专利名称：一种视网膜阵列复合照相机系统的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及远程成像技术领域，并且更具体来说，涉及对于非常大的视场提供高分辨率数字成像的成像系统。
背景技术：
远程成像是一种基础广阔的技术，其具有各种各样的并且极端重要的实际应用，如地质绘图和分析，军事监视和计划，以及气象预报。基于航空和卫星的照相和成像是特别有用的远程成像技术，近几年来，该技术已经变得严重依据数字图像数据的采集和处理。以房地产的改善和定位、道路和高速公路、环境危害和状况公用基础设施(如电话线，管线)以及地球物理学面貌的为特征的空间数据现在能够被采集，处理并以数字形式通信从而方便地提供高精确的绘图和监视数据以用于各种民用和军事应用(如动态GPS绘图)。
一些这种远程成像应用所面临的主要挑战是成像分辨率。某些应用需要非常高的成像分辨率-经常具有英寸的容差。依赖所用的具体系统(如航空器，卫星或者空间交通工具)，实际的数字成像装置可以被定位在其目标上面几百英尺到几英里的任何地方，导致非常大的比例因子。提供具有非常大的比例因子的图像，其还具有英寸容差的分辨率，这甚至对最强壮的成像系统也形成挑战。
正射投影照相是已经被用于尝试处理这个问题的一种方法。一般地，正射投影照相通过汇集目标不同的图像来再现目标的图像。典型地，在空中成像应用中，具有有限范围和分辨率的数字成像装置相继记录目标区域固定分区的图像。然后那些图像依据顺序被排列以再现目标区域的合成。通常，传统的系统必须在分辨率质量和能被成像的区域大小之间进行一些折衷。如果该系统被设计以提供高分辨率数字图像，那么成像装置的视场(FOV)是典型地小的。为了正射投影地再现大区域的图像必须执行许多的成像重复。如果该系统提供较大的FOV，那么通常该数字图像的分辨率降低并且失真增加。
一些传统的数字成像系统已经尝试用大尺寸(large-scale)单镜头的照相机来处理这些问题。这些照相机典型地包括非常大的主光学镜头，在它后面嵌入多个光学传感器。这些配置的特征，特别是该主镜头的光学性能，倾向于再现非常小的截面面积的像。一般地，这些系统中的传感器具有或者同一或者一致的视线。当要求具有宽FOV的图像时这样的系统一般是不够的。另外，这样的系统通常非常昂贵。新传感器技术的迅速发展致使这些系统过时或者需要这些系统进行复杂并且昂贵的升级或修改。
其它传统系统已经尝试通过发散传感器阵列的使用处理这种主镜头配置的缺点。通常光学传感器沿着凸支架或者外壳向外安装从而它们的焦点轴从该成像装置向外发散。基于对于图像的想要的比例因子，该阵列中的各个传感器能够被设置使得它们的焦平面在离目标区域所需距离处毗连或者轻微重叠。尽管这样的配置能够提供更宽的FOV用于成像，在应用中它仍然受限制。该传感器阵列必须被安装在主航空器或者航天器内，并且因而在飞行器上需要入口，通过该入口获得图像数据。大的传感器阵列需要大的入口为该阵列中的所有发散传感器提供适当的光学接入。然而在许多情况中，在主飞行器的小限度内提供大的入口空间如果不是不可能的也是不实际的。另外，较大的入口允许该阵列中相对高程度的光背散射，引起鬼像并降低所获得图像的整体质量和可靠性。
因此需要一种成像系统，对于不同的FOV，特别是非常大的FOV提供有效并且通用的成像，同时保持图像质量和清晰度。
发明内容
本发明提供一种成像系统，具有成像传感器的复合阵列，其被如此设置使得它们的交点轴会聚、相交、并此后发散。各个成像传感器能够以凹的或者视网膜的配置被设置在外壳或者主飞行器内，具有非一致的视线。依据该外壳或者主飞行器的配置，小的孔径，入口或者，可变光阑可以在外壳内形成，并且该阵列相对于该孔径，入口或者光圈被定位，从而交点轴的相交点与该孔径，入口或者光圈一致，这样其尺寸能够被最小化。这样在外壳或者飞行器内的小孔径可以为大数量的传感器提供目标区域的光学入口。各个传感器被设置并且可以被选择性地调整，使在目标区域内具有毗连或者重叠的视线，导致宽采集的目标区域的FOV。这样本发明的成像阵列提供具有非常小的图像失真的图像。本发明还消除了对复杂昂贵的主镜头需要。
