基于多尺度成像原理的宽视场高分辨光学系统设计与研制
发布时间：2020-12-20 11:30
在光学成像领域,光学系统获取空间范围的信息量由光学系统的视场角度和分辨率决定。为了能够获取更大空间范围以及更多空间细节的信息,光学系统一直朝着宽视场与高分辨方向发展。宽视场高分辨成像系统以其优越的观测范围和目标分辨力在众多民生、商业、科学研究、军事作战等领域有着广泛应用。然而对于传统光学成像系统,视场和分辨率是一对相互制约的参数,难以同时提高光学系统的视场角和分辨率。近年来提出的多尺度光学成像设计将光学系统成像分为两个部分:前级主物镜成像和次级多孔径阵列中继成像,该成像设计方法集成了物镜的大视场采集能力和多孔径中继成像阵列的局部像差校正能力,有效地解决了宽视场与高分辨之间的矛盾,从最本质的光学设计、几何像差校正目的出发实现宽视场高分辨成像,是目前实现宽视场与高分辨率成像的最佳手段之一。本文围绕多尺度成像设计展开了深入研究,并对目前多尺度光学成像系统存在的缺陷和不足提出了相应的解决方法与设计实例验证,主要开展的研究工作如下:(1)依据多尺度成像原理,计算了次级多孔径中继成像阵列分割视场的局部波像差,得出了中继成像阵列局部视场像差具有非旋转对称性,进而获得局部视场像差以及系统球差的校正方法...
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：144 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
全景扫描拍摄系统:Gigapan
成本高昂。(a) (b)图1.2 相机阵列拍摄系统通过多相机分视场组合拼接实现宽视场高分辨成像最典型的应用是 360o全景相机。以往拍摄一张全景照片需要多台相机组合拍摄，并且需要复杂的后期拼接。如今的全景相机已经可以实现单次拍摄完成，不得不说是相机技术的进步。如加拿大PointGrey 公司采用 6 个相同的 500 万像素高清 CCD，焦距为 4.4mm 的低畸变镜头作为成像模块，开发了全景系统 Ladybug5[22-23]，如图 1.3(a)所示，能够同时完成 6 个CCD 的图像采集、处理、拼接和校正等工作，输出全景 360o的图像和视频
虽然 360°全景相机成像分辨高，能够达到数亿像素，但是该相机系统拍摄距离较近，且拍摄画面的全景畸变较难控制。图1.3 全景相机: (a)Ladybug5; (b)Eyesis4Pi; (c)ProjectBeyond（3）仿生光学成像在自然界中，仿生视觉成像包括人眼视觉和昆虫复眼视觉，为实现宽视场高分辨成像提供了创新思维。人眼视觉通常具有很大的视场（约为o120 ），视网膜为近似球形的弯曲光敏感器，而在人眼视网膜的中央凹区扫描过的范围（6°~8°）[29]可以获得高分辨率成像，且能够根据物体所在位置进行自动调焦，同时整个视场采样的数据量显著降低，为后续的图像传输和处理负担减轻，是非常智能的光学成像感知系统。昆虫复眼视觉系统由几十甚至几千个叠置型或并置型结构小眼组成，具有宽视场分解、结构紧凑、良好的多目标快速并行检测与跟踪功能。国内外多家研究机构针对人眼视觉和复眼视觉的仿生成像实现宽视场与高分辨率，开展了大量研究。针对昆虫复眼视觉的仿生成像
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于综合信噪比的红外预警卫星窄带探测波段选择[J]. 苑智玮,黄树彩,熊志刚,唐意东. 激光与光电子学进展. 2016(09)
[2]鱼眼镜头光学系统的优化方法[J]. 牛智全,吕丽军. 光学仪器. 2015(05)
[3]基于液晶透镜的电控式光学影像缩放系统[J]. 陈明璿,陈柏儒,林怡欣. 液晶与显示. 2015(03)
[4]虚拟现实增强技术综述[J]. 周忠,周颐,肖江剑. 中国科学:信息科学. 2015(02)
[5]双小凹光学成像系统设计[J]. 冯驰,常军,杨海波. 物理学报. 2015(03)
[6]600 mm长焦平面时间延迟积分CCD的交错拼接[J]. 孙斌,李景林,张星祥,任建岳. 光学精密工程. 2014(11)
[7]天文望远镜技术发展现状及对我国未来发展的思考[J]. 薛艳杰,薛随建,朱明,崔辰州. 中国科学院院刊. 2014(03)
[8]被动成像广域空中监视系统综述[J]. 张春晓,林招荣,姚毅刚,李福东,张卫卫. 航天返回与遥感. 2014(01)
[9]星载光电成像系统探测能力分析与研究[J]. 张颖,牛燕雄,杨露,牛海莎,许冰,李继扬,吕建明,李建平,刘雯文,张超. 光学学报. 2014(01)
[10]大视场人工复眼结构设计方法与实验[J]. 史立芳,曹阿秀,刘艳,叶玉堂,邓启凌,郑美玲,杜春雷. 光电工程. 2013(07)
博士论文
[1]大视场三线阵立体航测相机光学系统研究[D]. 闫阿奇.中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所) 2015
[2]空间大面阵凝视成像若干关键技术研究[D]. 龚学艺.中国科学院研究生院（上海技术物理研究所） 2014
[3]大视场人工复眼成像结构研究与实验[D]. 史立芳.电子科技大学 2014
[4]新型复眼定位装置设计及关键技术研究[D]. 郭方.中国科学技术大学 2012
[5]引力透镜效应在星系结构研究中的应用[D]. 王健.清华大学 2011
[6]重叠型复眼光学系统的研究[D]. 李娜娜.长春理工大学 2010
硕士论文
[1]基于Multi-scale拼接成像的宽视场高分辨对地观测系统的研究[D]. 吴懿思.浙江大学 2016
[2]变焦安防、日夜共焦式光学系统设计及评价[D]. 杨欢丽.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2014
