專(zhuān)利名稱(chēng)：寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)成像領(lǐng)域，尤其是一種寬視場(chǎng)角圖像和窄視場(chǎng)角圖像都能達(dá)到較高分辨率的成像系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前的光學(xué)成像系統(tǒng)大部分都是單鏡頭成像系統(tǒng)，短焦成像系統(tǒng)具有可以拍攝寬視場(chǎng)角宏觀廣角圖像的能力，長(zhǎng)焦成像系統(tǒng)具有可以拍攝窄視場(chǎng)角的微觀細(xì)節(jié)特寫(xiě)圖像的能力。一般的像素成像的LW/PH值都在I千到2千萬(wàn)左右，更高分辨率的系統(tǒng)因?yàn)闆](méi)有通用高分辨率傳感器很難做到或者必須話(huà)很高的代價(jià)去 實(shí)現(xiàn)更高分辨率的傳感器，同時(shí)因?yàn)楦叻直媛使鈱W(xué)系統(tǒng)也很難在工藝上達(dá)到，因此要拍攝廣角的成像，就要選擇短焦廣角的鏡頭；要拍攝特寫(xiě)的細(xì)節(jié)圖像，就要選擇長(zhǎng)焦的窄視場(chǎng)鏡頭。如果想拍攝既能看到寬視場(chǎng)角的廣角宏觀圖像同時(shí)也想看到該時(shí)刻的該場(chǎng)景內(nèi)的任意窄視場(chǎng)角的微觀細(xì)節(jié)特寫(xiě)圖像，在一臺(tái)相機(jī)上是不可能實(shí)現(xiàn)的。這對(duì)于拍攝動(dòng)態(tài)的細(xì)節(jié)是非常難以捕捉到拍攝位置和時(shí)機(jī)的，所有現(xiàn)在的相機(jī)只能是利用多拍、利用豐富的拍攝經(jīng)驗(yàn)拍攝才可以提高細(xì)節(jié)拍攝的成功率。比如對(duì)于運(yùn)動(dòng)中的球員的細(xì)節(jié)特寫(xiě)連續(xù)拍攝就是很難的事情。諾基亞開(kāi)發(fā)了一款4100萬(wàn)像素的Lumia808 PureView系統(tǒng)。該系統(tǒng)是單鏡頭配高分辨率大像面CMOS手機(jī)相機(jī),該相機(jī)具有oversampling的功能,在一個(gè)較寬的視場(chǎng)拍攝超高分辨率的圖像，然后在顯示的時(shí)候采用一般分辨率的顯示可以去看整個(gè)視場(chǎng)或者局部視場(chǎng)的一般分辨率圖像，實(shí)現(xiàn)了寬視場(chǎng)角和窄視場(chǎng)角等清晰分辨率或者接近清晰分辨率圖像的同時(shí)獲得。這樣的系統(tǒng)提供了較好的宏觀廣角成像和微觀細(xì)節(jié)成像的統(tǒng)一，但由于該產(chǎn)品的光圈較大，景深較小，對(duì)于大縱深的被拍攝場(chǎng)景很難確保被拍攝景物都在景深范圍內(nèi)。如果被拍攝的景物超出景深范圍，則該部分景物的細(xì)節(jié)則無(wú)法看清。所以其缺點(diǎn)是景深小。該系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)不調(diào)焦拍攝，另一個(gè)缺點(diǎn)是該系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用一個(gè)獨(dú)立的超高分辨率CMOS傳感器，傳感器成本較高，另一個(gè)缺點(diǎn)是該系統(tǒng)的光學(xué)成像鏡頭的精度工藝要求非常高，實(shí)現(xiàn)成本較高。該系統(tǒng)還無(wú)法實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)細(xì)節(jié)的跟蹤拍攝。微軟公開(kāi)開(kāi)發(fā)了一種成像系統(tǒng)即Gigapixel camera,其采用多個(gè)傳感器陣列和單一窄視場(chǎng)鏡頭分時(shí)對(duì)相鄰并有互相交疊的場(chǎng)景下在不同的傳感器上進(jìn)行拍攝相對(duì)位置移動(dòng)拍攝的成像系統(tǒng)。該系統(tǒng)也能實(shí)現(xiàn)在一張圖像實(shí)現(xiàn)看到大視場(chǎng)角的廣角圖像和小視場(chǎng)角的細(xì)節(jié)特寫(xiě)的能力?，F(xiàn)有技術(shù)中的傳感器分辨率和顯示分辨率接近的光學(xué)成像系統(tǒng)，如果要拍攝廣角的成像，就要選擇短焦廣角的鏡頭；而要拍攝特寫(xiě)的細(xì)節(jié)圖像，就要選擇長(zhǎng)焦的窄視場(chǎng)鏡頭。兩者不能兼得。在動(dòng)態(tài)細(xì)節(jié)的抓拍中，由于要跟焦拍攝，跟目標(biāo)拍攝，即使有經(jīng)驗(yàn)的拍攝者也很難長(zhǎng)時(shí)間抓住動(dòng)目標(biāo)特寫(xiě)拍攝。因此，現(xiàn)有技術(shù)中存在對(duì)能夠拍攝動(dòng)態(tài)細(xì)節(jié)又能夠拍攝廣角景象的成像系統(tǒng)的需要。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供了一種寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)，其特征在于，包括由M排和N列個(gè)窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)組成的MXN窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)陣列，相鄰的窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)的視場(chǎng)互相交疊，每一個(gè)窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)的主光軸匯聚于一點(diǎn)或者該點(diǎn)鄰域范圍內(nèi)，該點(diǎn)為寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)的光心，其中，M和N均為大于等于I的自然數(shù)，且至少其中之一大于I ;每個(gè)窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦光學(xué)成像子系統(tǒng)的水平視場(chǎng)角為《h+2A h，垂直視場(chǎng)角為《V+2A v;所述寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)的水平視場(chǎng)角HFOV即MXN窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)陣列的水平視場(chǎng)角為N h+2 A coh,寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)的垂直視場(chǎng)角VFOV即MXN窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)陣列的垂直視場(chǎng)角為M V+2A v，其中，180。> h>0。，90。>Acoh>0。，180。> v>0°，90。>Acov>0。，《h
為水平相鄰的窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)的主光軸之間 的夾角，為垂直相鄰的窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)的主光軸之間的夾角，A h為在水平相鄰的窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)的主光軸所形成的平面內(nèi)物距在無(wú)窮遠(yuǎn)處的水平視場(chǎng)交疊區(qū)域與所屬的窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)光心連線(xiàn)所形成的夾角，即水平交疊視場(chǎng)角，A v為在垂直相鄰的窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)的主光軸所形成的平面內(nèi)物距在無(wú)窮遠(yuǎn)處的垂直視場(chǎng)交疊區(qū)域與所屬的窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)光心連線(xiàn)所形成的夾角，即垂直交疊視場(chǎng)角；圖像處理裝置，用于對(duì)所述窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)陣列所拍的具有相鄰交疊特性的陣列圖像進(jìn)行拼接處理以獲得寬視場(chǎng)場(chǎng)景圖像；系統(tǒng)控制裝置，連接到所述圖像處理裝置和MXN窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)陣列，用于對(duì)所述寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)的各個(gè)組成部件的運(yùn)行進(jìn)行控制。