CN110161374A - 一种日盲紫外成像背景光抑制光学系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于微弱光学信号探测领域，为在强日光条件下探测微弱紫外信号，提高探测可靠性，提高测量灵敏度，提出一种日盲紫外成像背景光抑制光学系统及方法。使用全反全透镜A将入射光分为两路，此透射光路上设置可见光成像光路，可见光经过可见光成像物镜后成像在可见光CCD上；紫外光被反射，反射光路上设置紫外光成像光路，紫外光入射至全反全透镜B，紫外光路中残存的可见光从全反全透镜B透射出紫外光成像光路，经全反全透镜B反射的紫外光经过紫外成像物镜后成像在紫外日盲CCD上，通过该图像融合系统对紫外通道信号进行像素级融合；在背景光强度较大的情况下提升了日盲信号探测灵敏度。

Description

一种日盲紫外成像背景光抑制光学系统及方法
技术领域
本发明涉及微弱光学信号探测领域，具体涉及一种微弱日盲紫外信号探测方法。利用该方法可以在强背景光条件下远距离拍摄微弱日盲紫外信号。
背景技术
随着人类电量使用越来越大，电能已经成为日常生活必不可少的一部分，这对电能供电要求提出了越来越高的要求，不断电也是衡量电能质量的重要因素之一。因此，对电网的不断电检测，及早发现电网隐藏缺陷可以减少电网突发事故。利用成像方法探测电网缺陷具有直观、故障点易于判断等优点，目前红外成像已广泛应用于电网缺陷检测，但红外检测主要针对热信号，红外发现缺陷往往故障已经形成。而紫外信号检测可以早期发现潜在故障点，通过早期放电点的监测往往可以在故障形成早期发现潜在故障点。然而早期放电信号往往非常微弱，而高压线路的巡检需要较远的探测距离，这就对探测器灵敏度和滤光片的窄带透过率有较高要求。抑制日盲波段以外的背景光进入紫外探测器可以大幅度高信噪比，减小干扰信号对测试结果影响。
发明内容
本发明所要解决的问题是，在强日光条件下（强背景光）探测微弱紫外信号，提高探测可靠性，提高测量灵敏度方法。
一种日盲紫外成像背景光抑制光学系统，入射光经过倾斜放置全反全透镜A后被分成可见光成像光路和紫外光成像光路；其中可见光成像光路上依次设置为:可见光成像物镜、可见光CCD；紫外光成像光路上依次设置为：全反全透镜B、紫外成像物镜、紫外日盲CCD；可见光CCD、紫外日盲CCD将图像传输至图像处理系统。
入射光经过倾斜放置的全反全透镜A后可见光透射，在此透射光路上设置为所述的可见光成像光路，可见光经过可见光成像物镜后成像在可见光CCD上；紫外光被反射，在此反射光路上设置所述的紫外光成像光路，紫外光入射至全反全透镜B，紫外光路中残存的可见光从全反全透镜B透射出紫外光成像光路，经全反全透镜B反射的紫外光经过紫外成像物镜后成像在紫外日盲CCD上，通过该图像融合系统对紫外通道信号进行滤波与缩放处理平移等处理，使可见与紫外通道信号实现像素级融合。信号光（微弱紫外信号）与背景光（可见阳光）入射紫外成像系统，通过该全反全透镜，可见反射的日盲光信号相比背景光强度提升了两个量级，通过再次的反射信号光的强度相对背景光再次提升，通过两次反射，由于日盲波段反射率较高，信号光基本未被衰减，而背景光衰减了4个量级。在背景光强度较大的情况下提升了日盲信号探测灵敏度。
上述方案中的更优方案：入射光经过倾斜放置的全反全透镜A后的反射光路上设置滤波透镜组，滤波透镜组后端设置上述紫外光成像光路。滤波透镜组可以很好阻挡杂散入射光对紫外信号的影响。
