专利名称：光学成像系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用等模糊成像特性实现光学成像的技术领域(如可见光成像，红外成像等)，尤其涉及一种大光圈大景深成像系统。
背景技术：
传统的相机是基于聚焦并消像差原理成像，其设计目标是符合几何光学原理和特征的理想光学成像系统，设计过程中通过对光学镜头各参数配合，达到聚焦并消像差的目的，以获取在景深范围内清晰、景深范围外模糊的图像。在传统的聚焦并消像差成像原理中，景深又受制于镜头光圈、焦距、拍摄距离、分辨率等因素，在焦距、拍摄距离和像面分辨率要求及像面位置固定的情况下光圈越大，景深越小，光圈越小，景深越大，或者用与景深共轭的焦深来衡量的话，传统的镜头具有光圈孔径乘以焦深为常数的规律；在焦距、拍摄距离和光圈孔径及像面位置固定的情况下分辨率越大，景深越小。在传统的聚焦消像差成像原理中，大光圈镜头的设计，需要消除大光圈对应的大孔径所带来的高级像差及初级像差，只能通过增加镜头标准球面透镜或反射镜的片数、非球面的比例、更严密地控制精度等方式得以实现，造成镜头成本高、重量体积大等明显缺点，且受制于景深与光圈的限制关系，大光圈镜头的景深范围也必然缩小，无法满足很多领域的大光圈大景深应用需求。在遵循聚焦消像差成像原理的其它领域，如红外热成像等，也有类似的无法实现大光圈大景深成像的问题。近年来，国内外在景深延拓技术的研究和产业化都取得了很多成绩。景深延拓技术的主要原理是在聚焦成像镜头平台上在光阑面上调制波像差，以实现景深延拓。在景深延拓技术的研究上主要的代表有美国的CDM Optics公司和北京泰邦天地科技有限公司。 CDM Optics在光阑面上利用三次奇曲面来获得等模糊中间像，再结合先验的点扩散函数通过数字图像处理装置对等模糊中间像进行图像处理最后得到大景深的清晰图像。北京泰邦天地科技有限公司在光阑面上利用偶对称的各类曲面并结合球面设计来获得等模糊中间像，再结合先验的点扩散函数通过数字图像处理装置对等模糊中间像进行图像处理最后得到大景深的清晰图像。采用景深延拓技术的成像系统能够在光圈孔径、像面分辨率、焦距、 拍摄距离不变的情况下实现大约10倍的焦深延拓，共轭到物空间就实现了景深延拓。采用景深延拓技术的成像系统只能延拓景深进行成像，但是无法在实现延拓景深的同时扩大光圈成像，因而无法满足很多领域的大光圈大景深应用需求。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种大光圈大景深光学成像系统，包括等模糊中间像获取镜头和图像处理装置，其特征在于，所述等模糊中间像获取镜头控制并利用像差产生等模糊中间像。其中，等模糊中间像获取镜头存在由于镜头大光圈导致的像差，并且利用所述像差进行等模糊中间像成像。其中，所述等模糊中间像获取镜头对特定物空间范围内的点光源在像面上的成像为覆盖多个像素的、形状和能量分布近似相等的光斑。其中，所述等模糊中间像获取镜头对特定物空间范围内的点光源在像面上的空域响应为近似相等的点扩散函数。其中，所述等模糊中间像获取镜头对特定物空间范围内光学信号在像面上的频域响应为近似相等的调制传递函数，所述调整传递函数对特定物空间范围内光学信号具有近似的空不变传递特性。其中，所述等模糊中间像获取镜头包括至少一个透镜或者至少一个反射镜，每个透镜或反射镜都具有聚焦功能、消像差功能和为等模糊中间像累积剩余像差的功能。其中，所述透镜的透射面或者反射镜的反射面的特征为球面、分段球面、非球面、 分段非球面、自由曲面或者分段自由曲面。其中，所述图像处理装置包括包含电子传感器(XD/CM0S及附属线路和执行软件的数码成像单元102 ；包含计算机平台和图像处理软件及图像输出/显示的图像处理单元 104 ；以及从数码成像单元102到图像处理单元104的数据传输链路103。其中，所述像差为球差、慧差、像散和色差中的一种或几种的组合。其中，所述像差为初级像差或初级像差和高级像差的组合。本发明的大光圈大景深光学成像系统在实现大景深的同时扩大光圈成像。
图1为大光圈大景深光学成像系统结构示意图2为大光圈大景深光学系统各个物距的调制传递函数mtf
