[發(fā)明專利]一種用于水下的非線性光譜成像系統(tǒng)與方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710481513.2
• 申請日: 2017-06-22
• 公開（公告）號: CN107192453B
• 公開（公告）日: 2018-10-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李學(xué)龍;高曉惠;胡炳樑;王楠;劉紅軍;周安安;冷寒冰
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01J3/02
• 代理公司: 西安智邦專利商標(biāo)代理有限公司 61211
• 代理人: 汪海艷

本發(fā)明屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于水下的非線性光譜成像系統(tǒng)與方法。包括沿光路依次設(shè)置的前置光學(xué)系統(tǒng)、非線性晶體單元、準(zhǔn)直鏡、第一分光元件、DMD或空間光調(diào)制器、第二分光元件、成像鏡及微光探測器，還包括反饋電壓調(diào)整系統(tǒng)；光源發(fā)射的激光經(jīng)景物反射后依次通過前置光學(xué)系統(tǒng)，非線性晶體單元、準(zhǔn)直鏡、第一分光元器件、DMD或空間光調(diào)制器、第二分光元件、成像鏡、微光探測器，獲得景物的圖像信息；將圖像信息發(fā)送至反饋電壓調(diào)整系統(tǒng)；反饋電壓調(diào)整系統(tǒng)根據(jù)圖像信息調(diào)節(jié)非線性晶體單元的電壓。解決了光學(xué)成像系統(tǒng)在水中不清晰和信噪比低的問題，用于探測海洋水下目標(biāo)的二維空間信息和光譜信息，獲得較高信噪比，提高系統(tǒng)工作距離。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種光譜成像系統(tǒng)與方法，具體涉及一種用于水下的非線性光譜成像系統(tǒng)與方法。

背景技術(shù)

由于水介質(zhì)對光的衰減、光在水中傳播時前后向散射、水中雜質(zhì)的散射作用等，光譜成像系統(tǒng)在水中具有圖像對比度差、不清晰和信噪比低的問題，因此很難進(jìn)行遠(yuǎn)距離成像。光譜成像系統(tǒng)能夠獲得兩維空間信息和一維光譜信息，由于成像光譜儀的能量被劃分到多個譜段，因此每個譜段信噪比更差，系統(tǒng)工作距離更近。

一般認(rèn)為噪聲是有害的，然而基于調(diào)制不穩(wěn)定性的非線性系統(tǒng)可以有效利用噪聲，使噪聲能量在空間域向信號方向轉(zhuǎn)移，在某個時刻系統(tǒng)信號、噪聲達(dá)到協(xié)同，此時輸出信噪比達(dá)到峰值，這種技術(shù)被稱為隨機(jī)共振技術(shù)。將隨機(jī)共振技術(shù)應(yīng)用到水下光譜成像儀中，提高系統(tǒng)信噪比，從而在一定程度上提高系統(tǒng)的水下探測距離。因此如何將隨機(jī)共振技術(shù)應(yīng)用到水下光譜成像儀中是一個研究重點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決光學(xué)成像系統(tǒng)在水中不清晰和信噪比低，導(dǎo)致探測距離近的問題，本發(fā)明提供了一種用于水下的非線性光譜成像系統(tǒng)及方法，用于探測海洋水下目標(biāo)的二維空間信息和光譜信息，可以獲得較高信噪比，提高系統(tǒng)工作距離。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是提供一種用于水下的非線性光譜成像系統(tǒng)，包括沿光路依次設(shè)置的前置光學(xué)系統(tǒng)1、準(zhǔn)直鏡2、第一分光元件、DMD或空間光調(diào)制器4、第二分光元件及成像鏡6；

其特殊之處在于：

還包括隨機(jī)共振系統(tǒng)和微光探測器7；

上述微光探測器7位于成像鏡6的焦平面處，用于探測圖像信息并將圖像信息反饋至隨機(jī)共振系統(tǒng)；

上述隨機(jī)共振系統(tǒng)包括非線性晶體單元8與反饋電壓調(diào)整系統(tǒng)；上述非線性晶體單元8位于前置光學(xué)系統(tǒng)1的一次像面處，用于對光信號進(jìn)行非線性調(diào)制；上述反饋電壓調(diào)整系統(tǒng)與微光探測器7及非線性晶體單元連接，微光探測器7將圖像信息反饋至反饋電壓調(diào)整系統(tǒng)，反饋電壓調(diào)整系統(tǒng)用于根據(jù)微光探測器7反饋的圖像信息調(diào)整非線性晶體單元8的電壓。

優(yōu)選地，為了解決不同工藝材料生長的非線性晶體僅在某一窄帶范圍內(nèi)(100nm)具有隨機(jī)共振的能力的問題，上述非線性晶體單元8包括四種不同的非線性晶體，排列為田字形放置于前置光學(xué)系統(tǒng)1的一次像面處，上述非線性晶體單元能夠沿非線性晶體單元的中心軸轉(zhuǎn)動。

優(yōu)選地，四種不同的非線性晶體分別在不同的窄帶范圍內(nèi)具有隨機(jī)共振能力，四種不同的非線性晶體組合能夠?qū)崿F(xiàn)在可見光范圍內(nèi)隨機(jī)共振。

優(yōu)選地，上述第一分光元件與第二分光元件均為光柵。

優(yōu)選地，上述微光探測器7為EMCCD、SCMOS、CCD或ICCD。

本發(fā)明還提供一種基于上述的成像系統(tǒng)的水下的非線性光譜成像方法，包括以下步驟：