CN116400378A - 一种可见-长波红外双色成像探测系统 - Google Patents

Abstract

本公开实施例涉及微型光电探测系统技术领域，提供了一种可见‑长波红外双色成像探测系统，包括：可见‑长波红外共孔径光学系统，用于收集探测目标反射的可见光及辐射的长波红外光，并将可见光及长波红外光汇聚至可见‑长波红外探测芯片；可见‑长波红外探测芯片，用于将可见光及长波红外光转换为相应的电信号，根据电信号分别确定可见光图像数据和长波红外图像数据；位姿测量及标定模块，用于提供探测系统的位姿信息和探测目标的距离信息；信号处理板卡，用于融合可见光图像数据和长波红外图像数据，结合位姿信息和距离信息，构建探测目标的三维图像。本公开实施例实现了超紧凑、小体积重量、结构简单、高精度的全天候可见‑长波红外探测。

Description

一种可见-长波红外双色成像探测系统

技术领域

本公开涉及微型光电探测系统技术领域，特别涉及一种可见-长波红外双色成像探测系统。

背景技术

光电成像探测技术作为一种重要的探测感知手段，可广泛应用于侦查、工业在线过程与环境监测、医学分析与诊断、遥感监测、食品监测等领域。随着应用环境的日益复杂，传统的单一波段的光电成像系统已无法满足探测需求，亟需实现多谱段信息同时探测，以获得高精度的目标图像。

可见光成像主要是通过探测物体反射和散射的自然光来获得目标图像。光照条件较好时，可见光成像获得的图像的细节比较丰富，但在复杂天气和夜晚等光照条件差的情况下，可见光成像会受到极大的限制，无法获得丰富的图像细节。相较于可见光成像，红外成像主要是通过探测物体自发的红外辐射来获得目标图像，不受光照条件的限制，具有较好的穿透力和抗干扰性，探测距离远，隐蔽性好，可实现在恶劣天气环境及夜晚的“全天候”成像。然而，由于红外成像是通过探测物体与背景之间的温差来获得图像，因此，红外图像的分辨率通常较差。将可见光成像和长波红外成像进行组合，则可实现二者的互补，兼具全天候及高分辨率的成像特点，可获得全面、精确的目标信息。

目前，常见的可见-长波红外成像系统，多采用分孔径的方式，可见光成像系统和长波红外成像系统的光路各自独立，入射可见光和长波红外光经各自的光学系统分别聚焦在可见光探测芯片和长波红外探测芯片上，这使得成像系统体积庞大、装调复杂，同时也无法确保可见光成像和红外成像在时间和空间的一致性，标校复杂。为此，现有技术提出了多波段共孔径的成像系统，成为光电探测的重要发展方向之一。然而，受限于可见光互补金属氧化物半导体图像传感器(Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor，CMOS图像传感器，简称CIS)和长波红外探测器芯片的各自独立，即使前置光路可以实现可见光与长波红外光的共孔径，现有的多波段共孔径的成像系统仍需要采用分光元件及独立的后置光路将入射的可见光和长波红外光分光，使可见光和长波红外光经独立的光路分别聚焦至可见光CIS及长波红外探测器芯片上。换句话说，现有的多波段共孔径的成像系统只是在前置光路实现了共孔径，虽然在一定程度上缩减了系统的体积和重量，但仍需进行复杂的标校，限制了其应用范围。

因此，如何实现单片集成的可见-长波红外探测芯片，真正实现可见光和长波红外光的共孔径探测，进一步提升探测系统的集成化程度，降低标校难度，扩展系统应用范围，成为本领域亟需解决的技术问题。

发明内容

本公开旨在至少解决现有技术中存在的问题之一，提供一种可见-长波红外双色成像探测系统。

本公开的一个方面，提供了一种可见-长波红外双色成像探测系统，所述探测系统包括可见-长波红外共孔径光学系统、可见-长波红外探测芯片、位姿测量及标定模块和信号处理板卡，其中：

