CN105578003A - 多通道大视角仿生复眼成像探测装置 - Google Patents

多通道大视角仿生复眼成像探测装置 Download PDF

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Abstract

多通道大视角仿生复眼成像探测装置包括：子眼镜头，根据***总体视场角度设计要求，镜头结构采用三片分离式库克结构，单个子眼的视场角度为42°，为满足小型化的要求，该镜头的设计直径尺寸小于20mm.光线折转元件，将角度分离的图像信息传输到CCD/CMOS光感区域上，采用光学纤维面板作为光线偏转元件。根据各通道子眼的分布位置及子眼透镜的焦距确定光学纤维面板各表面的抛光角度。再与CCD/CMOS耦合，光学纤维面板作为中继元件，把子眼通道的图像信息均匀的投射到光感区域上。能够采集全视角图像，不存在视场盲区，能够实时高效的将各方向的信息显示于一幅图像中，具有结构简单，能耗低，大视角等优点，且造价低廉、高效长寿特点。

Description

多通道大视角仿生复眼成像探测装置
技术领域
本发明属于光学技术领域。涉及一种成像装置，特别是涉及多通道大视角仿生复眼成像探测装置，主要用于飞行器前视红外探测、夜视设备以及预警卫星、雷达***、舰艇搜索和跟踪***、战略与战术导弹等武器精确制导***中，此外，在大型红外望远镜、微型照相机以及指纹识别***等民用工业中也有着广泛的应用。
背景技术
小型化的成像***具有低能耗、大视角的优点以及在体积上的显著优势,因而越来越受到人们的青睐,其应用前景十分广阔。目前在手机、个人电脑上已经有所应用,将来甚至可能应用在诸如***等更小物体上,这为成像***的体积提出了更高的要求,希望能从小型化过渡到微型化。由于受到衍射极限等因素的影响,在传统的单孔径成像结构下,通过单纯减小各组成部分的体积来实现其小型化已经变得越来越困难。因此,近年来人们致力于以新的设计理念来实现微缩成像***。自然界中的生物复眼由成千上万个成像单元构成，将每个成像单元定义为复眼的一个子眼，这些子眼排布在一个球面或椭球面基底上，每个子眼对不同方向物空间的成像使得复眼具有较大的视角。不同于传统的单通道成像***，生物复眼属于多通道成像***，通过对多通道子眼图像信息融合，可实现大视角的成像以及对目标物体的实时跟踪。目前，实现大视角成像的方式有两种：一是采用多套单孔径成像装置，分别安装在物空间的不同方位，对物空间进行成像。二是采用广角镜头对物空间进行成像。上述两种方法虽然能够实现大视角成像，但是却有安装复杂、成本高昂等缺点。
发明内容
本发明的目的是针对目前大视角仿生复眼成像的安装复杂、成本高昂不足，提供一种多通道大视角仿生复眼成像探测装置，其设计原理是：采用球形阵列的方式布置子眼通道，由球面透镜阵列、中继光学元件(光纤面板FPFP)和CCD/CMOS传感器组成多通道复眼摄像组件。装置选用9个透镜，透镜的直径为5mm（透镜的直径参数可根据装置总体成像范围的要求作相应的设计更改），结构参数完全相同的非球面透镜固定在金属球壳的孔洞上。为使相同焦距的透镜能够将目标像同时成像在平面传感器上，装置采用含有小微平面的光纤面板（FOFP）作为中继元件，该光纤面板的抛光形状及抛光精度等要求，需要根据装置总体视场角度要求而变。光纤面板将角度分离的图像耦合到平面CMOS/CCD传感器上。通过数据传输，利用计算机将采集的图像实时进行数字化处理，对各方向的图像进行拼接融合，得到完整的大视野图像。
采用的技术方案是：
多通道大视角仿生复眼成像探测装置，包括多通道子眼阵列、光学纤维面板(折转元件)、CCD/CMOS光感元件及图像处理装置。所述的多通道子眼阵列为多个子眼透镜阵列，多个子眼透镜分别对各个方向进行成像，通过光学纤维面板，将角度分离的图像传输到CCD/CMOS光感元件的光感区域上，在同一片光感元件中成多角度图像，再经后期图像处理，拼接完整大视角图像，装置视场角度≥120°,构成多通道大视角仿生复眼成像探测装置。
上述的多通道大视角仿生复眼成像探测装置，其设计制作过程包括以下步骤：
a、设计单通道子眼透镜-单通道镜头选用三片分离式库克镜头作为基础，通过采用凹凸透镜的配合使用来进行球差的校正，通过使用对称结构的光学***来降低慧差，建立优化函数来结构进行优化。左右两片镜片的材料为SK16，中间镜片的材料为F2，镜头设计尺寸直径≤20mm,其焦距为10mm.设计视场角度为42°，在三个入射角度下，光斑的大小分别为3.365um其对应入射角为0°、8.827um其对应入射角度为14.7°、7.345um其对应入射角度为21°，成像结果最大畸变量为1.44%，远远小于人眼可分辨的畸变量4%；
