本发明涉及全景探测领域，特别涉及一种无盲点的折返式全景成像仪。
背景技术：
全景成像技术是一种对周围空间的全部景物进行探测成像的技术。全景成像又分为扫描型全景和直视型全景。扫描型全景指的是通过使用机械运动部件，带动探测镜头转动，完成对周围空间的扫描。再利用图像拼接技术，将扫描获得的不同空间的图像融合在一起。直视型全景指的是通过一些特殊的大视场镜头，对大视场内的全部景物进行一次性的探测成像。
相比于扫描型全景技术，直视型全景技术具有体积紧凑、不需运动部件、不需后期图像融合、成像效率高等方面的优势。直视型全景镜头有透射式的鱼眼镜头和折返式的大视场镜头。相比于普通的透射式的鱼眼镜头，折返式全景镜头能够更容易的获得大视场，并且其结构也更加紧凑。但折返式的全景镜头有个重大缺陷，这种镜头只能在较大视场范围内探测成像，镜头的正前方小视场区域为观测盲区。因此，在像面探测器上的图像分布为一个包围着中央黑斑的环形图像，环形图像对应着大视场的景物，中央黑斑对应着前向小视场的观测盲区。这种缺陷限制着折返式全景镜头的使用和发展。
技术实现要素：
本发明目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种无盲点的折返式全景成像仪。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：提供一种无盲点的折返式全景成像仪，所述全景成像仪的光学系统包括前置透镜组、环形折转镜、后继透镜组和像面探测器：
所述前置透镜组，用来接收前向视场的光束；
所述环形折转镜，所述环形折转镜设于所述前置透镜组之后，用来接收环形视场的光束和传递所述前置透镜组接收的前向视场的光束；
所述后继透镜组，所述后继透镜组设于所述环形折转镜之后，用于对所述前向视场和环形视场的光束进行像差矫正和中继转像；
所述像面探测器，所述像面探测器设于所述后继透镜组之后，用于对经所述后继透镜组聚焦后的光束进行成像。
所述前向视场用于弥补所述环形视场的观测盲区。
所述前向视场和环形视场共用所述环形折转镜、后继透镜组和像面探测器。
所述前向视场和环形视场的光束分别从所述前置透镜组和环形折转镜进入。
所述环形折转镜前表面包括：第一透射面、第一反射面、第二透射面，且所述第一透射面、第一反射面、第二透射面的曲率相同，所述第一透射面位于所述环形折转镜的最外侧，所述第二透射面位于所述环形折转镜前表面中心区域，所述第一反射面是位于所述第一透射面及第二透射面之间的圆环形表面。
所述环形折转镜后表面包括：第三透射面及第二反射面，所述第三透射面位于所述第二透射面的正后方，且位于所述环形折转镜后表面中心区域，所述第二反射面是包围在所述第二透射面之外的环形表面。
所述环形折转镜的前后表面曲率不同，且所述第一反射面及第二反射面均镀上反射膜，所述反射膜用来反射进入所述环形折转镜的所述环形视场的光束，所述环形视场的光束从所述第一透射面进入所述环形折转镜。
所述前向视场的光束从所述第二透射面进入所述环形折转镜，并从所述第三透射面离开所述环形折转镜。
所述前置透镜组由反远距型结构的四片透镜组成。
所述前向视场的焦距略小于所述环形视场的焦距。
本发明的有益效果在于：本发明采用双视场探测结构，即是所述前向视场和环形视场共同组成双视场，采用所述前置透镜组接收所述前向视场内的光束；所述环形折转镜接收所述环形视场内的光束；使用在所述环形折转镜不同区域镀不同膜层的方式控制所述环形折转镜的折返特性；所述前向视场和环形视场采用所述后继透镜组进行像差矫正；最终实现双视场的景像同时成像于一个探测器上。
附图说明
图1是本发明无盲点的折返式全景成像仪的一个实施例的结构示意图；
图2是如图1所示的全景成像仪中的环形折转镜的结构示意图；
图3是发明无盲点的折返式全景成像仪的像面分布示意图；
图4是本发明无盲点的折返式全景成像仪的前向视场的MTF示意图；
图5是本发明无盲点的折返式全景成像仪的环形视场的MTF示意图；
图6是本发明一个实施例的全景成像仪前向视场的场曲和畸变示意图；
图7是本发明一个实施例的全景成像仪环形视场的场曲和畸变示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
图1示出了本发明实施例的无盲点的折返式全景成像仪的光学系统。该光学系统由前置透镜组1，环形折转镜2，后继透镜组3及像面探测器4组成。