在一个实施例中，本发明提供一种用于产生目标的图像远程的成像系统，具有外壳；第一成像传感器，其被耦合到该外壳，具有第一焦点轴；以及至少一个第二成像传感器，其被耦合到该外壳并且偏置于第一成像传感器，每个具有焦点轴。
在一个实施例中，本发明提供一种系统，其用于产生通过孔径所看到的目标的图像。该系统优选地包括外壳，其优选地具有三个或更多的耦合到该外壳的成像传感器。每个成像传感器产生部分该图像。每个成像传感器具有通过该孔径的焦点轴，从而所有成像传感器的焦点轴在相交区域内相交。
本发明还提供了一种系统，其用于产生通过孔径所看到的目标的图像，该系统包括外壳，具有在居中耦合到该外壳的第一成像传感器。该第一成像传感器具有通过该孔径的第一焦点轴。第二成像传感器被耦合到该外壳并沿着轴偏置于第一成像传感器，并且具有通过该孔径的第二交点轴并在相交区域内与第一焦点轴相交。第三成像传感器被耦合到该外壳并沿着该轴偏置于第一成像传感器，与第二成像传感器相对。第三成像传感器具有通过该孔径并且在相交区域内与第一交点轴相交的第三焦点轴。
本发明还提供一种生产远程成像阵列的方法。具有曲线外壳轴的照相机外壳被提供。主成像传感器沿着该曲线外壳轴被耦合到该外壳，该传感器的交点轴从该外壳向外投射。第二成像传感器在主成像传感器的另外侧上沿着该曲线外壳轴被耦合到该外壳，并被排列，使得它们的焦点轴在相交区域与该主传感器的焦点轴相交，并且它们的视场与相对该外壳中它们的相应位置的目标区域对准。
此外，本发明提供一种复合照相机系统，其包括第一支撑部件，优选地为凹的，在它的顶部具有曲率的顶点。第二支撑部件关于第一支撑部件成角度地移置。第二支撑部件适于与第一支撑部件的顶点相交。主成像传感器沿着该第一支撑的凹表面居中设置，具有从第一支撑部件垂直投射的主焦点轴。多个第二成像传感器沿着第一和第二支撑的凹表面以从主成像传感器的交替的角间隔被设置，以产生两个传感器阵列。第二成像传感器被如此排列从而使得它们的焦点轴在限定的相交区域内与主焦点轴相交。
在本发明的可替换的实施例中，一种用于产生目标图像的远程成像系统被提供，该系统包括外壳；成像传感器，其通过电机械调节附着被耦合到该外壳；以及执行器，其将成像传感器移动到多个成像位置。在另一个替换中，一种用于产生目标图像的远程成像系统被提供，该系统具有外壳；成像传感器，其被耦合到该外壳；可拆卸附着的反射镜系统，其与成像传感器相互配合；以及执行器，其将该反射镜系统移动到多个位置以允许地面的成像。
通过参考下面结合附图的详细描述对于那些本领域的普通及述人员来说本发明的其它特征和优点将是明显的。
为了本发明的更好理解，并且为了同过举例的方式来显示本发明可以被怎样实现，现在结合附图该处本发明的详细描述的参考，其中不同图中的对应数字针对对应的部分，并且其中图1A说明依据本发明的成像阵列的一个实施例的截面视图；图1B是沿着图1A的1B-1B线所取的图1A的阵列的底部视图的说明；图2说明依本发明的远程成像系统的一个实施例；图3说明依据本发明的成像阵列的一个实施例的截面视图；图4A说明依据本发明的成像阵列的一个实施例的底部视图；图4B说明图4A的成像阵列的透视视图；图5说明依据本发明的成像阵列的一个实施例的截面视图；图6说明依据本发明的成像阵列的一个实施例的底部视图；以及图7说明依本发明的远程成像系统的一个实施例。
具体实施例方式
尽管下面详细讨论了本发明的各种实施例的制造和使用，应该意识到本发明提供了很多可应用的发明的概念，其能够在宽的各种的特定背景中实施。这里所讨论的特定实施例仅仅是制造和使用本发明的特定方式的说明并不限制本发明的范围。
本发明的优选实施例提供了一种成像系统，该成像系统具有成像传感器的复合阵列，其被设置使得它们的焦点轴会聚，相交，并且然后发散。各个成像传感器能够以凹的或者视网膜的配置被设置在主飞行器内，具有非重合的视线。依据主飞行器的配置，小的孔径，入口或者光圈可以被形成在该飞行器之中，并且该阵列相关对于该孔径、入口或者光圈被定位，使得焦点轴的相交点与该孔径、入口或者光圈重合，这样其尺寸能够被最小化。这样，该飞行器中小的孔径可以为很多个传感器提供目标区域的光学接入。各个传感器被设置并且可以被选择性地调节，使得视线在目标区域内毗连或者重叠，导致目标区域的宽采集的FOV。这样本发明的成像阵列提供高分辨率图像，其具有非常小的图像失真。本发明还消除了对麻烦且昂贵的主镜头的需要。
