率，推进仿生复眼成像系统在多领域中的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种曲面仿生复眼大视场成像装置及成像方法，通过该方法可以有效减少曲面复眼图像拼接特征点选取量大，图像处理速度慢的问题，实现快速的大视场实时成像和目标追踪。

本发明采用的技术方案是：一种曲面仿生复眼大视场成像装置及成像方法。

本发明所述的曲面仿生复眼成像装置是由支架、子眼透镜、光电成像器、信号线、电源线组成。其中，支架由双层硬质材料组成，子眼透镜以等间距方式固定在支架外层，光电成像器分别对应子眼透镜固定在支架内层，光电成像器通过子眼透镜采集外界景象，形成子眼图像，电源线为光电成像器提供工作电源，信号线将子眼图像信号传递到中央处理器，中央处理器对多个子眼图像进行拼接和融合处理，最终形成大视场高分辨率的复眼图像。

该系统在半球形支架上安置多个微小图像探测器，每个微小图像探测器是曲面仿生复眼的一个子眼，用于采集子眼图像。