[發明專利]一種可抑制激光后向反射的光電成像系統

在審

• 申請號: 201910746005.1
• 申請日: 2019-08-13
• 公開（公告）號: CN110691180A
• 公開（公告）日: 2020-01-14
• 發明（設計）人: 王磊;孫曉泉;葉慶;孫可;豆賢安
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: H04N5/225
• 分類號: H04N5/225;H04N5/232;G02B27/00
• 代理公司: 32203 南京理工大學專利中心
• 代理人: 朱寶慶

本發明提供了一種可抑制激光后向反射的光電成像系統，包括波前編碼成像鏡頭、面陣探測器、圖像處理器件和輸出顯示器件；波前編碼成像鏡頭設置于成像光路主軸上，面陣探測器中心設置于波前編碼成像鏡頭的像面位置，圖像處理器件與面陣探測器連接，輸出顯示器件與圖像處理器件連接，面陣探測器與光軸之間設置一定夾角θ_tilt。

技術領域

本發明涉及一種采用光學方法的計量設備，特別是一種可抑制激光后向反射 的光電成像系統。

背景技術

以數碼相機為代表的光電成像系統應用廣泛，其系統構成主要包括光學成像 器件、光電探測器件、圖像處理器件和輸出顯示器件，其中光電探測器件一般放 置于光學成像器件的焦平面附近并垂直光學成像器件的光軸，工作時通過調焦使 目標物成像于探測器平面，以獲得清晰的圖像輸出。該類光電成像系統的探測器 放置方式，使系統在被入射激光照射時會產生強烈的后向反射回波，這種現象被 稱為貓眼效應。在有些應用場合，用戶希望能夠在保證成像性能不降低的前提下， 最大程度的消減光電成像系統的后向激光回波，即抑制貓眼效應。

人們業已提出多種抑制光電成像系統貓眼效應的方案，但因為明顯影響系統 成像性能等原因，相應的光電成像系統還難以滿足應用需求。例如圖1所示的光 電成像系統，為了減少入射激光的后向反射強度，該方案將面陣探測器離開焦平 面附近的成像面向物鏡移動一定距離，當探測器移開成像面的距離達到成像物鏡 理論焦深的十倍時，這種離焦結構的光電成像系統可使探測器表面的鏡面反射光 經過成像物鏡后不再是原向返回的平行光，光電成像系統的后向反射強度因此明 顯減小，但是光電探測器離開成像面雖然能顯著減弱貓眼效應，同時也導致了系 統成像質量的明顯下降。又例如圖2所示的光電成像系統，將面陣探測器旋轉一 定角度使其不再垂直于成像物鏡的光軸，使入射光束的反射分量被成像物鏡光瞳 所阻擋，從而達到減弱光電成像系統貓眼效應的目的，但若要達到消除貓眼回波 的效果，其像面傾斜角度至少需達到系統視場的一半以上，但過大的像面傾斜角度會引入高階像差，從而使系統清晰成像的視場范圍大大減小，嚴重影響成像系 統的成像性能。再例如圖3所示的遮光板，遮擋光束進入光電成像系統后反射光 的回傳途徑，也是一種切實可行的減小貓眼效應的方法，但采用不同圖案的遮擋 板會使光電成像系統的光通量明顯減少，進而影響光電成像系統的成像質量，主 要表現在圖像信噪比和均勻性的下降，以及高頻細節損失嚴重。

發明內容

本發明的目的在于提供一種可抑制激光后向反射的光電成像系統，從反貓眼 效應的需求出發，提出了探測器的最佳傾斜角度范圍，同時結合波前編碼技術補 償因像面傾斜而引入的高階像差，在消除正入射激光回波的前提下，實現高質量 成像。

實現本發明目的的技術方案為：一種可抑制激光后向反射的光電成像系統， 包括波前編碼成像鏡頭、面陣探測器、圖像處理器件和輸出顯示器件；波前編碼 成像鏡頭設置于成像光路主軸上，面陣探測器中心設置于波前編碼成像鏡頭的像 面位置，圖像處理器件與面陣探測器連接，輸出顯示器件與圖像處理期間連接； 面陣探測器與光軸之間設置一定夾角θ_tilt。

進一步地，θ_tilt-min＜θ_tilt＜θ_tilt-max，其中

其中，F/#為波前編碼成像鏡頭的F數，L_d為面陣探測器尺寸，Δd_i為波前 編碼成像鏡頭的焦深。

進一步地，圖像處理器件利用維納濾波算法對面陣探測器采集的模糊像進行 處理獲得重構圖像的頻譜函數F(u,v)

其中，k為噪聲和信號功率譜的比值，G(u,v)為中間模糊像的頻譜函數， H(u,v)為波前編碼系統的調制傳遞函數。