CN111089651B - 一种渐变多光谱复合成像导引装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了一种渐变多光谱复合成像导引装置，所述装置包括：成像光路，通过所述成像光路获取目标物体对应的目标图像；在所述目标图像的周边实现宽谱段成像；在所述目标图像的视场中心区域通过计算反演实现多光谱成像。本发明实施例可以提高系统的探测灵敏度，保证系统的作用距离，利用丰富的信息差异，实现背景、诱饵的准确识别，通过对调制板的加工设计，便可同时实现宽谱段与多光谱的复合成像。
Description
技术领域
本发明涉及多光谱成像导引技术领域，特别是一种渐变多光谱复合成像导引装置。
背景技术
成像制导技术是制导体系中精度最高，且较为可靠的一种制导方式。成像制导一般具有探测距离远，适用性广的优势，但也存在着由于图像为一幅单色辐射强度分布图而导致的目标识别、抗背景、诱饵干扰的局限性。
多光谱探测技术利用所谓的“数据立方”，不仅包括二维空间信息,还包含随波长分布的光谱辐射信息，可有效提高目标探测的准确性，扩展了传统探测技术的功能。但传统多光谱成像能量利用率较低、探测距离较近，且系统需额外增加装置，结构较为复杂。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术中多光谱成像能量利用率较低、探测距离较近，且系统需额外增加装置，结构较为复杂的不足，提供了一种渐变多光谱复合成像导引装置。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种渐变多光谱复合成像导引装置，所述装置包括：成像光路，
通过所述成像光路获取目标物体对应的目标图像；
在所述目标图像的周边实现宽谱段成像；
在所述目标图像的视场中心区域通过计算反演实现多光谱成像。
优选地，所述成像光路包括：准直透镜、前置成像镜、前置成像面、相位调制板、成像探测器模块和计算模块；
在启动所述成像探测器模块之后，将目标物体依次通过所述准直透镜、所述前置成像镜、所述前置成像面和所述相位调制板，获取所述目标物体对应的目标图像；
所述计算模块，用于在所述目标图像的视场中心区域通过计算反演实现多光谱成像。
优选地，所述相位调制板包括：宽谱段成像区域和多光谱成像区域。
优选地，所述宽谱段成像区域和所述多光谱成像区域集成于一块材料上，所述宽谱段成像区域的表面平整度高于所述多光谱成像区域，且所述宽谱段成像区域的表面粗糙度趋近于0。
优选地，所述多光谱成像区域的表面粗糙度趋近于预先设计值，所述多光谱成像区域的形状是根据实际场景需求设置得到的。
优选地，所述多光谱成像区域的光谱谱段数是根据实际场景需求设置得到的。
优选地，在所述调制相位板设计加工完成之后，按照预先设计的光谱分辨率利用单色光对所述调制相位板进行标定，并获取高精度标定矩阵。
优选地，在所述成像探测器获取所述目标物体对应的目标图像信号之后，利用1#探测器宽谱段成像区域图像信息，并利用2#多光谱成像区域获取的二维图像信息及所述高精度标定矩阵反演解算出所述目标图像的三维多光谱信息。
本发明与现有技术相比的优点在于：
1、可实现远距离探测。在宽谱段区域，由于相位板的透过率较高，能量损耗较低，可实现远距离大视场下的目标搜索检测，从而提高了系统的探测灵敏度，有效保证了系统的作用距离；
2、可对抗背景、人工诱饵干扰。由于系统具备多光谱实时成像的功能，可利用丰富的信息差异，实现背景、诱饵的准确识别；
3、结构简单。相较于传统的复合成像、多光谱成像，本方案仅通过在成像系统中添加相位调制板，通过对调制板的加工设计，便可同时实现宽谱段与多光谱的复合成像。
附图说明
图1为本发明实施例提供的渐变多光谱复合成像导引装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的渐变多光谱复合成像导引装置的相位调制板功能分区的示意图；