其中，所述每一個(gè)窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)的主光軸匯聚于一點(diǎn)為所有窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)的主光軸交匯于窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)的前方或后方。所述寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)，所述系統(tǒng)控制裝置進(jìn)一步用于使所述寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)工作在拍照模式或動(dòng)態(tài)跟蹤模式或微距模式。其中，在所述拍照模式下，所述窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)陣列由所述系統(tǒng)控制裝置進(jìn)行統(tǒng)一曝光控制以對(duì)寬視場(chǎng)場(chǎng)景進(jìn)行一次性拍照，并且將拍照?qǐng)D像發(fā)送給圖像處理裝置進(jìn)行拼接預(yù)處理和拼接處理，拼接處理后的拍照?qǐng)D像存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器。其中，所述統(tǒng)一曝光控制是指所有的窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)由所述系統(tǒng)控制裝置統(tǒng)一控制傳感器的電子快門(mén)使傳感器在同一個(gè)時(shí)刻曝光，所述在同一時(shí)刻曝光包括各窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)具有相同的曝光時(shí)長(zhǎng)和不同曝光時(shí)長(zhǎng)；在具有不同曝光時(shí)長(zhǎng)的情況下，具有較長(zhǎng)曝光時(shí)間的窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)曝光時(shí)段覆蓋具有較短曝光時(shí)長(zhǎng)的窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)曝光時(shí)段。所述拍照模式包括全景球面模式，在所述全景球面模式下，所述圖像處理裝置對(duì)由像面沿近似球面分布的所述窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)陣列拍出的陣列圖像進(jìn)行直接拼接處理得到全景的像面沿近似球面成像的圖像，而無(wú)需進(jìn)行投影變換的拼接預(yù)處理；全景平面模式，在所述全景平面模式下，所述圖像處理裝置進(jìn)行包括圖像投影變換在內(nèi)的拼接預(yù)處理，而后再進(jìn)行拼接處理得到平面拍攝模式的圖像，其中，所述圖像投影變換是指各個(gè)像面沿球面分布的窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)陣列所成的陣列圖像投影到切點(diǎn)在寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)視場(chǎng)內(nèi)的以寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)光心為球心的球面上的某個(gè)指定切面內(nèi)得到呈平面分布圖像陣列。
其中，在所述動(dòng)態(tài)跟蹤模式下，所述窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)陣列由統(tǒng)一曝光控制對(duì)所有場(chǎng)景拍照，在拍照后所述系統(tǒng)控制裝置依據(jù)被跟蹤對(duì)象的坐標(biāo)和根據(jù)具體應(yīng)用的取景范圍定義動(dòng)態(tài)跟蹤取景框，所述圖像處理裝置只對(duì)所述動(dòng)態(tài)跟蹤取景框之內(nèi)的圖像進(jìn)行拼接預(yù)處理和拼接處理，并將拼接處理后的動(dòng)態(tài)跟蹤取景框內(nèi)的圖像存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器，其中拼接預(yù)處理包括圖像投影變換，其中，所述圖像投影變換是指動(dòng)態(tài)跟蹤取景框內(nèi)各個(gè)像面沿球面分布的窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)陣列所成的陣列圖像投影到切點(diǎn)在寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)視場(chǎng)內(nèi)的以寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)的光心為球心的球面上的某個(gè)指定切面內(nèi)得到呈平面分布圖像陣列。所述寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)進(jìn)一步包括顯示器、照片瀏覽軟件和視頻顯示軟件，供用戶(hù)瀏覽所述寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)的圖像和視頻，其中，在拍照模式下或微距模式下，通過(guò)顯 示器和瀏覽軟件看到的寬視場(chǎng)場(chǎng)景內(nèi)的圖像是對(duì)原始拍照的圖像進(jìn)行抽樣后得到小數(shù)據(jù)量的圖像，通過(guò)顯示器和瀏覽軟件看到的寬視場(chǎng)場(chǎng)景內(nèi)的特寫(xiě)圖像是寬視場(chǎng)場(chǎng)景內(nèi)的局部特寫(xiě)圖像或者甚至是寬視場(chǎng)場(chǎng)景內(nèi)的局部特寫(xiě)圖像經(jīng)插值放大后的圖像；在動(dòng)態(tài)跟蹤模式或微距模式下，通過(guò)顯示器和視頻顯示軟件看到動(dòng)態(tài)跟蹤取景框內(nèi)的動(dòng)態(tài)景物特寫(xiě)視頻或者微距成像系統(tǒng)拍攝的視頻。所述寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)，進(jìn)一步包括微距成像系統(tǒng)，用于在所述寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)工作于微距模式下，由所述系統(tǒng)控制裝置控制獨(dú)立地進(jìn)行微距照片或者視頻拍攝。所述寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)，進(jìn)一步包括動(dòng)態(tài)跟蹤輔助成像系統(tǒng)，其視場(chǎng)角和所述MXN窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)陣列的視場(chǎng)角完全一致，用于當(dāng)所述寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)運(yùn)行于動(dòng)態(tài)跟蹤模式時(shí)獲取被跟蹤目標(biāo)的坐標(biāo)并實(shí)時(shí)傳遞給所述寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)。其中，每一個(gè)窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)采用EDOF (景深延拓技術(shù))技術(shù)或EIDOF (光圈景深聯(lián)合延拓)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)大景深成像。其中，每一個(gè)窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)采用自動(dòng)對(duì)焦裝置實(shí)現(xiàn)每個(gè)窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)的視場(chǎng)內(nèi)被拍景物的聚焦成像。其中，每一個(gè)窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)采用定焦技術(shù)對(duì)設(shè)計(jì)景深范圍內(nèi)并在窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)視場(chǎng)內(nèi)的景物進(jìn)行清晰成像。