CN111076828A - 一种基于仿生光学的大视场凝视型红外成像系统 - Google Patents
一种基于仿生光学的大视场凝视型红外成像系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111076828A CN111076828A CN201811215352.3A CN201811215352A CN111076828A CN 111076828 A CN111076828 A CN 111076828A CN 201811215352 A CN201811215352 A CN 201811215352A CN 111076828 A CN111076828 A CN 111076828A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- infrared
- view
- field
- imaging system
- infrared image
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000003331 infrared imaging Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 239000011664 nicotinic acid Substances 0.000 title claims abstract description 24
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 37
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 25
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 19
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 11
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims description 9
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 4
- 230000003592 biomimetic effect Effects 0.000 claims 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 abstract description 21
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000004438 eyesight Effects 0.000 description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 2
- 241000542420 Sphyrna tudes Species 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 238000007405 data analysis Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000002059 diagnostic imaging Methods 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 230000004297 night vision Effects 0.000 description 1
- 238000011897 real-time detection Methods 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/02—Constructional details
- G01J5/08—Optical arrangements
- G01J5/0806—Focusing or collimating elements, e.g. lenses or concave mirrors
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J2005/0077—Imaging
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Lenses (AREA)
Abstract
本发明提供的基于仿生光学的大视场凝视型红外成像系统，在单眼成像系统的基础上融合了复眼光学特性不仅可以实现大视场目标探测，而且可以实现目标的位置追踪，能够实现大视场场景红外实时视频成像，视场可达130°以上。此外，该系统还可以实现场景物体的位置定位和跟踪、速度测量、甚至红外3D成像等。
Description
技术领域
本发明涉及仿生光学和红外成像技术领域，特别涉及一种基于仿生光学的大视场凝视型红外成像系统。
背景技术
红外线是一种电磁波，任何绝对零度以上的物体都会往外辐射红外线。红外成像系统可以将物体表面的温度分布也就是红外线辐射强度转换成人眼可见的图像，从而进行物体的检测和监控。红外成像系统在军事和民用上都有广泛的应用。在军事上，可用于导弹导引、目标探测、夜视侦查等。在民用上，可用于体温测量、医疗影像、森林探火、火源寻找、建筑管道漏热查寻、监控探测、无损检查、海上救护和设备检修等。
