專利名稱：基于曲面透鏡陣列的寬視場(chǎng)對(duì)數(shù)極坐標(biāo)映射成像方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于曲面透鏡陣列的寬視場(chǎng)對(duì)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。
背景技術(shù)：
對(duì)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(cè)系統(tǒng)對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的探測(cè)與跟蹤的速度與精度。因此，對(duì)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(duì)數(shù)極坐標(biāo)映射成像方法主要通過(guò)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(guò)非均勻像素的幾何位置分布獲得對(duì)數(shù)極坐標(biāo)映射能力。該方法主要存在以下問(wèn)題:(I)采用常規(guī)成像光學(xué)系統(tǒng)，難以實(shí)現(xiàn)大視場(chǎng)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(duì)較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)大視場(chǎng)成像的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種基于曲面透鏡陣列的寬視場(chǎng)對(duì)數(shù)極坐標(biāo)映射成像方法。通過(guò)曲面非均勻透鏡陣列結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)大視場(chǎng)；通過(guò)非均勻透鏡陣列對(duì)前置光學(xué)系統(tǒng)像面的分割，實(shí)現(xiàn)硬件對(duì)數(shù)極坐標(biāo)映射。最終，獲得同時(shí)具備大視場(chǎng)、目標(biāo)尺度與旋轉(zhuǎn)不變性兩種特性的光電成像能力。本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。一種基于曲面透鏡陣列的寬視場(chǎng)對(duì)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(cè)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(duì)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(duì)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(cè)陣列用于對(duì)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(cè)器陣列的整體光敏面垂直于透鏡陣列頂點(diǎn)與光電探測(cè)器陣列中心之間的連線。光電探測(cè)器陣列中的每一光電探測(cè)器均對(duì)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(cè)器陣列中，第i環(huán)、第j個(gè)探測(cè)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(duì)應(yīng)，且光學(xué)透鏡的光軸通過(guò)所對(duì)應(yīng)光電探測(cè)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(duì)數(shù)極坐標(biāo)映射要求，對(duì)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(guò)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:
權(quán)利要求
1.一種基于曲面透鏡陣列的寬視場(chǎng)對(duì)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(cè)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(duì)數(shù)極坐標(biāo)映射要求，對(duì)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(guò)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(chǎng)對(duì)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(duì)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(chǎng)對(duì)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(duì)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(chǎng)對(duì)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>2，光學(xué)透鏡個(gè)數(shù)N>3。
5.按權(quán)利要求1所述的一種基于曲面透鏡陣列的寬視場(chǎng)對(duì)數(shù)極坐標(biāo)映射成像方法，其特征在于:所述光電探測(cè)陣列用于對(duì)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(cè)器陣列的整體光敏面垂直于透鏡陣列頂點(diǎn)與光電探測(cè)器陣列中心之間的連線；光電探測(cè)器陣列中的每一光電探測(cè)器均對(duì)應(yīng)曲面非均勻透鏡陣列中的一個(gè)光學(xué)透鏡；且光學(xué)透鏡的光軸通過(guò)所對(duì)應(yīng)光電探測(cè)器的光敏面中心。
6.按權(quán)利要求1所述的一種基于曲面透鏡陣列的寬視場(chǎng)對(duì)數(shù)極坐標(biāo)映射成像方法，其特征在于:光電探測(cè)器陣列需接收由曲面非均勻透鏡陣列所會(huì)聚的所有光線；且所有光電探測(cè)器的光敏面均在一個(gè)平面內(nèi)；同時(shí)，其空間位置滿足曲面非均勻透鏡陣列的光學(xué)會(huì)聚要求。
7.按權(quán)利要求1或6所述的一種基于曲面透鏡陣列的寬視場(chǎng)對(duì)數(shù)極坐標(biāo)映射成像方法，其特征在于:所述光電探測(cè)器陣列中各光電探測(cè)器具有相同的光敏元尺寸。
8.按權(quán)利要求1所述的一種基于曲面透鏡陣列的寬視場(chǎng)對(duì)數(shù)極坐標(biāo)映射成像方法，其特征在于:具體工作過(guò)程如下: 第一步:基于前置光學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)入射光的會(huì)聚； 第二步:基于曲面非均勻光學(xué)透鏡陣列，對(duì)前置光學(xué)系統(tǒng)的像面進(jìn)行分割，使之滿足對(duì)數(shù)極坐標(biāo)映射要求，并同時(shí)獲得較大的探測(cè)視場(chǎng)； 第三步:基于曲面非均勻光學(xué)透鏡陣列中的光學(xué)透鏡，將入射光分別會(huì)聚于所對(duì)應(yīng)的光電探測(cè)器的光敏面上； 第四步:基于光電探測(cè)器陣列中的光電探測(cè)器進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，分別將入射光強(qiáng)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn) 對(duì)數(shù)極坐標(biāo)映射成像。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于曲面透鏡陣列的寬視場(chǎng)對(duì)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(chǎng)對(duì)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(cè)陣列構(gòu)成。本發(fā)明的一種基于曲面透鏡陣列的寬視場(chǎng)對(duì)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(chǎng)，從而可實(shí)現(xiàn)大視場(chǎng)成像。增加了對(duì)數(shù)極坐標(biāo)映射傳感器的靈敏度。
文檔編號(hào)G02B3/06GK103091737SQ20121055205
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2012年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月18日
發(fā)明者郝群, 宋勇, 樊凡, 曹杰, 劉韜 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)