專利名稱：實(shí)現(xiàn)多ccd無縫拼接的光電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大視場(chǎng)數(shù)字成像系統(tǒng)，尤其是指一種實(shí)現(xiàn)CCD無縫拼接的光電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
CCD(Charge Coupled Device，電荷耦合器件)作為圖像傳感器，廣泛應(yīng)用于航拍、遙感、普通數(shù)碼相機(jī)、紅外成像系統(tǒng)等圖像獲取領(lǐng)域和系統(tǒng)中。
以CCD為圖像傳感接收器的數(shù)字成像系統(tǒng)發(fā)展迅速，但是由于CCD器件象素?cái)?shù)的限制，即使光學(xué)成像鏡頭有非常大的視場(chǎng)和高分辨率，系統(tǒng)還是難以獲得很大的信息量。以長波紅外CCD成像系統(tǒng)為例，目前國際上能夠?qū)ξ覈_放供應(yīng)的非制冷器件最高象素為384×288，成像系統(tǒng)一次單個(gè)CCD成像只能獲得11萬象素的信息量，使我們的紅外探測(cè)系統(tǒng)的成像視場(chǎng)、分辨率、探測(cè)距離受到限制?，F(xiàn)在的光學(xué)數(shù)字成像系統(tǒng)，限制系統(tǒng)成像視場(chǎng)角和分辨率的主要是CCD器件。
要獲得更大的信息量需要其它方法，主要是掃描技術(shù)和拼接技術(shù)。然而掃描系統(tǒng)需要有運(yùn)動(dòng)部件，使系統(tǒng)的可靠性大大降低，是國防領(lǐng)域應(yīng)用的最大障礙。拼接技術(shù)雖然不需要運(yùn)動(dòng)部件，但由于CCD器件成像區(qū)域四周一般都有一個(gè)不能成像的邊緣，左右或上下兩個(gè)邊緣相加其尺寸接近成像區(qū)域尺寸，因此直接的CCD拼接將造成一個(gè)非常大的成像盲區(qū)。也有采用光學(xué)分光方法將像面分開到不同的空間位置，再用多個(gè)CCD分別獲取圖像信息的方案，但是光學(xué)分光受到系統(tǒng)后截距的限制，而且分光系統(tǒng)仍然會(huì)造成一定的視場(chǎng)缺失。
因此，發(fā)明一種沒有運(yùn)動(dòng)部件、成像視場(chǎng)沒有缺失的大視場(chǎng)、高象素?cái)?shù)的成像系統(tǒng)意義是非常巨大的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種沒有運(yùn)動(dòng)部件、沒有視場(chǎng)缺失，可實(shí)現(xiàn)多CCD無縫拼接的的成像系統(tǒng)。
一種實(shí)現(xiàn)多CCD無縫拼接的光電系統(tǒng)，其特征在于包括四套成像系統(tǒng)，每套成像系統(tǒng)由一成像鏡頭和一電路板組成，所有成像鏡頭的光軸平行，各電路板設(shè)置于其對(duì)應(yīng)成像鏡頭的像面上，電路板上均勻安裝有若干塊CCD，像面寬度方向上相鄰兩CCD的中心距不大于每個(gè)CCD像面寬度方向?qū)嶋H感光寬度的2倍，且大于每個(gè)CCD像面寬度方向的封裝寬度；像面高度方向上相鄰兩CCD的中心距不大于每個(gè)CCD像面高度方向?qū)嶋H感光寬度的2倍，且大于每個(gè)CCD像面高度方向的封裝寬度，四塊電路板與其對(duì)應(yīng)的成像鏡頭光軸中心分別向四個(gè)方向錯(cuò)位安裝，光學(xué)共軛后全部CCD充滿整個(gè)像面視場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)CCD的無縫拼接。
第一套成像系統(tǒng)中，電路板A的中心位于成像鏡頭A像面中心的左上方，以成像鏡頭A像面中心為原點(diǎn)，沿像面寬度方向向左偏移不大于每個(gè)CCD像面寬度方向?qū)嶋H感光寬度的二分之一，沿像面高度方向向上偏移不大于每個(gè)CCD像面高度方向?qū)嶋H感光寬度的二分之一。
