CN109540298B - 基于空间光调制器的双波段集成化相机系统及成像方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于空间光调制器的双波段集成化相机系统及成像方法，该系统包括：电脑、多个数据线、近红外波段激光器、近红外波段光纤、激光器发射镜头、空间光调制器、投影镜头、红外汇聚镜头、单点红外探测器、可见光CCD和可见光汇聚镜头；近红外波段激光器、空间光调制器、单点红外探测器和可见光CCD分别通过对应的数据线与电脑连接；近红外波段激光器通过近红外波段光纤与激光器发射镜头连接；投影镜头、激光器发射镜头、汇聚镜头、单点红外探测器、可见光CCD和可见光汇聚镜头均设置在空间光调制器与投影镜头之间。通过本发明实现了对目标物体的红外和可见光波段成像，可低成本实现对目标物体的高灵敏度红外成像。
Description
技术领域
本发明属于光学成像技术领域，尤其涉及一种基于空间光调制器的双波段集成化相机系统及成像方法。
背景技术
红外成像探测技术因具有抗干扰性强、目标识别能力强和全天候工作等特点，已广泛应用于红外夜视、红外跟踪、海关缉私、海上救援、森林消防、航空测量、资源勘探、生物医学等多个方面。红外成像无论在社会应用，还是国防建设中起着重要作用。但大面阵的红外成像相机基本均为国外厂家生产，造价昂贵，同时由于技术封锁，大面阵的红外成像相机针对我国一直为禁运状态。而我国在面阵红外成像相机方面的技术发展较为缓慢，面对实际应用需求，高灵敏、低成本的大面阵红外成像系统的研制尤为迫切。
尤其在气体泄露、森林消防等应用方面，需要大量高灵敏度、低成本的成像系统，以实现对有害气体和森林火点等目标的实时监测。
发明内容
本发明解决的技术问题是：本发明实施例提供了一种基于空间光调制器的双波段集成化相机系统及成像方法，仅用单点探测器实现了红外波段的面阵测量，大大降低了系统成本。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种基于空间光调制器的双波段集成化相机系统，包括：电脑、数据线一、近红外波段激光器、近红外波段光纤、激光器发射镜头，空间光调制器、数据线二、投影镜头，红外汇聚镜头、单点红外探测器、数据线三、可见光CCD、可见光汇聚镜头和数据线四；
近红外波段激光器、空间光调制器、单点红外探测器和可见光CCD分别通过数据线一、数据线二、数据线三和数据线四与电脑连接；近红外波段激光器通过近红外波段光纤与激光器发射镜头连接；
投影镜头设置在空间光调制器与目标物体之间，激光器发射镜头设置在空间光调制器与投影镜头之间；
汇聚镜头和单点红外探测器设置在投影镜头下方，且汇聚镜头位于空间光调制器与目标物体之间，单点红外探测器位于空间光调制器与汇聚镜头之间；
可见光CCD和可见光汇聚镜头设置在投影镜头上方，且可见光汇聚镜头位于空间光调制器与目标物体之间，可见光CCD位于空间光调制器与可见光CCD之间。
优选的，电脑，用于通过数据线一控制近红外波段激光器发射近红外光线，近红外光线经近红外波段光纤和激光器发射镜头扩束发出，照射到空间光调制器上。
优选的，电脑，还用于通过数据线二向空间光调制器输入调制图案，近红外光线经空间光调制器调制后通过投影镜头发射，照射到目标物体上。
优选的，单点红外探测器，用于通过红外汇聚镜头对目标物体反射光线进行收集，得到光线强度信号，并将得到的光线强度信号经由数据线三发送至电脑，与电脑中存储的调制图案进行关联，计算得到目标物体的红外图像。
优选的，电脑，还用于在通过目标物体的红外图像确定目标后，通过数据线四控制可见光CCD和可见光汇聚镜头再次对目标在可见光波段成像。
优选的，近红外波段激光器采用碟形封装的半导体激光器。
优选的，空间光调制器，包括：数字微镜阵列；其中，数字微镜阵列中的每一片微镜均可沿对角线呈设定角度翻转。
优选的，设定角度，包括：±12°。
本发明还公开了一种基于空间光调制器的双波段成像方法，包括：
由电脑通过数据线一控制红外波段激光器发射近红外光线，近红外光线经近红外波段光纤和激光器发射镜头扩束发出，照射到空间光调制器上；
由电脑通过数据线二向空间光调制器输入调制图案，近红外光线经空间光调制器调制后通过投影镜头发射，照射到目标物体上；
通过单点红外探测器和红外汇聚镜头对目标物体反射光线进行收集，得到光线强度信号，并将得到的光线强度信号经由数据线三发送至电脑，与电脑中存储的调制图案进行关联，计算得到目标物体的红外图像；
在通过目标物体的红外图像确定目标后，由电脑通过数据线四控制可见光CCD和可见光汇聚镜头再次对目标在可见光波段成像，以得到目标物体红外和可见光两个波段的成像。
本发明具有以下优点：
(1)低成本实现大面阵红外成像