所述可见-长波红外共孔径光学系统，用于收集探测目标反射的可见光及辐射的长波红外光，并将所述可见光及所述长波红外光汇聚至所述可见-长波红外探测芯片；

所述可见-长波红外探测芯片，用于将所述可见光及所述长波红外光转换为相应的电信号，根据所述电信号分别确定可见光图像数据和长波红外图像数据；

所述位姿测量及标定模块，用于提供所述探测系统的位姿信息和所述探测目标的距离信息；

所述信号处理板卡，用于融合所述可见光图像数据和所述长波红外图像数据，结合所述位姿信息和所述距离信息，构建所述探测目标的三维图像。

可选的，所述可见-长波红外共孔径光学系统包括入射窗片、主镜、次镜，所述主镜和所述次镜构成自由曲面离轴两反式结构；其中：

所述入射窗片，用于收集所述可见光及所述长波红外光，反射其他波段的入射光；

所述主镜，依据Zernike多项式曲面设计得到，镀有高反膜层，用于反射透过所述入射窗片的所述可见光和所述长波红外光；

所述次镜，依据XY多项式曲面设计得到，镀有高反膜层，用于将所述主镜反射的所述可见光和所述长波红外光反射并汇聚至所述可见-长波红外探测芯片。

可选的，所述可见-长波红外共孔径光学系统针对所述可见光和所述长波红外光的焦距大小、视场角大小均一致；

所述可见-长波红外共孔径光学系统针对所述可见光和所述长波红外光的通光孔径大小不一致。

可选的，所述可见-长波红外探测芯片包括：

超表面微纳光学吸收层，用于吸收所述长波红外光，同时透过所述可见光；

长波红外微测辐射热计单元层，用于将所述超表面微纳光学吸收层吸收的所述长波红外光转换为热敏电阻的变化；

读出电路层，用于将所述可见光转换为第一电信号，根据所述第一电信号得到所述可见光图像数据，并将所述热敏电阻的变化转换为第二电信号，根据所述第二电信号得到所述长波红外图像数据。

可选的，所述超表面微纳光学吸收层包括阵列排布的多个方形柱状孔；其中，所述多个方形柱状孔的尺寸均大于所述可见光的波长，并且，所述多个方形柱状孔的尺寸均小于所述长波红外光的波长。

可选的，所述长波红外微测辐射热计单元层通过绝热悬臂梁结构与所述读出电路层电连接。

可选的，所述读出电路层包括多个可见光CIS、多个长波红外探测器以及多个电路；所述多个可见光CIS阵列排布，用于将所述可见光转换为所述第一电信号；所述多个长波红外探测器分别设置在所述多个可见光CIS的像元间隙，用于将所述热敏电阻的变化转换为所述第二电信号；所述多个电路设置在所述多个可见光CIS排布的阵列的外围，用于根据所述第一电信号输出所述可见光图像数据，并根据所述第二电信号输出所述长波红外图像数据；

和/或，

所述读出电路层上设置有Al层，所述Al层上设置有多个开孔，所述多个开孔的位置及大小与所述超表面微纳光学吸收层中的所述多个方形柱状孔相对应。

可选的，所述可见-长波红外探测芯片中的所述超表面微纳光学吸收层、所述长波红外微测辐射热计单元层、所述读出电路层采用异质集成工艺实现单片集成。

可选的，所述位姿测量及标定模块包括：

位姿测量模块，用于提供所述探测系统的所述位姿信息；

近红外激光雷达，用于提供所述探测目标的所述距离信息。

可选的，所述信号处理板卡包括：

VSLAM模块，用于基于所述可见光图像数据、所述长波红外图像数据和所述位姿信息，构建所述探测目标的位姿点云图像；

深度估计模块，用于基于所述可见光图像数据、所述长波红外图像数据和所述距离信息，构建所述探测目标的深度图；

三维模型构建模块，用于基于所述可见光图像数据、所述长波红外图像数据、所述位姿点云图像和所述深度图，构建所述探测目标的所述三维图像。

本公开实施例相对于现有技术而言，提供了一种可见-长波红外双色成像探测系统。该探测系统包括可见-长波红外共孔径光学系统、可见-长波红外探测芯片、位姿测量及标定模块和信号处理板卡。可见-长波红外共孔径光学系统用于收集探测目标反射的可见光及辐射的长波红外光，并将可见光及长波红外光汇聚至可见-长波红外探测芯片。可见-长波红外探测芯片用于将可见光及长波红外光转换为相应的电信号，根据电信号分别确定可见光图像数据和长波红外图像数据。位姿测量及标定模块用于提供探测系统的位姿信息和探测目标的距离信息。信号处理板卡用于融合可见光图像数据和长波红外图像数据，结合位姿信息和距离信息，构建探测目标的三维图像。本公开实施例通过采用共孔径的光学系统和单片集成的可见-长波红外探测芯片，有效实现了可见光和红外光的共孔径探测和同步成像，提升了探测系统的集成化程度，极大地减小了探测系统的体积和重量，降低了探测系统复杂度，扩展了探测系统应用范围，能够满足多种微小型应用平台对全天候、高精度成像的需求。

附图说明

一个或多个实施方式通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施方式的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1为本公开一实施方式提供的一种可见-长波红外双色成像探测系统的框架图；

图2为本公开另一实施方式提供的一种可见-长波红外双色成像探测系统的结构图；

图3为本公开另一实施方式提供的一种可见-长波红外双色成像探测系统的光路结构示意图；

图4为本公开另一实施方式提供的可见-长波红外探测芯片的结构示意图；

图5为本公开另一实施方式提供的可见-长波红外探测芯片的像元结构示意图；

图6为本公开另一实施方式提供的读出电路层的结构示意图；

图7为本公开另一实施方式提供的超表面微纳光学吸收层的长波红外光吸收率示意图；

图8为本公开另一实施方式提供的超表面微纳光学吸收层的可见光透过率示意图；

图9为本公开另一实施方式提供的可见-长波红外双色成像探测系统的图像处理流程图。

图中的附图标记所分别指代的技术特征为：

1、可见-长波红外共孔径光学系统；2、可见-长波红外探测芯片；3、位姿测量及标定模块；4、信号处理板卡；11、入射窗片；12、主镜；13、次镜；21、超表面微纳光学吸收层；22、长波红外微测辐射热计单元层；23、读出电路层；41、VSLAM模块；42、深度估计模块；43、三维模型构建模块。

具体实施方式

为使本公开实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本公开各实施方式中，为了使读者更好地理解本公开而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本公开所要求保护的技术方案。以下各个实施方式的划分是为了描述方便，不应对本公开的具体实现方式构成任何限定，各个实施方式在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。

本公开的一个实施方式提供一种可见-长波红外双色成像探测系统，图1示出了其框架图，下面结合图1对其进行具体说明。

如图1所示，可见-长波红外双色成像探测系统包括可见-长波红外共孔径光学系统1、可见-长波红外探测芯片2、位姿测量及标定模块3和信号处理板卡4。

可见-长波红外共孔径光学系统1用于收集探测目标反射的可见光及辐射的长波红外光，并将可见光及长波红外光汇聚至可见-长波红外探测芯片2。可见-长波红外探测芯片2可通过单片集成得到，用于将可见光及长波红外光转换为相应的电信号，根据电信号分别确定可见光图像数据和长波红外图像数据。位姿测量及标定模块3用于提供探测系统的位姿信息和探测目标的距离信息。信号处理板卡4用于融合可见光图像数据和长波红外图像数据，结合位姿信息和距离信息，构建探测目标的三维图像。

本公开实施方式相对于现有技术而言，提供了一种可见-长波红外双色成像探测系统。该探测系统包括可见-长波红外共孔径光学系统、可见-长波红外探测芯片、位姿测量及标定模块和信号处理板卡。可见-长波红外共孔径光学系统用于收集探测目标反射的可见光及辐射的长波红外光，并将可见光及长波红外光汇聚至可见-长波红外探测芯片。可见-长波红外探测芯片用于将可见光及长波红外光转换为相应的电信号，根据电信号分别确定可见光图像数据和长波红外图像数据。位姿测量及标定模块用于提供探测系统的位姿信息和探测目标的距离信息。信号处理板卡用于融合可见光图像数据和长波红外图像数据，结合位姿信息和距离信息，构建探测目标的三维图像。本公开实施方式通过采用共孔径的光学系统和单片集成的可见-长波红外探测芯片，有效实现了可见光和红外光的共孔径探测和同步成像，提升了探测系统的集成化程度，极大地减小了探测系统的体积和重量，降低了探测系统复杂度，扩展了探测系统应用范围，能够满足多种微小型应用平台对全天候、高精度成像的需求。

示例性的，一并结合图1和图2，可见-长波红外共孔径光学系统1包括入射窗片11、主镜12、次镜13，主镜12和次镜13构成自由曲面离轴两反式结构。可见-长波红外共孔径光学系统1的光路结构如图3所示。

