CN114047626A - 一种基于dmd的双通道局部高分辨光学系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于DMD的双通道局部高分辨光学系统，由分束镜、中继光路镜组、DMD数字微镜元件、局部市场高分辨光学镜组、广角视场光学镜组、局部视场高分辨探测器、广角视场探测器和控制端组成。本发明系统利用DMD(数字微镜阵列)对局部视场进行调制，并利用数字微镜阵列正负位置快速切换的性质，实现对快速目标的识别跟踪，可以解决快速动态目标的响应慢以及多目标同时探测能力不足的问题，能够在满足大视场成像和实现局部高分辨的条件下，对高动态目标进行快速识别探测。

Description

一种基于DMD的双通道局部高分辨光学系统
技术领域
本发明涉及探测识别光学仪器技术领域，具体涉及一种基于DMD的双通道局部高分辨光学系统。
背景技术
在军用和民用的许多成像领域中，比如航空航天侦察、生产监视、威胁探测和追踪、无人机远程遥控等领域中，对态势感知、目标识别的要求越来越高，大视场局部高分辨的成像系统可以满足足够目标细节的成像要求，然而识别过程中，往往受限于系统调制元件的响应速度难以实现对快速动态目标的响应，存在丢失目标的情况；对多个目标同时进行高分辨率探测识别的能力不足。
随着微光电器件技术的发展，DMD(数字微镜元件)由组成，可以排列多达80万-100万面小反射镜，反射镜之间是相互独立的，并且每个小反射镜都可以以非常高的切换频率在正负两个极限位置自由切换，通过对DMD的编程控制可以实现对全视场中的局部视场进行快速调制。
在光学成像技术领域中，专利CN107632392A公开了一种动态局部放大的高分辨成像系统，系统采用小口径局部放大镜组和透射式液晶空间光调制器实现大视场光学系统动态光学局部放大的高分辨成像。该系统解决了现有光学成像系统对远距离目标探测的大视场与高分辨成像的矛盾，具有结构简单、体积小、成本低等优点，但该系统对高动态目标，多目标的探测识别能力不足。专利CN109357764公开了一种双探测器动态局部偏振成像光学系统，通过扫描型小孔视差光阑以及偏振片轮实现了对感兴趣区域的动态扫描，但该系统采用机械式扫描器件，存在着扫描时间长，对高动态感兴趣区域目标易丢失的缺点。
因此，目前亟需一种能够在对高动态目标快速识别，对多个目标同时进行高分辨率探测识别的光学系统，克服现有技术的不足。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于DMD的双通道局部高分辨光学系统，能够在满足大视场成像和实现局部高分辨的条件下，对高动态目标进行快速识别探测。
为达到上述目的，本发明的技术方案为：
一种基于DMD的双通道局部高分辨光学系统，包括：分束镜、中继光路镜组、DMD数字微镜元件、局部市场高分辨光学镜组、广角视场光学镜组、局部视场高分辨探测器、广角视场探测器和控制端。分束镜、中继光路镜组和DMD数字微镜元件在同一横向光轴上，分束镜、局部市场高分辨光学镜组和局部视场高分辨探测器在同一竖向光轴上，广角视场光学镜组和广角视场探测器在同一斜向光轴上，控制端一端与广角探测器连接，一端与局部视场高分辨探测器连接；DMD数字微镜元件的原放置角度与垂直方向夹角为12度；DMD数字微镜元件中的各反射镜均具有三种调制状态，分别为-1状态、0状态以及1状态，其中-1状态时，反射镜与原放置角度的夹角为-12°；0状态时，反射镜与原放置角度夹角为0°；1状态时，反射镜与原放置角度的夹角为12°。
所有来自待识别区域的光线经过分束镜后，全部进入中继光路镜组，经中继光路镜组会聚后由DMD数字微镜元件对局部高分辨区域的光线以及广角区域的光线进行调制，其中DMD调制局部高分辨区域的DMD数字微镜元件中的反射镜面的调制状态为-1，其余反射镜面对广角区域的光线调制，调制角度与DMD数字微镜元件调制状态为1。
