[發明專利]紅外波段的偏振分孔徑和多光譜成像裝置

在審

• 申請號: 202011056416.7
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112432707A
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發明（設計）人: 謝洪波;楊磊;李錦程;蘇永鵬;朱猛
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01J5/00
• 分類號: G01J5/00;G01J5/08;G01J4/00;G01J3/28;G01J3/02;G02B13/22;G02B27/28
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉國威

本發明涉及偏振分孔徑成像和多光譜成像等領域，為了有效抑制背景紅外輻射的干擾，提高光學系統探測目標的靈敏度，本發明旨在提出一種紅外波段的偏振分孔徑和多光譜成像技術，并基于此技術實現多維度紅外成像系統。為此，本發明采取的技術方案是，紅外波段的偏振分孔徑和多光譜成像裝置,目標與背景的紅外輻射光場首先通過4個大小相等的孔徑光闌分為4個通道進行傳播，在各個通道內分別經過以不同角度放置的偏振片后進行一次成像；然后再通過旋轉式濾光片選擇設定的波段以設定的放大倍率二次成像在紅外探測器上。本發明主要應用于偏振分孔徑成像和多光譜成像場合。

技術領域

本發明涉及偏振分孔徑成像和多光譜成像等領域，適用于紅外波段的多維度光學成像系統。

背景技術

隨著光電對抗技術的發展，各種紅外偽裝措施特別是紅外迷彩的應用，使目標和背景的輻射特性發生了較大改變，嚴重影響了紅外成像系統的識別能力。偏振特性和光譜信息是紅外成像中新的自由度，能夠極大提升紅外成像系統的目標識別能力及儀器精度。在紅外偏振成像中，利用目標物輻射的偏振度信息，可以提高成像系統在復雜背景下對目標的探測和識別能力。例如，在惡劣天氣的背景下，偏振成像可以提高成像系統的透霧能力；成像系統應用于海面探測時，偏振成像可以消除耀斑的干擾等等。在紅外多光譜成像中，不僅可以獲取成像目標的幾何形狀信息，也可以識別目標的光譜特征差異，使目標和背景之間的對比度反差增大，可有效抑制背景雜波，分辨真假目標，提高系統目標的識別能力。

發明內容

為克服現有技術的不足，為了有效抑制背景紅外輻射的干擾，提高光學系統探測目標的靈敏度，本發明旨在提出一種紅外波段的偏振分孔徑和多光譜成像技術，并基于此技術實現多維度紅外成像系統。為此，本發明采取的技術方案是，紅外波段的偏振分孔徑和多光譜成像裝置,目標與背景的紅外輻射光場首先通過4個大小相等的孔徑光闌分為4個通道進行傳播，在各個通道內分別經過以不同角度放置的偏振片后進行一次成像；然后再通過旋轉式濾光片選擇設定的波段以設定的放大倍率二次成像在紅外探測器上。

由偏振成像子系統、合像子系統、光譜分選子系統及探測裝置四部分組成；

所述的合像子系統實現將偏振方向不同的四幅中間像耦合到焦平面探測器上的功能，具放大倍率；

所述的光譜分選子系統是一個旋轉式濾光片，用于實現頻域多光譜成像；

所述的探測裝置為制冷型紅外焦平面探測器，實現對紅外輻射光場的探測；

所述的偏振成像子系統中通過一體化的場鏡偏折光線，實現像方遠心光路，實現后續的光瞳銜接；每個偏振片在各自的子通道中傾斜角度放置。

所述的合像子系統采用物方遠心結構，其物高為偏振成像子系統的像高。

所述的光譜分選子系統的核心是在空間中合理排布的多個不同波段的濾光片，并將濾光片放置于合像子系統的第一像面處。

合像子系統中通過設置物方遠心光路，實現偏振成像子系統與合像子系統的光瞳匹配；通過設置一定的系統放大率，使偏振成像子系統的光闌與后續冷闌的高度滿足入瞳與出瞳的物象關系，從而控制光線在冷闌上的高度。

本發明的特點及有益效果是：

此多維度紅外成像系統將偏振分孔徑成像與多光譜成像有機地融合在一起，同時獲取目標物的偏振特性與光譜特性，有效提高了在復雜環境下獲取清晰目標的可靠度。

單個探測器實現四通道探測，并保證了像面的一致性。本發明中四路通道的紅外輻射光場分別成像在探測器的四個不同的位置上，不但保證了圖像充滿探測面且達到了四副圖像保持一致的目的。

本系統采用二次成像結構，將偏振成像子系統的出瞳以一定倍率再次成像在探測器的冷光闌處。同時，偏振成像子系統采用了像方遠心光路的設計，合像子系統采用了物方遠心光路的設計，整體光學系統實現了光瞳匹配，保證了冷光闌100％的效率，隔離了非場景內的額外熱輻射。