本发明利用空间光调制器对红外光线调制，照射到目标物体上，反射光信号通过红外波段的单点光强探测器探测，再通过关联算法，仅用单点探测器实现了红外波段的面阵测量，大大降低了系统成本，仅用单点红外探测器就实现了大面阵红外成像图案。
(2)高灵敏实现目标物体红外探测
本发明采用主动红外波段照射目标物体成像，同时配合高灵敏单点红外光强探测器探测，对目标物体的探测灵敏度高。
(3)可实现双波段成像
本发明采用红外波段单点成像，同时又通过可见光CCD对目标物体成像，可由两个波段实现对目标物体的细节探测。
附图说明
图1是本发明实施例所述的一种基于空间光调制器的双波段集成化相机系统的结构框图；
图2是本发明实施例所述的一种基于空间光调制器的双波段成像方法的步骤流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公开的实施方式作进一步详细描述。
实施例一
如图1，在实施例中，所述基于空间光调制器的双波段集成化相机系统，包括：电脑1、数据线一2、近红外波段激光器3、近红外波段光纤4、激光器发射镜头5，空间光调制器6、数据线二7、投影镜头8，红外汇聚镜头9、单点红外探测器10、数据线三11、可见光CCD12、可见光汇聚镜头13和数据线四14。
如图1，近红外波段激光器3、空间光调制器6、单点红外探测器10和可见光CCD12分别通过数据线一2、数据线二7、数据线三11和数据线四14与电脑1连接；近红外波段激光器3通过近红外波段光纤4与激光器发射镜头5连接。投影镜头8设置在空间光调制器6与目标物体之间，激光器发射镜头5设置在空间光调制器6与投影镜头8之间。汇聚镜头9和单点红外探测器10设置在投影镜头8下方，且汇聚镜头9位于空间光调制器6与目标物体之间，单点红外探测器10位于空间光调制器6与汇聚镜头9之间。可见光CCD12和可见光汇聚镜头13设置在投影镜头8上方，且可见光汇聚镜头13位于空间光调制器6与目标物体之间，可见光CCD12位于空间光调制器6与可见光CCD12之间。
在本实施例中，电脑1，用于通过数据线一2控制近红外波段激光器3发射近红外光线，近红外光线经近红外波段光纤4和激光器发射镜头5扩束发出，照射到空间光调制器6上。
在本实施例中，电脑1，还用于通过数据线二7向空间光调制器6输入调制图案，近红外光线经空间光调制器6调制后通过投影镜头8发射，照射到目标物体上。
在本实施例中，单点红外探测器10，用于通过红外汇聚镜头9对目标物体反射光线进行收集，得到光线强度信号，并将得到的光线强度信号经由数据线三11发送至电脑1，与电脑1中存储的调制图案进行关联，计算得到目标物体的红外图像。单点红外探测器探测所得的光线强度信号，与计算机存储的空间光调制器调制图案的控制矩阵关联计算，即可实现对目标物体的红外波段成像。红外波段可提供可见光所不能提供的信息，能够对甲烷等有害气体成像，可用于有害气体泄露的探测。
在本实施例中，电脑1，还用于在通过目标物体的红外图像确定目标后，通过数据线四14控制可见光CCD12和可见光汇聚镜头13再次对目标在可见光波段成像。可见光CCD除对目标物体红外波段成像外，还可以对目标物体在可见光波段成像，同时由于可见光CCD可实现高清成像，在红外波段探测到目标物体，如气体泄露情况后，还可通过可见光CCD的高分辨率获得目标物体细节。
在本实施例中，近红外波段激光器(3)采用碟形封装的半导体激光器。半导体激光器体积小，且工作波段在红外波段。
在本实施例中，空间光调制器(6)，包括：数字微镜阵列；其中，数字微镜阵列中的每一片微镜均可沿对角线呈设定角度翻转。例如，数字微镜阵列中的每一片微镜均可沿其对角线呈±12°角翻转，近红外波段激光器光线沿24°角度入射，当微镜沿对角线12°面向近红外波段激光器发射方向时，其反射光线恰好垂直与空间光调制器的背景面板方向出射。
实施例二
如图2，本发明还公开了一种基于空间光调制器的双波段成像方法，包括如下步骤：
步骤S201，由电脑通过数据线一控制红外波段激光器发射近红外光线，近红外光线经近红外波段光纤和激光器发射镜头扩束发出，照射到空间光调制器上。
步骤S202，由电脑通过数据线二向空间光调制器输入调制图案，近红外光线经空间光调制器调制后通过投影镜头发射，照射到目标物体上。
步骤S203，通过单点红外探测器和红外汇聚镜头对目标物体反射光线进行收集，得到光线强度信号，并将得到的光线强度信号经由数据线三发送至电脑，与电脑中存储的调制图案进行关联，计算得到目标物体的红外图像。
步骤S204，在通过目标物体的红外图像确定目标后，由电脑通过数据线四控制可见光CCD和可见光汇聚镜头再次对目标在可见光波段成像，以得到目标物体红外和可见光两个波段的成像。
实施例三
以一个实际的目标成像流程为例，成像的流程可以如下：