本发明适用于多种照相和成像应用中的使用，并且特别适用于空中照相和成像。因此，为了解释和说明的目的，以下在空中成像应用的背景内对本发明进行描述。然而应该理解的是本领域的技术人员参照本描述将能够把本发明的原则和教导应用到各种的成像系统-从个人数字相机到生产传送器检查系统，卫星和其它基于航天器的监视系统。
现在查阅图1A和图1B，作为说明的例子提供了一个本发明的实施例。图1A描述了目标102(如地面)之上的机载照相机阵列组件100。出于说明的目的，组件100的相对尺寸以及其与地面102之间的相对距离在图1A中不是按比例描述的。组件100包括外壳104，成像传感器106，108和110沿着凹曲线阵列轴112被设置在该外壳内，形成阵列113。在所有实施例中，阵列轴112的曲率半径可以被显著地改变，提供非常细致或者非常强烈的影响轴112的凹度水平的能力。作为选择，阵列轴112可以是完全直线的，根本没有弯曲。成像传感器106，108和110通过附着部件114直接或者间接耦合到外壳104。附着部件114可以包含多个固定的或者动态的，永久的或者临时的连接装置。例如，部件114可以包括简单的焊接，可移动的夹具装置，或者电机械控制的通用接合。
如图1A和图1B所描述的，外壳104包括简单的盒，传感器106，108和110被设置在其内部。传感器106，108和110通过部件114或者共同耦合到单个横向交叉部件116，或者分别耦合到侧向交叉部件118，被设置在外壳104的相对壁之间。在可替换的实施例中，外壳104本身可以只包括凹曲率的支撑交叉部件，传感器106，108和110通过部件114耦合到其上。在另一实施例中，外壳104可以包括盒和支撑交叉部件的混合组合。在优选的实施例中，在传感器106，108，110和目标102之间，外壳104具有形成在其表面上的孔径120。然而，如上所提到的，外壳104结构可以被明显改变，包括在下侧上开放的最小结构，从而不形成孔径120。
依据特定类型的主飞行器，孔径120可以只包括空隙，或者它可以包括保护屏或者窗口以维持外壳104内的环境整体。任选地，孔径120可以包括镜头或者其它光学器件来加强或者改变由传感器所记录的图像的性质。孔径120以足够的尺寸和形状被形成以给传感器106，108和110提供到地面102上目标区域122的合适视线。
传感器106，108和110在外壳104之内或者沿着外壳104被设置，使得所有传感器的焦点轴会聚并且在孔径120所限制的相交区域内彼此相交。依据被采集的图像数据类型，所使用的特定传感器，和其它被应用的光学器件或装置，将相交区域或者会聚点偏置在孔径120以上或者以下可能是必须的或者是所希望的。传感器106，108和110以角度间隔彼此分开，优选地该间隔是相等的。依据所用的传感器数目和被采集的图像数据的类型，这些传感器之间移置的确切角度可以改变很大。在可替换的实施例中，传感器之间移置的角度可以是不等的，从而提供所希望的图像偏置或对准。依据所用传感器的数量和阵列113的具体配置，所有传感器的焦点轴124，130，136可以准确地在相同的点相交，或者可以在多个点相交，所有都在彼此紧密接近之内并且都在孔径120所限定的相交区域132之内。当传感器的数量和组件100所应用的环境的不平度增加时，产生仅一个交点132所必须的精确对准如果不是不可能的可能也是非常难以维持的。只要所有轴会聚并且在彼此紧密接近之内相交使得孔径120的尺寸和形状不需要被改变以提供合适的视线给传感器106，108，110，那么就不必维持单独的相交点132。