其中，所述圖像處理裝置可以包括下述模塊中的至少之一，以相應(yīng)提高系統(tǒng)的顏色保真度，拼接的準(zhǔn)確性、效率和像質(zhì)顏色?；K，替代每個(gè)窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)的自動(dòng)白平衡功能進(jìn)行所成圖像的顏色畸變校正；幾何?；K，用于對(duì)每個(gè)窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)的圖像進(jìn)行幾何畸變校正；亮度?；K，用于對(duì)每個(gè)窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)的圖像進(jìn)行亮度畸變校正；EDOF或EIDOF解碼模塊，用于對(duì)采用EDOF或EIDOF技術(shù)的窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)所成圖像的解碼。其中，所述MX N窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)陣列為3 X 3窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)陣列，水平相鄰窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)的主光軸的夾角《hSl6.2°，垂直相鄰窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)的主光軸的夾角12.05°，水平交疊角A Coh為0.75°，垂直交疊角AcovS0.625°，所述 HFOV 為 50. 1°，所述 VFOV 為 37. 4°。本發(fā)明的寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)由于采用了 MXN窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像系統(tǒng)陣列，因此可以實(shí)現(xiàn)超高分辨率成像，同時(shí)實(shí)現(xiàn)廣角和特寫(xiě)的成像，并且具有能夠?qū)崿F(xiàn)跟蹤動(dòng)態(tài)目標(biāo)進(jìn)行特寫(xiě)跟蹤拍攝。本發(fā)明的成像系統(tǒng)的成像分辨率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于顯示分辨率。寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)的光學(xué)分辨率大大超過(guò)同樣光學(xué)指標(biāo)的傳統(tǒng)成像系統(tǒng)在一般工業(yè)精度下的分辨率，具有超高的LW/PH值。經(jīng)過(guò)MXN窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)陣列拍攝的、經(jīng)過(guò)圖像處理裝置拼接的超高分辨率圖像的分辨率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一般的顯示分辨率，所以對(duì)寬視場(chǎng)場(chǎng)景的顯示要先對(duì)超高分辨率圖像進(jìn)行抽樣。具有這樣特點(diǎn)的成像系統(tǒng)命名 為魔幻變焦(Magixoom)成像系統(tǒng)。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例的寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)的原理組成框圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例的寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)的3X3窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)陣列的水平截面示意圖；圖3a和圖3b分別為在3X3窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)陣列中，前光心和后光心的不意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例的寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)的水平方向正中一排窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)截面圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例的寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)的垂直方向正中一列窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)截面圖。圖6為本發(fā)明實(shí)施例在拍照模式下圖像陣列及超高分辨率圖像示意圖。圖7為本發(fā)明實(shí)施例在動(dòng)態(tài)跟蹤模式下圖像陣列和動(dòng)態(tài)跟蹤取景框及動(dòng)態(tài)跟蹤圖像不意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉出優(yōu)選實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。然而，需要說(shuō)明的是，說(shuō)明書(shū)中列出的許多細(xì)節(jié)僅僅是為了使讀者對(duì)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面有一個(gè)透徹的理解，即便沒(méi)有這些特定的細(xì)節(jié)也可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的這些方面。圖I示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)。如圖I所示，寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)包括MXN窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)陣列10、圖像處理裝置12和系統(tǒng)控制裝置14。MXN窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)陣列為M排XN列窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)陣列。如圖2所示，相鄰的窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)100的視場(chǎng)互相交疊，每一個(gè)窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)100的主光軸匯聚于一點(diǎn)或者該點(diǎn)鄰域范圍內(nèi)，該點(diǎn)為寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)的光心，其中，M和N均為大于等于I的自然數(shù)，并且M和N中至少之一大于I。換言之，窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像系統(tǒng)陣列中相鄰的窄視場(chǎng)角成像子系統(tǒng)的視場(chǎng)相鄰，在設(shè)計(jì)的物距范圍內(nèi)，相鄰的窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)的視場(chǎng)略有互相交疊；相鄰的同行或者同列的窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)的主光軸夾角要小于每個(gè)窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)的同行或者同列的視場(chǎng)角?；ハ嘟化B區(qū)域的沿物距方向的起始交疊點(diǎn)在寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)的設(shè)計(jì)景深的近端更近的位置。系統(tǒng)控制裝置14連接到所述圖像處理裝置12和MXN窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)陣列10，對(duì)所述寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)的各個(gè)組成部件的運(yùn)行進(jìn)行控制。