CN103412392B - 一种转接成像摄影装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种转接成像摄影装置，包括一个不包含感光器件的成像摄影***、微透镜阵列、转接成像摄影镜头以及感光器件，微透镜阵列设置在成像摄影***的成像位置并对其像面完全覆盖，多组具有不同焦距的转接成像摄影镜头按照相邻位置焦距不相同的原则置于所述微透镜阵列的后方并对微透镜阵列的出射光线完全覆盖，转接成像摄影镜头依照几何共轭关系将成像摄影***的像面等大或放大后成像于感光器件处，每一个转接成像摄影镜头对应一个感光器件，所有感光器件的图像重叠区域进行拼接处理合成完整图像。采用上述成像摄影***、微透镜阵列、转接成像摄影镜头以及感光器件的组合即可得到同等或更高像质分辨率、高几何精度影像和完整的大幅面影像。

Description

一种转接成像摄影装置及方法
技术领域
本发明属于光学成像技术领域，涉及一种利用光学物像成像原理，以保证原分辨率不变或者达到更高分辨率，对***像面进行转接成像摄影的装置。
背景技术
目前广泛使用的高分辨率航空摄影相机都是采用胶片作为感光器件的，其胶片的感光区大，灵敏度高，是数码相机所不能比拟的。但由于数码相机***的功能性和实效性强，可以对拍摄图像进行图像分析和实时传输，是当今高分辨率航空摄影相机的发展趋势。因此，为了达到大画幅的影像拍摄的实效性，并利用原航空摄影设备，就需要对其进行数字化改造。
目前对航空摄影相机改造的过程中存在以下两点问题：1、现有的数字感光器件不具备一次完成80mm×80mm或者更大面积的感光区域，同时面积越大的感光器件，其帧频速率越低，无法达到航空摄影的需要。2、对现有航空摄影相机进行传感器的数字改造，无论是采用多CCD或CMOS传感器的无缝拼接技术，还是缩小成像摄影拼接方法(如2007年10月24日公开的，专利公开号为CN101059598A，名称为一种二次成像摄影方法及装置的中国专利)，都无法满足完全覆盖原航空摄影相机的成像区域，或者不降低原航空摄影相机的成像分辨率。这致使真正有效的航空摄影相机数字化改造无法实现。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种转接成像摄影方法，可以在不降低原有航空摄影相机成像分辨率的同时达到成像区域完全覆盖，从而获得同等或更高像质分辨率、高几何精度影像和完整的大幅面影像。
本发明的技术解决方案是：一种转接成像摄影装置，包括一个不包含感光器件的成像摄影***、微透镜阵列、转接成像摄影镜头以及感光器件，其中微透镜阵列设置在成像摄影***的成像位置并对成像摄影***的像面完全覆盖，多组具有不同焦距的转接成像摄影镜头按照相邻位置的转接成像摄影镜头焦距不相同的原则置于所述微透镜阵列的后方并对微透镜阵列的出射光线完全覆盖，转接成像摄影镜头依照几何共轭关系将成像摄影***的像面等大或放大后成像于感光器件处，每一个转接成像摄影镜头对应一个感光器件，所有感光器件的图像重叠区域进行拼接处理合成完整图像；所述微透镜阵列中单个微透镜的最小面积小于或等于感光器件的像元面积。
所述的转接成像摄影镜头成矩阵排列，数量为m×n，当m和n都小于等于2时，至少使用具有两组不同焦距的转接成像摄影镜头；当m和n都大于等于2并且不同时等于2时，使用具有四组或四组以上不同焦距的转接成像摄影镜头。
一种转接成像摄影方法，步骤如下：
(1)设置一个不包含感光器件的成像摄影***对目标进行成像；
(2)在所述成像摄影***的成像位置设置微透镜阵列，所述的微透镜阵列应保证对成像摄影***的像面完全覆盖，微透镜阵列中单个微透镜的最小面积小于或等于后方的感光器件的像元面积；