所述的全景成像仪拥有两个视场，即是前向视场和环形视场。为了使所述的全景成像仪无观测盲区，所述全景成像仪的前向视场最大半视场角和环形视场的最小半视场角相等。一个实施例中，本发明所述的全景成像仪可以同时对前向视场和环形视场进行探测成像，所述前向视场的视场角为360°×(0°-55°)，所述环形视场的视场角为360°×(55°-95°)。相比于现有技术的折反式全景成像仪，该成像仪消除了观测盲区，扩大了可探测区域的覆盖范围。即所述前向视场的最大半视场角为55°，所述环形视场的最小半视场角为55°。
需要说明的是，为保证所述前向视场和所述环形视场的图像不会在像面上交叉重叠，所述前向视场的焦距应该略小于所述环形视场的焦距。一个实施例中，所述前向视场的焦距为4mm，所述环形视场的焦距为5mm。
图2示出了本发明实施例的全景成像仪中的环形折转镜的结构。为了方便加工，所述环形折转镜只由两种不同曲率的表面c1和c2组成，c1和c2分别是所述环形折转镜的前表面和后表面。在c1和c2表面的不同区域镀不同膜层以控制所述环形折转镜的折返特性。所述的环形折转镜的表面c1由透射面t1、反射面r1和透射面t2组成，这三种表面曲率相同。其中透射面t2为环形折转镜的中心区域，反射面r1为包围透射面t2的圆环形表面，透射面t1包围反射面r1。所述的环形折转镜的表面c2由反射面r2和透射面t3组成，这两种表面的曲率相同。透射面t3位于c2表面的中心区域，反射面r2包围透射面t2。所述前向视场的光束从所述环形折转镜的透射面t2进入，之后直接从透射面t3离开。因此，对于所述前向视场，所述环形折转镜相当于一个厚透镜。所述环形视场的光束从透射面t1进入所述环形折转镜，接着反射面r2将光束反射到反射面r1，r1对光束进行第二次反射后，光束通过透射面t3离开所述环形折转镜。
所述前置透镜组用来接收前向视场的光束，为了保证所述前向视场的光束口径小于所述环形折转镜中心透光区域的尺寸，以便其顺利通过环形折转面的透射面t2和t3，采用反远距式的前置透镜组对光束口径进行压缩，所述前置透镜组由四片透镜组成。
所述前向视场和所述环形视场的光束通过所述环形折转镜后，进入所述后继透镜组。所述后继透镜组用于对所述前向视场和环形视场的光束进行像差矫正，并将其成像于所述探测器上。所述后继透镜组由七片透镜组成，其中第二片和第三片透镜组成双胶合结构。
需要说明的是，所述前向视场的光束在所述环形折转镜内不发生反射，此时所述环形折转镜相当于一个厚透镜；所述环形视场的光束在所述环形折转镜内反射两次以压缩光束口径，最后折射离开所述环形折转镜。
需要说明的是，所述前置透镜组，用来压缩所述前向视场的光束口径，保证所述前向视场的光束可以进入所述环形折转镜的中心透光区域。
需要说明的是，所述后继透镜组，用来矫正所述前向视场和环形视场的像差，同时将所述前向视场和环形视场的光束成像于像面上。
此外，本发明所述的全景成像仪可以采用像元尺寸为13μm的CCD作为系统的探测器。在40lp/mm处，前向视场的MTF大于0.52，环形视场的MTF大于0.58。前向视场和环形视场的f-θ畸变均小于2％，满足全景成像的要求。
图3示出了本发明实施例的全景成像仪的像面分布示意图。所述的像面包含所述前向视场和所述环形视场的图像，所述前向视场的图像在像面的中心区域，所述环形视场的图像包围所述前向视场。由于所述前向视场的焦距小于所述环形视场，所以所述环形视场的图像与所述前向视场之间有小部分不成像的空余区域，这样保证了所述前向视场和环形视场的图像不会出现交叉混叠。
图4和图5分别示出了本发明实施例的全景成像仪的前向视场和环形视场的MTF曲线图。可以看出，前向视场在40lp/mm处的MTF大于0.58，环形视场在40lp/mm处的MTF大于0.52。双视场均拥有良好的成像质量。
图6和图7分别示出了本发明实施例的全景成像仪的前向视场和环形视场的场曲和畸变曲线图。可以看出，双视场的f-θ畸变均小于2％，满足成像仪的使用要求。
本发明解决了采用现有技术的折返式全景成像仪存在中央盲区的缺陷。这种新型的全景成像仪可以应用于空间3D再现、无人化作业、军事侦察和虚拟环境导航等诸多领域，从而为我国的民用和国防服务。
本发明实施例的具体结构参数如表1所示。表1中的表面序号及光学元件特性依照前向视场光束的传输顺序从上向下排列。
表1：
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围。