專利名稱：基于曲面透鏡陣列的寬視場對數極坐標映射成像方法
技術領域：
本發明涉及一種基于曲面透鏡陣列的寬視場對數極坐標映射成像方法，屬于光電圖像傳感器技術領域。
背景技術：
對數極坐標映射成像技術模擬了人眼視網膜的非均勻采樣機理，可降低信息冗余。同時，基于該技術可獲得目標的尺度與旋轉不變性，進而消除目標尺度與旋轉變化的影響，從而提高光電探測系統對運動目標的探測與跟蹤的速度與精度。因此，對數極坐標映射成像技術在航空、航天、機器人、智能監控等領域具有廣泛的應用前景。目前，已有的對數極坐標映射成像方法主要通過基于CMOS或CXD工藝的非均勻像素實現，即:基于CMOS或C⑶工藝形成不同尺寸的像素，并通過非均勻像素的幾何位置分布獲得對數極坐標映射能力。該方法主要存在以下問題:(I)采用常規成像光學系統，難以實現大視場成像。(2)受工藝條件限制，難以獲得較大的像素尺寸，導致其靈敏度相對較低。

發明內容
本發明的目的是為了解決現有技術難以實現大視場成像的問題，本發明提出了一種基于曲面透鏡陣列的寬視場對數極坐標映射成像方法。通過曲面非均勻透鏡陣列結構實現大視場；通過非均勻透鏡陣列對前置光學系統像面的分割，實現硬件對數極坐標映射。最終，獲得同時具備大視場、目標尺度與旋轉不變性兩種特性的光電成像能力。本發明的目的是通過下述技術方案實現的。一種基于曲面透鏡陣列的寬視場對數極坐標映射成像方法，按由上至下的順序由前置光學系統、曲面非均勻透鏡陣列及光電探測陣列構成。所述前置光學系統為會聚系統，主要對入射光進行會聚。所述曲面非均勻透鏡陣列由按曲面分布的非均勻光學透鏡構成:以曲面的頂點為中心，設置M(M>2)環光學透鏡，每環內均勻設置N(N>3)個光學透鏡，N個光學透鏡的圓心均勻分布于環內。在同一圓環內，N個光學透鏡的口徑及其他光學參數相同；相鄰圓環內的光學透鏡口徑及其他光學參數的設置滿足對數極坐標映射的要求。所述光學透鏡環數M>2，光學透鏡個數N>3 ；所述光電探測陣列用于對曲面非均勻透鏡陣列的會聚光進行光電轉換，光電探測器陣列的整體光敏面垂直于透鏡陣列頂點與光電探測器陣列中心之間的連線。光電探測器陣列中的每一光電探測器均對應曲面非均勻透鏡陣列中的一個光學透鏡。即:在光電探測器陣列中，第i環、第j個探測器與非均勻透鏡陣列中的第i環、第j個光學透鏡相對應，且光學透鏡的光軸通過所對應光電探測器的光敏面中心。前置光學系統為會聚系統，位于整個系統的最上端，主要實現入射光的會聚。依據對數極坐標映射要求，對前置光學系統后的像面進行區域分割。在本發明中，子區域分割的過程是這樣實現的:
在前置光學系統的像面內，以光軸為中心，分割成M(M>2)環區域，每環均勻分割出N(N>3)個半徑相同的圓形子區域，則其采樣角δ =2 π /N。設像面上距離光軸最近的圓環為第I環，第I環內每個子區域的半徑為Γι，第I環子區域中心距離像面中心的距離為R1,即第I環的半徑為R1 ;則R^r1Aan (δ /2)。同時，像面內第i環的半徑Ri為:
權利要求