经过局部调制的高分辨区域光线经过中继光路镜组和分束镜后，反射进入局部市场高分辨光学镜组中，由局部视场高分辨探测器实现对局部区域的光线的高分辨率成像；广角区域的光线则反射进入广角视场光学镜组，由广角视场探测器实现广角区域的监视成像。
控制端首先接收来自广角视场探测器的信息，并通过DMD数字微镜元件中各反射镜的0、1状态，采用基于压缩感知理论的Canny边缘提取算法对来自广角视场的图像进行边缘特征提取，并根据边缘特征的动态信息选择确定存在的待探测目标，通过控制端将待探测目标对应的局部视场部分的反射镜状态调制为-1，获得待测目标的局部高分辨图像返回控制端；进而，控制端对广角视场图像与局部高分辨视场图像进行图像融合处理，获得融合图像作为最终的目标识别结果。
进一步的，分束镜上镀有半透半反膜。
进一步的，光学中继镜组设计为像方远心光路。
进一步的，局部视场高分辨镜组设计为长焦距光学系统。
进一步的，广角视场光学镜组设计为短焦距光学系统。
有益效果：本发明提供了一种基于DMD的双通道局部高分辨光学系统，由分束镜、中继光路镜组、DMD数字微镜元件、局部视场高分辨光学镜组、广角视场光学镜组、局部视场高分辨探测器、广角视场探测器和控制端组成。本发明系统利用DMD数字微镜元件对局部视场进行调制，并利用数字微镜阵列正负位置快速切换的性质，实现对快速目标的识别跟踪，可以解决快速动态目标的响应慢以及多目标同时探测能力不足的问题，能够在满足大视场成像和实现局部高分辨的条件下，对高动态目标进行快速识别探测。
附图说明
图1为本发明的光学系统示意图。
图2为本发明的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
如图1所示，本发明提供了一种基于DMD的双通道局部高分辨光学系统，由分束镜1、中继光路镜组2、DMD数字微镜元件3、局部视场高分辨光学镜组4、广角视场光学镜组5、局部视场高分辨探测器6、广角视场探测器7和控制端8组成。
来自待识别区域的光线经过分束镜1后，全部进入中继光路镜组2，经中继光路镜组2会聚后由DMD数字微镜元件3对局部高分辨区域以及广角区域的光线进行调制，DMD数字微镜元件3的放置方向与垂直方向夹角为12度，如图1虚线所示。其中调制局部高分辨区域的DMD数字微镜元件3中的反射镜面的调制角度与DMD数字微镜元件3的放置角度的夹角为-12度，其余反射镜对广角区域的光线调制，调制角度与DMD数字微镜元件3的放置角度的夹角为+12度。经过局部调制的高分辨区域光线经过中继光路镜组2，分束镜1后，反射进入局部视场高分辨光学镜组4中，由局部视场高分辨探测器6实现对局部区域的高分辨率成像。广角区域则反射进入广角视场光学镜组5，由广角视场探测器7实现广角区域的监视成像。
本发明实施例中，分束镜1通过镀半透半反膜，实现从待识别区域的光束入射到DMD数字微镜元件3的光线全部透射，由DMD数字微镜元件3返回到分束镜1的光线全部反射进入局部视场高分辨光学镜组4。
光学中继镜组2，将其设计为像方远心光路，使需要调制的局部高分辨视场能够经中继镜组2反射回分束镜1处。
DMD数字微镜元件3的放置角度与垂直方向呈12度以增加在DMD数字微镜元件3对光学系统的两种调制状态-12度、+12度时光学系统的光路折转角度，降低了光学系统的设计、加工难度。
局部视场高分辨镜组4设计为长焦距光学系统，用来实现局部视场的高分辨的特性。广角视场光学镜组5设计为短焦距光学系统，用来实现广角视场的探测特性。局部视场高分辨探测器6、广角视场探测器7分别采集来自局部视场高分辨镜组4和广角视场光学镜组5的光学信息，并在最终通过控制端8实现图像的融合获得最终的大视场局部高分辨率图像。
本发明利用DMD数字微镜元件对局部视场进行调制，并利用DMD数字微镜元件正负位置快速切换的性质，实现对快速目标的识别跟踪，可以解决快速动态目标的响应慢、多目标同时探测能力不足以及数据处理速度慢的问题。
