基于Q-con非球面的折反射式全景光學系統設計

包晟，劉智穎，黃蘊涵，張禛

（長春理工大學 光電工程學院 光電測控與光信息傳輸技術教育部重點實驗室，長春 130022）

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折反射式全景成像系統，最早是由SRINIVASAN M V 與Chahl J S 共同提出，在傳統光學系統中添加反射鏡用于獲得全景成像［1］。折反射式全景成像系統的成像方式不同于傳統光學系統遵從中心投影法，而是采用平面圓柱投影法，將位于圍繞光學系統光軸360°范圍內、垂直視場一定角度內的物通過反射鏡及中繼系統成像到二維平面上的圓環區域［2-3］。由于折反射式全景成像系統具有結構形式簡單、視場寬廣、畸變較小、成本較低等優勢，同時能給人們帶來全新的視覺體驗和交互感知，從而廣泛應用于醫療衛生［4］、無人機遙感［5］、勘測［6］等領域。

早期的反射鏡面型單一，僅有球面、圓錐面、拋物面、雙曲面等等，存在著視場較小、像質較差、反射鏡口徑較大、結構較復雜等問題，但是隨著折反射式全景成像系統的發展，對于系統簡易化與緊湊化有了更高的要求，而達到更高要求一般從反射鏡的面型選擇出發。相對于球面，非球面可以提供更多的自由度，具有顯著的優勢。同時由于單點金剛石車削技術的出現使得非球面的加工不再像以往那樣困難，于是許多新的面型描述方法引入光學設計領域，比如非均勻有理B 樣條、Zernike 多項式［7-8］、XY 多項式、徑向基函數［9］、Q-type 多項式［10］和Bernstein［11］多項式等。其中近年來提出的Q-type 非球面引入的斜率約束可以使得非球面易于檢測，在設計的同時可以給予加工評價，有利于提高加工效率和檢測精度［12］，近年來已被成功應用于魚眼鏡頭和全景環帶鏡頭［13］等設計中，并獲得很好的設計結果，有效的提升了鏡頭良率。……