折反射全景成像系统

折反射全景成像系统能实现大于半球视场的全景成像 ,在视频会议、监视和机器人导航等领域有着广泛的应用。本文介绍了折反射全景成像系统的原理和主要类型 ,对单视点成像系统和非单视点成像系统进行了较为详细的讨论     

非全对称五面镜单视点折反射红外周视系统EI北大核心CSCD

综合多视点周视系统和单视点折反射周视系统的优势,充分利用前者空间分辨力高和后者无需拼接直接成像的优点,提出了一种分孔径、单视点的非全对称五面镜折反射红外周视系统方案,构建了单视点约束的非全对称五面镜结构设计流程。针对车辆驾驶应用中前方/左右侧、后方对行人探测距离要求的不同(分别为200 m和145 m),使用三套焦距5.8 mm和两套焦距4.1 mm的红外成像组件,构成前方、左、右侧均为64°视场、后方为两个84°视场的非全对称五面镜折反射红外周视原型系统,实现对水平360°、俯仰±29°视场的无遮挡、无缝、无盲区红外成像,提供全方位、大俯仰的车载实时周视红外图像,可用于智能交通、自动驾驶、军事侦察等军民用领域。     

全景立体成像技术浅述

大视场场景的立体感知和重现的需求,推动了全景立体成像技术的产生。而折反射全景立体成像具有360°大视场、实时成像、结构和几何计算简单、成本低等特点,近年来发展较快。首先介绍了已有的全景立体成像技术和方法、全景图像映射的三种模型,重点介绍了折反射全景立体成像的基本原理、反射镜类型及其各自特点、图像映射展开原理、典型的折反射全景立体成像装置类型等内容,最后强调了折反射全景立体成像技术中一些关键环节处理方法。     

微型无人机载实时全景成像设备研究

针对目前基于图像拼接法和鱼眼镜头法无人机载全景成像实时性低、成本高的问题,设计了一种微型无人机载实时全景成像设备。采用基于抛物面反射镜的折反射全景成像方式,通过无线通信实时获取机载全景图像视频,并利用投影变换展开成柱面全景图像,从而实时获得水平方向360°、垂直方向286°范围内的大视场图像,提高了无人机载大视场成像的实时性,降低了系统成本,为进一步释读图像奠定了重要基础。     

双曲凹面折反射全景成像系统

反射镜是折反射全景成像系统的重要部件之一。针对不同场合,出现了双曲面镜、椭球面镜、抛物面镜等反射镜构成的折反射全景成像系统,但是它们成像畸变大、边缘分辨率低,为了使之适合路面勘测,提出了基于前投影模型,采用双曲凹面镜作为反射镜的方法搭建系统,分析了该系统对水平场景的成像特点,对新系统进行了仿真,并与普通双曲面镜、水平等比例镜的成像系统做了比较。结果表明,通过优化相机透视中心到反射镜几何焦点的距离,可以使得新系统在水平场景的成像上具有较小的畸变。     

拼接式全景头盔红外夜视仪系统设计

大视场、轻量化、小型化成像系统是目前各类光电探测设备的发展方向,提出了一种采用4路小口径红外镜头拼接实现全景成像的红外夜视仪设计方案,给出了该全景头盔式红外夜视仪的实现原理。系统由红外物镜系统、图像拼接处理器、OLED微显示器、红外目镜系统组成,确定了全景头盔式红外夜视仪的设计参数,并给出了一个视场可达150°的超大视场红外夜视仪成像系统设计实例。     

折反式周视红外成像系统光学设计

为增大周视成像系统视场的同时有效降低红外光学系统的复杂度,采用折反式光学结构,通过反射镜及透镜光焦度的合理分配,引入衍射面。分别设计了视场为360°×（-40°～50°）的折反式一次成像非制冷红外周视成像光学系统及视场为360°×（-30°～50°）的折反式二次成像光学系统。其工作波段为8～12 μm,光学系统F数为1.2。该系统可实现360°全方位和一定俯仰角度范围内凝视成像。设计结果表明,该系统的结构简单紧凑,后截距大,成像良好,在空间频率20 1p/mm处的调制传递函数(Modulated Transfer Function, MTF)值大于0.4,能满足应用需求。     

全景立体成像技术浅述

大视场场景的立体感知和重现的需求,推动了全景立体成像技术的产生。而折反射全景立体成像具有360°大视场、实时成像、结构和几何计算简单、成本低等特点,近年来发展较快。首先介绍了已有的全景立体成像技术和方法、全景图像映射的三种模型,重点介绍了折反射全景立体成像的基本原理、反射镜类型及其各自特点、图像映射展开原理、典型的折反射全景立体成像装置类型等内容,最后强调了折反射全景立体成像技术中一些关键环节处理方法。     

抛物面折反射全景成像系统

系统论述了抛物面折反射全景成像系统原理和设计方法，推导了系统的逆投影计算公式，建立了虚拟像平面内透视全景图像与实际像平面内全景图像的坐标映射关系，为全景视频图像的处理提供了必要的模型和计算方法。进而研制出抛物面反射镜，建立了抛物面折反射全景成像系统。     

