CN109407309A - 一种中心遮拦的光学成像系统背景辐射抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中心遮拦的光学成像系统背景辐射抑制方法，其具体步骤为：构建包括：光线追迹模块、光线窗口分布模块、探测器窗口遮挡模块和背景辐射分析模块的光学成像系统背景辐射抑制仿真系统；光线追迹模块完成不同视场下的目标光线追迹；光线窗口分布模块计算目标光线在探测器窗口分布；探测器窗口遮挡模块计算探测器需要遮挡的区域范围；背景辐射分析模块计算对探测器窗口遮挡前后背景辐射抑制比例；至此实现了中心遮拦的光学成像系统背景杂散辐射的降低。本方法有效地解决由于成像系统的背景杂散辐射过高造成探测积分时间变短的问题，有利于提高系统探测灵敏度。

Description

一种中心遮拦的光学成像系统背景辐射抑制方法

技术领域

本发明涉及一种光学成像系统背景辐射抑制方法，特别是一种中心遮拦的光学成像系统背景辐射抑制方法。

背景技术

对于光电成像系统而言，系统的背景辐射影响着系统的噪声和系统的探测积分时间，当系统背景辐射越高，光噪声越大，同时探测积分时间也会相应变短，这两方面因素直接导致系统探测器距离缩短。因此，通过有效的抑制系统背景辐射能有效提高系统的灵敏度和探测距离。

传统的抑制系统背景辐射的主要方式是通过限制探测器光阑孔径大小，即增大系统f/#；和对热背景辐射进行冷处理，对于前者而言一方面会增加系统的体积重量，同时会降低系统探测视场；而后者需要采取一些复杂的冷措施来实现，增加了系统复杂度、重量等其它问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种中心遮拦的光学成像系统背景辐射抑制方法，解决由于光学成像系统背景辐射过高造成系统灵敏度降低的问题。

一种中心遮拦的光学成像系统背景辐射抑制方法，其具体步骤为：

第一步 构建光学成像系统背景辐射抑制仿真系统

光学成像系统背景辐射抑制仿真系统，包括：光线追迹模块、光线窗口分布模块、探测器窗口遮挡模块和背景辐射分析模块。

光线追迹模块用于追迹不同视场的目标经过光学系统后的光线走向，

光线窗口分布模块用于计算目标光线入射到探测器窗口表面的空间分布，

探测器窗口遮挡模块用于计算目标光线没有落入到探测器窗口表面的区域范围，

背景辐射分析模块用于对遮挡前和遮挡后光学成像系统背景杂散辐射进行分析，给出背景辐射降低比例。

第二步 光线追迹模块完成不同视场下的目标光线追迹

假设目标为一个无穷远的物体，目标光线到光学系统前面是一群平行光线，光线追迹模块分别分析中心、半视场、全视场三种情况下目标光线入射到光学系统后的光线轨迹走向。

第三步 光线窗口分布模块计算目标光线在探测器窗口分布

不同视场的目标光线轨迹最终要落入到探测器窗口表面，光线窗口分布模块计算目标光线落入到探测器窗口表面的空间分布，对光线落点根据8领域就近原则连接，得到内层光线空间轮廓为P(x,y)。

第四步 探测器窗口遮挡模块计算探测器需要遮挡的区域范围

探测器窗口遮挡模块计算目标光线没有落入到探测器窗口的区域面积，以探测器窗口中心(0，0)为原点计算与内层空间轮廓P(x,y)的距离D(x,y)，从所有的D(x,y)中选择最小距离值d，以最小距离值d为半径的圆形面积S作为探测器窗口遮挡区域范围。