如图1A所描述，传感器108沿着阵列轴112被居中设置在外壳104之内。传感器108具有焦点轴124，其从外壳104垂直定向以使该传感器的视线与区122的成像区域126对准。传感器106沿着阵列轴112被设置在外壳104之内，相邻于传感器108。传感器106被对准使得它的视线与区122的成像区域128重合，并且使得它的焦点轴130在相交点132与轴124会聚并相交。在外壳104之内传感器110在阵列轴112的与传感器106的相反侧上被设置，相邻于传感器108。传感器108被对准使得它的视线与区122的成像区域134重合，并且使得它的焦点轴136在相交点132与轴124和130会聚并相交。传感器106，108和110以及随后所描述的传感器可以包括多个成像器件，其包括单独的照相机，红外传感器，地震传感器，光探测器和光电元件。此外，红外传感器可以是多谱段的或者超谱段的。每个传感器可以包括单独成像器件，一组传感器。优选地，传感器106，108和110是品质同一的，但是可以包括不同的成像器件的组合。
轴124，130和136从点132发散。这样，传感器106和110在外壳104之内沿着阵列轴112交替地设置，使得每个传感器的焦点轴在点132上会聚，穿过焦点轴124，并且将它的视场与相对阵列113中的相应位置的目标区域对准，导致“斜视(cross-eyed)”，传感器与成像目标之间的视网膜关系。如果部件114是永久的并且固定性质的(如，焊接)，那么孔径120、传感器和它们的视线之间的空间关系保持固定，成像区域126，128，和134之间的空间关系也将保持固定。像这样的配置例如在卫星监测应用中可能是所希望的，其中组件100将与区122保持基本固定的距离。传感器的位置和对准被建立使得区域126，128和134提供区122的全部成像覆盖。
然而，在另一实施例中，可能希望通过手动或者远程自动控制选择性地调节传感器的位置或者对准从而转移、变窄或者变宽区域126，128和134，并因此增强或者改变由组件100所采集的图像。现在参照图2说明一个像这样的实施例。
一种机载成像系统200被描述，其包含阵列组件100，此外还有飞行控制系统202，照相机控制系统204和图像处理系统206。通过通信链接208系统206从组件100内的成像传感器接收图像数据。在组件100和系统206之间链接208可包含直接的物理连接器(如，线，线缆)，或者它们可包含通信连接(如，无线收发器)。系统206可被定位在组件100的同一主飞行器内(如，飞机)，或者可以被远程定位在远离该主飞行器(如，卫星监测站)。成像数据从组件100被传输到系统206，在那里它可被监控，分析，处理或者储存。如果需要改变正被组件100所采集的成像数据，系统206可以在位置上启动主飞行器、组件100、组件100内的各个传感器或者其中任何组合的改变。
如果需要主飞行器的位置的改变，通过通信链接210系统206提供所需改变的通知给飞行控制系统202(例如，改变高度)。链接210可包括直接的物理连接器(如，线，线缆)，或者间接的通信连接(如，无线收发器)。系统202可包括多个被布置的或者远程的导航系统或者其中的组合，从航空器上的飞行员到卫星上的远程飞行控制系统。
如果需要组件100的位置相对于主飞行器或者外壳104改变，那么系统206通过链接210提供所需改变的通知给系统202，其通过链接212传递必要的调节给组件100。链接212可包含通信链接(如，线缆，无线收发器)，其通报所需改变给组件100(如，上升，下降，转动)，让组件100通过内部或外部关联的机械系统启动该变化。可替换地，链接212可包括机械链接，其本身直接实现所需的改变。链接210可包括直接的物理连接器(如，线，线缆)，或者间接的通信连接(如，无线收发器)。
如果需要组件100中的一个或多个个别传感器的位置改变，系统206通过通信链接214提供所需改变的通知给照相机控制系统204(如，改变焦点相交点132的位置)。链接214可包含直接的物理连接器(如，线，线缆)，或者间接的通信连接(如，无线收发器)。组件100内的个别传感器通过链接216接收所需改变的通知(如，改变位置，改变角度)，其传递必须的调节给部件114。链接216可包含通信链接(如，线缆，无线收发器)，其通报所需改变给部件114(如，上升，下降，转动)，让部件114通过内部或外部关联的机械系统(如，液压传动装置)启动该变化。可替换地，链接216可包括机械链接，其直接实现所需的改变。系统204可包括多个控制器件和系统，其被设置在组件100之内，定位在组件100的外部但接近组件100，或者远离组件100，或者其组合。