參見(jiàn)圖2，在MXN窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)陣列中，每個(gè)窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦光學(xué)成像子系統(tǒng)100的水平視場(chǎng)角為《h+2 A h，所述寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)的水平視場(chǎng)角HFOV為N h+2A h，其中，A h為在水平相鄰的窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)的主光軸所形成的平面內(nèi)物距在無(wú)窮遠(yuǎn)處的水平視場(chǎng)交疊區(qū)域與所屬的窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)光心連線(xiàn)所形成的夾角，即水平交疊視場(chǎng)角，水平相鄰的窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)100的主光軸之間的夾角，并且180° >wh>0° ,90° > A oh>0°。類(lèi)似地，所述寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)的垂直視場(chǎng)角VFOV為Mo v+2 A v，每個(gè)窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦光學(xué)成像子系統(tǒng)100的垂直視場(chǎng)角為cov+2A ov, Cov為垂直相鄰的窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子 系統(tǒng)100的主光軸之間的夾角，A (Ov為在垂直相鄰的窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)的主光軸所形成的平面內(nèi)物距在無(wú)窮遠(yuǎn)處的垂直視場(chǎng)交疊區(qū)域與所屬的窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)光心連線(xiàn)所形成的夾角，即垂直交疊視場(chǎng)角，并且 180。> v>0°，90。> A cov>0°。每一個(gè)窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)100的主光軸匯聚于一交匯點(diǎn)，該點(diǎn)為寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)的光心，該光心位于寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)的前方或后方。如圖2所示，所有窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)的主光軸交匯點(diǎn)在窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)的后方，該交匯點(diǎn)稱(chēng)為后光心，并且這樣構(gòu)成寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)成為后光心系統(tǒng)。相應(yīng)地，所有窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)的主光軸交匯點(diǎn)在窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)的前方，則該交匯點(diǎn)稱(chēng)為前光心，并且這樣構(gòu)成寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)成為前光心系統(tǒng)。圖3a和圖3b為在3X3窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)陣列中，前光心和后光心的示意圖。實(shí)際應(yīng)用中，依據(jù)寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)的具體應(yīng)用需求和成本來(lái)確定所需的寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)的視場(chǎng)角，所需的在不同物距的分辨率；根據(jù)鏡頭的分辨率和CCD/CM0S光電傳感器的分辨率等因素確定寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)的MXN窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)陣列的設(shè)計(jì)參數(shù)，例如窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)的行和列的數(shù)量， h, A coh,W V，△ W V 等圖像處理裝置12對(duì)所述窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像系統(tǒng)陣列所拍的具有相鄰交疊特性的陣列圖像進(jìn)行拼接處理以獲得超高分辨率的寬視場(chǎng)場(chǎng)景圖像。拼接處理后的寬視場(chǎng)場(chǎng)景圖像可以存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器22中。本發(fā)明的實(shí)施例中，圖像處理裝置12對(duì)所拍的具有相鄰交疊特性的陣列圖像進(jìn)行拼接處理采用的是現(xiàn)有技術(shù)中的圖像拼接技術(shù)，在此不再贅述?？蛇x地，本發(fā)明的實(shí)施例的寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)中的系統(tǒng)控制裝置14還可以包括有模式控制功能。系統(tǒng)控制裝置14與每一個(gè)窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)連接并且與圖像處理裝置12連接。利用系統(tǒng)控制裝置14，用戶(hù)可以選擇使得寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)工作在拍照模式或動(dòng)態(tài)跟蹤模式或微距模式。本發(fā)明中，拍照模式包括全景球面模式和全景平面模式。在所述全景球面模式下，圖像處理裝置12對(duì)由像面沿近似球面分布的所述窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)陣列拍出的陣列圖像進(jìn)行直接拼接處理得到全景的像面沿近似球面成像的圖像，而無(wú)需進(jìn)行投影變換的拼接預(yù)處理；在所述全景平面模式下，圖像處理裝置12進(jìn)行包括圖像投影變換在內(nèi)的拼接預(yù)處理，而后再進(jìn)行拼接處理得到平面拍攝模式的圖像，其中，所述圖像投影變換是指各個(gè)像面沿球面分布的窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)陣列所成的陣列圖像投影到切點(diǎn)在寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)視場(chǎng)內(nèi)的以寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)光心為球心的球面上的某個(gè)指定切面內(nèi)得到呈平面分布圖像陣列。在拍照模式下，窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)陣列由系統(tǒng)控制裝置14進(jìn)行統(tǒng)一曝光控制來(lái)對(duì)寬視場(chǎng)場(chǎng)景進(jìn)行一次性拍照得到如圖6所示的圖像陣列，并且將拍照?qǐng)D像發(fā)送給圖像處理裝置12進(jìn)行拼接預(yù)處理和拼接處理，得到如圖6所示的圖像陣列外緣包括的超高分辨率圖像，拼接處理后的超高分辨率圖像存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器22。所述統(tǒng)一曝光控制是指所有的窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)由所述系統(tǒng)控制裝置14統(tǒng)一控制傳感器的電子快門(mén)使傳感器在同一個(gè)時(shí)刻曝光，所述在同一時(shí)刻曝光包括各窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)具有相同曝光時(shí)長(zhǎng)和不同曝光時(shí)長(zhǎng)，在不同曝光時(shí)長(zhǎng)的情況下，具有較 長(zhǎng)曝光時(shí)間的窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)曝光時(shí)段覆蓋具有較短曝光時(shí)長(zhǎng)的窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)曝光時(shí)段。