(1)需对目标探测时，电脑1控制数据线一2控制红外波段激光器3，红外波段激光器3通过近红外波段光纤4和激光器发射镜头5发射激光。其中发射镜头5发射方向与空间光调制器6面板成24°夹角。
(2)电脑1通过数据线二7向空间光调制器6输入调制图案，控制空间光调制器微小镜片翻转。
(3)红外光线打到加载了调制图案的空间光调制器6上，光线调节后反射出去，调制后光线经投影镜头8发射出去，照射到待测物体上。
(4)目标反射的红外光线经红外汇聚镜头9汇聚至单点红外探测器10，探测所得光强信号经数据线三11上传至电脑1，与电脑内存储的空间光调制器6的加载图案的数据矩阵关联计算，即可获得目标物体的红外成像图案。
(5)同时，可见光CCD12通过可见光汇聚镜头13对目标物体在可见光波段成像，成像数据由数据线四14上传至电脑1。
(6)至此电脑可获得目标物体红外和可见光两个波段的成像。
综上所述，本发明实现了对目标物体的红外和可见光波段成像，可低成本实现对目标物体的高灵敏度红外成像，尤其在气体泄露探测、森林消防、军事侦察等方面有着广阔的应用前景。
本说明中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域技术人员的公知技术。
Claims (5)
1.一种基于空间光调制器的双波段集成化相机系统，其特征在于，包括：电脑(1)、数据线一(2)、近红外波段激光器(3)、近红外波段光纤(4)、激光器发射镜头(5)、空间光调制器(6)、数据线二(7)、投影镜头(8)、红外汇聚镜头(9)、单点红外探测器(10)、数据线三(11)、可见光CCD(12)、可见光汇聚镜头(13)和数据线四(14)；
近红外波段激光器(3)、空间光调制器(6)、单点红外探测器(10)和可见光CCD(12)分别通过数据线一(2)、数据线二(7)、数据线三(11)和数据线四(14)与电脑(1)连接；近红外波段激光器(3)通过近红外波段光纤(4)与激光器发射镜头(5)连接；
投影镜头(8)设置在空间光调制器(6)与目标物体之间，激光器发射镜头(5)设置在空间光调制器(6)与投影镜头(8)之间；
红外汇聚镜头(9)和单点红外探测器(10)设置在投影镜头(8)下方，且红外汇聚镜头(9)位于空间光调制器(6)与目标物体之间，单点红外探测器(10)位于空间光调制器(6)与红外汇聚镜头(9)之间；
可见光CCD(12)和可见光汇聚镜头(13)设置在投影镜头(8)上方，且可见光汇聚镜头(13)位于空间光调制器(6)与目标物体之间，可见光CCD(12)位于空间光调制器(6)与可见光CCD(12)之间；
所述电脑(1)，用于通过数据线一(2)控制近红外波段激光器(3)发射近红外光线，近红外光线经近红外波段光纤(4)和激光器发射镜头(5)扩束发出，照射到空间光调制器(6)上；
所述电脑(1)，还用于通过数据线二(7)向空间光调制器(6)输入调制图案，近红外光线经空间光调制器(6)调制后通过投影镜头(8)发射，照射到目标物体上；
所述单点红外探测器(10)，用于通过红外汇聚镜头(9)对目标物体反射光线进行收集，得到光线强度信号，并将得到的光线强度信号经由数据线三(11)发送至电脑(1)，与电脑(1)中存储的调制图案进行关联，计算得到目标物体的红外图像；
所述电脑(1)，还用于在通过目标物体的红外图像确定目标后，通过数据线四(14)控制可见光CCD(12)和可见光汇聚镜头(13)再次对目标在可见光波段成像。
2.如权利要求1所述的基于空间光调制器的双波段集成化相机系统，其特征在于，所述近红外波段激光器(3)采用碟形封装的半导体激光器。
3.如权利要求1所述的基于空间光调制器的双波段集成化相机系统，其特征在于，所述空间光调制器(6)，包括：数字微镜阵列；其中，数字微镜阵列中的每一片微镜均可沿对角线呈设定角度翻转。
4.如权利要求3所述的基于空间光调制器的双波段集成化相机系统，其特征在于，所述设定角度，包括：±12°。
5.一种利用权利要求1所述的基于空间光调制器的双波段集成化相机系统进行双波段成像的方法，其特征在于，包括：
由电脑通过数据线一控制红外波段激光器发射近红外光线，近红外光线经近红外波段光纤和激光器发射镜头扩束发出，照射到空间光调制器上；
由电脑通过数据线二向空间光调制器输入调制图案，近红外光线经空间光调制器调制后通过投影镜头发射，照射到目标物体上；
通过单点红外探测器和红外汇聚镜头对目标物体反射光线进行收集，得到光线强度信号，并将得到的光线强度信号经由数据线三发送至电脑，与电脑中存储的调制图案进行关联，计算得到目标物体的红外图像；
在通过目标物体的红外图像确定目标后，由电脑通过数据线四控制可见光CCD和可见光汇聚镜头再次对目标在可见光波段成像，以得到目标物体红外和可见光两个波段的成像。
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