图3为本发明实施例提供的渐变多光谱复合成像导引装置的高精度测量矩阵标定光路的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例中的附图，对本发明的实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的实施例保护的范围。
实施例一
参照图1，示出了本发明实施例提供的一种渐变多光谱复合成像导引装置的结构示意图，如图1所示，该渐变多光谱复合成像导引装置具体可以包括如下：成像光路，
通过成像光路获取目标物体对应的目标图像；
在目标图像的周边实现宽谱段成像；
在目标图像的视场中心区域通过计算反演实现多光谱成像。
在本发明的一种优选实施例中，成像光路可以包括：准直透镜、前置成像镜、前置成像面、相位调制板、成像探测器模块和计算模块；
在启动成像探测器模块之后，可以将目标物体依次通过准直透镜、前置成像镜、前置成像面和相位调制板，获取目标物体对应的目标图像；
计算模块可以用于在目标图像的视场中心区域通过计算反演实现多光谱成像。
在本发明的另一种优选实施例中，相位调制板可以包括：宽谱段成像区域与多光谱成像区域。
在本发明的另一种优选实施例中，宽谱段成像区域和多光谱成像区域可以集成于一块材料上，宽谱段成像区域的表面平整度高于多光谱成像区域，且宽谱段成像区域的表面粗糙度趋近于0。
在本发明的另一种优选实施例中，多光谱成像区域的表面粗糙度趋近于预先设计值，多光谱成像区域的形状可以是根据实际场景需求设置得到的。
在本发明的另一种优选实施例中，多光谱成像区域的光谱谱段数是根据实际场景需求设置得到的。
在本发明的另一种优选实施例中，在调制相位板设计加工完成之后，按照预先设计的光谱分辨率利用单色光对调制相位板进行标定，并获取高精度标定矩阵。
在本发明的另一种优选实施例中，在成像探测器获取目标物体对应的目标图像信号之后，利用1#探测器宽谱段成像区域图像信息，并利用2#多光谱成像区域获取的二维图像信息及高精度标定矩阵反演解算出目标图像的三维多光谱信息。
以下结合附图对本发明的技术方案做进一步详细的描述，主要分为两部分：渐变复合成像原理方案及多光谱成像高精度测量矩阵标定方法两方面展开。
一种渐变多光谱复合成像导引装置，由宽谱段成像及多光谱成像实现复合成像；宽谱段成像可用于远距离目标探测，多光谱成像探测实现抗背景、复杂诱饵干扰。
成像光路由准直透镜、前置成像镜、前置成像面、相位调制板、成像探测器模块和计算模块依次排列构成，探测器选用面阵探测器，在探测器捕捉到一阵图像后，针对图像不同区域采取不同的信息处理方式：由于相位调制板与面阵探测器像元一一对应，故相位调制板中宽谱段成像区域对应的图像位置采用直接成像输出模式，用于远距离目标探测识别；相位调制板中多光谱成像区域对应的图像位置采用基于压缩感知的图像反演算法，通过后期解算，得到目标区域的多光谱图像信息。
通过以上方式，进而实现探测器探测一帧二维图像信息，同时得到宽谱段图像及多光谱图像信息。
图2为渐变多光谱复合成像导引装置的相位调制板功能分区的示意图。
方案原理为：目标物体的像经过透镜传播，汇聚在前置成像面上形成清晰的像，相位调制板位于前置成像面位置，图2中1#对应的前置成像面的光经过相位调制板时由于该区域平整度较高，光线继续沿直线传播。
图2中，2#对应的前置成像面的光经过相位调制板时由于该区域粗糙度较高，该区域上每个点发出的光经过自由传播后，由相位调制板进行调制编码，最终在探测器对应位置形成散斑场。由于前置成像面上各点光源可近似为空间非相干光，故这些点光源形成的散斑经由传播在探测器面上形成强度累加。再探测器面上的光子数分布进行随机采样，待数据采集完成后，结合标定获取的高精度测量矩阵信息，利用压缩感知算法便可恢复出该区域目标的多光谱图像信息。
多光谱区域成像的具体解算过程如下：前置成像面的视场区域划分为N个小面元，每个小面元对应一个光强值，将N个小面元的光强值排成一个列向量，做成图像矢量x＝(x1，x2，…xN)T，探测器2#区域随机采样M个面元，同样将M个面元组成列向量，可得y＝(y1，y2…yM)T，高精度测量矩阵矩阵A可以提前得到，故而建立关系如下：
