随着智能监控技术逐渐进入快速发展阶段,人们对大视场、高分辨率图像的需求日益提高,全景成像系统已成为当代的研究热点。本文对单芯片360°全景成像光学系统关键技术进行研究,研制出一款小型化、低成本、大视场、高分辨率的折反射全景相机,实现小范围内360°全景成像,主要包括以下内容和成果:首先,对全景成像系统的总体设计方案进行详细说明,分别介绍单视点和非单视点两种折反射全景成像系统的工作原理,通过分析比较最终选取单视点折反射系统进行设计与仿真,并初步确定折反射成像系统的基本参数和外形尺寸。然后,采用反射镜和成像透镜组相结合的方式,选取非球面作为反射镜,设计一款焦距为0.5mm,F数为2.3,视场角为360°×(40°~105°)的折反射成像系统,系统的工作波长范围为486nm~656nm。实验结果显示,不同视场的传递函数曲线值在143lp/mm处均高于0.5,成像质量良好,满足高分辨率成像要求,同时系统总长满足长度小于55mm的要求,实现系统的小型化设计。为了进一步增大系统的视场角,同时考虑自由曲面具有更多的自由度,在非球面折反射系统设计指标的基础上,将反射镜替换为Zernike多项式自由曲面,设计一款视场角为360°×(30°~115°),分辨率大于500万像素的自由曲面折反射系统。仿真结果表明,该系统的传递函数曲线在143lp/mm处均高于0.7,满足系统的设计要求。最后,综合考虑两个成像系统的仿真结果与加工成本,选取非球面折反射系统进行公差分析与加工装调。通过实际全景视图的采集,验证系统方案的可行性,实现低成本、小型化360°高清成像。