[3]天基可见光探测相机光学系统设计及杂散光分析[D]. 尚玲.中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所) 2011
[4]大视场微光夜视仪光学系统设计[D]. 刘欣.西安工业大学 2010
[5]空间相机调焦技术的研究[D]. 张洪文.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2003
本文编号：2927789
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：144 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
全景扫描拍摄系统:Gigapan
成本高昂。(a) (b)图1.2 相机阵列拍摄系统通过多相机分视场组合拼接实现宽视场高分辨成像最典型的应用是 360o全景相机。以往拍摄一张全景照片需要多台相机组合拍摄，并且需要复杂的后期拼接。如今的全景相机已经可以实现单次拍摄完成，不得不说是相机技术的进步。如加拿大PointGrey 公司采用 6 个相同的 500 万像素高清 CCD，焦距为 4.4mm 的低畸变镜头作为成像模块，开发了全景系统 Ladybug5[22-23]，如图 1.3(a)所示，能够同时完成 6 个CCD 的图像采集、处理、拼接和校正等工作，输出全景 360o的图像和视频
虽然 360°全景相机成像分辨高，能够达到数亿像素，但是该相机系统拍摄距离较近，且拍摄画面的全景畸变较难控制。图1.3 全景相机: (a)Ladybug5; (b)Eyesis4Pi; (c)ProjectBeyond（3）仿生光学成像在自然界中，仿生视觉成像包括人眼视觉和昆虫复眼视觉，为实现宽视场高分辨成像提供了创新思维。人眼视觉通常具有很大的视场（约为o120 ），视网膜为近似球形的弯曲光敏感器，而在人眼视网膜的中央凹区扫描过的范围（6°~8°）[29]可以获得高分辨率成像，且能够根据物体所在位置进行自动调焦，同时整个视场采样的数据量显著降低，为后续的图像传输和处理负担减轻，是非常智能的光学成像感知系统。昆虫复眼视觉系统由几十甚至几千个叠置型或并置型结构小眼组成，具有宽视场分解、结构紧凑、良好的多目标快速并行检测与跟踪功能。国内外多家研究机构针对人眼视觉和复眼视觉的仿生成像实现宽视场与高分辨率，开展了大量研究。针对昆虫复眼视觉的仿生成像
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于综合信噪比的红外预警卫星窄带探测波段选择[J]. 苑智玮,黄树彩,熊志刚,唐意东. 激光与光电子学进展. 2016(09)
[2]鱼眼镜头光学系统的优化方法[J]. 牛智全,吕丽军. 光学仪器. 2015(05)
[3]基于液晶透镜的电控式光学影像缩放系统[J]. 陈明璿,陈柏儒,林怡欣. 液晶与显示. 2015(03)
[4]虚拟现实增强技术综述[J]. 周忠,周颐,肖江剑. 中国科学:信息科学. 2015(02)
[5]双小凹光学成像系统设计[J]. 冯驰,常军,杨海波. 物理学报. 2015(03)
[6]600 mm长焦平面时间延迟积分CCD的交错拼接[J]. 孙斌,李景林,张星祥,任建岳. 光学精密工程. 2014(11)
[7]天文望远镜技术发展现状及对我国未来发展的思考[J]. 薛艳杰,薛随建,朱明,崔辰州. 中国科学院院刊. 2014(03)
[8]被动成像广域空中监视系统综述[J]. 张春晓,林招荣,姚毅刚,李福东,张卫卫. 航天返回与遥感. 2014(01)
[9]星载光电成像系统探测能力分析与研究[J]. 张颖,牛燕雄,杨露,牛海莎,许冰,李继扬,吕建明,李建平,刘雯文,张超. 光学学报. 2014(01)
[10]大视场人工复眼结构设计方法与实验[J]. 史立芳,曹阿秀,刘艳,叶玉堂,邓启凌,郑美玲,杜春雷. 光电工程. 2013(07)
博士论文
[1]大视场三线阵立体航测相机光学系统研究[D]. 闫阿奇.中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所) 2015
[2]空间大面阵凝视成像若干关键技术研究[D]. 龚学艺.中国科学院研究生院（上海技术物理研究所） 2014
[3]大视场人工复眼成像结构研究与实验[D]. 史立芳.电子科技大学 2014
[4]新型复眼定位装置设计及关键技术研究[D]. 郭方.中国科学技术大学 2012
[5]引力透镜效应在星系结构研究中的应用[D]. 王健.清华大学 2011
[6]重叠型复眼光学系统的研究[D]. 李娜娜.长春理工大学 2010
硕士论文
[1]基于Multi-scale拼接成像的宽视场高分辨对地观测系统的研究[D]. 吴懿思.浙江大学 2016
[2]变焦安防、日夜共焦式光学系统设计及评价[D]. 杨欢丽.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2014
[3]天基可见光探测相机光学系统设计及杂散光分析[D]. 尚玲.中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所) 2011
[4]大视场微光夜视仪光学系统设计[D]. 刘欣.西安工业大学 2010
[5]空间相机调焦技术的研究[D]. 张洪文.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2003
本文编号：2927789
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