传统的红外成像系统一般均为单孔径光学系统。单孔径光学系统均存在一个缺陷就是探测范围有限，不能实现全方位的实时探测。
发明内容
本发明实施例提供了一种基于仿生光学的大视场凝视型红外成像系统，能够实现大视场场景红外实时视频成像。
本发明提供一种基于仿生光学的大视场凝视型红外成像系统，包括共轴设置的：
红外复眼结构，用于采集大视场场景中物体辐射的红外线并形成曲面红外图像，所述红外复眼结构具有多个排列在曲面上的子眼；
红外光学变换结构，用于将所述红外复眼结构采集的大视场场景的曲面红外图像转换为平面红外图像，所述红外光学变换结构具有多组红外光学镜片；
红外图像接收处理结构，用于接收所述红外光学变换结构发送的所述平面红外图像并对所述曲面红外图像进行重构，得到大视场红外成像。
作为一种可选的方案，所述子眼采用锗制成的球面透镜。
作为一种可选的方案，所述红外光学变换系统具有三组红外镜片，每组红外镜片均采用非球面光学设计。
作为一种可选的方案，所述三组红外镜片均采用锗材料制成。
作为一种可选的方案，所述红外图像采集处理结构包括红外图像探测器和红外图像处理单元，所述红外图像探测器用于采集所述平面红外图像，所述红外图像处理单元用于对所述曲面红外图像进行重构。
作为一种可选的方案，所述红外图像探测器采用探测波长范围为8-12μm的非制冷型焦平面红外探测器。
作为一种可选的方案，所述子眼由一个或者多个红外透镜组成。
作为一种可选的方案，所述子眼的排列方式采用六边形排列、圆形排列或者三角形排列，相邻子眼的视场相互交叠。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
本发明提供的基于仿生光学的大视场凝视型红外成像系统，在单眼成像系统的基础上融合了复眼光学特性不仅可以实现大视场目标探测，而且可以实现目标的位置追踪，能够实现大视场场景红外实时视频成像，视场可达130°以上。此外，该系统还可以实现场景物体的位置定位和跟踪、速度测量、甚至红外3D成像等。
附图说明
图1是本发明的基于仿生光学的大视场凝视型红外成像的系统结构图；
图2是本发明的基于仿生光学的大视场凝视型红外成像中单个子眼的光路示意图；
图3是本发明的基于仿生光学的大视场凝视型红外成像中红外光学变换系统的光路示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
本发明提供一种基于仿生光学的大视场凝视型红外成像系统，包括共轴设置的红外复眼结构、红外光学变换结构以及红外图像结构处理结构，具体地：
红外复眼结构，用于采集大视场场景中物体辐射的红外线并形成曲面红外图像，所述红外复眼结构具有多个排列在曲面上的子眼；
红外光学变换结构，用于将所述红外复眼结构采集的大视场场景的曲面红外图像转换为平面红外图像，所述红外光学变换结构具有多组红外光学镜片；
红外图像接收处理结构，用于接收所述红外光学变换结构发送的所述平面红外图像并对所述曲面红外图像进行重构，得到大视场红外成像。
本发明提供的基于仿生光学的大视场凝视型红外成像系统，在单眼成像系统的基础上融合了复眼光学特性不仅可以实现大视场目标探测，而且可以实现目标的位置追踪，能够实现大视场场景红外实时视频成像，视场可达130°以上。此外，该系统还可以实现场景物体的位置定位和跟踪、速度测量、甚至红外3D成像等。
本实施例中，所述子眼采用红外线透过率高的锗制成的球面透镜，对此不做限定。
本实施例中，红外光学变换系统具有三组红外镜片，每组红外镜片均采用非球面光学设计，三组红外镜片均采用红外线透过率高的锗材料制成，对此不做限定。
红外图像采集处理结构包括红外图像探测器和红外图像处理单元，所述红外图像探测器用于采集所述平面红外图像，所述红外图像处理单元用于对所述曲面红外图像进行重构。
本实施例中，红外图像探测器采用探测波长范围为8-12μm的非制冷型焦平面红外探测器，对此不做限定。
本发明基于仿生光学的大视场凝视型红外成像系统，将自然界生物复眼的结构特性引入红外成像系统中，结合了单眼和复眼的特性，是一种混合成像系统，通过红外复眼结构采集场景中物体辐射的红外线，形成一次成像。一次成像是一个曲面图像阵列，一次成像经过红外光学变换系统转换为一个平面图像阵列，红外光学变换系统是一个单眼视觉系统，平面图像阵列被红外图像接收处理结构采集成数字图像，经过适当的图像重构和处理算法恢复出大视场场景红外信息。
基于仿生光学的大视场凝视型红外成像系统，一方面是一个单眼和复眼混合系统，另一方面还是一个红外成像系统，其工作波段在8-12μm。基于仿生光学的大视场凝视型红外成像系统主要包含三个部分，两个光学系统一个传感器接收处理系统。其中，红外复眼结构为模仿自然界生物复眼设计而成的红外复眼结构，红外光学变换系统为模仿人眼这种单眼视觉系统设计的红外光学变换系统。红外复眼结构对大视场场景中物体辐射的红外光进行一次成像，红外光学变换系统对红外复眼结构所成的一次像进行二次成像，从而被一个长波红外图像探测器接收，并进行相应的图像重构恢复出大视场场景的辐射红外信息。
如图1所示，1为红外复眼结构，由很多排列在曲面上的子眼组成，每个子眼都是一个成像孔径，子眼可以由一个或者多个红外透镜组成。相邻子眼相互独立，互不干扰。子眼有规律地排列在半球面上，有利于对大视场范围的目标进行探测。子眼在半球面的排列方式可以采用六边形排列、圆形排列或者三角形排列均可。分布原则是相邻子眼视场相互交叠，不存在探测盲区。三组红外光学镜片2、3、4组成红外光学变换系统，设计原理是模仿人眼这种单眼视觉系统设计而成，完成对上述红外复眼结构所成一次像面的二次成像，红外光学变换系统所成的二次像面和红外图像接收处理结构5的像面重合，被红外图像接收处理结构采用为数字图像进行保存、重构和数据分析。
