1、如今的高分辨率相機(jī)已經(jīng)可以獲得千萬像素的圖像，而且隨著圖像傳感器的分辨率的增加，我們可以獲得數(shù)十億像素量級(jí)的相機(jī)。相機(jī)的分辨率決定了捕捉到的圖像的視覺保真度。更高的分辨率意味著更高的保真度，也就是在執(zhí)行自動(dòng)視覺任務(wù)如目標(biāo)物體檢測(cè)、識(shí)別、跟蹤時(shí)更高的精度。對(duì)于一個(gè)傳統(tǒng)的光學(xué)成像系統(tǒng)來講，視場(chǎng)角和分辨率是一對(duì)矛盾體。寬視場(chǎng)角要求光學(xué)成像系統(tǒng)具有較小焦距，此時(shí)其成像分辨率較低，而高分辨率則要求光學(xué)系統(tǒng)具有較長的焦距。所以，能夠兼顧寬視場(chǎng)和高分

2、辨率成像的光學(xué)系統(tǒng)，將成為下一代光學(xué)遙感、預(yù)警及監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。然而，任意一個(gè)相機(jī)的分辨率，其本質(zhì)上都是受到幾何像差限制的。此外，視場(chǎng)角的增大通常會(huì)導(dǎo)致光學(xué)成像系統(tǒng)質(zhì)量和體積的增加，因此在相機(jī)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)該權(quán)衡的問題是如何在保證寬視場(chǎng)和高分辨率成像的同時(shí)使得其結(jié)構(gòu)小型和輕量化。透鏡系統(tǒng)的比例法則表明，利用計(jì)算成像的方法來校正光學(xué)成像系統(tǒng)的幾何像差，可以設(shè)計(jì)出前所未有的高分辨率相機(jī)，并且這種相機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單緊湊。在這篇文章中，我們提出

3、一種可用于十億像素量級(jí)成像的共心寬視場(chǎng)高分辨率相機(jī)結(jié)構(gòu)。該共心寬視場(chǎng)高分辨率相機(jī)具有球?qū)ΨQ結(jié)構(gòu)，由主次兩級(jí)光學(xué)系統(tǒng)以及包圍其的若干平面圖像傳感器構(gòu)成，可以獲得寬達(dá)120的連續(xù)視場(chǎng)。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴分別計(jì)算了傳統(tǒng)成像系統(tǒng)和計(jì)算成像系統(tǒng)的成像分辨率與透鏡比例因子 M之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，推導(dǎo)得出限制傳統(tǒng)成像系統(tǒng)成像分辨率的比例法則和限制計(jì)算成像系統(tǒng)成像分辨率的解析比例法則，進(jìn)而對(duì)兩者進(jìn)行比較分析；⑵基于球形透鏡的易于實(shí)現(xiàn)較大視場(chǎng)

4、和較小畸變的特點(diǎn)，利用不同材料的球形表面組合設(shè)計(jì)了共心球形主光學(xué)系統(tǒng)，由于該結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性，系統(tǒng)不存在如縱向色差、像散、彗差等軸外像差，通過ZEMAX光學(xué)設(shè)計(jì)軟件優(yōu)化其不同組合形式的調(diào)制傳遞函數(shù)MTF，達(dá)到減小主物鏡的其余幾何像差的目的；⑶設(shè)計(jì)小視場(chǎng)角的次級(jí)光學(xué)系統(tǒng)，進(jìn)一步校正共心主物鏡的殘余像差來提高成像質(zhì)量，同時(shí)將共心主物鏡的寬視場(chǎng)均分為若干等大的子視場(chǎng)，通過子視場(chǎng)的疊加來實(shí)現(xiàn)寬視場(chǎng)成像。次級(jí)光學(xué)系統(tǒng)由若干個(gè)完全一致的中繼透鏡組構(gòu)