尽管作为分立系统在图2中被描述，系统202，204和206可以依据应用和主飞行器或者外壳104的配置包含单独控制系统的分立的功能。例如，考虑载人的监测航空器上的基于计算机的、自备的、电机械控制系统。在另一实施例中(如，监测卫星)，某些元件(如，系统202和204)可在主飞行器(如，卫星)内被部署，而其它元件(如系统206)被远程定位(如，在监控设施)。以上所描述系统的其它组合也可以被本发明所包含。
现在查阅图3，本发明的另一实施例作为说明的例子被提供。图3描述了照相机阵列组件300，其包括外壳302，多个成像传感器304沿着凹曲线阵列轴306被设置在该外壳之内。组件300在组成、结构和操作上基本与组件100一致，只是具有更多个成像传感器被设置在里面。传感器304通过附着部件(未示出)直接或间接耦合到外壳302。传感器304可以共同耦合到单独的横向交叉部件116，单独地耦合到侧交叉部件118，或者直接耦合到外壳302。外壳302在传感器304和下面的目标(未示出)之间包括形成在其表面内的孔径308。依据成像应用和主飞行器的特定类型，孔径308可包括空开口，保护屏或者窗口，或者透镜或者其它光学器件。孔径308以足够的尺寸和形状被形成以给传感器306提供到目标区的合适视线。
传感器304在外壳302内或者沿着外壳302被设置，使得所有传感器304的焦点轴310会聚并在由孔径308限制的区域内彼此相交。再一次，所有传感器304的焦点轴310可以在一个精确得相交点312相交，或者可以在多个点相交，所有都在彼此紧密接近之内并且都在孔径308所限定的区域之内。如图3所描述的，传感器304沿着阵列轴306在外壳302之内以“斜视”的方式被设置。一个传感器被居中设置，具有从外壳302垂直定向的焦点轴310。其它传感器304沿着轴306被交替设置在外壳302之内，使得每个传感器304的焦点轴310在点302上会聚，穿过居中传感器的焦点轴，并且将它的视场对准到与它在阵列中的对应位置相对的目标区域。再一次，传感器304可包括多个成像器件，其包括各个照相机，红外传感器，地震传感器，光检测器和光电元件，或者作为单独器件或者作为组。优选地，传感器304都是性质同一的，但是它们可以包括多种成像器件的组合。又一次，传感器304的相对位置和角度可以固定或者可以是手动或机械可调节的。
至此所描述的实施例对于从非常宽广的直线带采集和处理成像数据是特别有用的。使用正射投影技术，该直线的图像能够与随后沿着主飞行器的飞行路径得到的图像结合从而产生具有很大FOV的合成图像。本发明还提供了实施例，其可以依据应用减小或消除对正射投影技术的需要。
现在参考图4A和4B说明一个像这样的实施例。图4A和4B描述了一种照相机阵列组件400。除了下而所描述的差别以外，组件400在组成，结构和操作方面与组件100和300类似。如图4A和4B中所描述的，组件400包括第一成像元件或者阵列402和第二阵列404。阵列402和404被配置作为平行的成像传感器子阵列，纵向偏置一个所需的的裕量。阵列402包括外壳406，其中设置有成像传感器408，410，412和414依照本发明沿着凹曲线阵列轴416。阵列404包括外壳418，成像传感器420，422和424依照本发明沿着凹曲线阵列轴426设置在其中。元件402和404以彼此靠近纵向接近设置在主飞行器之内，具有轴416和426，优选地平行排列，以对共同的目标区(未示出)采集和提供成像数据。
优选地，传感器408，410，412，414，420，422和424在形状和尺寸方面是类似的，但是可以是不同的形状和尺寸，以提供获取具有要求的形状和尺寸的目标区的图像。具有特定形状和尺寸的个别传感器能够被设置和操纵以聚焦在以所需的图案毗连或重叠的图像区上。如图4A和4B所描述，传感器422沿着阵列轴426被居中设置在外壳418内，使得它的交点轴从外壳418定向通过相交区域428。区域428是点或者小的区，通过它418内的所有成像传感器的焦点轴对准。阵列402和404可以被设置在组件400之内，使得区域428相对于传感器422垂直居中，而阵列402在区域429上垂直居中(如图4A所描述)。
