CN103926002B - Led多点多光谱准直测试光源设计 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LED多点多光谱准直测试光源设计，可实现不同载荷观测模式的成像功能测试、波段切换功能测试、多角度功能/视场测试，并可实现信噪比测试、全视场多波段成像质量定性检测、图像噪声检查以及偏振测量精度验证，本光源体积小、重量轻、功耗低、安全可靠、易装卸，能适应各种场景下功能测试与性能检测，使大气气溶胶多角度偏振探测仪在整个研制过程中都可以随时进行功能与性能检测，提高了效率，保证了载荷研制进度。

Description

LED多点多光谱准直测试光源设计

技术领域

本发明属于光电探测技术领域，具体涉及一种多点多光谱准直测试光源的设计。

背景技术

到目前为止，多光谱成像设备的性能测试与定标都是通过对大口径光通量可调积分球成像来实现的，积分球是性能测试与定标的最关键设备，一般设备在生产完成后需定期进行定标，并且都可以在实验室完成。大气气溶胶多角度偏振探测仪是一种超广角、多波段、偏振成像观测载荷，由于其超广角特性，没有如此大口径的积分球可一次实现全成像区域的测量与定标。虽然通过复杂的三维转动机构控制其不同成像区域对积分球成像，可完成各区域性能测量与定标，但这也是个折衷方案，三维转动平台和大口径积分球占用相当大的实验室面积，设备昂贵，并不可移动，所有的测试与定标必须在实验室完成。

星载成像设备在研制生产的多个环节都需要进行测试以确认其功能与性能正常，需要实现的测试功能与性能包括：

1)成像功能测试；

2)可适应不同载荷观测模式的测试；

3)波段切换功能测试；

4)多角度功能/视场测试；

5)信噪比测试；

6)全视场、多波段成像质量定性检测；

7)图像噪声检查；

8)偏振测量精度验证；

9)体积小、重量轻、功耗低、安全可靠、易装卸。

目前的测量方法只能是通过大口径积分球进行分区高精度定标与计算，但是积分球体积和质量都比较大、需要专用的驱动设备，所需要的电功耗大，安装不方便，无法满足载荷在发射前以及其他一些特定场合的确认测试要求。

发明内容

本发明是将大气气溶胶多角度偏振探测仪的各项指标测试要求进行了优化配置，设计出一种符合载荷测量与定标需求的多点多光谱准直测试光源。

本发明采用的技术方案如下：

一种LED多点多光谱准直测试光源设计，包括光源，其特征在于：所述的光源包括多只独立LED准直平行光管，所述的独立LED准直平行光管包括LED、光栏和准直透镜，依次固定在安装支承结构上；还包括与独立LED准直平行光管匹配的LED光源恒流驱动器，两者之间通过电缆连接；

所述的多只独立LED准直平行光管发射光波长迥异，组成多波长光源，所有波长LED准直平行光管在全视场范围内以分支形式布局，整体呈“米”形阵列，相邻分支之间呈45°夹角。

所述的多波长光源的波长分别为443nm、490nm、565nm、665nm、763nm、865nm、910nm。

所述的多波长光源在全视场对角线方向从中心向边缘依次提供0、0.707、0.85视场，在全视场水平中线和竖直中线上从中心向边缘依次提供0、0.707视场。

所述的在全视场水平中线和竖直中线上0、0.707视场处为独立665nmLED准直平行光管。

所述的665nmLED发射光路上设置有全偏通道。

所述的LED光源恒流驱动器配备蓄电池和交流电源两种供电模式，供电模式的选择通过电源管理模块实现，其中，交流电源供电时，交流电源需要通过电源转换器的处理。

所述的LED光源驱动器的前面板上设置有工作模式切换开关和光谱通道切换开关及按钮以实现手动控制，同时，旁侧预留有串行口用于上位机控制。

实现的方法和步骤：

多点准直光源将多组不同工作波长的单独的微型准平行光源在成像镜头前按一定视场角度规律布局，能够在不同工作波段形成特定视场布局规律的测试图像，光源波长的选择覆盖被测设备的所有工作波段，可进行不同波段的成像功能测试；光源角度在其中一个工作波段可覆盖对角线0.85视场以及穿轨/沿轨方向0.707视场，可实现被测设备成像的多角度功能测试；各微型准平行光源的亮度可调并可以保证一定的稳定性，能适应不同工作模式的测试动态范围，可实现被测设备工作模式切换功能测试以及动态范围检测；光源还设置了全偏通道，与非偏通道配合可以实现在（至少）一个波段上的偏振测量精度验证；各组光源通道视场张角确定，可利用测试图像光点评价不同波段、不同视场成像质量的稳定性。

测试光源在665nm波段的0视场和0.707视场设置了全偏振和零偏振通道，通过准直透镜后的偏振片起偏形成全偏振光源；其余通道可视为零偏振光源，如光源残留偏振效应明显，可在准直透镜后设置退偏器进行消偏。

