[發(fā)明專利]一種集成式短波紅外光學(xué)成像系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711448257.3
• 申請(qǐng)日: 2017-12-27
• 公開（公告）號(hào): CN108169807B
• 公開（公告）日: 2019-08-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鐘興;劉江;王偉;鮑松澤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 長光衛(wèi)星技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): G01V8/10
• 分類號(hào): G01V8/10;G01N21/01
• 代理公司: 長春眾邦菁華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 22214
• 代理人: 王丹陽

一種集成式短波紅外光學(xué)成像系統(tǒng)涉及光學(xué)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，解決短波紅外探測器的分辨率低、利用率低與結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題，該系統(tǒng)包括：短波紅外探測器、前置物鏡組、色散分光組件、掩膜板、編碼解碼裝置和圖像融合單元，前置物鏡組的一側(cè)設(shè)有色散分光組件，前置物鏡組與色散分光組件的光路的共焦面上設(shè)置有掩膜板，掩膜板緊靠短波紅外探測器，掩膜板上設(shè)有偏振光柵和由編碼解碼裝置編碼得到的亞像素子空間編碼；能夠得到色散型分光多光譜圖像、超分辨率圖像和分焦面偏振圖像；圖像融合單元融合三種，且融合后的圖像的分辨率變高。本發(fā)明集成三種成像模式，簡化結(jié)構(gòu)節(jié)省空間，三種圖像具有多種用途，且三種圖像經(jīng)圖像融合單元融合能夠得到更清晰的圖像。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特別涉及一種集成式短波紅外光學(xué)成像系統(tǒng)。

背景技術(shù)

短波紅外(short wave infrared,SWIR)的波長范圍在1～2.5μm之間，性質(zhì)與可見光類似，是物體反射的光，具有可以媲美可見光的成像效果和質(zhì)量。短波紅外可以在輝光和夜光等低照度背景下成像，同時(shí)對(duì)云、霧、煙具有良好的穿透能力。由于這些優(yōu)勢(shì)，短波紅外成像技術(shù)在軍事和民用領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

短波紅外探測器的發(fā)展水平影響著短波紅外成像技術(shù)的發(fā)展，短波紅外的探測需要特制的探測器，但目前短波紅外探測器的利用率低。由于受到加工工藝、系統(tǒng)功耗、加工成本等因素的限制，目前采用的短波紅外探測器通常規(guī)格較小、像元尺寸較大，對(duì)目標(biāo)細(xì)節(jié)特征的探測能力較弱，紅外系統(tǒng)分辨率較低。此外，短波紅外探測器昂貴的價(jià)格也限制了短波紅外的應(yīng)用。

傳統(tǒng)的提升紅外系統(tǒng)分辨率最直接的方法就是減小探測器的像元尺寸。目前常用的紅外探測器的像元尺寸維持在25μm左右，雖然像元尺寸逐漸向17μm、12μm(甚至更小的尺寸)過渡，但由于像元尺寸逐漸接近物理極限而極大地增加了探測器的加工難度和成本造價(jià)，此外還會(huì)帶來光電串?dāng)_、能量損耗、信噪比降低等一系列的問題。目前采用的超分辨成像系統(tǒng)大多結(jié)構(gòu)復(fù)雜或者含有機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，給加工、裝調(diào)帶來了一定的困難，不能滿足輕量化設(shè)計(jì)要求。

突破短波紅外探測器像元尺寸的限制，提高短波紅外系統(tǒng)的分辨率，充分挖掘短波紅外探測器的使用價(jià)值成為亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決短波紅外探測器的分辨率低、利用率低與結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題，本發(fā)明提供了一種集成式短波紅外光學(xué)成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)集成多光譜成像、超分辨率成像、偏振成像三種成像模式，且通過圖像融合單元融合三種成像模式所成圖像以進(jìn)一步提高探測圖像的分辨率。

本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下：

一種集成式短波紅外光學(xué)成像系統(tǒng)，包括：短波紅外探測器，還包括：前置物鏡組、色散分光組件、掩膜板、編碼解碼裝置和圖像融合單元，前置物鏡組的一側(cè)設(shè)有色散分光組件，前置物鏡組與色散分光組件的光路的共焦面上設(shè)置有掩膜板，掩膜板緊靠短波紅外探測器，所述掩膜板上設(shè)有偏振光柵和由編碼解碼裝置編碼得到的亞像素子空間編碼；

探測目標(biāo)光束經(jīng)前置物鏡組會(huì)聚后分成三路：一路光束經(jīng)色散分光組件色散分光后在短波紅外探測器上得到具有光譜信息的色散型分光多光譜圖像；一路光束經(jīng)亞像素子空間編碼后在短波紅外探測器上得到編碼調(diào)制圖像，通過編碼解碼裝置解碼獲得超分辨率圖像；一路光束經(jīng)偏振光柵偏振后在短波紅外探測器上得到具有偏振特性的分焦面偏振圖像；

圖像融合單元融合色散型分光多光譜圖像、超分辨率圖像和分焦面偏振圖像，且融合后的圖像的分辨率高于色散型分光多光譜圖像、超分辨率圖像和分焦面偏振圖像中的任意一個(gè)。

所述偏振光柵為在掩膜板上設(shè)有若干柵格行，每行柵格行包括沿0°、45°、90°、135°四個(gè)方向金屬柵線且與短波紅外探測器上像元尺寸相同的柵格。

所述亞像素子空間編碼為在掩膜板上與短波紅外探測器上像元尺寸相同區(qū)域4×4等分，得到16個(gè)子空間。