y＝AX
本发明提供的多光谱图像反演算法的核心在于高精度测量矩阵的标定技术，标定的光谱、图像分辨率精度直接影响着多光谱图像的光谱分辨率。以下为标定技术的相关技术内涵。
本发明研究的多光谱成像高精度测量矩阵标定方法是通过采用红外光源/高温黑体与单色仪连接输出的单色光作为标定光源，然后对相位调制板的像素点进行逐个光谱逐点标定，实现整体无规则随机探测，测量矩阵所用的光路如图3所示：红外光源/黑体作为辐射源，利用单色仪进行波段的输出选择，经过准直透镜、成像透镜后光汇聚在前置成像面，然后再前置成像面放置针孔光阑，其通光口径为D。将针孔光阑固定在电动平移台上，平移台通过计算机控制，依次设定光孔位置，相位调制板将通过针孔光阑的光进行编码调制，在探测器上形成散斑场，然后依次记录下散斑场的分布。通过插值法(可减少标定时间)将前置成像面的每个面源进行标定，每副散斑场进行拉伸操作，将其变为一列元素，得到所有光谱。所有相位调制板面源的全部散斑场后，即可得到整个高精度测量矩阵。
设定如下：指定波长为λ，波段数为L，前置成像面的视场可划分为N个小面元，拉伸为一列向量后，形成图像矢量x＝(x1 x2…xL×N)T，探测器采集到一帧图像后，2#区域内随机划分为M个探测小面源，记录下每个小面元的光强和的值，形成列向量作为探测器信号矢量y＝(y1 y2…yM)T，测量矩阵为H＝(H11 H12…HM×(L×N))，则可通过建立并求解以下方程，得到目标的多光谱信息。
以上所述仅为本发明的实施例的较佳实施例而已，并不用以限制本发明的实施例，凡在本发明的实施例的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的实施例的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种渐变多光谱复合成像导引装置，其特征在于，所述装置包括：成像光路，
通过所述成像光路获取目标物体对应的目标图像；
在所述目标图像的周边实现宽谱段成像；
在所述目标图像的视场中心区域通过计算反演实现多光谱成像；
所述成像光路包括：准直透镜、前置成像镜、前置成像面、相位调制板、成像探测器模块和计算模块；
在启动所述成像探测器模块之后，将目标物体依次通过所述准直透镜、所述前置成像镜、所述前置成像面和所述相位调制板，获取所述目标物体对应的目标图像；
所述计算模块，用于在所述目标图像的视场中心区域通过计算反演实现多光谱成像；
所述相位调制板包括：宽谱段成像区域和多光谱成像区域；
所述宽谱段成像区域和所述多光谱成像区域集成于一块材料上，所述宽谱段成像区域的表面平整度高于所述多光谱成像区域，且所述宽谱段成像区域的表面粗糙度趋近于0。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多光谱成像区域的表面粗糙度趋近于预先设计值，所述多光谱成像区域的形状是根据实际场景需求设置得到的。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述多光谱成像区域的光谱谱段数是根据实际场景需求设置得到的。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，在所述相位调制板设计加工完成之后，按照预先设计的光谱分辨率利用单色光对所述相位调制板进行标定，并获取高精度标定矩阵。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，在所述成像探测器获取所述目标物体对应的目标图像信号之后，利用1#探测器宽谱段成像区域图像信息，并利用2#多光谱成像区域获取的二维图像信息及所述高精度标定矩阵反演解算出所述目标图像的三维多光谱信息。
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