b、将光学纤维面板上下表面简单抛光，以下底面为基面，抛出异形光学纤维面板的形状，抛光后的异形光学纤维面板为对称结构，抛光后的外形尺寸为长6.4mm，宽4.8mm,高3mm，各倾斜表面与基面的夹角分别为136°和123°，此角度根据各子眼通道的分布位置及分布角度而确定，子眼通道到抛光后光学纤维面板的距离为透镜的焦距；
c、光线沿直线传播，光线垂直入射光学纤维面板倾斜表面会有一定的光线发生反射，为减少入射光线的能量损失，在抛光后的光学纤维面板各工作表面镀AR增透膜，减少反射光线的能量损失，使光学***成像更清晰；
d、光学纤维面板与CCD/CMOS耦合：将抛光后的光学纤维面板与CCD/CMOS光感区域耦合连接，耦合件要满足：光学纤维面板与CCD/CMOS芯片牢封接；耦合胶均匀、无气泡产生，从而不影响光线传输；面板耦合件传输图像清晰。
上述的图像处理，装置装配准确调整焦距，采集各角度的视觉图像信息，通过编制好的图像处理程序，对采集的各方向的信息进行数字化处理，输出完整清晰的大视野图像。
本发明能够采集全视角图像，不需要机械结构旋转镜头，不存在视场盲区，能够实时高效的将各方向的信息显示于一幅图像中，具有结构简单，能耗低，大视角等优点，且造价低廉、高效长寿特点。
附图说明
图1是本发明的外观主视图。
图2是图1的侧视图。
图3是1-CMOS工业相机中的光探测器阵列示意图。
图4是2-抛光后的光纤面板示意图。
图5是3-透镜夹具保持架示意图。
图6是4-透镜夹持器示意图。
图7是5-各通道透镜示意图。
图8是本发明采用的三片分离式库克镜头示意图。
图中标注：1-多通道子眼阵列、2-抛光后的光纤面板、3-透镜夹具保持架、4-透镜夹持器、5-各通道透镜。
具体实施方式
多通道大视角仿生复眼成像探测装置，由多通道子眼阵列1、抛光后的光纤面板2、透镜夹具保持架3、透镜夹持器4、各通道透镜5、CCD/CMOS光感元件及图像处理装置组成。所述的多通道子眼阵列1为多通道子眼球面透镜阵列，其特点是多套子眼镜头按照计算好的排布位置与角度阵列在中心子眼的周围。单个子眼的成像视场角度为42°，通过光学纤维面板，将角度分离的图像传输到CCD/CMOS光感元件的光感区域上，在同一片光感元件中成多角度图像，再经后期图像处理，拼接完整大视角图像，构成***总体视场角度≥120°。中继光学元件，采用山西长城微光器材有限公司生产的硬光学纤维面板，传感效率较高，像质清晰、真实。将光学纤维面板按照设计角度抛光成10面体，抛光后的光学纤维面板镀膜（AR增透薄）后与CCD/CMOS耦合连接，光学纤维面板与光感区域紧密结合，之间不能存在缝隙且抛光后的光学纤维面板位于光感区域中心位置。芯片与光学纤维面板牢固封接，耦合胶均匀、无气泡。
上述子眼透镜参数设计、分布方式、光感元件参数及光学纤维面板耦合件制造方法：
1.单通道子眼结构设计：根据***总体设计，采用库克三重透镜结构（见图4），各子眼透镜均由三片透镜装夹组合而成，单个子眼通道的成像视场范围为42°。各子眼通道的视场区域存在重叠，为后期图像处理，进行图像拼接及图像融合等处理做准备。
2.球壳子眼通道分布方式：根据***总体视场范围的设计要求，计算各子眼通道的分布位置，用九通道排布方式，中间主光轴一个子眼，周围阵列八个子眼，各子眼通道之间的夹角为45°（见图1）。
3.确定球壳尺寸：根据子眼分布位置，及固定支架的尺寸，确定球壳的尺寸。球壳材料，可以采用机械加工也可根据需要使用注塑件或3D打印。各子眼通道结构尺寸，由子眼透镜中各片透镜尺寸及之间的间距确定，保证子眼透镜的对焦准确。
4.光学纤维面板：光学纤维面板选用山西长城微光器材股份有限公司生产的光学纤维面板。具有传光效率高，级间耦合损失小，传像清晰、真实等特点。根据设计所要达到的视场角度及子眼的空间分布位置，确定光学纤维面板的抛光角度（见图3中标注2）。
5.CCD/CMOS选型：采用DH-HV3151UC型号的工业相机，其光感区域面积为6.5mm×4.8mm,分辨率为2048×1536，最大分辨率下的帧率为6fps。
6.光学纤维面板与CCD/CMO耦合：光学纤维面板与CCD/CMOS耦合连接，可以将各通道子眼的光线传输到光感区域，将角度分离的图像耦合到平面CCD/CMOS传感器上。简化了复眼光学***。光学纤维面板各抛光面的角度要根据各子眼通道的位置确定，保证各通道透镜能够准确聚焦到光学纤维面板各抛光面上，图像经抛光后的光学纤维面板传输到CCD/CMOS上。
7.装置总体装配及后期图像处理：各通道子眼准确装夹，子眼通道为锥形通道，通道底端与抛光后的光学纤维面板紧密配合，子眼透镜到光学纤维面板表面的距离恰为各通道子眼的焦距。调整透镜焦距，获取最佳的视觉图像信息。获取各方向的图像信息，经计算机数字化处理后，拼接输出完整的大视野图像。

Claims (3)

1.多通道大视角仿生复眼成像探测装置，包括多通道子眼阵列、光学纤维面板、CCD/CMOS光感元件及图像处理装置，其特征在于所述的多通道子眼阵列为多个子眼透镜阵列，多个子眼透镜分别对各个方向进行成像，通过光学纤维面板，将角度分离的图像传输到CCD/CMOS光感元件的光感区域上，在同一片光感元件中成多角度图像，再经后期图像处理，拼接完整大视角图像，使视场角度≥120°,构成多通道大视角仿生复眼成像探测装置。
2.根据权利要求1所述的多通道大视角仿生复眼成像探测装置，其设计制作过程包括以下步骤：
a、设计单通道子眼透镜-单通道镜头选用三片分离式库克镜头作为基础，通过采用凹凸透镜的配合使用来进行球差的校正，通过使用对称结构的光学***来降低慧差，建立优化函数来结构进行优化，左右两片镜片的材料为SK16，中间镜片的材料为F2，镜头设计尺寸直径≤20mm,其焦距为10mm.设计视场角度为42°，在三个入射角度下，光斑的大小分别为3.365um其对应入射角为0°、8.827um其对应入射角度为14.7°、7.345um其对应入射角度为21°，成像结果最大畸变量为1.44%，远远小于人眼可分辨的畸变量4%；
b、将光学纤维面板上下表面简单抛光，以下底面为基面，抛出异形光学纤维面板的形状，抛光后的异形光学纤维面板为对称结构，抛光后的外形尺寸为长6.4mm，宽4.8mm,高3mm，各倾斜表面与基面的夹角分别为136°和123°，此角度根据各子眼通道的分布位置及分布角度而确定，子眼通道到抛光后光学纤维面板的距离为透镜的焦距；
c、光线沿直线传播，光线垂直入射光学纤维面板倾斜表面会有一定的光线发生反射，为减少入射光线的能量损失，在抛光后的光学纤维面板各工作表面镀AR增透膜，减少反射光线的能量损失，使光学***成像更清晰；
d、光学纤维面板与CCD/CMOS耦合：将抛光后的光学纤维面板与CCD/CMOS光感区域耦合连接，耦合件要满足：光学纤维面板与CCD/CMOS芯片牢封接；耦合胶均匀、无气泡产生，从而不影响光线传输；面板耦合件传输图像清晰。
3.根据权利要求1所述的多通道大视角仿生复眼成像探测装置，其特征在于所述的图像处理，装置装配准确调整焦距，采集各角度的视觉图像信息，通过编制好的图像处理程序，对采集的各方向的信息进行数字化处理，输出完整清晰的大视野图像。
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Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107558510A (zh) * 2017-09-30 2018-01-09 必必优（深圳）科技有限公司 一种储油罐桩基失稳测量***、方法及装置
CN107870037A (zh) * 2016-09-23 2018-04-03 大塚电子株式会社 分光测定装置
CN108287380A (zh) * 2017-11-10 2018-07-17 杭州科技职业技术学院 一种360°大视场集成仿生复眼
CN108632605A (zh) * 2018-06-11 2018-10-09 昆山星际舟智能科技有限公司 主动对焦装置
CN108919092A (zh) * 2018-06-28 2018-11-30 芜湖威灵数码科技有限公司 一种测试工业测控仪表的故障定位装置
CN109151252A (zh) * 2018-08-31 2019-01-04 天津大学 一种小型化超短焦视觉成像检测装置
CN109194851A (zh) * 2018-08-31 2019-01-11 天津大学 一种小型化超短焦视觉成像***
CN109239067A (zh) * 2018-08-31 2019-01-18 天津大学 一种小型化超短焦视觉成像检测方法
CN109558869A (zh) * 2018-10-17 2019-04-02 北京航天晨信科技有限责任公司 一种周界监测装置及周界监测方法
CN110602388A (zh) * 2019-08-29 2019-12-20 安徽农业大学 一种变焦仿生复眼运动目标跟踪***及方法
CN110716305A (zh) * 2019-10-28 2020-01-21 长春理工大学 仿生复眼的六边形子眼拼接定位方法
CN111916524A (zh) * 2020-07-22 2020-11-10 华中科技大学 一种仿视网膜成像的硫化钼光探测器及其制备方法
CN112305254A (zh) * 2020-10-09 2021-02-02 南京航空航天大学 一种基于fpga的emd运动检测***