图3为大光圈大景深光学系统psf ；
图4为优选实施例的光路图5为优选实施例系统的psf ；
图6为优选实施例系统的mtf ；
图7为优选实施例仿真用景物图像；
图8为优选实施例仿真得到的等模糊中间像；
图9为优选实施例仿真得到的清晰图像。
具体实施例方式以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。等模糊中间像是指镜头对特定物空间范围内的点光源在像面上的成像为模糊成像，并且具有近似相等的模糊度。等模糊中间像获取镜头是指能够产生等模糊中间像的镜头。如图1所示，根据本发明的大光圈大景深光学成像系统包括大景深大光圈等模糊中间像获取镜头101，包含电子传感器CCD/CMOS及附属线路和执行软件的数码成像单元 102，包含计算机平台和图像处理软件及图像输出/显示的图像处理单元104，以及从数码成像单元102到图像处理单元104的数据传输链路103。数码成像单元102、数据传输链路103和图像处理单元104组成图像处理装置。参见图4，示出了实现本发明的大光圈大景深等模糊中间像获取镜头101的优选实施例。在示例的实施例中，镜头101包括第一至第四镜片201-204。但是，本发明不限于由4个镜片构成的镜头101，本发明的镜头101可以包括其它数量的镜片和/或一些反射镜。在示例的优选实施例中，利用镜头101累积像差来实现大光圈(小F数)大景深光学成像系统，系统参数为
权利要求
1.一种大光圈大景深光学成像系统，包括等模糊中间像获取镜头和图像处理装置，其特征在于，所述等模糊中间像获取镜头控制并利用像差产生等模糊中间像；和所述图像处理装置对所述等模糊中间像进行处理，获取待测景物的最终清晰图像。
2.如权利要求1所述的大光圈大景深光学成像系统，其中所述等模糊中间像获取镜头存在由于镜头大光圈导致的像差，并且利用所述像差进行等模糊中间像成像。
3.如权利要求2所述的大光圈大景深光学成像系统，所述等模糊中间像获取镜头对特定物空间范围内的点光源在像面上的成像为覆盖多个像素的、形状和能量分布近似相等的光斑。
4.如权利要求3所述的大光圈大景深光学成像系统，所述等模糊中间像获取镜头对特定物空间范围内的点光源在像面上的空域响应为近似相等的点扩散函数。
5.如权利要求3所述的大光圈大景深光学成像系统，所述等模糊中间像获取镜头对特定物空间范围内光学信号在像面上的频域响应为近似相等的调制传递函数，所述调整传递函数对特定物空间范围内光学信号具有近似的空不变传递特性。
6.如权利要求3所述的大光圈大景深光学成像系统，所述等模糊中间像获取镜头包括至少一个透镜或者至少一个反射镜，每个透镜或反射镜都具有聚焦功能、消像差功能和为获得等模糊中间像累积剩余像差的功能。
7.如权利要求6所述的大光圈大景深光学成像系统，所述透镜的透射面或者反射镜的反射面的特征为球面、分段球面、非球面、分段非球面、自由曲面或者分段自由曲面。
8.如权利要求1所述的大光圈大景深光学成像系统，所述图像处理装置包括包含电子传感器CCD/CMOS及附属线路和执行软件的数码成像单元102 ；包含计算机平台和图像处理软件及图像输出/显示的图像处理单元104 ；以及从数码成像单元102到图像处理单元104的数据传输链路103。
9.如权利要求2所述的大光圈大景深光学成像系统，所述像差为球差、慧差、像散和色差中的一种或几种的组合。
10.如权利要求2所述的大光圈大景深光学成像系统，所述像差为初级像差或初级像差和高级像差的组合。
全文摘要
本发明公开了一种大光圈大景深光学成像系统，包括等模糊中间像获取镜头，通过控制并利用镜头的累积像差获取待测景物的非共轭的等模糊中间像，对物空间的光信息进行空不变光学系统处理；图像处理装置，用于对所述等模糊中间像进行处理，获取所述待测景物的最终清晰图像。本发明通过控制并利用累积像差实现等模糊中间像的获取，再对所述成像进行处理，得到清晰的最终图像，扩大光圈的同时提高了成像系统的景深。
文档编号G02B27/00GK102566045SQ20111004211
公开日2012年7月11日 申请日期2011年2月22日 优先权日2010年12月20日
发明者房旭光, 贾伟 申请人:北京泰邦天地科技有限公司