本发明的目的及有益效果：

1)本发明采用较低成本的器件与材料，实现多点多光谱准直测试光源的设计，极大地节约了成本与加工周期；

2)功能灵活、可视性强，通过精巧设计实现了多种功能测试、性能检测；

3)本发明光源体积小、重量轻、功耗低、易携带、安全可靠，适应性强，可满足任意场合下的测量与测试需要。

附图说明

图1是本发明的系统组成示意图；

图2是本发明微型准平行光管结构图；

图3是各波段光源布置图；

图4是各微型准平行光管安装图；

图5是本发明光源测试时安装图；

图6是本发明的电子学框图。

具体实施方式

下面结合附图，通过非限定实施例对本发明作进一步说明:

本专利所述的LED多点多光谱光源由两大部分组成，第一部分为光源(a)，包括多支准直平行光管1和安装支承结构2两个功能模块，其中准直平行光管是由单只LED9、光栏10和准直透镜11组成，安装支承结构2用于实现各平行光管的固定，控制平行光的辐射方向，并提供与被测试设备的安装接口；第二部分为光源驱动器(b)，由多路LED光源恒流驱动器3、电源转换器4、电源管理电路5、蓄电池6组成。为减少安装于被测设备上的重量，将第一部分和第二部分做成分离结构，两部分由电缆7连接；同时考虑蓄电池和交流供电两种方式，通过手动方式切换，增加使用灵活性；控制接口8有两种方式，一种是由光源驱动器面板上的开关及按钮实现控制，另一种是通过驱动器上预留的串行口由上位机电脑进行控制。

图2为本装置中所使用的微型准平行光源的结构，根据LED发光面大小和所需辐出光功率值，设计光栏孔径大小以及准直透镜的直径。本装置中的准直透镜采用一平凸透镜，使用材料为K9玻璃，设计焦距为24.6mm，LED出射光线经过准直透镜后，光束的发散角为0.096MR。

图3为各波段光源布置图，从全视场及多波段成像定性检测的要求出发，对角线视场保证0、0.707、0.85视场，而视场水平方向和竖直方向保证0、0.707视场，兼顾各波段测试图像差异方便成像效果的判别，将各波段的光源布局进行设计。如图所示，在水平中线（穿轨方向）上的三个665波段设置为全偏通道。

图4为微型准平行光管的安装图，1为正面图，2为侧面图、3为垂直截面，4为对角线截面图。

图5为本光源测试时的安装图，成像仪在存储时设计了保护性镜头盖，可防止撞击损伤广角镜头，并可一定程度上防止对镜头的污染。当需要测试时，取下保护性镜头盖，将本装置按规定的方向安装在保护性镜头盖的位置，并用螺丝紧固，使本装置具有较好的光密封性。光源的驱动电路部分通过电缆与光源和结构相连。

图6为本装置的电子学框图，本装置优点：1.将相同波段光源进行串联驱动，因而共有8路恒流驱动器，并可以通过工作模式切换开关分别进行切换，以适应各工作模式下都有较合理的曝光；2.可根据需要进行各光谱通道的开关控制，可在电池供电时减小功率消耗，延长检测时间；3.设置了电源切换开关，可手动切换交流供电和蓄电池供电，以灵活应对不同使用场合的电源使用要求；4.具备面驱动器面板开关控制，也可以用电脑通过预留的串行口进行远程控制，易于实现系统集成。

Claims (4)

1.一种LED多点多光谱准直测试光源，包括光源，其特征在于：所述的光源包括多只独立LED准直平行光管，所述的独立LED准直平行光管包括LED、光栏和准直透镜，依次固定在安装支承结构上；还包括与独立LED准直平行光管匹配的LED光源恒流驱动器，两者之间通过电缆连接；

所述的多只独立LED准直平行光管发射光波长迥异，组成多波长光源，所有波长LED准直平行光管在全视场范围内以分支形式布局，整体呈“米”形阵列，相邻分支之间呈45°夹角；

所述的多波长光源在全视场对角线方向从中心向边缘依次提供0、0.707、0.85视场，在全视场水平中线和竖直中线上从中心向边缘依次提供0、0.707视场；

所述的全视场水平中线和竖直中线上0、0.707视场处为独立665nmLED准直平行光管；

所述的665nmLED准直平行光管发射光路上设置有全偏通道；

光源波长的选择覆盖被测设备的所有工作波段，用于进行不同波段的成像功能测试；光源角度在其中一个工作波段覆盖对角线0.85视场以及穿轨/沿轨方向0.707视场，用于实现被测设备成像的多角度功能测试；全偏通道与非偏通道配合用于实现在至少一个波段上的偏振测量精度验证；测试光源在665nm波段的0视场和0.707视场设置全偏振和零偏振通道，通过准直透镜后的偏振片起偏形成全偏振光源；其余通道视为零偏振光源，并在准直透镜后设置退偏器进行消偏。

2.根据权利要求1所述的一种LED多点多光谱准直测试光源，其特征在于：所述的多波长光源的波长分别为443nm、490nm、565nm、665nm、763nm、865nm、910nm。

3.根据权利要求1所述的一种LED多点多光谱准直测试光源，其特征在于：所述的LED光源恒流驱动器配备蓄电池和交流电源两种供电模式，供电模式的选择通过电源管理模块实现，其中，交流电源供电时，交流电源需要通过电源转换器的处理。

4.根据权利要求1所述的一种LED多点多光谱准直测试光源，其特征在于：所述的LED光源恒流驱动器的前面板上设置有工作模式切换开关和光谱通道切换开关及按钮以实现手动控制，同时，旁侧预留有串行口用于上位机控制。