超大視場(chǎng)折反射全景光學(xué)成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)

曹一青

（1.莆田學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，福建 莆田 351100；2.福建省激光精密加工工程技術(shù)研究中心，福建 莆田 351100）

引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)圖像信息采集的要求越來(lái)越高，傳統(tǒng)成像設(shè)備的視場(chǎng)范圍存在一定局限性。超大視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)（如魚(yú)眼鏡頭、折反射全景成像系統(tǒng)等）具有大視場(chǎng)角特點(diǎn)，能夠避免常規(guī)光學(xué)系統(tǒng)拍攝大視場(chǎng)范圍圖像應(yīng)用拼接法帶來(lái)的原始數(shù)據(jù)量大、拼接算法復(fù)雜及實(shí)時(shí)性差等問(wèn)題，因此被廣泛應(yīng)用于機(jī)器人導(dǎo)航、虛擬現(xiàn)實(shí)和運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)等領(lǐng)域中[1-4]。相比于魚(yú)眼鏡頭系統(tǒng)，折反射全景光學(xué)成像系統(tǒng)僅由1 塊反射鏡和1 組常規(guī)光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單[5]。目前，隨著圖像傳感技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)折反射全景光學(xué)成像系統(tǒng)的像質(zhì)提出了更高要求，使得此類(lèi)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成為目前急需解決的問(wèn)題。

折反射全景光學(xué)成像系統(tǒng)中光學(xué)元件雖然是軸對(duì)稱(chēng)布置，但是大視場(chǎng)物點(diǎn)發(fā)出的成像光束以較大的入射角（大于800）打在系統(tǒng)光學(xué)元件表面上，使得它具有平面對(duì)稱(chēng)光學(xué)系統(tǒng)的成像特性，導(dǎo)致簡(jiǎn)單地應(yīng)用軸對(duì)稱(chēng)光學(xué)系統(tǒng)的像差理論很難解決此類(lèi)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問(wèn)題[6]。國(guó)內(nèi)外研究人員對(duì)折反射全景光學(xué)成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)地探索，提出了許多系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法[7-10]，尤其是上海大學(xué)呂麗軍基于三階平面對(duì)稱(chēng)光學(xué)系統(tǒng)像差理論研究了此類(lèi)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法[6]，但是該方法僅針對(duì)中小孔徑成像情況。……