CN102062945A - 一种空间变分辨率红外双色成像探测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空间变分辨率红外探测系统，包括双视场共轴红外双色成像光路系统、复杂背景杂波图像双色探测识别信号处理系统、基于MEMS扫描的窄视场成像控制系统、双视场图像信息融合与决策系统。主要解决现代光学侦察、监视和预警中高分辨率、大视场、实时成像和传输无法兼顾的问题。本发明具有高分辨率、大视场、实时成像的优点，可用于图像压缩，目标识别与跟踪，监视和预警等领域。

Description

一种空间变分辨率红外双色成像探测系统

技术领域

本发明属于红外探测技术领域，尤其涉及空间变分辨率红外双色成像探测系统，可用于图像压缩，目标识别与跟踪，监视和预警等领域。

背景技术

大视场、高分辨率、抗干扰、实时成像和传输的红外成像传感器和智能化图像信息处理技术一直是现代光学侦察、监视和预警所追求的目标。而传统的成像技术却把有限像素数平均分散到了整个视场，这种设计方法如果对大视场成高分辨率的像，将会产生海量的数据，从而对图像的实时处理与网络传输造成很大的困难。

空间变分辨率成像技术可以解决上述问题。该技术已经成为区别于传统成像方法的一种新型的成像技术。空间变分辨率成像概念最早受人眼视觉成像机理的启发而提出，人眼视觉的观测范围通常具有很大的视场(120°左右)，而在人眼视网膜凹陷注视点扫描过的视场区域(6°左右)可以获得高分辨率的成像。这种技术模拟人眼宽视场感知成像和高分辨率注视点自由选择的视觉机制，能够在保证大视场的前提下对我们感兴趣的目标以高分辨率成像，这就大大减少了整个视场采样的数据量，从而在很大程度上加速了图像处理并降低了占用的频率带宽。

目前，已经提出了几种方法实现空间变分辨率成像。Etienne-Cummings提出了一种仿生学的方法，该方法仿照人体视网膜的结构设计了一种新型的CCD探测器。Martinez and Wick提出的空间变分辨率系统是利用了一块透射或反射液晶空间光调制器来动态调整我们关注的凹处成像区域的相差。但目前空间变分辨率成像系统都是基于可见光成像。无法满足夜晚环境下的应用。同时成像波段单一，不能有效的抑制背景杂波。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种空间变分辨率红外双色成像探测系统。

该系统工作在红外双色探测模式(中波红外和长波红外)，同时对宽、窄视场成像，其中宽视场对应了具有信息缩减模式的周边区，窄视场对应了高分辨率的视觉窝区。利用可编程控制的MEMS指向镜，可实现对窄视场成像精确注视点的选择。依据宽、窄视场获取的图像空间信息特征和光谱特征，来实现对目标的成像探测。

为了实现上述功能，本发明采用如下技术方案：

一种空间变分辨率红外双色成像探测系统，包括双视场共轴红外双色成像光路系统、复杂背景杂波图像双色探测识别信号处理系统、基于MEMS扫描的窄视场成像控制系统、双视场图像信息融合与决策系统，所述双视场共轴红外双色成像光路系统分别获得宽视场红外双色图像数据和窄视场图像数据；将宽视场红外双色图像数据传入复杂背景杂波图像双色探测识别信号处理系统，由复杂背景杂波图像双色探测识别信号处理系统处理获得目标位置信息，同时双视场共轴红外双色成像光路系统将宽视场红外双色图像数据和窄视场图像数据传入双视场图像信息融合与决策系统；双视场图像信息融合与决策系统还接收由复杂背景杂波图像双色探测识别信号处理系统分析得到的目标位置信息，再结合双视场共轴红外双色成像光路系统提供的宽视场红外双色图像数据、窄视场图像数据进行分析处理，为基于MEMS扫描的窄视场成像控制系统提供反馈信号，MEMS扫描的窄视场成像控制系统根据该反馈信号为双视场共轴红外双色成像光路系统提供精确控制点选择信号，实现对目标注视点的精确控制。

