【光学设计】消畸变折反射全景成像系统设计

全景成像系统是一种能够捕捉水平或垂直方向上超过180°半球视场或全360°视场的光学系统。这种系统在多个领域，如国防、民用和医疗等，展现出巨大的应用潜力。本文将探讨一种创新的折反射全景成像系统设计，该设计通过特殊的反射镜与传统成像系统的结合，实现了大视场的成像，并有效减少了畸变。

传统的全景成像技术，如旋转扫描、多镜头拼接和鱼眼镜头，虽然能够实现大视场的成像，但存在实时性差、体积大、重量重和成本高等问题。相比之下，折反射全景成像系统通过在常规成像系统前加入反射面，实现了从三维圆柱区域到二维平面圆环区域的投影，如图1所示。这种设计不仅提高了成像的实时性，还显著减小了系统的体积和重量，降低了成本。

折反射全景成像系统主要由反射镜和常规成像系统两部分组成。根据投影成像模型，该系统可分为平行投影成像和透视投影成像。此外，根据系统是否满足单视点约束，又可分为单视点全景成像和非单视点全景成像。单视点全景成像的反射镜面型通常为二次曲面，设计加工相对容易，但仍存在大视场畸变问题。为了解决这一问题，Chahl等人于1997年提出了非单视点全景成像的设计思想，通过调整反射镜面型，实现了大视场状态下的消畸变设计。