第二套成像系統(tǒng)中，電路板B的中心位于成像鏡頭B像面中心右上方，以成像鏡頭B像面中心為原點(diǎn)，沿像面寬度方向向右偏移不大于每個(gè)CCD像面寬度方向?qū)嶋H感光寬度的二分之一，沿像面高度方向向上偏移不大于每個(gè)CCD像面高度方向?qū)嶋H感光寬度的二分之一。
第三套成像系統(tǒng)中，電路板C的中心位于成像鏡頭C像面中心左下方，以成像鏡頭C像面中心為原點(diǎn)，沿像面寬度方向向左偏移不大于每個(gè)CCD像面寬度方向?qū)嶋H感光寬度的二分之一，沿像面高度方向向下偏移不大于每個(gè)CCD像面高度方向?qū)嶋H感光寬度的二分之一。
第四套成像系統(tǒng)中，電路板D的中心位于成像鏡頭D像面中心右下方，以成像鏡頭D像面中心為原點(diǎn)，沿像面寬度方向向右偏移不大于每個(gè)CCD像面寬度方向?qū)嶋H感光寬度的二分之一，沿像面高度方向向下偏移不大于每個(gè)CCD像面高度方向?qū)嶋H感光寬度的二分之一。
由于成像系統(tǒng)是對(duì)遠(yuǎn)距離物體成像，而且四個(gè)成像鏡頭光軸平行，相距只有幾百毫米，因此四套成像系統(tǒng)的每一套像方中心視場(chǎng)對(duì)應(yīng)的是同一物方視場(chǎng)，即本系統(tǒng)中心視場(chǎng)(理論上相差光軸之間的距離幾百毫米，但對(duì)于遠(yuǎn)距離成像時(shí)可以忽略)。由于四套成像系統(tǒng)中的四塊電路板上的CCD分布與光學(xué)中心是滿足一定規(guī)律的，即如果四塊電路板以它們的光學(xué)中心對(duì)齊疊放在一起后(即光學(xué)共軛)，全部CCD的感光面完全無縫填充了完整的像面。每一個(gè)CCD均對(duì)應(yīng)一部分物方視場(chǎng)，因此本系統(tǒng)四套成像系統(tǒng)的全部CCD實(shí)際上構(gòu)成了一個(gè)完整而無縫的大視場(chǎng)。
本發(fā)明不存在視場(chǎng)盲區(qū)，真正實(shí)現(xiàn)無縫、無運(yùn)動(dòng)部件的視場(chǎng)拼接，且視場(chǎng)大小不受CCD器件限制，只要光學(xué)成像鏡頭允許，本系統(tǒng)理論上的成像視場(chǎng)是無限大的。
本發(fā)明非常適合于需要大視場(chǎng)、高分辨率的遠(yuǎn)距離成像系統(tǒng)，如衛(wèi)星遙感、飛機(jī)航拍、紅外偵察防空等領(lǐng)域應(yīng)用。


圖1為本發(fā)明采用四套成像系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2(a)-(d)為每塊電路板上CCD的布局與成像鏡頭像面中心的位置關(guān)系圖；圖3為采用四套成像系統(tǒng)圖像合成后的視場(chǎng)圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，一種實(shí)現(xiàn)多CCD無縫拼接的光電系統(tǒng)，包括成像系統(tǒng)A、成像系統(tǒng)B、成像系統(tǒng)C和成像系統(tǒng)D，每套成像系統(tǒng)由一成像鏡頭和一電路板組成，所有成像鏡頭的光軸平行，各電路板設(shè)置于其對(duì)應(yīng)成像鏡頭的像面上，電路板上均勻安裝有若干塊CCD，像面寬度方向上相鄰兩CCD的中心距不大于每個(gè)CCD像面寬度方向?qū)嶋H感光寬度的2倍，且大于每個(gè)CCD像面寬度方向的封裝寬度；像面高度方向上相鄰兩CCD的中心距不大于每個(gè)CCD像面高度方向?qū)嶋H感光寬度的2倍，且大于每個(gè)CCD像面高度方向的封裝寬度，四塊電路板與其對(duì)應(yīng)的成像鏡頭光軸中心分別向四個(gè)方向錯(cuò)位安裝，光學(xué)共軛后全部CCD充滿整個(gè)像面視場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)CCD的無縫拼接。
