專利名稱：利用棱鏡分光漸暈補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)多ccd無縫拼接的光電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及大視場(chǎng)CCD無縫拼接技術(shù)，尤其涉及一種利用棱鏡分光 漸暈補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)多CCD無縫拼接的光電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
CCD ( Charge Coupled Device,電荷耦合器件)作為圖像傳感器，廣 泛應(yīng)用于航拍、遙感、普通數(shù)碼相機(jī)、紅外成像系統(tǒng)等圖像獲取領(lǐng)域和系 統(tǒng)中，以CCD為圖像傳感接收器的數(shù)字成像系統(tǒng)發(fā)展迅速，但是由于CCD 器件象素?cái)?shù)的限制，即使光學(xué)成像鏡頭有非常大的視場(chǎng)和高分辨率，系統(tǒng) 還是難以獲得很大的信息量。以長(zhǎng)波紅外CCD成像系統(tǒng)為例，目前國(guó)際 上能夠?qū)ξ覈?guó)開放供應(yīng)的非制冷器件最高象素為384x288，成像系統(tǒng)一次 單個(gè)CCD成像只能獲得11萬象素的信息量，使我們的紅外探測(cè)系統(tǒng)的成 像視場(chǎng)、分辨率、探測(cè)距離受到限制。在遙感領(lǐng)域，目前常用的CCD象 素可以達(dá)到4Kx5.3K,如果希望地面分辨率優(yōu)于1米，那么一幅圖^f象的 視場(chǎng)不可能大于4km x 5.3km,仍然不能滿足應(yīng)用需求。大視場(chǎng)CCD無縫 拼接的數(shù)字成像系統(tǒng)能夠使遙感成像速度大大提高，是遙感領(lǐng)域的一大研 究熱點(diǎn)?，F(xiàn)在的光學(xué)數(shù)字成像系統(tǒng)，限制系統(tǒng)成像視場(chǎng)角和分辨率的主要 是CCD器件。
要獲得更大的信息量需要其它方法，主要是掃描技術(shù)、拼接技術(shù)合多 成像系統(tǒng)方法。然而掃描系統(tǒng)需要有運(yùn)動(dòng)部件，使系統(tǒng)的可靠性大大降低， 是國(guó)防、遙感等領(lǐng)域應(yīng)用的最大障礙。拼接技術(shù)雖然不需要運(yùn)動(dòng)部件，但 由于CCD器件成像區(qū)域四周一般都有一個(gè)不能成像的邊緣，左右或上下 兩個(gè)邊緣無法去除，因此直接的CCD拼接將造成一個(gè)非常大的成像盲區(qū)。 另外一種擴(kuò)大視場(chǎng)的方法是多組"鏡頭-CCD"成像系統(tǒng)，每一組分別對(duì) 一部分視場(chǎng)成像，多組成像系統(tǒng)合起來就構(gòu)成一個(gè)更大^f見場(chǎng)的系統(tǒng)。但是 這種方法需要多個(gè)鏡頭，在高象素大視場(chǎng)成像要求下，鏡頭的成本愈來愈 高，已經(jīng)不是一種優(yōu)秀的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)多CCD無縫拼接的沒有運(yùn)動(dòng)部件、沒有視
場(chǎng)缺失、沒有漸暈的光電系統(tǒng)。
一種利用棱鏡分光漸暈補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)多CCD無縫拼接的光電系統(tǒng)包括
用于接收外部像面(即外部影像數(shù)據(jù))的成像鏡頭；
用于接收并分割反射來自成像鏡頭的像面的分光棱鏡；
用于接收來自分光棱鏡像面的CCD (裝有CCD的電路板)。
所述的分光棱鏡帶有四個(gè)反射面，四個(gè)反射面互成一定角度，四個(gè)反
射面可以接收到來自成像鏡頭的全部像面。每個(gè)反射面與成像鏡頭光軸均