(3)在所述的微透镜阵列的后方设置多个转接成像摄影镜头并对微透镜阵列的出射光线完全覆盖，所述的转接成像摄影镜头具有多组不同的焦距且相邻位置的转接成像摄影镜头的焦距不相同，转接成像摄影镜头依照几何共轭关系将成像摄影***的像面等大或放大后成像；
(4)在各转接成像镜头的成像位置处设置对应的感光器件，每一个转接成像摄影镜头对应一个感光器件，所有感光器件的图像重叠区域进行拼接处理，合成完整的目标图像。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明提供了一种不改变成像摄影***的分辨率的转接成像摄影方法，可实现不降低成像摄影***分辨率以及保证大幅面成像摄影。采用在成像摄影***焦面后方加入转接成像摄影***，对原***像面进行转接成像，降低了采用大面阵感光器件的成本和技术要求，同时提高了***的帧频，保证了***的正常使用；
(2)本发明利用在不同的平面内错位安装不同焦距的转接成像***，各转接成像***中的感光器件互不影响和不遮拦，以保证原摄影***的像可以等比例甚至放大成像，达到保证了成像摄影***分辨率的目的；
(3)本发明根据需求采用不同数量、不同焦距的转接成像摄影***装置，实现大幅面完全覆盖的成像过程；
(4)本发明实现了大幅面、高帧频的航空摄影相机数字化改造，解决了现有技术中的降低分辨率成像以及拼接丢失数据的情况。
附图说明
图1为本发明成像装置的原理图；
图2为本发明转接成像摄影图像拼接示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明成像装置包括一个不含感光器件的成像摄影***、微透镜阵列、多组转接成像摄影镜头以及多组感光器件装置。按照相邻位置摆放不同焦距转接成像摄影镜头的原则，将多组具有不同焦距的转接成像摄影镜头依次置于成像摄影***的后方，并保证对成像摄影***的像面完全覆盖。依照几何共轭关系，转接成像摄影镜头将成像摄影***的像面等大或放大成像于感光器件处，并保证转接光路的主光轴与原成像摄影***的主光轴平行。
微透镜阵列的面积大小应覆盖整个成像摄影***的像面，同时单个微透镜的最小面积要小于或等于后方感光器件的像元面积。
转接成像摄影镜头和感光器件需要相应匹配，根据成像摄影***的成像区域大小，可增加或减少转接成像摄影镜头和感光器件的数量以及微透镜阵列的面积。
根据不同焦距转接成像摄影镜头和相匹配的感光器件错位安置在不同的平面内，转接成像摄影镜头对成像摄影***像面的不同区域进行成像，相邻区域的像具备一定重叠区域,根据重叠区域进行拼接处理合成完整图像。
转接成像摄影镜头具有多组的不同焦距，根据相邻转接成像摄影镜头相互交错不产生空间冲突的原则，当转接成像摄影镜头的数量为m×n，其中m和n都小于等于2时，***至少使用具有两组不同焦距的转接成像摄影镜头；其中m和n都大于等于2，并两者不同时等于2时，***至少需采用具有四组或四组以上不同焦距的转接成像摄影镜头。
采用上述的转接成像摄影装置进行成像时，方法步骤如下：
(1)设置一不包含感光器件的成像摄影***、微透镜阵列、多组转接成像摄影镜头以及多组感光器件装置。
(2)微透镜阵列设置在成像摄影***的成像位置。
(3)按照相邻位置摆放不同焦距转接成像摄影镜头的原则，将多组具有不同焦距的转接成像摄影镜头依次置于成像摄影***的后方，并保证对成像摄影***的像面完全覆盖。
(4)依照几何共轭关系，转接成像摄影镜头将成像摄影***的像面等大或放大成像于感光器件处，并保证转接光路的主光轴与原成像摄影***的主光轴平行。
实施例
以转接成像摄影镜头的数量为3×3(当m＝3，n＝3时)为例进行说明。