在動(dòng)態(tài)跟蹤模式下，窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像系統(tǒng)陣列由對(duì)同一個(gè)快門(mén)控制對(duì)所有場(chǎng)景拍照，窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)陣列由系統(tǒng)控制裝置14進(jìn)行統(tǒng)一曝光控制來(lái)對(duì)所有場(chǎng)景拍照得到圖7所示的圖像陣列，在拍照后所述系統(tǒng)控制裝置14依據(jù)被跟蹤對(duì)象的坐標(biāo)和取景范圍定義如圖7的所示的動(dòng)態(tài)跟蹤取景框，圖像處理裝置12只對(duì)所述動(dòng)態(tài)跟蹤取景框之內(nèi)的圖像進(jìn)行拼接預(yù)處理和拼接處理得到如圖7所示的動(dòng)態(tài)跟蹤取景框范圍內(nèi)的圖像，并將動(dòng)態(tài)跟蹤取景框范圍內(nèi)的圖像存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器22。其中，拼接預(yù)處理包括圖像投影變換，其中，所述圖像投影變換是指動(dòng)態(tài)跟蹤取景框內(nèi)各個(gè)像面沿球面分布的窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)陣列所成的陣列圖像投影到切點(diǎn)在寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)視場(chǎng)內(nèi)的以寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)的光心為球心的球面上的某個(gè)指定切面內(nèi)得到呈平面分布圖像陣列。在動(dòng)態(tài)跟蹤模式或微距模式下，通過(guò)顯示器和視頻顯示軟件看到動(dòng)態(tài)跟蹤取景框內(nèi)的動(dòng)態(tài)景物特寫(xiě)視頻或者微距成像系統(tǒng)拍攝的視頻。動(dòng)態(tài)跟蹤模式的取景框的設(shè)置有兩種方式。在一種設(shè)置取景框的方式中，由于在一些專(zhuān)用領(lǐng)域的拍攝中，用戶(hù)所關(guān)注的動(dòng)態(tài)目標(biāo)對(duì)象的模式是固定的并且是先驗(yàn)的，因此可以用圖像處理來(lái)描述和識(shí)別。在此情況下，通過(guò)圖像處理裝置中的軟件的模式識(shí)別功能對(duì)動(dòng)態(tài)目標(biāo)對(duì)象進(jìn)行識(shí)別以確定其位置坐標(biāo)；然后根據(jù)確定的位置坐標(biāo)和所要求的取景范圍確定取景框。在此情況下，是先跟蹤拍攝后取景并處理輸出動(dòng)態(tài)視頻。如果跟蹤的動(dòng)態(tài)目標(biāo)對(duì)象的取景框跨越兩個(gè)以上的窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)的拍攝視場(chǎng)，則需對(duì)所取的取景框內(nèi)的圖像進(jìn)行拼接來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)跟蹤視頻。另一種設(shè)置取景框的方式中，對(duì)于一般的通用拍攝系統(tǒng)，由于對(duì)跟蹤的動(dòng)態(tài)目標(biāo)對(duì)象的軟件識(shí)別比較困難，可以在寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)的邊上另設(shè)一個(gè)和寬視場(chǎng)成像系統(tǒng)作為動(dòng)態(tài)跟蹤輔助成像系統(tǒng)20，用于當(dāng)寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)運(yùn)行于動(dòng)態(tài)跟蹤模式時(shí)獲取被跟蹤目標(biāo)的坐標(biāo)并實(shí)時(shí)傳遞給寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)。動(dòng)態(tài)跟蹤輔助成像系統(tǒng)20也連接到系統(tǒng)控制裝置14。動(dòng)態(tài)跟蹤輔助成像系統(tǒng)20的成像視場(chǎng)角與寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)的視場(chǎng)角一致，使得寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)和輔助成像系統(tǒng)同時(shí)拍攝完全一樣的場(chǎng)景，具有一樣的場(chǎng)景坐標(biāo)。在這樣的配置下，通過(guò)用外部工具比如鼠標(biāo)或者觸摸屏上的手指在附加成像系統(tǒng)的拍攝顯示圖像中去跟蹤動(dòng)態(tài)目標(biāo)對(duì)象，從而確定跟蹤動(dòng)態(tài)目標(biāo)對(duì)象的坐標(biāo)。依據(jù)跟蹤的動(dòng)態(tài)目標(biāo)對(duì)象的坐標(biāo)和應(yīng)用所需的取景框在寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)中選取動(dòng)態(tài)視頻數(shù)據(jù)，輸出跟蹤的動(dòng)態(tài)目標(biāo)對(duì)象的動(dòng)態(tài)視頻。如果跟蹤的目標(biāo)對(duì)象的取景框跨越兩個(gè)以上的窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)的拍攝視場(chǎng)，則需對(duì)所取的取景框內(nèi)的圖像進(jìn)行拼接以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)跟蹤視頻。本發(fā)明中，寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)還可以包括與系統(tǒng)控制裝置14連接的一個(gè)微距成像系統(tǒng)18。寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)工作時(shí)一般只拍攝物距較遠(yuǎn)些的場(chǎng)景，使用戶(hù)能看清寬視場(chǎng)場(chǎng)景的同時(shí)還可以用特寫(xiě)方式看清遠(yuǎn)處的細(xì)小景物，但這個(gè)模式由于聚焦位置和視場(chǎng)角的緣故不適合于拍攝微距圖像。因此，如果寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)需要拍攝微距內(nèi)的對(duì)象即工作在微距模式時(shí)，在系統(tǒng)控制裝置14的控制下，MXN窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)陣列將不工作，由微距成像系統(tǒng)18獨(dú)立地進(jìn)行微距照片或視頻拍攝。本發(fā)明的實(shí)施例中，存儲(chǔ)器可以是設(shè)置在寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)中，也可以設(shè)置在寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)外部。在存 儲(chǔ)器設(shè)置在寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)外部時(shí)，圖像處理裝置通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)與外部存儲(chǔ)器連接?？蛇x地，寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)進(jìn)一步包括顯示器16、瀏覽軟件和視頻瀏覽軟件，供用戶(hù)瀏覽所述寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)的圖像和視頻。瀏覽軟件和視頻瀏覽軟件可以安裝到系統(tǒng)控制裝置14中。通過(guò)顯示器16和瀏覽軟件看到的寬視場(chǎng)場(chǎng)景內(nèi)的圖像是對(duì)原始拍照的圖像進(jìn)行抽樣后得到小數(shù)據(jù)量的圖像，通過(guò)顯示器16和瀏覽軟件看到的寬視場(chǎng)場(chǎng)景內(nèi)的特寫(xiě)圖像是寬視場(chǎng)場(chǎng)景內(nèi)的局部特寫(xiě)圖像或者是甚至是寬視場(chǎng)場(chǎng)景內(nèi)的局部特寫(xiě)圖像經(jīng)插值放大后的圖像。