[發明專利]一種含光纖參比光路的非制冷紅外焦平面成像系統

無效

• 申請號: 201110089409.1
• 申請日: 2011-04-11
• 公開（公告）號: CN102252762A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發明（設計）人: 趙躍進;褚旭紅;董立泉;劉小華;于曉梅;武紅;惠梅;龔誠;賈倩
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01J5/20
• 分類號: G01J5/20;G01J5/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種含光纖參比光路的非制冷紅外焦平面陣列成像系統，尤其是一種利用光纖參比光路監控光源波動信號，用以修正紅外圖像的非制冷紅外焦平面陣列成像系統。

背景技術

紅外熱成像技術越來越受到各行各業的重視。為克服傳統的紅外熱成像系統成本、體積、重量、功耗等問題的影響，近年來，基于MOEMS技術的光讀出式微懸臂梁焦平面陣列(focal?plane?array，FPA)熱成像系統，受到了廣大研究機構的重視。

基于MOEMS技術的光讀出式微懸臂梁焦平面陣列(focal?plane?array，FPA)熱成像系統，是實現紅外光——熱機械變形——照射可見光的反射光強變化——還原圖像的過程。系統采用焦平面陣列器件FPA作為紅外圖像傳感器，焦平面陣列器件是一種微懸臂梁結構，微懸臂梁由兩種熱膨脹系數相差較大的材料構成，當微懸臂梁吸收紅外輻射后，梁的溫度上升，雙材料層之間會很快達到熱平衡，熱平衡后，由于兩種材料的熱膨脹系數差別較大，它們之間的應力將使梁產生彎曲，彎曲量與微懸臂梁吸收的熱量成正比。所以，外界的溫度場會導致微懸臂梁陣列產生相應的變形。微懸臂梁變形量的檢測主要有電讀出和光讀出兩種方式：前者是通過檢測微懸臂梁彎曲處的電容或電阻等電學參數的變化情況，來獲得懸臂梁的形變量，該方法外圍設備比較簡單，但是要在FPA上額外構造復雜電路，加大了FPA的制造難度，并且電路本身的熱量會在一定程度上影響紅外圖像的質量；另一種叫做光讀出，在每一個微懸臂梁上，都有小反射鏡，用可見光照射微懸臂梁陣列，微懸臂梁陣列的反射鏡會將可見光反射，當每個微懸臂梁的變形量不同時，每個微懸臂梁攜帶的反射鏡對照射的可見光的反射效果也會不同，通過檢測反射光的變化量可獲得懸臂梁的變形量，再還原為紅外圖像。該方法需要配置的外圍設備比電讀出復雜，但不需要在FPA上構造讀出電路，避免了讀出電路產生的熱量對成像質量的影響。

就目前國內外技術資料來看，光讀出遠遠未達到預期的成像效果。研究光讀出FPA紅外成像系統光路的成像原理可以看出，影響系統穩定性、可靠性、靈敏度的因素很多，其原因有兩個方面，一方面是工藝、器件性能的制約，另一方面是系統整體設計水平。進一步提高光讀出非制冷紅外焦平面陣列成像系統性能，是的重要研究方向。

發明內容

本發明的目的是針對提高光讀出非制冷紅外焦平面陣列成像系統工作穩定性、可靠性和靈敏度的問題，提供一種含光纖參比光路的、可以有效消除光源電源紋波、光源老化對系統成像質量的影響，提高系統工作穩定性、可靠性和靈敏度的技術。

本發明的目的是由以下技術方案來實現：

①本發明的含光纖參比光路的非制冷紅外焦平面陣列成像系統，包括紅外成像光路、照明光路、光學讀出光路、光纖參比光路、圖像采集及處理裝置。紅外成像光路包含紅外成像鏡頭和紅外焦平面陣列傳感器，為成像提供紅外圖像；照明光路包含光源、準直鏡頭組和分束鏡組，為成像系統提供可見照明成像光束和光纖參比照明光束；光學讀出光路包含若干成像鏡頭組和濾波器，用于對被紅外成像光路空間調制以后的可見照明成像光束進行濾波、聚焦成像，圖像成像在圖像采集與處理系統9的CCD靶面上；光纖參比光路用以提供光源能量變化的參比信號；圖像采集和處理裝置對信號處理后輸出紅外圖像。

②該系統的成像特點是：紅外成像鏡頭將外界目標聚焦成像在紅外焦平面陣列器件，紅外焦平面陣列器件接收紅外成像光線，并且其陣列像元產生相應的變化；從光源發出的光，被擴束、準直以后，再被分成兩束，一束射向紅外成像光路并被空間調制以后進入光學讀出光路，成像于圖像采集與處理系統9的CCD表面，另一束經過聚焦進入光纖，從光纖出射以后射到圖像采集與處理系統9的CCD表面。圖像采集與處理系統9的CCD不同的區域分別接收光纖參比信號和光學讀出光路輸出的信號。

③該系統在圖像處理過程中，用光纖參比信號對紅外圖像信號不斷地進行修正，從而達到光源電源紋波、光源老化對系統成像質量的影響，提高系統工作穩定性、可靠性和靈敏度的目的。

有益效果

采用本發明可以實現對紅外圖像的修正，扣除光源電源紋波、光源老化、對系統成像質量的影響，提高系統工作穩定性、可靠性和靈敏度。較之早前的非制冷紅外焦平面成像系統，在同等條件下，其成像性能得到提高，并且對使用環境要求、系統器件要求也相應降低。

附圖說明

圖1是一般的光讀出非制冷紅外焦平面成像系統示意圖；

圖2是本發明的含光纖參比光路的非制冷紅外焦平面成像系統示意圖；