图2示出了一种红外复眼结构中一个小眼的设计，子眼6为锗材料加工而成的球面透镜，子眼6所成的一次像面为图中7所示的位置。
图3示出了红外光学变换系统光路图，8为红外复眼结构所成的一次像面，是一个曲面像，经过三组红外光学镜片9、10、11二次成像转换为一个平面像。二次成像经平面窗口12后落在13红外图像探测器像面上，红外图像探测器把二次成像采样数字图像，经过适当图像重构和处理算法恢复出大视场场景红外图像以及场景中物体深度信息等。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。
以上对本发明所提供的一种基于仿生光学的大视场凝视型红外成像系统进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种基于仿生光学的大视场凝视型红外成像系统，其特征在于，包括共轴设置的：
红外复眼结构，用于采集大视场场景中物体辐射的红外线并形成曲面红外图像，所述红外复眼结构具有多个排列在曲面上的子眼；
红外光学变换结构，用于将所述红外复眼结构采集的大视场场景的曲面红外图像转换为平面红外图像，所述红外光学变换结构具有多组红外光学镜片；
红外图像接收处理结构，用于接收所述红外光学变换结构发送的所述平面红外图像并对所述曲面红外图像进行重构，得到大视场红外成像。
2.根据权利要求1所述的基于仿生光学的大视场凝视型红外成像系统，其特征在于，所述子眼采用锗制成的球面透镜。
3.根据权利要求1所述的基于仿生光学的大视场凝视型红外成像系统，其特征在于，所述红外光学变换系统具有三组红外镜片，每组红外镜片均采用非球面光学设计。
4.根据权利要求3所述的基于仿生光学的大视场凝视型红外成像系统，其特征在于，所述三组红外镜片均采用锗材料制成。
5.根据权利要求1所述的基于仿生光学的大视场凝视型红外成像系统，其特征在于，所述红外图像采集处理结构包括红外图像探测器和红外图像处理单元，所述红外图像探测器用于采集所述平面红外图像，所述红外图像处理单元用于对所述曲面红外图像进行重构。
6.根据权利要求5所述的基于仿生光学的大视场凝视型红外成像系统，其特征在于，所述红外图像探测器采用探测波长范围为8-12μm的非制冷型焦平面红外探测器。
7.根据权利要求1所述的基于仿生光学的大视场凝视型红外成像系统，其特征在于，所述子眼由一个或者多个红外透镜组成。
8.根据权利要求1或7所述的基于仿生光学的大视场凝视型红外成像系统，其特征在于，所述子眼的排列方式采用六边形排列、圆形排列或者三角形排列，相邻子眼的视场相互交叠。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811215352.3A CN111076828A (zh) | 2018-10-18 | 2018-10-18 | 一种基于仿生光学的大视场凝视型红外成像系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811215352.3A CN111076828A (zh) | 2018-10-18 | 2018-10-18 | 一种基于仿生光学的大视场凝视型红外成像系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111076828A true CN111076828A (zh) | 2020-04-28 |
Family
ID=70308698
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811215352.3A Pending CN111076828A (zh) | 2018-10-18 | 2018-10-18 | 一种基于仿生光学的大视场凝视型红外成像系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111076828A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112433328A (zh) * | 2020-11-09 | 2021-03-02 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种基于仿生复眼的大视场星敏感器 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006337345A (ja) * | 2005-06-06 | 2006-12-14 | Nippon Ceramic Co Ltd | 非接触型温度検出器 |
| CN105467477A (zh) * | 2015-12-03 | 2016-04-06 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 渐变焦距透镜阵列的曲面仿生复眼成像装置 |
| CN206114111U (zh) * | 2016-10-18 | 2017-04-19 | 中南民族大学 | 一种用于光谱检测的复眼仿生微透镜光源 |
| CN106813777A (zh) * | 2016-12-29 | 2017-06-09 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 基于相邻孔径交叉传递的极大视场复眼多光谱相机 |
