曲面光学多孔径成像及超分辨重建理论和技术研究

The project is aim to research novel theories and key technologies of surface optical multi-aperture imaging and super-resolution image reconstruction. Based on the bionic compound image mechanism, mathematical models of surface multi-aperture imaging are established to develop innovative optical multi-aperture imaging methods in theory. Overlapping surface multi-aperture imaging theory are studied to build a overlapping surface multi-aperture imaging system with multi-direction incident angles that inspire more methods on large-field image mosaic. Using the obtained images at different incident angles, we carry out studies on Pixel rearrangement image restoration methods and techniques to achieve super-resolution multi-aperture imaging reconstruction. In addition, we build a surface optical multi-aperture imaging system test platform for surface optical multi-aperture imaging and super-resolution reconstruction, which provides theoretical and practical techniques to design multi-aperture imaging systems with real-time applications. The project will certainly provide lively reasonable information resources for military, remote sensing, medical, civil and other fields, and lay the theoretical and technical foundation for practical applications of the surface optical multi-aperture imaging system.

项目针对曲面光学多孔径成像及超分辨图像重建进行理论和关键技术开展研究。主要研究仿生复眼成像机理基础上，建立曲面多孔径成像的数学模型，从理论上扩展光学多孔径成像的方法；研究重叠性曲面多孔径成像理论，构建多方向不同角度入射成像的重叠性曲面多孔径成像系统，实现大视场图像拼接方法；利用所获得不同角度入射图像，研究像素重排的超分辨图像复原方法和技术，实现多孔径成像的超分辨重建；构建曲面光学多孔径成像系统测试平台，对系统进行调试与测试实验，完成曲面光学多孔径成像及超分辨重建；为能够实时应用的多孔径成像系统设计提供可行的理论和技术手段。 该项目完成必将为军事、遥感、医学、民用等领域提供生动合理的信息资源，为曲面光学多孔径成像系统的实际应用奠定理论和技术基础。

项目针对曲面光学多孔径成像及超分辨图像重建进行理论和关键技术开展研究。通过分析仿生复眼光学系统的国内外研究现状，发现多孔径部分重叠仿生复眼光学系统更接近真实的昆虫复眼，同时也具有更大的视场角。但是它会受到平面探测器件的制约。首先在讨论多孔径部分重叠仿生复眼成像理论的基础上，介绍了多微面光锥耦合CCD/CMOS成像组件。其次，根据需要达到的光学要求及可以选用的光学元件，对多孔径部分重叠仿生复眼进行结构设计。其中包括多微面光锥的设计。该光锥大头切割成9个成像面，每个面对应一个镜头；小头与CCD/CMOS耦合。为了加工方便，采用半球形外壳上固定9个参数一样的透镜，透镜固定采用压圈法，便于安装与调整。同时为了避免相邻透镜间杂散光的影响，在球壳内部依照光锥形状设计了光阑。光学系统的调焦通过三维位移台实现，位移台的精度为0.01mm。在完成各部分结构设计的基础上，在光学平台上搭建了多孔径部分重叠仿生复眼实验系统，其进行了调试。分别测量了不同物距下系统的视场角以及视场重叠部分的百.分比，并对实验结果进行了分析。该系统的视场角为118°，不同物距下重叠部分的百分比不同。最后给出了一种优化设计的系统方案。项目研究了多孔径部分重叠仿生复眼系统的成像理论，设计了加工简单、实用性好的结构设计方案，进行了大视场重叠复眼实验以及对空间不同位置点目标成像，为后续大视场拼贴算法及运动目标检测算法提供了理论基础和关键技术。