不垂直，只有這樣才能將來自成像鏡頭的像面沿非光軸方向分割反射出
去，即反射到CCD上，所述的CCD至少帶有四個(gè)感光面或分為四塊，以
分別接收來自分光棱鏡的四個(gè)反射面反射出來的像面。
分光棱鏡置于成像鏡頭后、成像鏡頭的成像面前的靠近成像鏡頭的成
像面位置。分光棱鏡的四個(gè)反射面鍍有高反射率薄膜，將像面的四個(gè)部分
分別反射到空間中的四個(gè)位置，并在這四個(gè)空間位置上分別安放一塊
CCD。從空間位置看，四塊CCD并不在同一個(gè)平面，CCD的放置并不會(huì)
因CCD的非感光區(qū)而發(fā)生干涉。
分光棱鏡的四個(gè)反射面均與光軸成45度角，因此經(jīng)棱鏡反射面反射
后的四個(gè)子成像平面在空間轉(zhuǎn)向了 90度，四個(gè)子成Y象面變成與光軸平行
了，如圖l所示，每一個(gè)子成像面分別放置一塊CCD。
CCD的感光面面積稍大于與其對(duì)應(yīng)的分光棱鏡的反射面反射出來的
像面(分割后的子像面)面積；安放CCD時(shí)使得四個(gè)CCD接收到的圖像
有重疊。
由于本發(fā)明光電系統(tǒng)要將接收到的像面分割并反射到不同的空間位 置，需要采用棱鏡反射分光，而棱鏡反射面無法安裝在^L場(chǎng)光欄位置，因 而不可避免地會(huì)造成分割后的子像面部分視場(chǎng)存在漸暈。但是漸暈現(xiàn)象可 以通過子像面的重疊部分得到補(bǔ)償。因而通過消除漸暈并合成后即構(gòu)成完 整的成像視場(chǎng)，不存在一見場(chǎng)盲區(qū)，真正實(shí)現(xiàn)無縫、無運(yùn)動(dòng)部件、無漸暈的 視場(chǎng)拼接。
本發(fā)明光電系統(tǒng)利用CCD視場(chǎng)少量的重疊來接收存在漸暈視場(chǎng)的光 能量，漸暈現(xiàn)象通過子像面的重疊部分結(jié)合軟件算法得到補(bǔ)償。本發(fā)明光
電系統(tǒng)沒有運(yùn)動(dòng)部件、成像視場(chǎng)沒有缺失、沒有漸暈的大一見場(chǎng)、高象素?cái)?shù) 的成像系統(tǒng)意義是非常巨大的。適合于需要大視場(chǎng)、高分辨率的遠(yuǎn)距離成 像系統(tǒng)，如衛(wèi)星遙感、飛才幾航拍、紅外偵察防空等領(lǐng)3或應(yīng)用。


圖1是本發(fā)明光電系統(tǒng)立體結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明光電系統(tǒng)中分光棱鏡的立體結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明光電系統(tǒng)整個(gè)成像視場(chǎng)及其四等分分割后的四個(gè)子成像區(qū)
域；
圖4是本發(fā)明光電系統(tǒng)中四塊CCD的所接受的像面及重疊示意(a) 為第一塊CCD的感光面及其中的翅形漸暈區(qū)域和陰影區(qū)域；
(b) 為第二塊CCD的感光面及其中的翅形漸暈區(qū)域和陰影區(qū)域；
(c) 為第三塊CCD的感光面及其中的翅形漸暈區(qū)域和陰影區(qū)域；
(d) 為第四塊CCD的感光面及其中的翅形漸暈區(qū)域和陰影區(qū)域；
(e) 是四塊像面重疊位置； 圖5是漸暈示意(a) 為二塊CCD獲得相對(duì)光強(qiáng)隨位置變化的分布曲線；
(b) 為合成后獲得的相對(duì)光強(qiáng)曲線。
具體實(shí)施例方式
圖1所示為本發(fā)明光電系統(tǒng)構(gòu)成圖。l是大視場(chǎng)成像鏡頭，2是分光 棱鏡，3是第一塊CCD， 4是第二塊CCD, 5是第三塊CCD， 6是第四塊 CCD。分光棱鏡2將來自成像鏡頭1的像面的四個(gè)部分分開到空間中的四 個(gè)位置，這四個(gè)位置分別安放CCD3、 CCD 4、 CCD 5和CCD 6。