所述的空间变分辨率红外双色成像探测系统，双视场共轴红外双色成像光路系统包括外围背景双色成像模块和仿视网膜凹处成像模块构成；其中系统光阑(a)，透镜(b)，偏振分束器(c)，开关型偏振分束器(g)和红外成像器器件(h)共同组成外围背景双色成像模块；系统光阑(a)，透镜(b)，偏振分束器(c)，准直透镜(e)，可编程控制的MEMS模拟指向镜(f)和红外热成像器件(d)共同组成仿视网膜凹处成像透镜模块

所述的空间变分辨率红外双色成像探测系统，所述偏振分束器(c)为分光比为50/50的偏振分束器。

所述的空间变分辨率红外双色成像探测系统，在实现外围背景成像的红外热成像器件(h)前端放置了开关型干涉滤波器，用来实现红外双色成像。

所述的空间变分辨率红外双色成像探测系统，采用TI公司的MEMS模拟指向镜(f)作为实现窄视场高分辨率成像的器件；并将所述MEMS模拟指向镜(f)放置于与系统实物光阑(a)共轭的位置。

本发明与现有技术相比有如下优点

1)本发明由于采用了采用偏振干涉滤波器，克服了单波长的限制可实现大视场红外双色成像，有效抑制背景杂波，提高成像传感器的探测能力；

2)本发明由于在与系统的实物光阑共轭的位置放置了一片可编程控制的MEMS指向镜，根据大视场双色成像提供的反馈信号，调整MEMS轴向偏转角度，可在不改变光轴的情况下，选择我们感兴趣的窄视场注视点，并对其以高分辨率成像。

3)本发明由于在单视点条件下，采用两个红外成像器件(如图2中d和h)实现了双分辨率成像，其中一个角分辨率高视场小，用来对窄视场注视点成像，而另一个角分辨率低视场大，用来对外围背景成像。这种设计避免了对整个大场以高分辨率成像，减轻了后续图像处理与传输的工作量，保证其实时性。

4)本发明所用的光学器件由于采用了附图一中的布局方式，实现了双视场成像，并且系统光路简单，结构紧凑，体积小。

附图说明

图1是本系统原理框图；

图2是双视场共轴红外双色成像光路系统原理图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图，对依据本发明提出的空间变分辨率红外双色成像探测系统的结构、方法和特性进行详细描述。但附图仅是为本发明的描述提供参考与说明之用，并非是对本发明构成限制。

参照附图1，本发明的工作流程是：双视场共轴红外双色成像光路系统将宽视场红外双色图像数据传入复杂背景杂波图像双色探测识别信号处理系统，实现对感知目标的探测与定位，同时双视场共轴红外双色成像光路系统将宽视场红外双色图像数据和窄视场图像数据传入双视场图像信息融合与决策系统。双视场图像信息融合与决策系统还接收由复杂背景杂波图像双色探测识别信号处理系统分析得到的目标位置信息，再结合双视场共轴红外双色成像光路系统提供的宽视场红外双色图像数据、窄视场图像数据进行分析处理，为基于MEMS扫描的窄视场成像控制系统提供反馈信号，MEMS扫描的窄视场成像控制系统根据该反馈信号为双视场共轴红外双色成像光路系统提供精确控制点选择信号，实现对目标注视点的精确控制。