原始拍攝的圖像可以存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中以供用戶(hù)通過(guò)顯示器16和瀏覽軟件觀看，也可以直接從圖像處理裝置12發(fā)送到顯示器16供用戶(hù)瀏覽。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)的成像分辨率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于顯示分辨率。寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)的光學(xué)分辨率大大超過(guò)同樣光學(xué)指標(biāo)的傳統(tǒng)成像系統(tǒng)在一般工業(yè)精度下的分辨率，具有超高的LW/PH值。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)的成像分辨率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一般意義上的普通顯示分辨率。因此，在普通顯示分辨率的顯示器顯示本發(fā)明的系統(tǒng)的成像時(shí)，要對(duì)超高分辨率寬視場(chǎng)圖像進(jìn)行抽樣后適配顯示器分辨率以進(jìn)行寬視場(chǎng)圖像顯示。對(duì)于本發(fā)明的超高分辨率成像系統(tǒng)所成圖像中的任何局部位置，以該位置為中心獲取顯示分辨率大小的圖像像素并通過(guò)普通顯示分辨率顯示器進(jìn)行顯示，可以得到局部特寫(xiě)的高分辨率成像圖像。在動(dòng)態(tài)跟蹤模式下，圖像處理裝置12中的拍攝時(shí)應(yīng)用軟件根據(jù)指定的跟蹤動(dòng)態(tài)位置設(shè)置動(dòng)態(tài)取景框并實(shí)時(shí)取出動(dòng)態(tài)取景框內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行拍攝，得到跟蹤動(dòng)態(tài)物體的動(dòng)態(tài)拍攝視頻。每一個(gè)窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)采用EDOF或EIDOF來(lái)實(shí)現(xiàn)大景深成像。EDOF或EIDOF均是現(xiàn)有技術(shù)，在此不在贅述?？蛇x地，圖像處理裝置12可以包括下述一個(gè)或多個(gè)模塊以利于提高拼接準(zhǔn)確性和拼接效率和系統(tǒng)成像像質(zhì)顏色?；K，替代每個(gè)窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)的自動(dòng)白平衡功能進(jìn)行所成圖像的顏色畸變校正；幾何校畸模塊，用于對(duì)每個(gè)窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)的圖像進(jìn)行幾何畸變校正；亮度?；K，用于對(duì)每個(gè)窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)的圖像進(jìn)行亮度畸變校正；ED0F或EIDOF解碼模塊，用于對(duì)采用EDOF或EIDOF技術(shù)的窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)所成圖像的解碼?？蛇x地，本發(fā)明的實(shí)施例中的寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)還可以包括與系統(tǒng)控制裝置14連接的輸出接口 24。通過(guò)輸出接口 24，可以從外部與系統(tǒng)控制裝置14通信進(jìn)行相關(guān)的操作，例如訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)器22以獲取圖像。寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)實(shí)例參見(jiàn)圖3，示出了根本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例的寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)的示意圖。根據(jù)本實(shí)例，MXN個(gè)窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)100為3X3個(gè)窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)100。I)每一個(gè)窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)的分辨率為500萬(wàn)像素，因此寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)的像素為500萬(wàn)X9=4500萬(wàn)像素 ，相當(dāng)于7800X5800。而一般的高端相機(jī)的分辨率為2000萬(wàn)像素，其垂直LW/PH為1800左右，水平LW/PH為2500左右。本實(shí)例中的寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)的垂直視場(chǎng)分辨率LW/PH接近5783，水平視場(chǎng)分辨率LW/PH接近7800。寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)的對(duì)角線(xiàn)方向視場(chǎng)角為62°，水平視場(chǎng)角HF0V=3 h+2A Oh 為 50. I。，如圖 4 所示；垂直視場(chǎng)角 VF0V=3 v+2 A cov 為 37. 4°，如圖 5所示。IOOm物距處空間分辨率(每個(gè)像素對(duì)應(yīng))為I. 15cm-l. 19cm。2)寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)中的每一個(gè)窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)采用EIDOF技術(shù)，目標(biāo)對(duì)象在前方3m處清晰成像，每一個(gè)窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)景深為2m至無(wú)窮遠(yuǎn)；3)寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)由3X3個(gè)子窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)組成，每個(gè)窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)的(XD采用1/4”祀面(對(duì)角線(xiàn)約4. 5mm,高約2. 7mm,寬約3. 6mm),(XD的分辨率為2592X1944);如圖4,圖5所不，每個(gè)窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)的對(duì)角線(xiàn)視場(chǎng)角為22°，水平視場(chǎng)角為《h+2A coh=17. 7°，垂直視場(chǎng)角為《 v+2 A co v=13. 3 °，景深范圍為2000-inf ;在這個(gè)窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)陣列中，如圖4、圖5所不，相鄰的窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)的水平主光軸夾角《h=16.2°，相鄰的窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)的垂直主光軸夾角《v=12.05°，相鄰窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)的水平交疊角A Coh=O. 75°，垂直交疊角A GJv=O. 625° ;寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)的水平視場(chǎng)角HF0V=3 h+2 A coh=3X(17. 7。-2X0.75。)+2 X 0.75。=50.1。，垂直視場(chǎng)角 VF0V=3 w v+2 A co v=3 X(16. 2° -2X0.625° ) +2X0. 625° =37. 4°。滿(mǎn)足系統(tǒng)需求“對(duì)角線(xiàn)方向視場(chǎng)角為62° ”，則如圖4、圖5所示成像窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)鏡頭的對(duì)角線(xiàn)方向視場(chǎng)角應(yīng)為22°，對(duì)應(yīng)的窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)鏡頭水平方向視場(chǎng)角為17. 7°，窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)鏡頭垂直方向視場(chǎng)角13.3°。且系統(tǒng)的光路特點(diǎn)是存在各窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)鏡頭視場(chǎng)的交疊區(qū)域。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)，其特征在于，包括 由M排和N列個(gè)窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)組成的MXN窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)陣列，相鄰的窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)的視場(chǎng)互相交疊，每一個(gè)窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)的主光軸匯聚于一點(diǎn)或者該點(diǎn)鄰域范圍內(nèi)，該點(diǎn)為寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)的光心，其中，M、N均為大于等于I的自然數(shù)，并且M和N中至少一個(gè)大于I ;每個(gè)窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)的水平視場(chǎng)角為coh+2A coh，垂直視場(chǎng)角為ων+2Λ ω ν ;所述寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)的水平視場(chǎng)角HFOV為Ncoh+2A coh，寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)的垂直視場(chǎng)角VFOV為Μων+2Λ ων，其中180。>coh>0。，90。>Δ Qh>0°，180。>ων>0°，90。>Δ ων>0°，wh 為水平相鄰的窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)的主光軸之間的夾角，ων為垂直相鄰的窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)的主光軸之間的夾角，Λ h為在水平相鄰的窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)的主光軸所形成的平面內(nèi)物距在無(wú)窮遠(yuǎn)處的水平視場(chǎng)交疊區(qū)域與所屬的窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)光心連線(xiàn)所形成的夾角，即水平交疊視場(chǎng)角，Λ ων為在垂直相鄰的窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)的主光軸所形成的平面內(nèi)物距在無(wú)窮遠(yuǎn)處的垂直視場(chǎng)交疊區(qū)域與所屬的窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)光心連線(xiàn)所形成的夾角，即垂直交疊視場(chǎng)角； 圖像處理裝置，用于對(duì)所述MXN窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)陣列所拍的具有相鄰交疊特性的陣列圖像進(jìn)行拼接處理以獲得寬視場(chǎng)場(chǎng)景圖像； 系統(tǒng)控制裝置，連接到所述圖像處理裝置和MXN窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)陣列，用于對(duì)所述寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)的各個(gè)組成部件的運(yùn)行進(jìn)行控制。
2.如權(quán)利要求I所述的寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)，其中，所述每一個(gè)窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)的主光軸匯聚于一點(diǎn)為所有窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)的主光軸交匯于窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)的前方或后方。
3.如權(quán)利要求I所述的寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)控制裝置進(jìn)一步用于 使所述寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)工作在拍照模式、動(dòng)態(tài)跟蹤模式或微距模式。
4.如權(quán)利要求3所述的寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)，其中，在所述拍照模式下，所述窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)陣列由所述系統(tǒng)控制裝置進(jìn)行統(tǒng)一曝光控制以對(duì)寬視場(chǎng)場(chǎng)景進(jìn)行一次性拍照，并且將拍照?qǐng)D像發(fā)送給圖像處理裝置進(jìn)行拼接預(yù)處理和拼接處理，拼接處理后的拍照?qǐng)D像存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器。
5.如權(quán)利要求4所述的寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)，其中，所述統(tǒng)一曝光控制是指所有的窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)由所述系統(tǒng)控制裝置統(tǒng)一控制傳感器的電子快門(mén)使傳感器在同一個(gè)時(shí)刻曝光，所述在同一時(shí)刻曝光包括各窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)具有相同曝光時(shí)長(zhǎng)和不同曝光時(shí)長(zhǎng)；在不同曝光時(shí)長(zhǎng)情況下，具有較長(zhǎng)曝光時(shí)間的窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)曝光時(shí)段覆蓋具有較短曝光時(shí)長(zhǎng)的窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)的曝光時(shí)段。
6.如權(quán)利要求3所述的寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)，其中，所述拍照模式包括 全景球面模式，在所述全景球面模式下，所述圖像處理裝置對(duì)由像面沿近似球面分布的所述窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)陣列拍出的陣列圖像進(jìn)行直接拼接處理得到全景的像面沿近似球面成像的圖像，而無(wú)需進(jìn)行投影變換的拼接預(yù)處理； 全景平面模式，在所述全景平面模式下，所述圖像處理裝置進(jìn)行包括圖像投影變換在內(nèi)的拼接預(yù)處理，而后再進(jìn)行拼接處理得到平面拍攝模式的圖像，其中，所述圖像投影變換是指各個(gè)像面沿球面分布的窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)陣列所成的陣列圖像投影到切點(diǎn)在寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)視場(chǎng)內(nèi)的以寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)光心為球心的球面上的某個(gè)指定切面內(nèi)得到呈平面分布圖像陣列。