1.一種基于曲面透鏡陣列的寬視場對數極坐標映射成像方法，其特征在于:按由上至下的順序由前置光學系統、曲面非均勻透鏡陣列及光電探測陣列構成； 前置光學系統為會聚系統，位于整個系統的最上端，主要實現入射光的會聚；依據對數極坐標映射要求，對前置光學系統后的像面進行區域分割；在本發明中，子區域分割的過程是這樣實現的: 在前置光學系統的像面內，以光軸為中心，分割成M環區域，每環均勻分割出N個半徑相同的圓形子區域，則其采樣角δ =2 π /N ;設像面上距離光軸最近的圓環為第I環，第I環內每個子區域的半徑為A，第I環子區域中心距離像面中心的距離為R1,即第I環的半徑為R1 ;則R1 = r1/tan( δ /2);同時,像面內第i環的半徑Ri為:
2.按權利要求1所述的一種基于曲面透鏡陣列的寬視場對數極坐標映射成像方法，其特征在于:所述前置光學系統為會聚系統，主要對入射光進行會聚。
3.按權利要求1所述的一種基于曲面透鏡陣列的寬視場對數極坐標映射成像方法，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透鏡構成:以曲面的頂點為中心，設置M環光學透鏡，每環內均勻設置N個光學透鏡，N個光學透鏡的圓心均勻分布于環內；在同一圓環內，N個光學透鏡的口徑及其他光學參數相同；相鄰圓環內的光學透鏡口徑及其他光學參數的設置滿足對數極坐標映射的要求。
4.按權利要求1或3所述的一種基于曲面透鏡陣列的寬視場對數極坐標映射成像方法，其特征在于:所述光學透鏡環數M>2，光學透鏡個數N>3。
5.按權利要求1所述的一種基于曲面透鏡陣列的寬視場對數極坐標映射成像方法，其特征在于:所述光電探測陣列用于對曲面非均勻透鏡陣列的會聚光進行光電轉換，光電探測器陣列的整體光敏面垂直于透鏡陣列頂點與光電探測器陣列中心之間的連線；光電探測器陣列中的每一光電探測器均對應曲面非均勻透鏡陣列中的一個光學透鏡；且光學透鏡的光軸通過所對應光電探測器的光敏面中心。
6.按權利要求1所述的一種基于曲面透鏡陣列的寬視場對數極坐標映射成像方法，其特征在于:光電探測器陣列需接收由曲面非均勻透鏡陣列所會聚的所有光線；且所有光電探測器的光敏面均在一個平面內；同時，其空間位置滿足曲面非均勻透鏡陣列的光學會聚要求。
7.按權利要求1或6所述的一種基于曲面透鏡陣列的寬視場對數極坐標映射成像方法，其特征在于:所述光電探測器陣列中各光電探測器具有相同的光敏元尺寸。
8.按權利要求1所述的一種基于曲面透鏡陣列的寬視場對數極坐標映射成像方法，其特征在于:具體工作過程如下: 第一步:基于前置光學系統實現入射光的會聚； 第二步:基于曲面非均勻光學透鏡陣列，對前置光學系統的像面進行分割，使之滿足對數極坐標映射要求，并同時獲得較大的探測視場； 第三步:基于曲面非均勻光學透鏡陣列中的光學透鏡，將入射光分別會聚于所對應的光電探測器的光敏面上； 第四步:基于光電探測器陣列中的光電探測器進行光電轉換，分別將入射光強轉換為相應的電信號，從而實現 對數極坐標映射成像。
全文摘要
本發明涉及一種基于曲面透鏡陣列的寬視場對數極坐標映射成像方法，屬于光電圖像傳感器技術領域。一種基于曲面透鏡陣列的寬視場對數極坐標映射成像方法，按由上至下的順序由前置光學系統、曲面非均勻透鏡陣列及光電探測陣列構成。本發明的一種基于曲面透鏡陣列的寬視場對數極坐標映射成像方法，由于采用曲面光學透鏡陣列結構，擴大了成像系統的視場，從而可實現大視場成像。增加了對數極坐標映射傳感器的靈敏度。
文檔編號G02B3/06GK103091737SQ20121055205
公開日2013年5月8日 申請日期2012年12月18日 優先權日2012年12月18日
發明者郝群, 宋勇, 樊凡, 曹杰, 劉韜 申請人:北京理工大學