專利名稱：實現(xiàn)多ccd無縫拼接的光電系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種大視場數(shù)字成像系統(tǒng)，尤其是指一種實現(xiàn)CCD無縫拼接的光電系統(tǒng)。
背景技術：
CCD(Charge Coupled Device，電荷耦合器件)作為圖像傳感器，廣泛應用于航拍、遙感、普通數(shù)碼相機、紅外成像系統(tǒng)等圖像獲取領域和系統(tǒng)中。
以CCD為圖像傳感接收器的數(shù)字成像系統(tǒng)發(fā)展迅速，但是由于CCD器件象素數(shù)的限制，即使光學成像鏡頭有非常大的視場和高分辨率，系統(tǒng)還是難以獲得很大的信息量。以長波紅外CCD成像系統(tǒng)為例，目前國際上能夠對我國開放供應的非制冷器件最高象素為384×288，成像系統(tǒng)一次單個CCD成像只能獲得11萬象素的信息量，使我們的紅外探測系統(tǒng)的成像視場、分辨率、探測距離受到限制?，F(xiàn)在的光學數(shù)字成像系統(tǒng)，限制系統(tǒng)成像視場角和分辨率的主要是CCD器件。
要獲得更大的信息量需要其它方法，主要是掃描技術和拼接技術。然而掃描系統(tǒng)需要有運動部件，使系統(tǒng)的可靠性大大降低，是國防領域應用的最大障礙。拼接技術雖然不需要運動部件，但由于CCD器件成像區(qū)域四周一般都有一個不能成像的邊緣，左右或上下兩個邊緣相加其尺寸接近成像區(qū)域尺寸，因此直接的CCD拼接將造成一個非常大的成像盲區(qū)。也有采用光學分光方法將像面分開到不同的空間位置，再用多個CCD分別獲取圖像信息的方案，但是光學分光受到系統(tǒng)后截距的限制，而且分光系統(tǒng)仍然會造成一定的視場缺失。
因此，發(fā)明一種沒有運動部件、成像視場沒有缺失的大視場、高象素數(shù)的成像系統(tǒng)意義是非常巨大的。
發(fā)明內容
本發(fā)明提供了一種沒有運動部件、沒有視場缺失，可實現(xiàn)多CCD無縫拼接的的成像系統(tǒng)。
一種實現(xiàn)多CCD無縫拼接的光電系統(tǒng)，其特征在于包括四套成像系統(tǒng)，每套成像系統(tǒng)由一成像鏡頭和一電路板組成，所有成像鏡頭的光軸平行，各電路板設置于其對應成像鏡頭的像面上，電路板上均勻安裝有若干塊CCD，像面寬度方向上相鄰兩CCD的中心距不大于每個CCD像面寬度方向實際感光寬度的2倍，且大于每個CCD像面寬度方向的封裝寬度；像面高度方向上相鄰兩CCD的中心距不大于每個CCD像面高度方向實際感光寬度的2倍，且大于每個CCD像面高度方向的封裝寬度，四塊電路板與其對應的成像鏡頭光軸中心分別向四個方向錯位安裝，光學共軛后全部CCD充滿整個像面視場，實現(xiàn)CCD的無縫拼接。
第一套成像系統(tǒng)中，電路板A的中心位于成像鏡頭A像面中心的左上方，以成像鏡頭A像面中心為原點，沿像面寬度方向向左偏移不大于每個CCD像面寬度方向實際感光寬度的二分之一，沿像面高度方向向上偏移不大于每個CCD像面高度方向實際感光寬度的二分之一。
第二套成像系統(tǒng)中，電路板B的中心位于成像鏡頭B像面中心右上方，以成像鏡頭B像面中心為原點，沿像面寬度方向向右偏移不大于每個CCD像面寬度方向實際感光寬度的二分之一，沿像面高度方向向上偏移不大于每個CCD像面高度方向實際感光寬度的二分之一。
第三套成像系統(tǒng)中，電路板C的中心位于成像鏡頭C像面中心左下方，以成像鏡頭C像面中心為原點，沿像面寬度方向向左偏移不大于每個CCD像面寬度方向實際感光寬度的二分之一，沿像面高度方向向下偏移不大于每個CCD像面高度方向實際感光寬度的二分之一。
第四套成像系統(tǒng)中，電路板D的中心位于成像鏡頭D像面中心右下方，以成像鏡頭D像面中心為原點，沿像面寬度方向向右偏移不大于每個CCD像面寬度方向實際感光寬度的二分之一，沿像面高度方向向下偏移不大于每個CCD像面高度方向實際感光寬度的二分之一。