折反射中波红外探测无热化成像系统设计分析

系统研究分析了红外光学系统中各个光学参数随温度变化的影响情况,根据红外硫系光学材料折射率温度系数较小的特点,并结合折反射结构良好的消热差特性,应用Code-v光学设计软件设计了一种折反式中波红外探测无热化成像系统,系统工作波段为3.7～4.8 m,焦距为109.7 mm,全视场角为6.4,F/#为2.0,满足100%冷光阑效率,采用锗、硫化锌和硫系玻璃AMTIR1三种红外材料,设计结果表明,该系统在低温-40 ℃、高温60 ℃时的成像质量和常温20 ℃的成像质量变化不大,取得了良好的成像性能,可匹配像元尺寸为30 m,像元数320256的凝视型焦平面阵列中波红外探测器。     

折反式红外全景天空相机光学系统设计

利用红外全景天空相机可以获得天空中云的分布和温度信息,从而可对天气状况做出判断。采用等距离投影成像方式,可根据简单的数据转换关系从天空全景图像中任意点的位置坐标得到其对应的空间角度。为了实现等距离投影红外全景相机的设计,提出了一种简洁高效的计算等距离投影反射镜面型的数值方法,并在此基础上设计了8~12 m 长波红外波段全景天空相机。该相机的视场角为360（5~80）,校准畸变量在0.02%以下,MTF 值在探测器Nyquist 频率处高于0.4,非常适用于全景天空观测。     

红外点元探测器扫描成像方法研究

针对传统红外面阵探测器成像存在分辨率低、视场范围窄、非均匀性的问题,提出一种基于红外点元探测器的扫描成像方法。该方法首先利用微型电机驱动扫描镜依次获取物体表面的红外热斑,经光学镜头聚焦到红外点元探测器,进行光电转换;然后经信号处理板采集、处理后生成红外灰度图像;最后利用多阈值分割的伪彩色映射模型,将灰度图像转换成伪彩色图像。实验结果表明：红外点元探测器扫描成像方法能够实现红外场景的大视场、高分辨率成像,且点元探测器加工制造简单,价格低廉,有效突破了传统大面阵成像的高昂成本限制,更加有利于红外成像技术的推广和应用。     

Video image mosaic implement based on planar-mirror-based catadioptric system

Planar-mirror-based catadioptric method is one of the most hot topics in recent years. To overcome the disadvantages of the planar-mirror-based catadioptric panoramic camera, described by Nalwa (1996, 2001, 2000), such as the requirement for high-precision optical device designing and the stitching lines in the resulting images, we proposed a planar-mirror-based video image mosaic system with high precision for designing. Firstly, we designed a screw nut on our system, which can be adjusted to locate the viewpoints of the cameras’ mirror images at a single point approximately. It provides a method for those who have difficulties in their designing and manufacturing for high precision. Then, after the image distortion correction and cylinder projection transforms, we can stitch the images to get a wide field of view image by template matching algorithm. Finally, nonlinear weighting fusion is adopted to eliminate the stitching line effectively. The experimental results show that our system has good characteristics such as video rate capture, high resolution, no stitching line and without affection by the depth of field of view.     

激光/红外共孔径无热化紧凑型光学系统设计

基于激光测距和红外目标探测需求,设计了激光/红外共孔径无热化紧凑型光学系统。系统参数设计如下:工作波段为1.064mm激光和7.7~9.3mm长波红外,入瞳直径均为120 mm;激光焦距为800 mm;长波红外焦距为240 mm,F数为2,视场为2.29°×1.83°。选择带有Ritchey-Chretien(RC)反射系统的折反式光学布局,缩短系统纵向尺寸。光学系统共用主镜和次镜,利用次镜实现激光和红外分光。长波红外采用二次成像结构,达到100%冷光阑效率。通过选择合适的光学材料、结构材料和合理分配光焦度,实现了光学被动式消热差。在-50℃^+70℃范围内,激光接收能量集中度高,长波红外成像质量良好,满足实际使用需求。     

轻小型面阵摆扫热红外成像系统研究

研制了一套轻小型面阵摆扫热红外成像系统,采用面阵探测器并结合系统光学元件在翼展方向的摆扫实现了宽视场、高分辨率成像,利用环架反向补偿纠正了横滚姿态扰动导致的视场偏移。通过功能验证试验,获取了视场无偏移的宽视场高分辨率图像。系统光机结构简单,体积、重量优势明显,在轻小型无人机热红外遥感方面应用前景广阔。研究成果对推动无人机载热成像技术向宽视场、高分辨率方向发展具有一定的参考价值。     

一种改进型的红外三反射镜探测成像系统

长焦距、多谱段、轻量化成像系统具有分辨率高、轻小型等优点,是目前成像系统设计的一个重要研究方向。针对制冷型红外同轴三反射结构中心遮拦大的不足,提出了一种改进型的同轴三反射镜成像系统,在系统三镜后加平面反射镜,将系统光线进行折转,利用三个反射镜的二次曲面系数校正轴外像差,给出了具体的设计思路及考虑问题,并给出了一个焦距f=400mm,F/#为4,全视场角为1.72°的设计实例。设计结果表明,系统成像质量接近衍射极限。