由于可见-长波红外共孔径光学系统1需要在可见光及长波红外光的宽光谱范围内对色差进行补偿校正，同时还要考虑视场角引入的相差以及系统的小型化、集成化和轻量化的需求，因此，本实施方式选用反射式结构来设计得到可见-长波红外共孔径光学系统1，一方面可以实现光路折叠，减小体积；另一方面对材料没有特殊要求，且无色差、无二级光谱。具体来说，本实施方式基于全反射系统无色差、无二级光谱、结构简单的性能，将主镜12和次镜13构成自由曲面离轴两反式结构，使可见-长波红外共孔径光学系统1成为自由曲面离轴两反光学系统，其中的离轴设计可以解决中心遮拦问题，自由曲面的设计增加了系统优化自由度，可针对性校正各类像差，有助于减少系统光学元件数量，实现系统的宽光谱、大相对孔径、高成像质量和微型化。

入射窗片11用于收集可见光及长波红外光，反射其他波段的入射光。主镜12依据Zernike多项式曲面设计得到，镀有高反膜层，用于反射透过入射窗片的可见光和长波红外光。次镜13依据XY多项式曲面设计得到，镀有高反膜层，用于将主镜反射的可见光和长波红外光反射并汇聚至可见-长波红外探测芯片。

具体的，将主镜12和次镜13的曲率半径、二者之间的间隔及其包括的各反射镜的面型系数作为优化变量，可以对包括自由曲面离轴两反结构的可见-长波红外共孔径光学系统1进行仿真优化，从而得到满足要求的可见-长波红外共孔径光学系统1。

需要说明的是，主镜12和次镜13中的高反膜层指的是具有增加反射功能的光学薄膜，其可以是金属反射膜或者全电介质反射膜，也可以是将金属与电介质结合起来的金属电介质反射膜。

举例而言，如图2所示，可见-长波红外双色成像探测系统可以利用一个长方体的壳体(图中并未标出)将入射窗片11、主镜12、次镜13、可见-长波红外探测芯片2、位姿测量及标定模块3、信号处理板卡4结合在一起，从而方便使用。如图2所示，壳体的长、宽、高可分别为75mm、46mm、51mm。当然，本实施方式并不对壳体的具体形状和尺寸进行限制，本领域技术人员可以根据实际需要自行设置。

示例性的，可见-长波红外共孔径光学系统1针对可见光和长波红外光的焦距大小、视场角大小均一致。可见-长波红外共孔径光学系统1针对可见光和长波红外光的通光孔径大小不一致。

具体的，对于可见-长波红外探测芯片2来说，当其长波红外光的感光面在上，可见光的感光面在下，两个感光面之间的间距为2μm-3μm时，由于可见-长波红外共孔径光学系统1中长波红外光和可见光的焦面一致，因此，可见-长波红外共孔径光学系统1中可见光的感光面工作在离焦状态，离焦量为可见-长波红外探测芯片2中两个感光面之间的间距即2μm-3μm。通过对可见-长波红外共孔径光学系统1的可见光波段的成像质量进行分析可以发现，成像的调制传递函数和点列图在离焦5μm的情况下均满足要求，因此，可见-长波红外共孔径光学系统1的设计能够满足可见-长波红外成像探测系统的成像要求。

示例性的，一并结合图1、图4和图5，可见-长波红外探测芯片2包括超表面微纳光学吸收层21、长波红外微测辐射热计单元层22、读出电路层23。

超表面微纳光学吸收层21为长波红外光的感光层，用于吸收长波红外光，同时透过可见光。示例性的，如图4和图5所示，超表面微纳光学吸收层21包括阵列排布的多个方形柱状孔(图中并未标出)，为周期性方形孔状长波红外吸收层。其中，多个方形柱状孔的尺寸均大于可见光的波长，进一步地，多个方形柱状孔的尺寸均远远大于可见光的波长，例如，各个方形柱状孔的尺寸均可以为3μm，从而使得可见光可以全部透过各个方形柱状孔。并且，多个方形柱状孔的尺寸均小于长波红外光的波长，从而使得这些亚波长的方形柱状孔可视为均匀介质，仍保持对长波红外光的吸收。本实施方式利用可见光和长波红外光在波长尺度相差一个数量级的基本物理特性，设计了“透可见-吸长波”的方形筛孔超表面微纳结构，从而利用该微纳结构确保长波红外光能够被高效吸收，同时还能实现可见光以高透过率透过，进而实现可见光-长波红外光双谱段探测。

