摘要：單視點折反射全景成像系統(tǒng)畸變較大，通過計算反射鏡面型可有效地實現(xiàn)折反射全景成像系統(tǒng)消畸變成像。在反射鏡入射角與反射角呈線性關(guān)系的基礎(chǔ)上，推導適用于消畸變折反射全景成像的反射鏡面型公式。為說明反射鏡面型的準確性，設(shè)計了F#為3.3，視場為138的消畸變成像折反射全景成像系統(tǒng)，并利用實際像平面和虛擬像平面間的坐標映射關(guān)系，實現(xiàn)了系統(tǒng)的消畸變設(shè)計。各視場MTF在奈奎斯特頻率下均達到0.6， 邊緣視場相對畸變小于4 %。結(jié)果表明：該面型可實現(xiàn)消畸變折反射全景成像，反射角光線追跡法適用于折反射全景成像系統(tǒng)畸變評價，為折反射全景成像系統(tǒng)消畸變設(shè)計提供了必要的模型和計算方法。

關(guān)鍵詞：光學設(shè)計；折反射全景成像；消畸變成像；反射鏡面型

引言

全景成像系統(tǒng)是指能夠獲得水平或者垂直方向上大于180°半球視場或者全360°視場的光學系統(tǒng)。傳統(tǒng)的光學成像系統(tǒng)遵循中心投影法，中心投影是模仿人類觀察外部世界的方式，觀察物體近大遠小，實現(xiàn)面到面的成像。旋轉(zhuǎn)掃描技術(shù)、多鏡頭拼接技術(shù)和魚眼鏡頭均采用傳統(tǒng)的中心投影法實現(xiàn)全景成像。平面圓柱投影法是指在三維空間視場和有限的二維像平面間建立一種新的投影關(guān)系，將三維圓柱區(qū)域通過特殊的系統(tǒng)投影到二維平面圓環(huán)區(qū)域，如圖1所示，在常規(guī)成像系統(tǒng)前加入反射面可達到圓柱投影的目的。折反射全景成像系統(tǒng)即利用反射鏡與常規(guī)成像系統(tǒng)的組合，實現(xiàn)大到半球視場的成像，如圖2所示。與傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)掃描技術(shù)、多鏡頭拼接技術(shù)和魚眼鏡頭實現(xiàn)大視場成像相比，折反射全景成像系統(tǒng)具有成像實時性好、體積小、質(zhì)量輕、成本較低等優(yōu)勢，近年來發(fā)展較快，在國防、民用、醫(yī)療等領(lǐng)域都有十分廣闊的應用前景，如飛機偵查吊艙、坦克探測與觀瞄、機器人視覺、場景監(jiān)視、視頻會議等。

圖1.平面圓柱投影法示意圖

圖2.折反射成像系統(tǒng)示意圖