由于成像系統(tǒng)是對遠距離物體成像，而且四個成像鏡頭光軸平行，相距只有幾百毫米，因此四套成像系統(tǒng)的每一套像方中心視場對應的是同一物方視場，即本系統(tǒng)中心視場(理論上相差光軸之間的距離幾百毫米，但對于遠距離成像時可以忽略)。由于四套成像系統(tǒng)中的四塊電路板上的CCD分布與光學中心是滿足一定規(guī)律的，即如果四塊電路板以它們的光學中心對齊疊放在一起后(即光學共軛)，全部CCD的感光面完全無縫填充了完整的像面。每一個CCD均對應一部分物方視場，因此本系統(tǒng)四套成像系統(tǒng)的全部CCD實際上構成了一個完整而無縫的大視場。
本發(fā)明不存在視場盲區(qū)，真正實現(xiàn)無縫、無運動部件的視場拼接，且視場大小不受CCD器件限制，只要光學成像鏡頭允許，本系統(tǒng)理論上的成像視場是無限大的。
本發(fā)明非常適合于需要大視場、高分辨率的遠距離成像系統(tǒng)，如衛(wèi)星遙感、飛機航拍、紅外偵察防空等領域應用。
圖1為本發(fā)明采用四套成像系統(tǒng)的整體結構示意圖；圖2(a)-(d)為每塊電路板上CCD的布局與成像鏡頭像面中心的位置關系圖；圖3為采用四套成像系統(tǒng)圖像合成后的視場圖。
具體實施例方式
如圖1所示，一種實現(xiàn)多CCD無縫拼接的光電系統(tǒng)，包括成像系統(tǒng)A、成像系統(tǒng)B、成像系統(tǒng)C和成像系統(tǒng)D，每套成像系統(tǒng)由一成像鏡頭和一電路板組成，所有成像鏡頭的光軸平行，各電路板設置于其對應成像鏡頭的像面上，電路板上均勻安裝有若干塊CCD，像面寬度方向上相鄰兩CCD的中心距不大于每個CCD像面寬度方向實際感光寬度的2倍，且大于每個CCD像面寬度方向的封裝寬度；像面高度方向上相鄰兩CCD的中心距不大于每個CCD像面高度方向實際感光寬度的2倍，且大于每個CCD像面高度方向的封裝寬度，四塊電路板與其對應的成像鏡頭光軸中心分別向四個方向錯位安裝，光學共軛后全部CCD充滿整個像面視場，實現(xiàn)CCD的無縫拼接。
圖2(a)-圖2(d)為四塊電路板上CCD的布局圖與成像鏡頭像面中心的位置關系圖。如圖所示，圖中陰影區(qū)域為CCD實際感光區(qū)域，每個CCD外周的虛線框是CCD封裝后的外形，外面大圓為成像鏡頭的成像范圍。
成像鏡頭A1和電路板A5組成第一套成像系統(tǒng)，電路板A5安裝于成像鏡頭1的像面，電路板A5的中心P1位于成像鏡頭1光學像面中心O1的左上方，見圖2(a)。
成像鏡頭B2和電路板B6組成第二套成像系統(tǒng)，電路板B6安裝于成像鏡頭2的像面，電路板B6的中心P2位于成像鏡頭2光學像面中心O2的右上方，見圖2(b)。
成像鏡頭C3和電路板C7組成第三套成像系統(tǒng)，電路板C7安裝于成像鏡頭C3的像面，電路板C7的中心P3位于成像鏡頭C3光學像面中心O3的左下方，見圖2(c)。
成像鏡頭D4和電路板D8組成第四套成像系統(tǒng)，電路板D8安裝于成像鏡頭D4的像面，電路板D8的中心P4位于成像鏡頭D4光學像面中心O4的右下方，見圖2(d)。
由于成像系統(tǒng)是對遠距離物體成像，而且四個成像鏡頭光軸平行，相距只有幾百毫米，因此四套成像系統(tǒng)的每一套像方中心視場對應的是相同的一個物方視場，即本系統(tǒng)中心視場(理論上相差光軸之間的距離幾百毫米，但對于遠距離成像時可以忽略)。由于四套成像系統(tǒng)中的四塊電路板上的CCD分布與光學中心是滿足一定規(guī)律的，即如果四塊電路板以它們的光學中心對齊疊放在一起后(即光學共軛)，全部CCD的感光面完全無縫填充了完整的像面。每一個CCD均對應一部分物方視場，因此本系統(tǒng)四套成像系統(tǒng)的全部CCD實際上構成了一個完整而無縫的大視場。四套成像系統(tǒng)圖像合成后的視場圖如圖3所示，即如果以所有電路板的光學中心對齊重疊后，全部CCD的感光面已經(jīng)無縫拼接成一個完整的像面。每塊CCD均對應一個物方成像視場，四塊電路板上的全部CCD覆蓋了全部物方視場，并有少量重疊區(qū)域。