在形状和尺寸上与传感器422类似的传感器420，424沿着阵列轴426被交替设置在外壳418之内，使得区域428上的每个会聚的焦点轴与传感器422的焦点轴交叉并对准它的穿过，将它的视场对准到与它在阵列404中的对应位置相对的目标区域。
传感器410和412，与传感器422类似的形状和尺寸，交替地沿阵列轴416被设置在外壳406中，从而每个焦点轴会聚在区域429上，将它们的视场和在阵列404中与它们相应位置相对的目标区域对准。传感器410和412被设置在外壳406中，从而它们的视场和传感器410、412及424之间的缝隙对准。
传感器408和414，优选地如传感器422类似的尺寸和形状，交替地沿阵列轴416被设置在外壳406中，从而每个焦点轴会聚在区域429上。传感器410和412被设置在外壳406中，在传感器410和412外，从而它们的视场排列在元件404中的所有传感器外。在元件402和404的传感器中的微小偏移给组件400提供产生具有可定制的FOV的图像的能力。在可替换的实施例中，任何数量的阵列，包含具有各种不同形状和尺寸的任何数量的传感器，可以被组合以在任何需要的目标区上提供成像数据。在这样的实施例中，在由组件400的子阵列收集的图像中作为结果的偏移可以彼此分解，使用各种图像处理技术，以提供单一高分辨率的图像。
在本发明的再另一个实施例中，在图5中所述，照相机阵列组件500的横截面视图被说明。除了下面被说明的差别外，组件500在组成、结构和操作上类似于组件100、300和400。组件500包括第一复合部件502，在侧面视图中所示，以及第二复合部件504，在横截面视图中所示。部件502包括曲线支撑部件或阵列，许多成像传感器508沿它的凹侧设置到其上。主成像传感器506沿部件502的凹侧面居中设置，而其焦点轴定向为自组件500垂直向下。
许多成像传感器508亦沿部件502的凹侧设置，以“斜视的”方式。斜视的传感器508交替地沿部件502设置，从而每个传感器508的焦点轴会聚于并使传感器506的焦点轴交叉于单一相交区(未示出)，并且将其视场和与在阵列中其相应的位置相对的目标区对准。
部件504也包括曲线支撑部件或阵列，沿它的凹侧成像传感器510的部件被设置到其上。部件504优选地被形成正交于502并具有足以匹配部件502的拱形的尺寸和曲率。部件504可以被如此形成或被设置以使于其顶点其凹面接触或甚至耦合到部件502的凸面。可替换地，部件504可以桥接部件502，在到其的近距离内跳过其顶点。成像传感器510沿部件504的凹侧设置，以“斜视的”方式。斜视传感器510交替地沿部件502设置从而每个传感器510的焦点轴会聚于并使传感器506的焦点轴相交于单个相交区，并且将其视场和在阵列中与其相应的位置相对的目标区对准。
在元件502和504的传感器中的距离和角度偏移与共享相交区藕合，给组件500提供产生具有可定制的FOV的图像的能力。根据使用的元件和传感器，组件500可以被配置以产生立体图像。在可替换的实施例中，任何数量的元件，包含任何数量的具有各种不同形状和尺寸的传感器，可以被组合以提供在任何需要的目标区上的图像数据。
另一个实施例，提高组件500的优点，在图6中被说明。图6描绘从底部观看的照相机阵列组件600。组件600包括主复合曲线部件或阵列602，以及多个复合曲线部件604，其被形成足以偏移和以各种不同的角度间隔拱悬于或接触部件602。任何数量的部件604可以被使用，并可以是很多以形成穹状构造用于安放传感器。在部件604之间的角度位移根据部件的尺寸和需要的成像特性而不同。例如，组件600可以包括两个彼此正交(即90°)关系的支撑部件。另一个组件，有三个支撑部件，可以被配置从而部件之间的角度位移是60°。
主传感器606沿部件602的凹侧居中设置，而其焦点轴定向自组件600垂直向下。根据本发明的教导，沿部件602和604的凹侧以“斜视的”方式，许多成像传感器608被设置。斜视的传感器608交替地沿部件602和604设置从而每个传感器的焦点轴优选地会聚于并使传感器606的焦点轴相交于单一相交区(未示出)，并且将其视场和与其在阵列中相应的位置相对的目标区对准。根据传感器608的形状和尺寸，组件600产生具有可定制的具有一般圆形的性质的FOV的图像的能力。根据使用的元件和传感器，组件600可以被配置以产生立体像。在可替换的实施例中，任何数量的元件，包含任何数量的具有各种不同形状和尺寸的传感器，可以被组合以提供任何需要的目标区上的图像数据。