第五步 背景辐射分析模块计算对探测器窗口遮挡前后背景辐射抑制比例

背景辐射分析模块计算光学成像系统在探测器窗口无遮挡前的背景辐射Q1和探测器窗口遮挡S面积后发热背景辐射Q2；光学成像系统背景辐射降低的比例关系如下：

由于探测器窗口遮挡S面积后目标光线没有造成损失，依然是100％，而光学系统背景辐射得到抑制，背景辐射降低至原来的100％‐k。

至此实现了中心遮拦的光学成像系统背景杂散辐射的降低。

本发明通过降低光学成像系统的背景辐射，有效的降低了成像系统由于热背景辐射引入的热噪声，使得光学成像系统的灵敏度提高，光学成像系统的探测距离相应增长。

附图说明

图1一种中心遮拦的光学成像系统背景辐射抑制方法所述的目标光线分布到探测器窗口空间示意图。

1.探测器窗口 2.探测器窗口中心 3.最小距离d 4.中心视场光线 5.半视场光线6.全视场光线

具体实施方式

一种中心遮拦的光学成像系统背景辐射抑制方法，其具体步骤为：

第一步 构建光学成像系统背景辐射抑制仿真系统

光学成像系统背景辐射抑制仿真系统，包括：光线追迹模块、光线窗口分布模块、探测器窗口遮挡模块和背景辐射分析模块。

光线追迹模块用于追迹不同视场的目标经过光学系统后的光线走向，

光线窗口分布模块用于计算目标光线入射到探测器窗口表面的空间分布，

探测器窗口遮挡模块用于计算目标光线没有落入到探测器窗口表面的区域范围，

背景辐射分析模块用于对遮挡前和遮挡后光学成像系统背景杂散辐射进行分析，给出背景辐射降低比例。

第二步 光线追迹模块完成不同视场下的目标光线追迹

假设目标为一个无穷远的物体，目标光线到光学系统前面是一群平行光线，光线追迹模块分别分析中心、半视场、全视场三种情况下目标光线入射到光学系统后的光线轨迹走向。

第三步 光线窗口分布模块计算目标光线在探测器窗口分布

不同视场的目标光线轨迹最终要落入到探测器窗口表面，光线窗口分布模块计算目标光线落入到探测器窗口表面的空间分布，对光线落点根据8领域就近原则连接，得到内层光线空间轮廓为P(x,y)。

第四步 探测器窗口遮挡模块计算探测器需要遮挡的区域范围

探测器窗口遮挡模块计算目标光线没有落入到探测器窗口的区域面积，以探测器窗口中心(0，0)为原点计算与内层空间轮廓P(x,y)的距离，具体公式如下：

其中，0<x<R,0<y<R，R为探测器窗口的半径，D(x,y)为轮廓边缘的每一个点P(x,y)到探测器中心的距离，从所有的D(x,y)中选择最小距离值d，以最小距离值d为半径的圆形面积S作为探测器窗口遮挡区域范围：

S＝π×d² (2)

第五步 背景辐射分析模块计算对探测器窗口遮挡前后背景辐射抑制比例

背景辐射分析模块计算光学成像系统在探测器窗口无遮挡前的背景辐射Q1和探测器窗口遮挡S面积后发热背景辐射Q2；光学成像系统背景辐射降低的比例关系如下：

由于探测器窗口遮挡S面积后目标光线没有造成损失，依然是100％，而光学系统背景辐射得到抑制，背景辐射降低至原来的100％‐k。

至此实现了中心遮拦的光学成像系统背景杂散辐射的降低。

Claims (5)

1.一种中心遮拦的光学成像系统背景辐射抑制方法，其特征在于具体步骤为：

构建包括：光线追迹模块、光线窗口分布模块、探测器窗口遮挡模块和背景辐射分析模块的光学成像系统背景辐射抑制仿真系统；

光线追迹模块完成不同视场下的目标光线追迹；

光线窗口分布模块计算目标光线在探测器窗口分布；

探测器窗口遮挡模块计算探测器需要遮挡的区域范围；

背景辐射分析模块计算对探测器窗口遮挡前后背景辐射抑制比例；

至此实现了中心遮拦的光学成像系统背景杂散辐射的降低。

2.根据权利要求1所述的中心遮拦的光学成像系统背景辐射抑制方法，其特征在于：假设目标为一个无穷远的物体，目标光线到光学系统前面是一群平行光线，所述的光线追迹模块分别分析中心、半视场、全视场三种情况下目标光线入射到光学系统后的光线轨迹走向。

3.根据权利要求1所述的中心遮拦的光学成像系统背景辐射抑制方法，其特征在于：不同视场的目标光线轨迹最终要落入到探测器窗口表面，所述的光线窗口分布模块计算目标光线落入到探测器窗口表面的空间分布，对光线落点根据8领域就近原则连接，得到内层光线空间轮廓为P(x,y)。

4.根据权利要求1所述的中心遮拦的光学成像系统背景辐射抑制方法，其特征在于：探测器窗口遮挡模块计算目标光线没有落入到探测器窗口的区域面积，以探测器窗口中心(0，0)为原点计算与内层空间轮廓P(x,y)的距离，具体公式如下：

其中，0<x<R,0<y<R，R为探测器窗口的半径，D(x,y)为轮廓边缘的每一个点P(x,y)到探测器中心的距离，从所有的D(x,y)中选择最小距离值d，以最小距离值d为半径的圆形面积S作为探测器窗口遮挡区域范围：

S＝π×d² (2)

5.根据权利要求1所述的中心遮拦的光学成像系统背景辐射抑制方法，其特征在于：背景辐射分析模块计算光学成像系统在探测器窗口无遮挡前的背景辐射Q1和探测器窗口遮挡S面积后发热背景辐射Q2；光学成像系统背景辐射降低的比例关系如下：

由于探测器窗口遮挡S面积后目标光线没有造成损失，依然是100％，而光学系统背景辐射得到抑制，背景辐射降低至原来的100％‐k。