如图1所示，本发明是通过多个具有不同焦距的转接成像摄影***进行组合的方法，每个转接成像摄影***由转接成像摄影镜头和与其对应的CCD、CMOS等感光面阵器件组成。成像摄影***的焦平面像经过转接成像摄影镜头成像在与其对应的感光面阵CCD或CMOS等器件上。不同的焦距转接成像摄影镜头对成像摄影***焦面进行转接成像，每相邻两个转接成像摄影镜头不在同一平面内，各面阵CCD或CMOS等器件无遮拦，以保证转接成像摄影镜头分辨率不变甚至提高分辨率。
如图2为转接成像摄影图像拼接示意图其中f1、f2、f3和f4为四种不同焦距下转像***的成像区域，斜线区域为图片重叠区域。
若成像摄影***的像面尺寸114mm×114mm，可选定目前市场上供应的像元尺寸为5μm、像素数7680×7680的探测器进行九块拼接。转接成像摄影镜头设计时采用四组不同焦距的光学***交错安装，对微透镜阵列所成的像进行二次成像，微透镜阵列尺寸为120mm×120mm。根据感光器件的外形整体尺寸以及***的实用性，设置转接成像摄影镜头的工作距离分别为120mm、160mm、200mm、240mm，利用物像之间的关系公式，可以计算得到相应工作距离下的光学***焦距分别为：f1＝30mm，f2＝40mm，f3＝50mm，f4＝60mm。九块探测器拼接可以得到的最终图片大小为115mm×115mm，其中重叠区域尺寸为0.1mm。利用本发明方法进行转接成像，可以保证镜头分辨率达到100lp/mm，有效地进行了数字化改造。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (4)

1.一种转接成像摄影装置，其特征在于：包括一个不包含感光器件的成像摄影***、微透镜阵列、转接成像摄影镜头以及感光器件，其中微透镜阵列设置在成像摄影***的成像位置并对成像摄影***的像面完全覆盖，多组具有不同焦距的转接成像摄影镜头按照相邻位置的转接成像摄影镜头焦距不相同的原则置于所述微透镜阵列的后方并对微透镜阵列的出射光线完全覆盖，转接成像摄影镜头依照几何共轭关系将成像摄影***的像面等大或放大后成像于感光器件处，每一个转接成像摄影镜头对应一个感光器件，所有感光器件的图像重叠区域进行拼接处理合成完整图像；所述微透镜阵列中单个微透镜的最小面积小于或等于感光器件的像元面积。
2.根据权利要求1所述的一种转接成像摄影装置，其特征在于：所述的转接成像摄影镜头成矩阵排列，数量为m×n，当m和n都小于等于2时，至少使用具有两组不同焦距的转接成像摄影镜头；当m和n都大于等于2并且不同时等于2时，使用具有四组或四组以上不同焦距的转接成像摄影镜头。
3.一种转接成像摄影方法，其特征在于步骤如下：
(1)设置一个不包含感光器件的成像摄影***对目标进行成像；
(2)在所述成像摄影***的成像位置设置微透镜阵列，所述的微透镜阵列应保证对成像摄影***的像面完全覆盖，微透镜阵列中单个微透镜的最小面积小于或等于后方的感光器件的像元面积；
(3)在所述的微透镜阵列的后方设置多个转接成像摄影镜头并对微透镜阵列的出射光线完全覆盖，所述的转接成像摄影镜头具有多组不同的焦距且相邻位置的转接成像摄影镜头的焦距不相同，转接成像摄影镜头依照几何共轭关系将成像摄影***的像面等大或放大后成像；
(4)在各转接成像镜头的成像位置处设置对应的感光器件，每一个转接成像摄影镜头对应一个感光器件，所有感光器件的图像重叠区域进行拼接处理，合成完整的目标图像。
4.根据权利要求3所述的一种转接成像摄影方法，其特征在于：所述的转接成像摄影镜头成矩阵排列，数量为m×n，当m和n都小于等于2时，至少使用具有两组不同焦距的转接成像摄影镜头；当m和n都大于等于2并且不同时等于2时，使用具有四组或四组以上不同焦距的转接成像摄影镜头。
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