圖2(a)-圖2(d)為四塊電路板上CCD的布局圖與成像鏡頭像面中心的位置關(guān)系圖。如圖所示，圖中陰影區(qū)域?yàn)镃CD實(shí)際感光區(qū)域，每個(gè)CCD外周的虛線框是CCD封裝后的外形，外面大圓為成像鏡頭的成像范圍。
成像鏡頭A1和電路板A5組成第一套成像系統(tǒng)，電路板A5安裝于成像鏡頭1的像面，電路板A5的中心P1位于成像鏡頭1光學(xué)像面中心O1的左上方，見圖2(a)。
成像鏡頭B2和電路板B6組成第二套成像系統(tǒng)，電路板B6安裝于成像鏡頭2的像面，電路板B6的中心P2位于成像鏡頭2光學(xué)像面中心O2的右上方，見圖2(b)。
成像鏡頭C3和電路板C7組成第三套成像系統(tǒng)，電路板C7安裝于成像鏡頭C3的像面，電路板C7的中心P3位于成像鏡頭C3光學(xué)像面中心O3的左下方，見圖2(c)。
成像鏡頭D4和電路板D8組成第四套成像系統(tǒng)，電路板D8安裝于成像鏡頭D4的像面，電路板D8的中心P4位于成像鏡頭D4光學(xué)像面中心O4的右下方，見圖2(d)。
由于成像系統(tǒng)是對(duì)遠(yuǎn)距離物體成像，而且四個(gè)成像鏡頭光軸平行，相距只有幾百毫米，因此四套成像系統(tǒng)的每一套像方中心視場(chǎng)對(duì)應(yīng)的是相同的一個(gè)物方視場(chǎng)，即本系統(tǒng)中心視場(chǎng)(理論上相差光軸之間的距離幾百毫米，但對(duì)于遠(yuǎn)距離成像時(shí)可以忽略)。由于四套成像系統(tǒng)中的四塊電路板上的CCD分布與光學(xué)中心是滿足一定規(guī)律的，即如果四塊電路板以它們的光學(xué)中心對(duì)齊疊放在一起后(即光學(xué)共軛)，全部CCD的感光面完全無縫填充了完整的像面。每一個(gè)CCD均對(duì)應(yīng)一部分物方視場(chǎng)，因此本系統(tǒng)四套成像系統(tǒng)的全部CCD實(shí)際上構(gòu)成了一個(gè)完整而無縫的大視場(chǎng)。四套成像系統(tǒng)圖像合成后的視場(chǎng)圖如圖3所示，即如果以所有電路板的光學(xué)中心對(duì)齊重疊后，全部CCD的感光面已經(jīng)無縫拼接成一個(gè)完整的像面。每塊CCD均對(duì)應(yīng)一個(gè)物方成像視場(chǎng)，四塊電路板上的全部CCD覆蓋了全部物方視場(chǎng)，并有少量重疊區(qū)域。
四個(gè)成像鏡頭雖不是同軸安裝，但它們的光軸可以是平行的。光軸之間的距離由成像鏡頭的外形尺寸決定，但一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1米，對(duì)于成像距離幾公里到幾百公里的航拍、遙感、軍事偵察系統(tǒng)而言，這樣的光軸差距幾乎可以忽略。每一個(gè)CCD獲取圖像后，通過后續(xù)的軟件處理合成后，成為一個(gè)完整的大視場(chǎng)成像系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種實(shí)現(xiàn)多CCD無縫拼接的光電系統(tǒng)，其特征在于包括四套成像系統(tǒng)，每套成像系統(tǒng)由一成像鏡頭和一電路板組成，所有成像鏡頭的光軸平行，各電路板設(shè)置于其對(duì)應(yīng)成像鏡頭的像面上，電路板上均勻安裝有若干塊CCD，像面寬度方向上相鄰兩CCD的中心距不大于每個(gè)CCD像面寬度方向?qū)嶋H感光寬度的2倍，且大于每個(gè)CCD像面寬度方向的封裝寬度；像面高度方向上相鄰兩CCD的中心距不大于每個(gè)CCD像面高度方向?qū)嶋H感光寬度的2倍，且大于每個(gè)CCD像面高度方向的封裝寬度，四塊電路板與其對(duì)應(yīng)的成像鏡頭光軸中心分別向四個(gè)方向錯(cuò)位安裝，光學(xué)共軛后全部CCD充滿整個(gè)像面視場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)CCD的無縫拼接。