进一步的所述的滤波透镜组沿着光传播方向依次由滤波透镜A、滤波小孔、滤波透镜B组成；其中：滤波小孔设置于滤波透镜A的像方焦点处，滤波透镜A的像方焦点与滤波透镜B的物方焦点重合。滤波透镜A滤波透镜B组成4f滤波系统，其共焦位置处设置一滤波小孔，用来挡住杂散信号，小孔大小可根据紫外成像透镜的成像角度确定。通过4f滤波系统的反射光再次通过一全反全透镜进行分光，同时改变信号光方向，使得信号光与入射光平行。通过改变滤波小孔的大小可以调节接收入射光入射角度。
进一步的所述的紫外日盲CCD的前端设置日盲滤光片。
与其他紫外成像仪相比，该方法具有以下优点：
本发明实现在强背景光条件微弱紫外信号的探测，微弱信号的探测灵敏度大大提高。
本发明采用两次反射光路，通过光路折返设计，仪器设计结构更加合理，有效缩短一个方向上长度。
可实现在强烈阳光下对远距离微弱电弧的清晰成像，受背景干扰小。
附图说明
图1为日盲紫外成像背景光抑制光学系统示意图；
图2为可见光CCD拍摄可见光图像；
图3为日盲紫外光CCD拍摄日盲紫外光图像；
图4为可见紫外融合后图像；
其中：1、全反全透镜A，2、可见光成像物镜，3、可见光CCD，4、图像处理系统，5、滤波透镜A，6、滤波透镜B，7、全反全透镜B，8、紫外成像物镜，9、日盲滤光片，10、紫外日盲CCD，11、滤波小孔，12、显示屏。
具体实施方式
为了更清楚地说明发明，下面结合附图及实施例作进一步描述：
实施例一：
如图1所示，一种日盲紫外成像背景光抑制光学系统，入射光经过倾斜放置全反全透镜A1后被分成可见光成像光路和紫外光成像光路；其中可见光成像光路上依次设置为：可见光成像物镜2、可见光CCD3；紫外光成像光路上依次设置为: 滤波透镜组、全反全透镜B7、紫外成像物镜8、日盲滤光片9、紫外日盲CCD10；可见光CCD与紫外日盲CCD将图像传输至图像处理系统4；通过该图像处理系统将可见光图像与紫外信号光进行滤波融合，经过图像处理器4融合后图像在显示屏12显示；所述的滤波透镜组沿着光传播方向依次由滤波透镜A5、滤波小孔11、滤波透镜B6组成；其中：滤波小孔设置于滤波透镜A的像方焦点处，滤波透镜A的像方焦点与滤波透镜B的物方焦点重合。
值得说明的是所述的：全反全透镜A、全反全透镜B、滤波透镜A、滤波透镜B中的字母“A”、“B”不特指具体型号、规格，仅仅是为了区分多个部件而做的编号，对应的可替换为第一全反全透镜、第二全反全透镜、第一滤波透镜、第二滤波透镜来表述。
日盲紫外信号光与背景光入射全反全透镜A，可见背景光通过全反全透镜后经过可见光成像物镜，经过可见光成像物镜的可见光成像在可见光CCD靶面上，以图2所示拍摄电网目标为例，日盲紫外信号通过全反全透镜B反射通过由滤波透镜A、滤波透镜B组成的滤波系统，在滤波透镜A、滤波透镜B公共焦点处设置一滤波小孔，小孔大小根据日盲紫外相机成像角度调节。紫外信号入射至全反全透镜B，残余的可见光大部分透过全反全透镜B，而日盲紫外信号经过全反全透镜B反射后经紫外成像透镜入射成像于紫外日盲CCD，以图3所示拍摄电网目标为例,其中箭头所指示意电火花放电点的紫外成像。可见光CCD与紫外日盲CCD都为同轴光路，成像范围相同，通过图像处理系统将可见光图像与紫外信号光进行滤波融合，融合后图像如图4所示。全反全透镜A和全反全透镜B对可见光全透，透过率大于90%，而对于240-280nm范围内的日盲紫外信号全反，反射率大于95%。背景可见光经过两次透射，到达紫外通道的光强大大减弱，而日盲波段信号光经过两次反射信号强度降低不大。从图4中可以迅速定位电网电火花放电点，电网电火花放电对电网具有非常大的破坏性，通过对电网紫外成像的分析可以在电网发生电火花放电之前锁定异常点，做到有效的故障预防。