7.如權(quán)利要求3所述的寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)，其中，在所述動(dòng)態(tài)跟蹤模式下，所述窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)陣列由統(tǒng)一曝光控制對(duì)系統(tǒng)視場(chǎng)內(nèi)的場(chǎng)景拍照，在拍照后所述系統(tǒng)控制裝置依據(jù)被跟蹤對(duì)象的在成像系統(tǒng)中的坐標(biāo)和依據(jù)應(yīng)用設(shè)計(jì)的取景范圍定義動(dòng)態(tài)跟蹤取景框，所述圖像處理裝置只對(duì)所述動(dòng)態(tài)跟蹤取景框之內(nèi)的圖像進(jìn)行拼接預(yù)處理和拼接處理，并將拼接處理后的動(dòng)態(tài)跟蹤取景框內(nèi)的圖像存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器，其中拼接預(yù)處理包括圖像投影變換，其中，所述圖像投影變換是指動(dòng)態(tài)跟蹤取景框內(nèi)各個(gè)像面沿球面分布的窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)陣列所成的陣列圖像投影到切點(diǎn)在寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)視場(chǎng)內(nèi)的以寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)的光心為球心的球面上的某個(gè)指定切面內(nèi)得到呈平面分布圖像陣列。
8.如權(quán)利要求3所述的寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)，進(jìn)一步包括顯示器、照片瀏覽軟件和視頻顯示軟件，供用戶(hù)瀏覽所述寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)的圖像和視頻，其中， 在拍照模式下或微距模式下，通過(guò)顯示器和瀏覽軟件看到的寬視場(chǎng)場(chǎng)景內(nèi)的圖像是對(duì)原始拍照的圖像進(jìn)行抽樣后得到小數(shù)據(jù)量的圖像，通過(guò)顯示器和瀏覽軟件看到的寬視場(chǎng)場(chǎng)景內(nèi)的特寫(xiě)圖像是寬視場(chǎng)場(chǎng)景內(nèi)的局部特寫(xiě)圖像或者甚至是寬視場(chǎng)場(chǎng)景內(nèi)的局部特寫(xiě)圖像經(jīng)插值放大后的圖像；在動(dòng)態(tài)跟蹤模式或微距模式下，通過(guò)顯示器和視頻顯示軟件看到動(dòng)態(tài)跟蹤取景框內(nèi)的動(dòng)態(tài)景物特寫(xiě)視頻或者微距成像系統(tǒng)拍攝的視頻。
9.如權(quán)利要求3所述的寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)，進(jìn)一步包括 微距成像系統(tǒng)，用于在所述寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)工作于微距模式下，在所述系統(tǒng)控制裝置控制下獨(dú)立地進(jìn)行微距照片或者視頻拍攝。
10.如權(quán)利要求7所述的寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)，進(jìn)一步包括 動(dòng)態(tài)跟蹤輔助成像系統(tǒng)，其視場(chǎng)角和所述MXN窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)陣列的視場(chǎng)角完全一致，用于當(dāng)所述寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)運(yùn)行于動(dòng)態(tài)跟蹤模式時(shí)獲取被跟蹤目標(biāo)的坐標(biāo)并實(shí)時(shí)傳遞給所述寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)。
11.如權(quán)利要求I所述的寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)，其中，每一個(gè)窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)采用EDOF或EIDOF技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)大景深成像。
12.如權(quán)利要求I所述的寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)，其中，每一個(gè)窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)設(shè)置自動(dòng)對(duì)焦裝置實(shí)現(xiàn)每個(gè)窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)的視場(chǎng)內(nèi)被拍景物的聚焦成像。
13.如權(quán)利要求I所述的寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)，其中，每一個(gè)窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)采用定焦技術(shù)對(duì)設(shè)計(jì)景深范圍內(nèi)并在窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)視場(chǎng)內(nèi)的景物進(jìn)行清晰成像。
14.如權(quán)利要求I所述的寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng)，其中，所述圖像處理裝置包括下述模塊中的至少之一 顏色?；K，替代每個(gè)窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)的自動(dòng)白平衡功能進(jìn)行所成圖像的顏色畸變校正； 幾何?；K，用于對(duì)每個(gè)窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)的圖像進(jìn)行幾何畸變校正； 亮度?；K，用于對(duì)每個(gè)窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)的圖像進(jìn)行亮度畸變校正；EDOF或EIDOF解碼模塊，用于對(duì)采用EDOF或EIDOF技術(shù)的窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)所成圖像的解碼。
15.如權(quán)利要求I所述的寬視場(chǎng)超高分辨率成像系統(tǒng),其中， 所述MX N窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)陣列為3 X 3窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)陣列，其中，水平相鄰窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)的主光軸夾角(^為16.2° ,垂直相鄰窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦成像子系統(tǒng)的主光軸夾角ων* 12.05°，水平交疊角Λ Coh為0.75°，垂直交疊角Λ ων為O. 625°，所述 HFOV % 50. 1°，所述 VFOV % 37. 4°。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種寬視場(chǎng)超高分辨率光學(xué)成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括窄視場(chǎng)長(zhǎng)焦光學(xué)成像子系統(tǒng)陣列和具有圖像拼接功能的圖像處理裝置以及具有系統(tǒng)控制功能的系統(tǒng)控制裝置。本發(fā)明中，所成圖像具有超高分辨率。在選擇的設(shè)計(jì)指標(biāo)內(nèi)，通過(guò)視場(chǎng)選擇可以實(shí)現(xiàn)獲得寬視場(chǎng)的廣角圖像的同時(shí)也可以獲得窄視場(chǎng)的特寫(xiě)圖像。
文檔編號(hào)H04N5/247GK102821238SQ201210279808
公開(kāi)日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月19日
發(fā)明者賈偉 申請(qǐng)人:北京泰邦天地科技有限公司