[發(fā)明專(zhuān)利]共孔徑激光主動(dòng)照明成像系統(tǒng)

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010271609.4
• 申請(qǐng)日: 2010-09-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102004313A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐義;張麗君;黃剛;倪國(guó)強(qiáng);張寧;王雷
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G02B27/00
• 分類(lèi)號(hào): G02B27/00;G02B27/10;G02B27/28
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于微光夜視領(lǐng)域的主動(dòng)照明成像設(shè)備。

背景技術(shù)

微光夜視成像系統(tǒng)可以根據(jù)有無(wú)照明分為被動(dòng)微光成像和主動(dòng)照明成像兩種類(lèi)型。被動(dòng)微光成像系統(tǒng)的成像探測(cè)器采集的光信號(hào)完全來(lái)自于目標(biāo)漫反射自然光或自身的輻射；主動(dòng)照明成像系統(tǒng)，是在被動(dòng)成像系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，人工施加照明條件，即搭建與成像系統(tǒng)工作波段相匹配的照明光源，探測(cè)器接收目標(biāo)所反射的照明光源的光信號(hào)進(jìn)行成像。隨著激光器的出現(xiàn)和發(fā)展，主動(dòng)照明成像系統(tǒng)逐漸開(kāi)始采用激光器作光源，照明距離大大提高，功率又降低許多。

激光主動(dòng)照明成像技術(shù)是將激光技術(shù)、成像傳感器技術(shù)、微弱目標(biāo)成像處理技術(shù)相結(jié)合發(fā)展起來(lái)的一種新技術(shù)。它的成像距離比被動(dòng)成像系統(tǒng)長(zhǎng)得多；通過(guò)對(duì)遠(yuǎn)、小、暗目標(biāo)或其局部進(jìn)行照明，可以減小背景輻射的影響，提高成像系統(tǒng)對(duì)這些特殊目標(biāo)的精確跟蹤和成像測(cè)量能力；除了對(duì)微弱輻射的目標(biāo)可以提供照明成像，還可以使用特殊波段的照明光源，配合以相應(yīng)波段的探測(cè)器，用以獲取特殊成像信息。

現(xiàn)在普遍應(yīng)用的激光主動(dòng)照明成像系統(tǒng)主要是平行光路式，其照明單元和成像單元分立，應(yīng)用時(shí)按照各自的光軸平行架設(shè)。這種光路形式簡(jiǎn)便易行，但是由于照明單元的光軸和成像單元的光軸不共軸，只有在兩個(gè)光路交疊的區(qū)域里照明才有效，照明成像的有效范圍小，而且照明光是從目標(biāo)相對(duì)于成像單元的側(cè)面入射的，由于大氣微粒的散射、被探測(cè)目標(biāo)前物體的反射等原因，容易在成像單元采集的圖像上形成“彗尾”(圖像靠近照明單元側(cè)處出現(xiàn)亮斑)，這種影響使采集的圖像無(wú)法真實(shí)反映目標(biāo)特征，圖像對(duì)比度差。當(dāng)這種影響過(guò)強(qiáng)時(shí)，甚至?xí)鼓繕?biāo)淹沒(méi)于“彗尾”中。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是利用分束系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)共孔徑激光主動(dòng)照明成像，使系統(tǒng)的成像單元的光軸和照明單元的光軸重合，二者共享同一物鏡。通過(guò)照明單元的預(yù)準(zhǔn)直鏡頭設(shè)計(jì)，使照明單元的發(fā)散角覆蓋成像單元的視場(chǎng)角。在調(diào)節(jié)物鏡焦距成像時(shí)，同時(shí)也調(diào)節(jié)了照明光路的施照范圍，從而克服了平行光路結(jié)構(gòu)在調(diào)節(jié)系統(tǒng)焦距需要各自分別調(diào)節(jié)并改變光軸夾角的缺點(diǎn)。并且由于光路的對(duì)稱(chēng)性，被成像的目標(biāo)就是被照明的目標(biāo)，從而也很好的解決了后向散射問(wèn)題。不僅如此，該系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn)，耦合的照明光路后光能利用率高，照明光斑均勻性更好，被探測(cè)目標(biāo)的對(duì)比度被大大提高，便于對(duì)處于惡劣成像環(huán)境的物體進(jìn)行成像觀(guān)察，主要應(yīng)用于微光環(huán)境下遠(yuǎn)、小、暗目標(biāo)的高光能利用率主動(dòng)照明成像探測(cè)和監(jiān)視。