-
2018
- 2018-10-18 CN CN201811215352.3A patent/CN111076828A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006337345A (ja) * | 2005-06-06 | 2006-12-14 | Nippon Ceramic Co Ltd | 非接触型温度検出器 |
| CN105467477A (zh) * | 2015-12-03 | 2016-04-06 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 渐变焦距透镜阵列的曲面仿生复眼成像装置 |
| CN206114111U (zh) * | 2016-10-18 | 2017-04-19 | 中南民族大学 | 一种用于光谱检测的复眼仿生微透镜光源 |
| CN106813777A (zh) * | 2016-12-29 | 2017-06-09 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 基于相邻孔径交叉传递的极大视场复眼多光谱相机 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112433328A (zh) * | 2020-11-09 | 2021-03-02 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种基于仿生复眼的大视场星敏感器 |
| CN112433328B (zh) * | 2020-11-09 | 2022-02-11 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种基于仿生复眼的大视场星敏感器 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105676305B (zh) | 一种共口径多视场图谱协同探测系统与方法 | |
| CN104469183B (zh) | 一种x射线闪烁体成像系统的光场捕捉和后处理方法 | |
| CN104380066A (zh) | 用于在可见光中高光谱成像的系统,用于记录高光谱图像并且在可见光中显示高光谱图像的方法 | |
| CN108152973A (zh) | 一种可见光与中波红外共口径复合光学系统 | |
| KR102135177B1 (ko) | 능동형 이미징 시스템 구현 방법 및 장치 | |
| CN107589551B (zh) | 一种多孔径偏振成像装置及系统 | |
| CN108632506A (zh) | 一种微透镜阵列成像系统 | |
| CN111076828A (zh) | 一种基于仿生光学的大视场凝视型红外成像系统 | |
| Thalmann et al. | Piercing the glare: A direct imaging search for planets in the Sirius system | |
| CN106842387A (zh) | 一种多焦点仿生复眼光学元件 | |
| CN109870804A (zh) | 一种离轴三反五通道可见红外成像与激光接收光学系统 | |
| CN210270354U (zh) | 宽谱段大相对孔径中长波红外成像光学系统 | |
| CN110673313B (zh) | 一种变焦鱼眼镜头系统及设计方法 | |
| Wang | Biomimetic staring infrared imaging omnidirectional detection technology | |
| CN204575959U (zh) | 带数字图像输出的微光夜视 | |
| CN103512427A (zh) | 龙虾眼红外成像制导系统 | |
| WO2020019204A1 (zh) | 一种隐身物体探测系统和方法 | |
| Mahmoud et al. | Optical design of high resolution and shared aperture electro-optical/infrared sensor for UAV remote sensing applications | |
| CN201945734U (zh) | 一种非制冷双视场红外光学系统 | |
| CN113194230A (zh) | 一种用于昼夜观察的长焦距微光和红外融合观察系统 | |
| CN102509408A (zh) | 龙虾眼红外侦察告警器 | |
| Qiao et al. | Integrative multi-spectral sensor device for far-infrared and visible light fusion | |
| CN109005318A (zh) | 一种提高成像亮度的仿生视觉系统 | |
| Yuan et al. | Hyper-field of view monitoring optical system | |
| CN204679170U (zh) | 干涉式光学检测系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200428 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |