度分離的圖像傳輸?shù)紺CD/CM0S光感元件的光感區(qū)域上，在同一片光感元件中成多角度圖像，再經(jīng)后期圖像處理，拼接完整大視角圖像，構(gòu)成系統(tǒng)總體視場角度2 120°。中繼光學元件，采用山西長城微光器材有限公司生產(chǎn)的硬光學纖維面板，傳感效率較高，像質(zhì)清晰、真實。將光學纖維面板按照設(shè)計角度拋光成10面體，拋光后的光學纖維面板鍍膜(AR增透薄)后與CCD/CM0S耦合連接，光學纖維面板與光感區(qū)域緊密結(jié)合，之間不能存在縫隙且拋光后的光學纖維面板位于光感區(qū)域中心位置。芯片與光學纖維面板牢固封接，耦合膠均勻、無氣泡。
[0018]上述子眼透鏡參數(shù)設(shè)計、分布方式、光感元件參數(shù)及光學纖維面板耦合件制造方法:
1.單通道子眼結(jié)構(gòu)設(shè)計:根據(jù)系統(tǒng)總體設(shè)計，采用庫克三重透鏡結(jié)構(gòu)(見圖4)，各子眼透鏡均由三片透鏡裝夾組合而成，單個子眼通道的成像視場范圍為42°。各子眼通道的視場區(qū)域存在重疊，為后期圖像處理，進行圖像拼接及圖像融合等處理做準備。
[0019]2.球殼子眼通道分布方式:根據(jù)系統(tǒng)總體視場范圍的設(shè)計要求，計算各子眼通道的分布位置，用九通道排布方式，中間主光軸一個子眼，周圍陣列八個子眼，各子眼通道之間的夾角為45° (見圖1)。
[0020]3.確定球殼尺寸:根據(jù)子眼分布位置，及固定支架的尺寸，確定球殼的尺寸。球殼材料，可以采用機械加工也可根據(jù)需要使用注塑件或3D打印。各子眼通道結(jié)構(gòu)尺寸，由子眼透鏡中各片透鏡尺寸及之間的間距確定，保證子眼透鏡的對焦準確。
[0021]4.光學纖維面板:光學纖維面板選用山西長城微光器材股份有限公司生產(chǎn)的光學纖維面板。具有傳光效率高，級間耦合損失小，傳像清晰、真實等特點。根據(jù)設(shè)計所要達到的視場角度及子眼的空間分布位置，確定光學纖維面板的拋光角度(見圖3中標注2)。
[0022]5.CCD/CM0S選型:采用DH-HV3151UC型號的工業(yè)相機，其光感區(qū)域面積為6.5mmX4.8mm,分辨率為2048 X 1536，最大分辨率下的幀率為6fps。
[0023]6.光學纖維面板與CCD/CM0耦合:光學纖維面板與CCD/CM0S耦合連接，可以將各通道子眼的光線傳輸?shù)焦飧袇^(qū)域，將角度分離的圖像耦合到平面CCD/CM0S傳感器上。簡化了復眼光學系統(tǒng)。光學纖維面板各拋光面的角度要根據(jù)各子眼通道的位置確定，保證各通道透鏡能夠準確聚焦到光學纖維面板各拋光面上，圖像經(jīng)拋光后的光學纖維面板傳輸?shù)紺CD/CMOS 上。
[0024]7.裝置總體裝配及后期圖像處理:各通道子眼準確裝夾，子眼通道為錐形通道，通道底端與拋光后的光學纖維面板緊密配合，子眼透鏡到光學纖維面板表面的距離恰為各通道子眼的焦距。調(diào)整透鏡焦距，獲取最佳的視覺圖像信息。獲取各方向的圖像信息，經(jīng)計算機數(shù)字化處理后，拼接輸出完整的大視野圖像。
【主權(quán)項】