一种电网电火花放电点检测系统，包含上述一种日盲紫外成像背景光抑制光学系统。使用时将该监测系统对准目标电网，图像处理系统中实时融合紫外日盲CCD与可见光CCD采集的图像，当发现采集的图像上局部紫外信号异常增大时，即可迅速定位电火花放电位置。
实施例二：
一种日盲紫外成像背景光抑制光学方法，入射光经过倾斜放置全反全透镜A后被分成可见光成像光路和紫外光成像光路；其中可见光成像光路上依次设置为:可见光成像物镜、可见光CCD；紫外光成像光路上依次设置为：全反全透镜B、紫外成像物镜、紫外日盲CCD；可见光CCD、紫外日盲CCD将图像传输至图像处理系统；入射光经过倾斜放置的全反全透镜A后可见光透射，在此透射光路上设置为所述的可见光成像光路，可见光经过可见光成像物镜后成像在可见光CCD上；紫外光被反射，在此反射光路上设置所述的紫外光成像光路，紫外光入射至全反全透镜B，紫外光路中残存的可见光从全反全透镜B透射出紫外光成像光路，经全反全透镜B反射的紫外光经过紫外成像物镜后成像在紫外日盲CCD上，通过该图像融合系统对紫外通道信号进行滤波与缩放处理平移等处理，使可见与紫外通道信号实现像素级融合。
一种电网电火花放电点检测方法，使用上述日盲紫外成像背景光抑制光学方法对目标电网进行信号采集；通过对图像处理系统中融合图像分析获得电火花放电点位置。此方法可广泛应用于远距离电网检测中。只需在电网线路上需要监控的关键位置处布置日盲紫外成像背景光抑制光学系统，即使在日光较强的环境下也可获得清晰的信号，解决了传统红外监控干扰信号强导致难以实时监控且不能事先预警的技术问题。

Claims (7)

1.一种日盲紫外成像背景光抑制光学系统，其特征在于：入射光经过倾斜放置全反全透镜A后被分成可见光成像光路和紫外光成像光路；其中可见光成像光路上依次设置为:可见光成像物镜、可见光CCD；紫外光成像光路上依次设置为：全反全透镜B、紫外成像物镜、紫外日盲CCD；可见光CCD、紫外日盲CCD将图像传输至图像处理系统。
2.根据权利要求1所述的日盲紫外成像背景光抑制光学系统，其特征在于：入射光经过倾斜放置的全反全透镜A后的反射光路上设置滤波透镜组，滤波透镜组后端设置上述紫外光成像光路。
3.根据权利要求2所述的日盲紫外成像背景光抑制光学系统，其特征在于：所述的滤波透镜组沿着光传播方向依次由滤波透镜A、滤波小孔、滤波透镜B组成；其中：滤波小孔设置于滤波透镜A的像方焦点处，滤波透镜A的像方焦点与滤波透镜B的物方焦点重合。
4.根据权利要求3所述的日盲紫外成像背景光抑制光学系统，其特征在于：所述的紫外日盲CCD的前端设置日盲滤光片。
5.一种电网电火花放电点检测系统，其特征在于：包含权利1至4之一所述的日盲紫外成像背景光抑制光学系统。
6.一种日盲紫外成像背景光抑制方法，其特征在于：使用权利1至4之一所述的日盲紫外成像背景光抑制光学系统对目标物进行紫外成像。
7.一种电网电火花放电点检测方法，其特征在于：使用权利1至4之一所述的日盲紫外成像背景光抑制光学系统对目标电网进行紫外成像。
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