现在参考图7，根据本发明的照相机阵列组件700的某一实施例被描绘。组件700在组成、结构、操作上类似于组件100、300和400。组件700包括第一成像元件或阵列702、第二成像阵列704以及第三成像阵列706。阵列704被配置为主传感器阵列，被设置在组件700中，从而其主传感器710的焦点轴708定向自组件700向下，正交于沿地面714的目标区712。组件700被设置在主飞行器中，其沿飞行路径716相对于地面714移动。元件702、704以及706被配置在组件700中，作为成像传感器的子阵列。在元件704的前面，相对于飞行路径716，元件702是偏置的，并且其中偏置角度偏移718。类似地，在元件704的后面，相对于飞行路径716，元件706是偏置的，并且其中偏置角度偏移720。角度偏移量718被如此选定从而元件702上的主传感器724的焦点轴722朝下指向目标区712，形成角732。角度偏移量720被如此选定从而元件706上的主传感器730的焦点轴728朝下指向目标区712，形成角726。角度偏移718和角度偏移量720优选地相等，但是它们可以被偏斜以提供需要的成像效果。沿元件702、704和706的其它的各个传感器的焦点轴对目标区712形成类似的角度关系，而彼此服从它们沿元件的相应的位置。根据上述的位置和角度关系，以逐个像素为基础来特征化成像数据。
已知元件702、704、706之间的位置和角度关系以及它们的组成的各个传感器，由组件700收集的成像数据被处理以提供高分辨率的正射图像。在可替换的实施例中，元件和传感器被配置，而收集的数据被处理，以提供高分辨率的立体像。成像阵列的尺寸和分辨率可以根据如上面所述存在的而改变。
在本发明的另一实施例中，照相机组件700被修改并包括一个成像元件和阵列702，被配置为主传感器阵列，如上面所述，并有一个执行器或马达(未示出)，其前后摇动或移动阵列402。可替换地，执行器可以翻转或旋转阵列702。在某一优选实施例中，阵列702定向朝前、朝下、朝后的位置。在本发明的另一实施例中，阵列702是固定的，并且移动反射镜系统结合反射镜系统使用以收集来自多个地面714位置的传感器数据。
在此阐明的实施例和实例被提出以最好解释本发明和其实际应用，并从而使本领域的技术人员能够制造和使用该发明。然而，本领域的技术人员将理解，上述说明和实例仅为说明和实例的目的而展示。所提出的说明没有意指是穷尽的或限制本发明为所公开的精确形式。许多修改和更改是可能的，按照上面教导并不离开下面权利要求书所限定的精神和范围。
权利要求
1.一种用于产生目标图像的远程成像系统，包括外壳；第一成像传感器，其耦合到外壳，有第一焦点轴；至少一个第二成像传感器，其耦合到外壳，并偏置于第一成像传感器，每个都有一个焦点轴。
2.权利要求1的系统，其中所述第一成像传感器居中耦合到所述外壳。
3.权利要求1的系统，其中所述外壳有一个孔径，传感器的焦点轴经过所述孔径。
4.权利要求1的系统，其中所述焦点轴相交于相交区内。
5.权利要求1的系统，其中所述焦点轴相交于地面上。
6.权利要求1的系统，其中所述成像传感器以至少两阵列被耦合到外壳。
7.权利要求6的系统，其中阵列彼此平行。
8.权利要求6的系统，其中有至少两个阵列，居中耦合到外壳的第一阵列，以及偏置于第一阵列的第二阵列，且所成角度使得所述第一阵列和所述第二阵列的焦点在地面上重合。
9.权利要求6的系统，其中所述阵列从居中点放射状地延伸。
10.权利要求1的系统，其中所述成像传感器被耦合到外壳中的拱顶。
11.一种用于产生通过外壳孔径所看到的目标的像的系统，包括外壳，第一成像传感器，其居中耦合到外壳，具有经过所述孔径的第一焦点轴；第二成像传感器，其被耦合到外壳并沿阵列轴偏置于第一成像传感器，其具有经过所述孔径的第二焦点轴，并与第一焦点轴相交于相交区内；以及第三成像传感器，其被耦合到外壳并沿阵列轴偏置于第一成像传感器，与第二成像传感器相对，具有经过所述孔径的第三焦点轴，并与第一焦点轴相交于相交区内。