1.多通道大視角仿生復眼成像探測裝置，包括多通道子眼陣列、光學纖維面板、CCD/CMOS光感元件及圖像處理裝置，其特征在于所述的多通道子眼陣列為多個子眼透鏡陣列，多個子眼透鏡分別對各個方向進行成像，通過光學纖維面板，將角度分離的圖像傳輸?shù)紺CD/CM0S光感元件的光感區(qū)域上，在同一片光感元件中成多角度圖像，再經(jīng)后期圖像處理，拼接完整大視角圖像，使視場角度2 120°，構(gòu)成多通道大視角仿生復眼成像探測裝置。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多通道大視角仿生復眼成像探測裝置，其設(shè)計制作過程包括以下步驟: a、設(shè)計單通道子眼透鏡-單通道鏡頭選用三片分離式庫克鏡頭作為基礎(chǔ)，通過采用凹凸透鏡的配合使用來進行球差的校正，通過使用對稱結(jié)構(gòu)的光學系統(tǒng)來降低慧差，建立優(yōu)化函數(shù)來結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，左右兩片鏡片的材料為SK16，中間鏡片的材料為F2，鏡頭設(shè)計尺寸直徑< 20mm,其焦距為1mm.設(shè)計視場角度為42°，在三個入射角度下，光斑的大小分別為3.365um其對應(yīng)入射角為0°、8.827um其對應(yīng)入射角度為14.7°、7.345um其對應(yīng)入射角度為21°，成像結(jié)果最大畸變量為1.44%，遠遠小于人眼可分辨的畸變量4%; b、將光學纖維面板上下表面簡單拋光，以下底面為基面，拋出異形光學纖維面板的形狀，拋光后的異形光學纖維面板為對稱結(jié)構(gòu)，拋光后的外形尺寸為長6.4mm，寬4.8mm，高3_，各傾斜表面與基面的夾角分別為136°和123°，此角度根據(jù)各子眼通道的分布位置及分布角度而確定，子眼通道到拋光后光學纖維面板的距離為透鏡的焦距； c、光線沿直線傳播，光線垂直入射光學纖維面板傾斜表面會有一定的光線發(fā)生反射，為減少入射光線的能量損失，在拋光后的光學纖維面板各工作表面鍍AR增透膜，減少反射光線的能量損失，使光學系統(tǒng)成像更清晰； d、光學纖維面板與CCD/CM0S耦合:將拋光后的光學纖維面板與CCD/CM0S光感區(qū)域耦合連接，耦合件要滿足:光學纖維面板與CCD/CM0S芯片牢封接;耦合膠均勻、無氣泡產(chǎn)生，從而不影響光線傳輸;面板耦合件傳輸圖像清晰。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多通道大視角仿生復眼成像探測裝置，其特征在于所述的圖像處理，裝置裝配準確調(diào)整焦距，采集各角度的視覺圖像信息，通過編制好的圖像處理程序，對采集的各方向的信息進行數(shù)字化處理，輸出完整清晰的大視野圖像。
【專利摘要】多通道大視角仿生復眼成像探測裝置包括：子眼鏡頭，根據(jù)系統(tǒng)總體視場角度設(shè)計要求，鏡頭結(jié)構(gòu)采用三片分離式庫克結(jié)構(gòu)，單個子眼的視場角度為42°，為滿足小型化的要求，該鏡頭的設(shè)計直徑尺寸小于20mm.光線折轉(zhuǎn)元件，將角度分離的圖像信息傳輸?shù)紺CD/CMOS光感區(qū)域上，采用光學纖維面板作為光線偏轉(zhuǎn)元件。根據(jù)各通道子眼的分布位置及子眼透鏡的焦距確定光學纖維面板各表面的拋光角度。再與CCD/CMOS耦合，光學纖維面板作為中繼元件，把子眼通道的圖像信息均勻的投射到光感區(qū)域上。能夠采集全視角圖像，不存在視場盲區(qū)，能夠?qū)崟r高效的將各方向的信息顯示于一幅圖像中，具有結(jié)構(gòu)簡單，能耗低，大視角等優(yōu)點，且造價低廉、高效長壽特點。
【IPC分類】G02B27/00, H04N5/225
【公開號】CN105578003
【申請?zhí)枴緾N201510947667
【發(fā)明人】郝永平, 李倫, 劉雙杰
【申請人】沈陽理工大學
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2015年12月17日