根據(jù)本發(fā)明的共孔徑激光主動(dòng)照明成像系統(tǒng)包括激光器、預(yù)準(zhǔn)直鏡頭、分束系統(tǒng)、成像物鏡、成像探測(cè)器和顯示系統(tǒng)；激光器、預(yù)準(zhǔn)直鏡頭和成像物鏡構(gòu)成照明單元，成像物鏡和成像探測(cè)器構(gòu)成成像單元，分束系統(tǒng)能將成像單元和照明單元的光軸合成為一條光軸，使二者共享同一物鏡；從激光器發(fā)出的照明光束經(jīng)預(yù)準(zhǔn)直鏡頭預(yù)準(zhǔn)直達(dá)到預(yù)定的發(fā)散角后經(jīng)由分束系統(tǒng)入射至成像物鏡，然后對(duì)成像目標(biāo)進(jìn)行照明，被照明的成像目標(biāo)反射的照明光經(jīng)由同一成像物鏡成像后再次經(jīng)過(guò)分束系統(tǒng)，由成像探測(cè)器采集，最終由顯示系統(tǒng)顯示。

其中，分束系統(tǒng)包括線(xiàn)偏振片、偏振分束棱鏡和λ/4波片，從預(yù)準(zhǔn)直鏡頭出射的照明光經(jīng)線(xiàn)偏振片、偏振分束棱鏡和λ/4波片后入射至成像物鏡，從被照明的成像目標(biāo)反射的照明光經(jīng)由同一成像物鏡后再次經(jīng)過(guò)分束系統(tǒng)的λ/4波片、偏振分束棱鏡后由成像探測(cè)器采集。

其中，分束系統(tǒng)中的偏振分束棱鏡可由偏振分束鏡代替。

其中，分束系統(tǒng)可由半透半反鏡單獨(dú)構(gòu)成。

其中，分束系統(tǒng)可由半透半反棱鏡單獨(dú)構(gòu)成。

其中，成像物鏡的選擇根據(jù)探測(cè)距離指標(biāo)決定，對(duì)于遠(yuǎn)距離照明成像采用望遠(yuǎn)物鏡，對(duì)于近距離照明成像采用照相物鏡，成像物鏡的焦距范圍為8mm～3000mm。

其中，照明單元的發(fā)散角覆蓋成像單元的視場(chǎng)角，照明單元的預(yù)準(zhǔn)直鏡頭的發(fā)散角其中d′為成像探測(cè)器的光敏面的對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度，f′為成像物鏡的焦距，預(yù)準(zhǔn)直鏡頭的直徑D和透鏡背焦l之間滿(mǎn)足D＞2ltanθ′。

其中，預(yù)準(zhǔn)直鏡頭的焦距預(yù)準(zhǔn)直發(fā)散角θ′、多模光纖直徑d、入射高斯光束束腰ω₀之間滿(mǎn)足其中預(yù)準(zhǔn)直鏡頭的焦距的范圍為3～500mm。

其中，考慮到透鏡背焦l在選擇透鏡時(shí)是不可以作為指標(biāo)來(lái)提供的，而預(yù)準(zhǔn)直鏡頭焦距可以，且有因?yàn)閿?shù)值孔徑NA＝nsinθ≈θ，可以得到作為設(shè)計(jì)用式。

其中，激光器與預(yù)準(zhǔn)直鏡頭的耦合方式為通過(guò)光纖耦合或直接耦合，其波長(zhǎng)范圍為100nm～12um，優(yōu)選266nm～1500nm。。

附圖說(shuō)明

圖1為根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的主動(dòng)照明成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；