四個成像鏡頭雖不是同軸安裝，但它們的光軸可以是平行的。光軸之間的距離由成像鏡頭的外形尺寸決定，但一般遠遠小于1米，對于成像距離幾公里到幾百公里的航拍、遙感、軍事偵察系統(tǒng)而言，這樣的光軸差距幾乎可以忽略。每一個CCD獲取圖像后，通過后續(xù)的軟件處理合成后，成為一個完整的大視場成像系統(tǒng)。
權利要求
1.一種實現(xiàn)多CCD無縫拼接的光電系統(tǒng)，其特征在于包括四套成像系統(tǒng)，每套成像系統(tǒng)由一成像鏡頭和一電路板組成，所有成像鏡頭的光軸平行，各電路板設置于其對應成像鏡頭的像面上，電路板上均勻安裝有若干塊CCD，像面寬度方向上相鄰兩CCD的中心距不大于每個CCD像面寬度方向實際感光寬度的2倍，且大于每個CCD像面寬度方向的封裝寬度；像面高度方向上相鄰兩CCD的中心距不大于每個CCD像面高度方向實際感光寬度的2倍，且大于每個CCD像面高度方向的封裝寬度，四塊電路板與其對應的成像鏡頭光軸中心分別向四個方向錯位安裝，光學共軛后全部CCD充滿整個像面視場，實現(xiàn)CCD的無縫拼接。
2.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于第一套成像系統(tǒng)中，電路板A(5)的中心位于成像鏡頭A(1)像面中心的左上方，以成像鏡頭A(1)像面中心為原點，沿像面寬度方向向左偏移不大于每個CCD像面寬度方向實際感光寬度的二分之一，沿像面高度方向向上偏移不大于每個CCD像面高度方向實際感光寬度的二分之一。
3.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于第二套成像系統(tǒng)中，電路板B(6)的中心位于成像鏡頭B(2)像面中心右上方，以成像鏡頭B(2)像面中心為原點，沿像面寬度方向向右偏移不大于每個CCD像面寬度方向實際感光寬度的二分之一，沿像面高度方向向上偏移不大于每個CCD像面高度方向實際感光寬度的二分之一。
4.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于第三套成像系統(tǒng)中，電路板C(7)的中心位于成像鏡頭C(3)像面中心左下方，以成像鏡頭C(3)像面中心為原點，沿像面寬度方向向左偏移不大于每個CCD像面寬度方向實際感光寬度的二分之一，沿像面高度方向向下偏移不大于每個CCD像面高度方向實際感光寬度的二分之一。
5.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于第四套成像系統(tǒng)中，電路板D(8)的中心位于成像鏡頭D(4)像面中心右下方，以成像鏡頭D(4)像面中心為原點，沿像面寬度方向向右偏移不大于每個CCD像面寬度方向實際感光寬度的二分之一，沿像面高度方向向下偏移不大于每個CCD像面高度方向實際感光寬度的二分之一。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種實現(xiàn)多CCD無縫拼接的光電系統(tǒng)，包括四套成像系統(tǒng)，每套成像系統(tǒng)由一成像鏡頭和一電路板組成，所有成像鏡頭的光軸平行，各電路板設置于其對應成像鏡頭的像面上，電路板上均勻安裝有若干塊CCD，像面寬度方向上相鄰兩CCD的中心距不大于每個CCD像面寬度方向實際感光寬度的2倍，且大于每個CCD像面寬度方向的封裝寬度；像面高度方向上相鄰兩CCD的中心距不大于每個CCD像面高度方向實際感光寬度的2倍，且大于每個CCD像面高度方向的封裝寬度，四塊電路板與其對應的成像鏡頭光軸中心分別向四個方向錯位安裝，光學共軛后全部CCD充滿整個像面視場，實現(xiàn)CCD的無縫拼接。本發(fā)明不存在視場盲區(qū)，真正實現(xiàn)無縫、無運動部件的視場拼接，且視場大小不受CCD器件限制，適合于需要大視場、高分辨率的遠距離成像系統(tǒng)。
文檔編號H01L27/148GK101068016SQ20071006905
公開日2007年11月7日 申請日期2007年6月11日 優(yōu)先權日2007年6月11日
發(fā)明者馮華君, 劉旭, 劉承, 岑兆豐, 李曉彤, 白劍, 沈亦兵, 徐之海, 李奇 申請人:浙江大學