构简单，与视场相关的像差小，成像质量良好的特点。

图共心球透镜优化后的成像评价以近轴光线追迹的形式计算标准球面的像差系数可以评价光学系统成像质量，结果如表所示。

其中，影响传统光学系统成像质量的彗差像散畸变及垂轴色差均等于，可见该共心球透镜不存在与视场相关的像差此外，球差与轴向色差作为轴上像差可利用次级成像系统进行进步校正针对球透镜固有的场视场相同的条件下，边形排布方式所用相机数量更少，排布更紧密。

图边形排布与矩形排布对比结合上述约束条件设计并优化光学系统，此外，由于共心球透镜结构对称无固定光轴，每个次级成像系统都可看作与共心光学主物镜共轴成像，因此次级小相机阵列可采取相同的光学结构，故只需设计中心视场的次级成像系统即可，可大大简化设计过程。

图所示为系统优化后的结构。

图优化后的共心球透镜结构该共心球透镜的调制传递函大视场高分辨率共心多尺度光学成像系统的研究光学论文视场处的残余像差。

优化后的点列图如图所示，各个视场弥散斑的能量均在艾里斑内，表明共心球透镜具有较好的能量收集能力，可在像面上获得均匀的照度。

上述数据表明，文中所设计的双层共心球透镜具有光学结构简单，与视场相关的像差小，成像质量良好的特点。

图共心球透镜优化后的成像评价以近轴光线追迹的形式计算标准球面的像差系数可以评价光学系统成像质量，结果如表所示。

其中，影响传统光学系此外，次级成像系统的口径视场焦距及次级成像系统至球透镜中心的距离等均是影响像面拼接的制约条件，因此需在相机阵列设计时考虑系统像差的校正与视场重叠的问题。

为保证相邻相机间的视场重叠并提高视场利用率，同时使平面矩形探测器的排布更加紧密，故采用边形相机阵列排布方式，各镜头像方视场的重叠情况如图所示。

考虑到后期视场拼接的需要，相邻相机须至少存在的重叠率，因此在本文所述系统的相机阵列排布设场盲区等问题，但该系统采用次成像方式从而导致系统结构长体积大，故难以满足小型化轻量化的要求。

针对以上问题，本文设计了高集成度小型化共心多尺度光学系统，该系统不仅可以有效实现大视场高分辨率成像，同时具有结构简单集成度高体积小等特点。

大视场高分辨率共心多尺度光学成像系统的研究光学论文。

表共心球透镜像差系数次级小相机及整体系统优化小相机阵列作为次级成像系统分割球透镜的大传统广域光电成像系统通常采用小视场高分辨率扫描成像方式来增大系统的侦测和监视范围，实现大视场高分辨率成像，然而它存在扫描机构复杂及实时性差的问题，无法对空间信息进行精确判读。

相比之下，凝视型成像方式在实时性方面性能更佳，如通过全景鱼眼镜头成像方式和分布式孔径的思想，来实现大视场成像。

由于取消了扫描机构，系统结构大幅简化，体积有效减小，但鱼眼镜头成像方式存在获取的图像几何畸变大分辨紧凑的优势。

此外，通过设计相机阵列的排列方式进步减少相机使用数量，实现轻量化。

通过全系统联动设计与优化，系统的调制传递函数曲线在特征频率处可达，全视场弥散斑均方根半径均小于探测器像元尺寸，成像效果优良，且公差分析结果表明系统易加工制造。

该系统不仅能够有效实现大视场高分辨率成像，而且具有低的结构复杂度及更紧凑的结构，应用前景广阔。

关键词光学光学系统共心球透镜多意图共心球透镜作为系统的主要组成部分，在设计中需要在其结构复杂度与成像性能之间进行权衡，图给出了不同复杂度下的共心球透镜结构及其调制传递函数曲线。

在共心结构特点下，球透镜在复杂化的过程中每增加片透镜仅增加个玻璃材料个曲率半径及个玻璃厚度的设计变量，因此优化中便于控制变量以进行成像性能的比较，图中所示系列透镜均是最优化后，的共心球透镜。

分析图中曲线可以得出，随着表成像，而且具有低的结构复杂度及更紧凑的结构，应用前景广阔。

关键词光学光学系统共心球透镜多尺度结构大视场高分辨率成像引言光电成像系统作为最直接的信息获取手段，能提供符合人眼视觉特性的直观探测结果，近年来随着它的发展与应用，人们对光电成像系统的性能提出了更严苛的要求增大视场以捕捉到大范围内的场景信息，提高分辨率获取空间中重要的细节信息，减小体积提高便携性以适应不同环境的需求。

因此，宽化轻量化的要求。

针对以上问题，本文设计了高集成度小型化共心多尺度光学系统，该系统不仅可以有效实现大视场高分辨率成像，同时具有结构简单集成度高体积小等特点。

大视场高分辨率共心多尺度光学成像系统的研究光学论文。

摘要针对实时广域高分辨率成像需求同时保证系统结构的小型化与轻量化，设计了高集成度共心多尺度光学成像系统。

该系统采用伽利略型共心多尺度成像结构将球透镜与次级相机阵列进行级联，大视场高分辨率共心多尺度光学成像系统的研究光学论文度结构大视场高分辨率成像引言光电成像系统作为最直接的信息获取手段，能提供符合人眼视觉特性的直观探测结果，近年来随着它的发展与应用，人们对光电成像系统的性能提出了更严苛的要求增大视场以捕捉到大范围内的场景信息，提高分辨率获取空间中重要的细节信息，减小体积提高便携性以适应不同环境的需求。