参照附图2，附图2为本发明双视场共轴红外双色成像光路系统原理图，由外围背景双色成像模块和仿视网膜凹处成像模块构成。其中系统光阑a，透镜b，偏振分束器c，开关型偏振分束器g和红外成像器器件h共同组成外围背景双色成像模块；系统光阑a，透镜b，偏振分束器c，准直透镜e，可编程控制的MEMS模拟指向镜f和红外热成像器件d共同组成仿视网膜凹处成像透镜模块。具体工作方式是：a为系统的光阑，其位于透镜b的前焦平面处，透镜b同时也充当整个系统的物镜，目标发出的光束从a进入后，经由透镜b汇聚，汇聚后的光束被偏振分束器c分成两束，由偏振分束器c反射分出的一束光进入由开关型偏振分束器g与红外热成像器件h组成的外围背景红外双色成像模块，所得图像即为外围背景红外双色图像数据，具有宽视场，低分辨率的外围背景图像。然后将所得宽视场红外双色图像数据传入复杂背景杂波图像双色探测识别信号处理系统，获得感知目标的位置信息，实现对感知目标的控制与定位。由偏振分束器c透射分出的另一束光由准直透镜e准直，可编程控制的MEMS模拟指向镜f放置在透镜c的后焦平面上，经过准直后的部分离轴光线被可编程控制的MEMS模拟指向镜f反射，以平行光轴的方式再次经过准直透镜e，被准直透镜e聚焦后的光束在偏振分束器c处反射，进入仿视网膜凹处成像模块的红外成像器件d，所得的图像即为窄视场、高分辨率的注视点区域图像。这时准直透镜e相当于仿视网膜凹处成像模块的成像透镜，这样也就达到了使系统结构紧凑的目的。位于准直透镜e后焦平面上的可编程控制的MEMS模拟指向镜f，与实物光阑a共轭，可编程控制的MEMS模拟指向镜f依据上述的基于MEMS扫描的窄视场成像控制系统提供的精确控制点选择信号，能实时的调整可编程控制的MEMS模拟指向镜f的倾斜角度，使其反射关注度高的区域发出的光束，并将这些光束送入仿视网膜凹处成像模块的红外成像器件d成像，实现对关注目标的精确识别与跟踪。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种空间变分辨率红外双色成像探测系统，其特征在于，包括双视场共轴红外双色成像光路系统、复杂背景杂波图像双色探测识别信号处理系统、基于MEMS扫描的窄视场成像控制系统、双视场图像信息融合与决策系统，所述双视场共轴红外双色成像光路系统分别获得宽视场红外双色图像数据和窄视场图像数据；将宽视场红外双色图像数据传入复杂背景杂波图像双色探测识别信号处理系统，由复杂背景杂波图像双色探测识别信号处理系统处理获得目标位置信息，同时双视场共轴红外双色成像光路系统将宽视场红外双色图像数据和窄视场图像数据传入双视场图像信息融合与决策系统；双视场图像信息融合与决策系统还接收由复杂背景杂波图像双色探测识别信号处理系统分析得到的目标位置信息，再结合双视场共轴红外双色成像光路系统提供的宽视场红外双色图像数据、窄视场图像数据进行分析处理，为基于MEMS扫描的窄视场成像控制系统提供反馈信号，MEMS扫描的窄视场成像控制系统根据该反馈信号为双视场共轴红外双色成像光路系统提供精确控制点选择信号，实现对目标注视点的精确控制。

2.根据权利要求1所述的空间变分辨率红外双色成像探测系统，其特征在于，双视场共轴红外双色成像光路系统包括外围背景双色成像模块和仿视网膜凹处成像模块构成；其中系统光阑(a)，透镜(b)，偏振分束器(c)，开关型偏振分束器(g)和红外成像器器件(h)共同组成外围背景双色成像模块；系统光阑(a)，透镜(b)，偏振分束器(c)，准直透镜(e)，可编程控制的MEMS模拟指向镜(f)和红外热成像器件(d)共同组成仿视网膜凹处成像透镜模块。

3.根据权利要求2所述的空间变分辨率红外双色成像探测系统，其特征在于，所述偏振分束器(c)为分光比为50/50的偏振分束器。

4.根据权利要求1所述的空间变分辨率红外双色成像探测系统，其特征在于，在实现外围背景成像的红外热成像器件(h)前端放置了开关型干涉滤波器(开关型干涉滤波器图中没有画出来吧？)，用来实现红外双色成像。

5.根据权利要求2所述的空间变分辨率红外双色成像探测系统，其特征在于，采用TI公司的MEMS模拟指向镜(f)作为实现窄视场高分辨率成像的器件；并将所述MEMS模拟指向镜(f)放置于与系统实物光阑(a)共轭的位置。

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