消畸變?nèi)�景成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：單視點(diǎn)折反射全景成像系統(tǒng)畸變較大，通過計(jì)算反射鏡面型可有效地實(shí)現(xiàn)折反射全景成像系統(tǒng)消畸變成像。在反射鏡入射角與反射角呈線性關(guān)系的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)適用于消畸變折反射全景成像的反射鏡面型公式。為說明反射鏡面型的準(zhǔn)確性，設(shè)計(jì)了F#為3.3，視場為138的消畸變成像折反射全景成像系統(tǒng)，并利用實(shí)際像平面和虛擬像平面間的坐標(biāo)映射關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的消畸變設(shè)計(jì)。各視場MTF在奈奎斯特頻率下均達(dá)到0.6， 邊緣視場相對畸變小于4 %。結(jié)果表明：該面型可實(shí)現(xiàn)消畸變折反射全景成像，反射角光線追跡法適用于折反射全景成像系統(tǒng)畸變評價(jià)，為折反射全景成像系統(tǒng)消畸變設(shè)計(jì)提供了必要的模型和計(jì)算方法。

關(guān)鍵詞：光學(xué)設(shè)計(jì)；折反射全景成像；消畸變成像；反射鏡面型

引言

全景成像系統(tǒng)是指能夠獲得水平或者垂直方向上大于180°半球視場或者全360°視場的光學(xué)系統(tǒng)。傳統(tǒng)的光學(xué)成像系統(tǒng)遵循中心投影法，中心投影是模仿人類觀察外部世界的方式，觀察物體近大遠(yuǎn)小，實(shí)現(xiàn)面到面的成像。旋轉(zhuǎn)掃描技術(shù)、多鏡頭拼接技術(shù)和魚眼鏡頭均采用傳統(tǒng)的中心投影法實(shí)現(xiàn)全景成像。平面圓柱投影法是指在三維空間視場和有限的二維像平面間建立一種新的投影關(guān)系，將三維圓柱區(qū)域通過特殊的系統(tǒng)投影到二維平面圓環(huán)區(qū)域，如圖1所示，在常規(guī)成像系統(tǒng)前加入反射面可達(dá)到圓柱投影的目的。折反射全景成像系統(tǒng)即利用反射鏡與常規(guī)成像系統(tǒng)的組合，實(shí)現(xiàn)大到半球視場的成像，如圖2所示。與傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)掃描技術(shù)、多鏡頭拼接技術(shù)和魚眼鏡頭實(shí)現(xiàn)大視場成像相比，折反射全景成像系統(tǒng)具有成像實(shí)時(shí)性好、體積小、質(zhì)量輕、成本較低等優(yōu)勢，近年來發(fā)展較快，在國防、民用、醫(yī)療等領(lǐng)域都有十分廣闊的應(yīng)用前景，如飛機(jī)偵查吊艙、坦克探測與觀瞄、機(jī)器人視覺、場景監(jiān)視、視頻會議等。

圖1.平面圓柱投影法示意圖

圖2.折反射成像系統(tǒng)示意圖