本文關(guān)鍵詞：超大視場高分辨率全景環(huán)帶光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計

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【摘要】：全景環(huán)帶光學(xué)系統(tǒng)由全景頭部單元和中繼透鏡系統(tǒng)兩部分組成,能夠?qū)@其光軸360°空間內(nèi)的景物實現(xiàn)凝視成像。全景環(huán)帶光學(xué)系統(tǒng)視場大、徑向畸變小、結(jié)構(gòu)緊湊,上述特性使得它在管道內(nèi)壁檢測、安防監(jiān)控、機器視覺、視頻會議、大氣監(jiān)測、空間飛行導(dǎo)航等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。在一些特定的應(yīng)用場景,如監(jiān)控、機器視覺、全景立體成像等領(lǐng)域還有進一步擴大全景環(huán)帶光學(xué)系統(tǒng)的視場角和提高其分辨率的需求。本文正是圍繞上述需求展開了研究,進行了一些嘗試。一方面,通過詳細分析組成全景環(huán)帶光學(xué)系統(tǒng)的兩種全景頭部單元結(jié)構(gòu)的場曲特性,從中確定了有利于獲得更大視場的全景頭部單元結(jié)構(gòu)。然后,在中繼透鏡系統(tǒng)的設(shè)計中引入了新近提出的Qbfs非球面表達方式來校正場曲、像散、畸變等與視場相關(guān)的像差。最終設(shè)計了視場達到(30°-120°)×360°,全視場F-Theta相對畸變在1%以內(nèi)的超大視場全景環(huán)帶光學(xué)系統(tǒng)。像質(zhì)分析和公差分析結(jié)果表明所設(shè)計的超大視場全景環(huán)帶光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量優(yōu)秀、公差分配合理；另一方面,我們在保留較大視場的前提下繼續(xù)提高全景環(huán)帶光學(xué)系統(tǒng)的分辨率。這就意味著其焦距和像面尺寸都要繼續(xù)增大,在大尺寸圖像傳感器還比較缺乏的現(xiàn)有條件下,為實現(xiàn)上述目標必然要使用圖像拼接的方法。因此,我們提出將高分辨率全景環(huán)帶光學(xué)系統(tǒng)的像面設(shè)計為與其場曲相適應(yīng)的球面面形,以此來降低場曲校正的難度,而球面像面則使用靠近像面的輸入端為相同半徑球面的光學(xué)纖維面板來傳遞給圖像傳感器,通過拼接的方式來獲取完整圖像。根據(jù)上述方案,我們設(shè)計了焦距達到-24mm的高分辨率全景環(huán)帶光學(xué)系統(tǒng),其焦距為目前最長焦距全景環(huán)帶光學(xué)系統(tǒng)焦距的兩倍以上。最后,研制了一臺含有一個光學(xué)纖維面板耦合圖像傳感器的原型樣機,對整個圓環(huán)形像面進行掃描。通過圖像拼接的方式獲取了約含1.5億像素的高分辨率全景圖像,驗證了所提出方案的有效性和可行性。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP391.41

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本文編號：1272069