宽视场高分辨率多尺度多孔径光学计算成像系统设计.pdf

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1、硕士学位论文宽视场高分辨率多尺度多孔径光学计算成像系统设计DESIGNOFWIDEFIELDOFVIEWHIGHRESOLUTIONMULTI-SCALEMULTI-APERTURECOMPUTINGIMAGINGSYSTEM薛露哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TP391.41学校代码：10213国际图书分类号：681.7密级：公开工程硕士学位论文宽视场高分辨率多尺度多孔径光学计算成像系统设计硕士研究生：薛露导师：陈守谦副教授申请学位：工程硕士学科：光学工程所在单位：航天学院答辩日期：2018年6月授予学位单

2、位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP391.41U.D.C:681.7DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringDESIGNOFWIDEFIELDOFVIEWHIGHRESOLUTIONMULTI-SCALEMULTI-APERTURECOMPUTINGIMAGINGSYSTEMCandidate：XueLuSupervisor：Prof.ChenShouqianAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeci

3、ality：OpticalEngineeringAffiliation：SchoolofAeronauticsDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要宽视场高分辨率成像系统应用广泛，但传统单轴光学系统在探测器确定的情况下，其视场和分辨率之间的关系是矛盾的，一些创新性成像方式和成像手段能够有效解决这一问题，因此对该类成像系统的设计既有理论研究意义又有实际应用意义。本课题根

4、据计算成像方法中的多尺度多孔径成像技术，首先对光学系统的比例法则进行了说明，并对传统光学系统和计算成像系统的比例法则进行了对比说明及分析，然后进行了两种光学系统的设计研究，设计结果突破了传统成像系统宽视场与高分辨率之间的成像限制，完成了兼具两者的光学系统设计。对红外共心多尺度多孔径光学计算成像系统结构的设计，在进行大量多尺度多孔径成像理论分析的基础上，将物镜设计为球透镜进行视场收集，优化得到的双材料球镜成像效果整体较好，但其截止频率相对较低。由球面排布的微透镜阵列对其中间像面进行二次成像，并对球镜剩余的像差进行校正。整体

5、结构焦距20.13mm，工作于长波红外波段，设计完成两种微相机阵列由不同数量组成、不同位置排列的设计结果，其中，由9个微相机结构按照正对齐排布的系统，视场为32°×32°，由25个微相机结构按照正三角位置排布的系统，视场为52°×52°，不同视场下的MTF曲线基本一致且接近衍射极限，最终设计结果满足设计要求。棱镜阵列多尺度多孔径成像系统利用棱镜对光线的偏折能力，能够增加正方向的视场角而减小负方向的视场角，实现对相机视场进行不同方向上的扩展，从而实现对全视场的整体扩展。相邻相机之间的视场存在一定的重叠，利用视场重叠区域的混

6、频信息能够实现视场不同区域的分辨率不同，从中心到边缘区域分辨率存在变化，实现仿人眼成像的功能。整体结构由9个相机及对应的不同楔角组合消色差棱镜排列而成，镜头及探测器选用成型的工业相机，系统工作于可见光波段，能够实现140°×105°的视场，整体结构小于20cm×20cm×20cm，整体设计结果成像性能较好，不同视场下，在20lp/mm时MTF值均大于0.3。两种成像系统都以多尺度多孔径光学系统设计为基础，以图像处理为手段，能够实现兼具宽视场和高分辨率的图像获取，同时不受传感器尺寸和光学加工等限制因素影响，是实现宽视场高分

7、辨率成像的有效方法。关键词：宽视场；高分辨率；多尺度多孔径；共心系统；棱镜阵列-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractWidefieldofviewandhighresolutionimagingsystemiswidelyusedinmanyareas,buttherelationshipbetweenthefieldofviewandtheresolutionoftraditionaluniaxialopticalsystemiscontradictorywhenthedetectorisdetermin

8、ed,someinnovativeimagingmethodscaneffectivelysolvethisproblem,soithasboththeoreticalandpracticalsignificanceforthedesignofthiskindofimagingsystem.Accordingtoth