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于第一套成像系統(tǒng)中，電路板A(5)的中心位于成像鏡頭A(1)像面中心的左上方，以成像鏡頭A(1)像面中心為原點(diǎn)，沿像面寬度方向向左偏移不大于每個(gè)CCD像面寬度方向?qū)嶋H感光寬度的二分之一，沿像面高度方向向上偏移不大于每個(gè)CCD像面高度方向?qū)嶋H感光寬度的二分之一。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于第二套成像系統(tǒng)中，電路板B(6)的中心位于成像鏡頭B(2)像面中心右上方，以成像鏡頭B(2)像面中心為原點(diǎn)，沿像面寬度方向向右偏移不大于每個(gè)CCD像面寬度方向?qū)嶋H感光寬度的二分之一，沿像面高度方向向上偏移不大于每個(gè)CCD像面高度方向?qū)嶋H感光寬度的二分之一。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于第三套成像系統(tǒng)中，電路板C(7)的中心位于成像鏡頭C(3)像面中心左下方，以成像鏡頭C(3)像面中心為原點(diǎn)，沿像面寬度方向向左偏移不大于每個(gè)CCD像面寬度方向?qū)嶋H感光寬度的二分之一，沿像面高度方向向下偏移不大于每個(gè)CCD像面高度方向?qū)嶋H感光寬度的二分之一。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于第四套成像系統(tǒng)中，電路板D(8)的中心位于成像鏡頭D(4)像面中心右下方，以成像鏡頭D(4)像面中心為原點(diǎn)，沿像面寬度方向向右偏移不大于每個(gè)CCD像面寬度方向?qū)嶋H感光寬度的二分之一，沿像面高度方向向下偏移不大于每個(gè)CCD像面高度方向?qū)嶋H感光寬度的二分之一。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種實(shí)現(xiàn)多CCD無縫拼接的光電系統(tǒng)，包括四套成像系統(tǒng)，每套成像系統(tǒng)由一成像鏡頭和一電路板組成，所有成像鏡頭的光軸平行，各電路板設(shè)置于其對(duì)應(yīng)成像鏡頭的像面上，電路板上均勻安裝有若干塊CCD，像面寬度方向上相鄰兩CCD的中心距不大于每個(gè)CCD像面寬度方向?qū)嶋H感光寬度的2倍，且大于每個(gè)CCD像面寬度方向的封裝寬度；像面高度方向上相鄰兩CCD的中心距不大于每個(gè)CCD像面高度方向?qū)嶋H感光寬度的2倍，且大于每個(gè)CCD像面高度方向的封裝寬度，四塊電路板與其對(duì)應(yīng)的成像鏡頭光軸中心分別向四個(gè)方向錯(cuò)位安裝，光學(xué)共軛后全部CCD充滿整個(gè)像面視場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)CCD的無縫拼接。本發(fā)明不存在視場(chǎng)盲區(qū)，真正實(shí)現(xiàn)無縫、無運(yùn)動(dòng)部件的視場(chǎng)拼接，且視場(chǎng)大小不受CCD器件限制，適合于需要大視場(chǎng)、高分辨率的遠(yuǎn)距離成像系統(tǒng)。
文檔編號(hào)H01L27/148GK101068016SQ20071006905
公開日2007年11月7日 申請(qǐng)日期2007年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月11日
發(fā)明者馮華君, 劉旭, 劉承, 岑兆豐, 李曉彤, 白劍, 沈亦兵, 徐之海, 李奇 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)