优选的，超表面微纳光学吸收层21可以分为上下两层，上层的材料可以采用5nm厚的镍铬合金(NiCr)，下层的材料可以采用200nm厚的氮化硅(SiN)。当然，超表面微纳光学吸收层21也可选用钛(Ti)、氮化钛(TiN)等材料。

长波红外微测辐射热计单元层22作为长波红外光的像元结构，用于将超表面微纳光学吸收层吸收的长波红外光转换为热敏电阻的变化。优选的，长波红外微测辐射热计单元层22通过绝热悬臂梁结构与读出电路层23电连接，以提高散热性能。示例性的，长波红外微测辐射热计单元层22可以采用二氧化钒(VO₂)作为热敏材料，还可以选用非晶硅等热敏材料。

读出电路层23用于将可见光转换为第一电信号，根据第一电信号得到可见光图像数据，并将热敏电阻的变化转换为第二电信号，根据第二电信号得到长波红外图像数据。

一并结合图1、图4和图5，可见-长波红外双色成像探测系统可以首先通过可见-长波红外共孔径光学系统1收集探测目标反射及辐射的光信息包括可见光和长波红外光，收集到的可见光及长波红外光经相同的光学系统即可见-长波红外共孔径光学系统1聚焦至单片集成的可见-长波红外探测芯片2上。其中，可见光则透过超表面微纳光学吸收层21，被下层的读出电路层23探测并转换为第一电信号。长波红外光聚焦至可见-长波红外探测芯片2上层的超表面微纳光学吸收层21，被超表面微纳光学吸收层21吸收，长波红外微测辐射热计单元层22将吸收的红外辐射转换为热敏电阻的变化，与长波红外微测辐射热计单元层22电连接的下层的读出电路层23根据该热敏电阻的变化得到长波红外光对应的第二电信号。由于采用了共孔径的光学系统即可见-长波红外共孔径光学系统1以及单片集成的可见-长波红外探测芯片2，因此，读出电路层23可输出空间及时间同步的探测目标的可见光图像数据及二维的红外图像数据，结合位姿测量及标定模块3提供的探测系统的位姿信息即位置和姿态信息以及探测目标的距离信息，可利用信号处理板卡4构建探测目标的三维图像信息，并可进行可视化输出，从而实现探测目标三维图像的重建。

示例性的，一并结合图6，读出电路层23包括多个可见光CIS、多个长波红外探测器以及多个电路。多个可见光CIS阵列排布，用于将可见光转换为第一电信号。多个长波红外探测器分别设置在多个可见光CIS的像元间隙，用于将热敏电阻的变化转换为第二电信号。例如，如图6所示，每4个可见光CIS像元可以对应一个长波红外探测器。多个电路设置在多个可见光CIS排布的阵列的外围，用于根据第一电信号输出可见光图像数据，并根据第二电信号输出长波红外图像数据。

示例性的，读出电路层23上可以设置有厚度为100nm的Al层即铝层，Al层上设置有多个开孔，多个开孔的位置及大小与超表面微纳光学吸收层21中的多个方形柱状孔相对应，从而实现可见光的透射，使可见光能够被可见光CIS探测。同时，针对长波红外光，Al层与超表面微纳光学吸收层21之间的间距可以设置为2.5μm，从而构成长波红外光的谐振层，增强超表面微纳光学吸收层21对长波红外光的吸收。

一并结合图1至图6，探测目标发射或反射的光即入射光进入可见-长波红外共孔径光学系统1，经过其中的入射窗片11后，探测目标反射的可见光及辐射的长波红外光经主镜12和次镜13构成的自由曲面离轴两反式结构均聚焦至可见-长波红外探测芯片2中的超表面微纳光学吸收层21，可见光通过超表面微纳光学吸收层21中的方形柱状孔透射至读出电路层23，被可见光CIS探测，同时，大部分长波红外光被超表面微纳光学吸收层21吸收，少部分长波红外光透射至读出电路层23并被读出电路层23的Al层反射至超表面微纳光学吸收层21吸收，超表面微纳光学吸收层21吸收的热量传导至长波红外微测辐射热计单元层22，长波红外微测辐射热计单元层22将该热量转换为热敏电阻的变化，该变化被读出电路层23中的长波红外探测器探测。图7示出了长波红外光在被探测之前，超表面微纳光学吸收层21的长波红外光吸收率，横坐标表示以μm为单位的长波红外光的波长(Wavelength)，纵坐标表示吸收率(Absorptivity)。图8示出了可见光在被探测之前，超表面微纳光学吸收层21的可见光透过率，横坐标表示以nm为单位的可见光的波长，纵坐标表示透射比(Transmittance)即可见光透过率。从图7和图8可以看出，可见-长波红外探测芯片2中的超表面微纳光学吸收层21对长波红外光的吸收效果以及对可见光的透射效果均较好。