因此，宽视场高分辨率及小型化的光电成像系统是目前遥感测绘环境监控及无人机侦察与防控等领域的迫切需求得较小的口径尺寸。

通过上述分析可找出个最优化的设计，在该设计下系统不仅具有良好的成像性能，同时有较小的尺寸和低复杂度。

摘要针对实时广域高分辨率成像需求同时保证系统结构的小型化与轻量化，设计了高集成度共心多尺度光学成像系统。

该系统采用伽利略型共心多尺度成像结构将球透镜与次级相机阵列进行级联，以充分利用双层共心球透镜视场大且全视场成像效果致性好的特点，并发挥伽利略型共心多尺度结构体积视范围，实现大视场高分辨率成像，然而它存在扫描机构复杂及实时性差的问题，无法对空间信息进行精确判读。

相比之下，凝视型成像方式在实时性方面性能更佳，如通过全景鱼眼镜头成像方式和分布式孔径的思想，来实现大视场成像。

由于取消了扫描机构，系统结构大幅简化，体积有效减小，但鱼眼镜头成像方式存在获取的图像几何畸变大分辨率低及像面照度不均匀的问题，分布式孔径成像系统则存在视场盲区及光能利用率低面数量的增加，随之提高，但通过增加系统的复杂度来提高成像性能时存在个效果递减定律，即结构复杂度由个表面增加至两个表面时，值在频率处由，提高了约倍，而复杂度由个表面增加至个表面时，仅提升至，提高了倍。

而图上方系列透镜的结构图则说明，随着复杂度的提高，球透镜的口径随之增加，此外，通过比较透镜与透镜可知，在透镜层数相同的情况下，具有完全对称结构的共心球透镜更易视场高分辨率及小型化的光电成像系统是目前遥感测绘环境监控及无人机侦察与防控等领域的迫切需求，。

共心多尺度成像结构根据有无中间像面可分为开普勒型与伽利略型，图所示为两者的结构示意图。

在相同的光学参数条件下，伽利略式相比开普勒式可获得更紧凑的系统结构，并且长度近似为开普勒形式的半，因此采用伽利略方式能够在实现大视场高分辨率成像的同时保证系统具有体积小轻量化的结构特点。

图共心多尺度系统充分利用双层共心球透镜视场大且全视场成像效果致性好的特点，并发挥伽利略型共心多尺度结构体积紧凑的优势。

此外，通过设计相机阵列的排列方式进步减少相机使用数量，实现轻量化。

通过全系统联动设计与优化，系统的调制传递函数曲线在特征频率处可达，全视场弥散斑均方根半径均小于探测器像元尺寸，成像效果优良，且公差分析结果表明系统易加工制造。

该系统不仅能够有效实现大视场高分辨缺点，难以实现光电成像装备的实际应用，因此需要研究性能更为优化的新体制凝视型大视场高分辨率成像系统。

在实现大视场高分辨率凝视成像方面，杜克大学等人利用共心球透镜设计了系列相机可同时获得的大视场和仅的瞬时视场，且能够解决传统凝视型光电成像系统畸变大光能利用率低及视场盲区等问题，但该系统采用次成像方式从而导致系统结构长体积大，故难以满足小型大视场高分辨率共心多尺度光学成像系统的研究光学论文面矩形探测器的排布更加紧密，故采用边形相机阵列排布方式，各镜头像方视场的重叠情况如图所示。

考虑到后期视场拼接的需要，相邻相机须至少存在的重叠率，因此在本文所述系统的相机阵列排布设计中，使横向排布的相邻相机与球透镜中心所张开的夹角为，纵向为，计算可得横向视场重叠率为，纵向视场重叠率为。

传统广域光电成像系统通常采用小视场高分辨率扫描成像方式来增大系统的侦测和监，通过设定按特定规则排布于球透镜附近的次级相机阵列的方式，减小它对成像质量的影响。

表共心球透镜像差系数次级小相机及整体系统优化小相机阵列作为次级成像系统分割球透镜的大视场并将其转接并形成若干个视场存在重叠的子图像，最后通过对子图像进行拼接获取大视场高分辨率成像效果。

除分割视场外，次级相机阵列还需要考虑校正主物镜的残留像差。

由于球透镜固有的场曲，导致像平面曲线，如图所示，在特征频率处，全视场范围的值可达，且曲线平直趋势致，说明各视场的成像质量致性好，从而可用相同的小相机校正不同视场处的残余像差。

优化后的点列图如图所示，各个视场弥散斑的能量均在艾里斑内，表明共心球透镜具有较好的能量收集能力，可在像面上获得均匀的照度。

上述数据表明，文中所设计的双层共心球统成像质量的彗差像散畸变及垂轴色差均等于，可见该共心球透镜不存在与视场相关的像差此外，球差与轴向色差作为轴上像差可利用次级成像系统进行进步校正针对球透镜固有的场曲，通过设定按特定规则排布于球透镜附近的次级相机阵列的方式，减小它对成像质量的影响。

大视场高分辨率共心多尺度光学成像系统的研究光学论文。

图所示为相同视场重叠率下边形排布与