摘要：?jiǎn)我朁c(diǎn)折反射全景成像系統(tǒng)畸變較大，通過計(jì)算反射鏡面型可有效地實(shí)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(dǎo)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(zhǔn)確性，設(shè)計(jì)了F#為3.3，視場(chǎng)為138的消畸變成像折反射全景成像系統(tǒng)，并利用實(shí)際像平面和虛擬像平面間的坐標(biāo)映射關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的消畸變?cè)O(shè)計(jì)。各視場(chǎng)MTF在奈奎斯特頻率下均達(dá)到0.6， 邊緣視場(chǎng)相對(duì)畸變小于4 %。結(jié)果表明：該面型可實(shí)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?cè)u(píng)價(jià)，為折反射全景成像系統(tǒng)消畸變?cè)O(shè)計(jì)提供了必要的模型和計(jì)算方法。

關(guān)鍵詞：光學(xué)設(shè)計(jì)；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(chǎng)或者全360°視場(chǎng)的光學(xué)系統(tǒng)。傳統(tǒng)的光學(xué)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(yuǎn)小，實(shí)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(shí)現(xiàn)全景成像。平面圓柱投影法是指在三維空間視場(chǎng)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(dá)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(shí)現(xiàn)大到半球視場(chǎng)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(shí)現(xiàn)大視場(chǎng)成像相比，折反射全景成像系統(tǒng)具有成像實(shí)時(shí)性好、體積小、質(zhì)量輕、成本較低等優(yōu)勢(shì)，近年來發(fā)展較快，在國(guó)防、民用、醫(yī)療等領(lǐng)域都有十分廣闊的應(yīng)用前景，如飛機(jī)偵查吊艙、坦克探測(cè)與觀瞄、機(jī)器人視覺、場(chǎng)景監(jiān)視、視頻會(huì)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