如图2所示，广角视场探测器7获取广角视场图像数据，传输给控制端8；控制端8对广角视场图像数据进行降噪处理，采用基于压缩感知理论的Canny边缘提取算法进行梯度计算，对来自广角视场的图像进行边缘特征提取，得到可能边缘；对可能边缘进行非极大值抑制和双阈值筛选，得到其动态信息。根据动态信息提取选择存在的待探测目标；调制待探测目标所处视场的DMD微镜单元，具体方式为通过控制端8将待探测目标对应的局部视场部分的反射镜状态调制为-1；获得待测目标的局部高分辨图像返回控制端8，对该局部完成高分辨成像操作。进而，控制端8对广角视场图像与局部高分辨视场图像进行图像融合处理，获得融合图像作为最终的目标识别结果。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于DMD的双通道局部高分辨光学系统，其特征在于，包括：分束镜(1)、中继光路镜组(2)、DMD数字微镜元件(3)、局部市场高分辨光学镜组(4)、广角视场光学镜组(5)、局部视场高分辨探测器(6)、广角视场探测器(7)和控制端(8)；
所述分束镜(1)、所述中继光路镜组(2)和所述DMD数字微镜元件(3)在同一横向光轴上，所述分束镜(1)、所述局部市场高分辨光学镜组(4)和所述局部视场高分辨探测器(6)在同一竖向光轴上，所述广角视场光学镜组(5)和所述广角视场探测器(7)在同一斜向光轴上，所述控制端(8)一端与广角探测器(7)连接，一端与所述局部视场高分辨探测器(6)连接；所述DMD数字微镜元件(3)的原放置角度与垂直方向夹角为12度；所述DMD数字微镜元件(3)中的各反射镜均具有三种调制状态，分别为-1状态、0状态以及1状态，其中-1状态时，反射镜与原放置角度的夹角为-12°；0状态时，反射镜与原放置角度夹角为0°；1状态时，反射镜与原放置角度的夹角为12°；
所有来自待识别区域的光线经过所述分束镜(1)后，全部进入所述中继光路镜组(2)，经所述中继光路镜组(2)会聚后由所述DMD数字微镜元件(3)对局部高分辨区域的光线以及广角区域的光线进行调制，其中DMD调制局部高分辨区域的所述DMD数字微镜元件(3)中的反射镜面的调制状态为-1，其余反射镜面对广角区域的光线调制，调制角度与所述DMD数字微镜元件(3)调制状态为1；
经过局部调制的高分辨区域光线经过所述中继光路镜组(2)和所述分束镜(1)后，反射进入所述局部市场高分辨光学镜组(4)中，由所述局部视场高分辨探测器(6)实现对局部区域的光线的高分辨率成像；广角区域的光线则反射进入所述广角视场光学镜组(5)，由所述广角视场探测器(7)实现广角区域的监视成像；
所述控制端首先接收来自广角视场探测器的信息，并通过DMD数字微镜元件(3)中各反射镜的0、1状态，采用基于压缩感知理论的Canny边缘提取算法对来自广角视场的图像进行边缘特征提取，并根据边缘特征的动态信息选择确定存在的待探测目标，通过控制端将所述待探测目标对应的局部视场部分的反射镜状态调制为-1，获得待测目标的局部高分辨图像返回控制端；进而，控制端对广角视场图像与局部高分辨视场图像进行图像融合处理，获得融合图像作为最终的目标识别结果。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述分束镜(1)上镀有半透半反膜。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光学中继镜组(2)设计为像方远心光路。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述局部视场高分辨镜组(4)设计为长焦距光学系统。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述广角视场光学镜组(5)设计为短焦距光学系统。
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