分光棱鏡2置于成像鏡頭l后、成像面前靠近像面的位置。分光棱鏡 2的四個(gè)反射面鍍有高反射率薄膜，將像面的四個(gè)部分分別反射到空間中 的四個(gè)位置，并在這四個(gè)空間位置上分別安放一塊CCD (如圖1)。從空 間位置看，四塊CCD并不在同一個(gè)平面，CCD的放置并不會(huì)因CCD的 非感光區(qū)而發(fā)生干涉。
附圖2為分光棱鏡的三維圖。其中頂部四個(gè)面是鍍有反射膜的反射面。
附圖3為整個(gè)成像視場(chǎng)及其四等分分割后的四個(gè)子成像區(qū)域一、子成
像區(qū)域二、子成像區(qū)域三、子成像區(qū)域四。
附圖4為四塊CCD所接收的像面重疊示意圖。圖4(a)為第一塊CCD 的感光面，空白區(qū)域?qū)?yīng)子成像區(qū)域一，陰影區(qū)域?yàn)榻邮掌渌麮CD漸暈 光線用，空白區(qū)域靠近陰影區(qū)域的翅形區(qū)域?yàn)榇嬖跐u暈的區(qū)域；圖4(b) 為第二塊CCD的感光面，空白區(qū)域?qū)?yīng)子成像區(qū)域二，陰影區(qū)域?yàn)榻邮?其它CCD漸暈光線用，空白區(qū)域靠近陰影區(qū)域的翅形區(qū)域?yàn)榇嬖跐u暈的 區(qū)域；圖4 (c)為第三塊CCD的感光面，空白區(qū)域?qū)?yīng)子成像區(qū)域三， 陰影區(qū)域?yàn)榻邮掌渌麮CD漸暈光線用，空白區(qū)域靠近陰影區(qū)域的翅形區(qū) 域?yàn)榇嬖跐u暈的區(qū)域；圖4 (d)為第四塊CCD的感光面，空白區(qū)域?qū)?yīng) 子成像區(qū)域四，陰影區(qū)域?yàn)榻邮掌渌麮CD漸暈光線用，空白區(qū)域靠近陰 影區(qū)域的翅形區(qū)域?yàn)榇嬖跐u暈的區(qū)域。CCD的感光面積稍大于^f象面的四 分之一，在安放時(shí)四個(gè)CCD的像面有一部分重疊，使得每一塊CCD存在 漸暈的翅形區(qū)域被其它相鄰CCD的陰影區(qū)域覆蓋，如圖4(e)。這一部分 重疊的區(qū)域?qū)⒂糜谧鰸u暈補(bǔ)償。
附圖5為漸暈示意圖。分光棱鏡造成了四個(gè)子像面相鄰的區(qū)域有漸暈。 圖5 (a)中畫出的是圖4(e)上中部(對(duì)應(yīng)第一塊CCD3和第二塊CCD 4區(qū)域) 一個(gè)橫向截面視場(chǎng)二塊CCD獲得相對(duì)光強(qiáng)隨位置變化的分布曲 線，即漸暈示意圖。從圖中可見，二塊CCD 4并接處附近存在漸暈。因?yàn)?漸暈的影響，造成了子像面相鄰的區(qū)域的圖像退化。本系統(tǒng)利用四塊CCD 接收的像面的重疊部分來消除圖像的退化。圖5 (b)為合成后獲得的相對(duì) 光強(qiáng)曲線，圖中可見，合成后的整個(gè)視場(chǎng)獲得的相對(duì)光強(qiáng)是均勻的，即圖 像消除了漸暈。
被攝景物經(jīng)本發(fā)明光電系統(tǒng)成像鏡頭1后到達(dá)分光棱鏡2，經(jīng)分光棱 鏡2反射后分成四部分清晰成像于四塊CCD上。其中子成像面區(qū)域一的 極大部分光能量到達(dá)第一塊CCD,使第一塊CCD空白區(qū)域除了翅形區(qū)域 外獲得沒有漸暈的完整像，而翅形區(qū)域存在漸暈。(因?yàn)榉垂饫忡R的分界 線不是放在視場(chǎng)光欄位置，而是在孔徑光欄與視場(chǎng)光欄之間靠近視場(chǎng)光欄 位置，所以存在漸暈。又由于分光棱鏡中間離視場(chǎng)光欄遠(yuǎn)，邊緣靠視場(chǎng)光 欄近，所以在整個(gè)^L場(chǎng)的中間區(qū)域漸暈大，邊緣小，每一個(gè)CCD上形成 一個(gè)翅形的漸暈區(qū)域)。漸暈損失的光能量到達(dá)了第二、第三、第四塊CCD 的邊緣區(qū)域(圖4 (b)、 (c)、 (d)的陰影區(qū)域)。同理，子成像面區(qū)域二
的極大部分光能量到達(dá)第二塊CCD,使第二塊CCD空白區(qū)域除了翅形區(qū) 域外獲得沒有漸暈的完整像，而翅形區(qū)域存在漸暈，漸暈損失的部分光能 量到達(dá)第一、第三、第四塊CCD的邊緣區(qū)域(圖4 (a)、 (c)、 (d)的陰 影區(qū)域)；子成像面區(qū)域三的極大部分光能量到達(dá)第三塊CCD，使第三塊 CCD空白區(qū)域除了翅形區(qū)域外獲得沒有漸暈的完整^f象，而翅形區(qū)域存在 漸暈，漸暈損失的部分光能量到達(dá)第一、第二、第四塊CCD的邊緣區(qū)域 (圖4 (a)、 (b)、 (d)的陰影區(qū)域)；子成像面區(qū)域四的極大部分光能量 到達(dá)第四塊CCD,使第四塊CCD空白區(qū)域除了翅形區(qū)域外獲得沒有漸暈 的完整像，而翅形區(qū)域存在漸暈，漸暈損失的部分光能量到達(dá)第一、第二、 第三塊CCD的邊緣區(qū)域(圖4 (a)、 (b)、 (c)的陰影區(qū)域)。
在四塊CCD獲得四幅圖像后，以四塊CCD空白區(qū)域?yàn)榛A(chǔ)4并接成一 幅大視場(chǎng)圖像，如圖4 (e)所示，并且把每一塊CCD陰影區(qū)域象素的光 能量加到相鄰CCD的翅形區(qū)域?qū)?yīng)的象素上，如圖5,即構(gòu)成完整的無 漸暈的成像視場(chǎng)，不存在視場(chǎng)盲區(qū)，真正實(shí)現(xiàn)無縫、無運(yùn)動(dòng)部件、無漸暈 的^f見場(chǎng)禍-才妄。
權(quán)利要求
1、一種利用棱鏡分光漸暈補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)多CCD無縫拼接的光電系統(tǒng)，其特征在于，包括用于接收外部像面的成像鏡頭；用于接收并分割反射來自成像鏡頭的像面的分光棱鏡；用于接收來自分光棱鏡像面的CCD。
2、 如權(quán)利要求1所述的光電系統(tǒng)，其特征在于所述的分光棱鏡置 于成像鏡頭與鏡頭成像面間，靠近鏡頭成像面位置。
3、 如權(quán)利要求1所述的光電系統(tǒng)，其特征在于所述的分光棱鏡帶 有四個(gè)反射面。
4、 如權(quán)利要求3所述的光電系統(tǒng)，其特征在于所述的CCD帶有四 個(gè)感光面，分別接收來自分光棱鏡的四個(gè)反射面反射出來的景物像。
5、 如權(quán)利要求4所述的光電系統(tǒng)，其特征在于所述的CCD的感光 面面積稍大于與其對(duì)應(yīng)的分光棱鏡的反射面反射出來的像面面積。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用棱鏡分光漸暈補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)多CCD無縫拼接的光電系統(tǒng)包括用于接收外部像面(即外部影像數(shù)據(jù))的成像鏡頭；用于接收并分割反射來自成像鏡頭的像面的分光棱鏡；用于接收來自分光棱鏡像面的CCD(裝有CCD的電路板)。本發(fā)明光電系統(tǒng)利用CCD視場(chǎng)少量的重疊來接收存在漸暈視場(chǎng)的光能量，漸暈現(xiàn)象通過子像面的重疊部分結(jié)合軟件算法得到補(bǔ)償。本發(fā)明光電系統(tǒng)沒有運(yùn)動(dòng)部件、成像視場(chǎng)沒有缺失、沒有漸暈的大視場(chǎng)、高像素?cái)?shù)的成像系統(tǒng)意義是非常巨大的。適合于需要大視場(chǎng)、高分辨率的遠(yuǎn)距離成像系統(tǒng)，如衛(wèi)星遙感、飛機(jī)航拍、紅外偵察防空等領(lǐng)域應(yīng)用。
文檔編號(hào)G02B27/10GK101201459SQ20071016448
公開日2008年6月18日 申請(qǐng)日期2007年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月5日
發(fā)明者馮華君, 徐之海, 奇 李, 華 雷 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)