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102819053A (zh) * 2012-07-12 2012-12-12 南京迈得特光学有限公司 采用圆顶光锥的大视场仿生复眼视觉***
CN103676036A (zh) * 2013-12-17 2014-03-26 北京理工大学 基于多微面光纤面板的多视场仿生复眼微光成像***
CN104155758A (zh) * 2014-08-21 2014-11-19 中国科学院光电研究院 一种基于传像光纤束的大视场曲面焦平面成像方法与***

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102819053A (zh) * 2012-07-12 2012-12-12 南京迈得特光学有限公司 采用圆顶光锥的大视场仿生复眼视觉***
CN103676036A (zh) * 2013-12-17 2014-03-26 北京理工大学 基于多微面光纤面板的多视场仿生复眼微光成像***
CN104155758A (zh) * 2014-08-21 2014-11-19 中国科学院光电研究院 一种基于传像光纤束的大视场曲面焦平面成像方法与***

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
L.C.LAYCOCK, V.A.HANDEREK: "Miniature imaging devices for airborne platforms", 《ELECTRO-OPTICAL AND INFRARED SYSTEMS: TECHNOLOGY AND APPLICATIONS V》 *
L.C.LAYCOCK, V.A.HANDEREK: "Multi-aperture imaging device for airborne platforms", 《ELECTRO-OPTICAL AND INFRARED SYSTEMS:TECHNOLOGY AND APPLICATIONS IV》 *
金伟其，林青，裘溯，米凤文: "多孔径仿生复眼成像***技术进展综述", 《光学与光电技术》 *

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107870037A (zh) * 2016-09-23 2018-04-03 大塚电子株式会社 分光测定装置
CN107558510B (zh) * 2017-09-30 2023-12-29 宁夏嘉宝石油有限公司 一种储油罐桩基失稳测量***、方法及装置
CN107558510A (zh) * 2017-09-30 2018-01-09 必必优（深圳）科技有限公司 一种储油罐桩基失稳测量***、方法及装置
CN108287380A (zh) * 2017-11-10 2018-07-17 杭州科技职业技术学院 一种360°大视场集成仿生复眼
CN108632605A (zh) * 2018-06-11 2018-10-09 昆山星际舟智能科技有限公司 主动对焦装置
CN108919092A (zh) * 2018-06-28 2018-11-30 芜湖威灵数码科技有限公司 一种测试工业测控仪表的故障定位装置
CN109151252A (zh) * 2018-08-31 2019-01-04 天津大学 一种小型化超短焦视觉成像检测装置
CN109194851A (zh) * 2018-08-31 2019-01-11 天津大学 一种小型化超短焦视觉成像***
CN109239067A (zh) * 2018-08-31 2019-01-18 天津大学 一种小型化超短焦视觉成像检测方法
CN109558869A (zh) * 2018-10-17 2019-04-02 北京航天晨信科技有限责任公司 一种周界监测装置及周界监测方法
CN110602388B (zh) * 2019-08-29 2021-09-07 安徽农业大学 一种变焦仿生复眼运动目标跟踪***及方法
CN110602388A (zh) * 2019-08-29 2019-12-20 安徽农业大学 一种变焦仿生复眼运动目标跟踪***及方法
CN110716305A (zh) * 2019-10-28 2020-01-21 长春理工大学 仿生复眼的六边形子眼拼接定位方法
CN110716305B (zh) * 2019-10-28 2022-01-18 长春理工大学 仿生复眼的六边形子眼拼接定位方法
CN111916524A (zh) * 2020-07-22 2020-11-10 华中科技大学 一种仿视网膜成像的硫化钼光探测器及其制备方法
CN112305254A (zh) * 2020-10-09 2021-02-02 南京航空航天大学 一种基于fpga的emd运动检测***

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