12.权利要求11的系统，其中所述阵列轴是线性的。
13.权利要求11的系统，其中所述阵列轴是凹曲线轴。
14.权利要求11的系统，其中相交区偏置于所述孔径。
15.权利要求11的系统，其中所述孔径包括一个空隙。
16.权利要求11的系统，其中所述孔径包括光学元件。
17.权利要求11的系统，其中所有成像传感器具有相似的尺寸和形状。
18.权利要求11的系统，具中成像传感器具有各种不同的尺寸和形状。
19.权利要求11的系统，其中成像传感器被永久地耦合在外壳的固定位置。
20.权利要求11的系统，其中成像传感器通过手动可调附着被耦合到外壳上。
21.权利要求11的系统，其中成像传感器通过电机械可调附着被耦合到外壳上。
22.权利要求11的系统，进一步包括第四成像传感器，其被耦合到外壳并沿阵列轴偏置于第一成像传感器，具有经过所述孔径的第四焦点轴；以及第五成像传感器，其被耦合到外壳并沿第二轴偏置于第一和第四成像传感器，由第四和第五成像传感器形成并被设置成接近平行该轴，具有经过所述孔径的第五焦点轴，并与第四焦点轴相交于第二相交区内。
23.权利要求22的系统，其中第一和第二相交区是彼此偏置的。
24.权利要求22的系统，其中第一和第二相交区是重合的。
25.权利要求24的系统，其中第一和第二相交区与第一成像传感器是垂直重合的。
26.权利要求11的系统，其中成像传感器包括照相机。
27.权利要求11的系统，其中成像传感器包括红外线传感器。
28.权利要求11的系统，进一步包括第四成像传感器，其被耦合到外壳并沿第二轴偏置于第一成像传感器，基本上垂直于该轴，具有经过所述孔径的第四焦点轴；以及第五成像传感器，其被耦合到外壳并沿第二轴偏置于第一和第四成像传感器，与第四成像传感器相对，具有经过孔径的第五焦点轴，并与第四焦点轴相交于第二相交区内。
29.一种生成远程成像阵列的方法，包括步骤提供照相机外壳，具有曲线阵列轴；将有焦点轴的第一成像传感器沿所述曲线阵列轴耦合到外壳；将有焦点轴的第二成像传感器沿邻近第一成像传感器的曲线阵列轴耦合到外壳，从而第一和第二成像传感器彼此相交于相交区内将具有焦点轴的第三成像传感器沿邻近第一成像传感器的曲线阵列轴耦合到外壳，与第二成像传感器相对，从而第一和第三成像传感器彼此相交于相交区内；将第二和第三成像传感器的视场和在外壳中与其相应位置相对的目标区对准。
30.一种复合照相机系统，包括第一凹阵列，具有一个顶点；第二凹阵列，相对于所述第一阵列角位移，并适于相接于所述第一凹阵列的顶点上。主成像传感器，沿第一阵列的凹面居中设置，具有主焦点轴；以及多个第二成像传感器，以偏离主成像传感器的角度间隔沿第一和第二阵列的凹面设置，具有与主焦点轴相交于相交区内的光轴。
31.一种用于产生通过孔径所看到的目标的像的系统包括外壳；以及至少二个被耦合到外壳的成像传感器，每个成像传感器产生像的一部分，每个都有经过孔径的焦点轴，从而焦点轴都相交于相交区内。
32.一种用于产生目标像的远程成像系统，包括外壳；成像传感器，其通过电机械可调附着被耦合到外壳；以及执行器，其移动成像传感器到多个成像位置。
33.一种用于产生目标图像的远程成像系统，包括外壳；成像传感器，其被耦合到外壳；与成像传感器配合的可拆卸附着的反射镜系统；执行器，以移动反射镜系统到多个成像位置以允许地面的成像。
全文摘要
本发明提供一种照相机系统，其具有设置在视网膜配置内的成像传感器的复合阵列(图1)。该系统优选地包括凹外壳(104)。第一成像传感(106)沿着外壳(104)居中设置。至少一个第二成像传感器(108)沿着该外壳相邻第一成像传感器(106)被设置。在优选实施例中第二成像传感器(108)的焦点轴(124)与第一成像传感器的焦点轴(130)相交在相交区域(132)。
文档编号H04N5/232GK1679337SQ03820463
公开日2005年10月5日 申请日期2003年8月28日 优先权日2002年8月28日
发明者莱奥·J·彼得斯三世, 切斯特·L·史密瑟曼 申请人:M7视觉智能有限合伙公司