示例性的，可见-长波红外探测芯片2中的超表面微纳光学吸收层21、长波红外微测辐射热计单元层22、读出电路层23采用异质集成工艺实现单片集成，如可基于成熟的CIS及非制冷微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)工艺加工，从而实现了低成本制造，进一步减小了探测系统的体积和重量，提升了探测系统的集成化程度，且可见光图像数据和长波红外图像数据之间无需时间与空间非同步校准，降低了探测系统的复杂性，进一步满足了多种微小型应用平台对于全天候、高精度成像的需求。

示例性的，位姿测量及标定模块3包括位姿测量模块和近红外激光雷达。位姿测量模块用于提供探测系统的位姿信息，包括探测系统的位置信息和姿态信息。近红外激光雷达用于提供探测目标的距离信息。

示例性的，一并结合图9，信号处理板卡4包括VSLAM模块41、深度估计模块42和三维模型构建模块43。其中，VSLAM为Visual Simultaneous Localization and Mapping的缩写，指视觉同时定位与建图。

VSLAM模块41用于基于可见光图像数据、长波红外图像数据和位姿信息，构建探测目标的位姿点云图像。其中，这里的位姿信息可以仅包括探测系统的位置信息，而不包括探测系统的姿态信息。

深度估计模块42用于基于可见光图像数据、长波红外图像数据和探测目标的距离信息，构建探测目标的深度图。其中，这里的距离信息可以是近红外激光雷达对探测目标进行探测得到的激光点云数据。

三维模型构建模块43用于基于可见光图像数据、长波红外图像数据、位姿点云图像和深度图，构建探测目标的三维图像。

通过在信号处理板卡中设置VSLAM模块、深度估计模块和三维模型构建模块，基于可见光图像数据、长波红外图像数据、位姿点云图像和深度图构建探测目标的三维图像，可以进一步提高最终获得的三维图像的精度，满足高精度成像需求。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本公开的具体实施方式，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本公开的精神和范围。

Claims (10)

1.一种可见-长波红外双色成像探测系统，其特征在于，所述探测系统包括可见-长波红外共孔径光学系统、可见-长波红外探测芯片、位姿测量及标定模块和信号处理板卡，其中：

所述可见-长波红外共孔径光学系统，用于收集探测目标反射的可见光及辐射的长波红外光，并将所述可见光及所述长波红外光汇聚至所述可见-长波红外探测芯片；

所述可见-长波红外探测芯片，用于将所述可见光及所述长波红外光转换为相应的电信号，根据所述电信号分别确定可见光图像数据和长波红外图像数据；

所述位姿测量及标定模块，用于提供所述探测系统的位姿信息和所述探测目标的距离信息；

所述信号处理板卡，用于融合所述可见光图像数据和所述长波红外图像数据，结合所述位姿信息和所述距离信息，构建所述探测目标的三维图像。

2.根据权利要求1所述的探测系统，其特征在于，所述可见-长波红外共孔径光学系统包括入射窗片、主镜、次镜，所述主镜和所述次镜构成自由曲面离轴两反式结构；其中：

所述入射窗片，用于收集所述可见光及所述长波红外光，反射其他波段的入射光；

所述主镜，依据Zernike多项式曲面设计得到，镀有高反膜层，用于反射透过所述入射窗片的所述可见光和所述长波红外光；

所述次镜，依据XY多项式曲面设计得到，镀有高反膜层，用于将所述主镜反射的所述可见光和所述长波红外光反射并汇聚至所述可见-长波红外探测芯片。

3.根据权利要求2所述的探测系统，其特征在于，

所述可见-长波红外共孔径光学系统针对所述可见光和所述长波红外光的焦距大小、视场角大小均一致；

所述可见-长波红外共孔径光学系统针对所述可见光和所述长波红外光的通光孔径大小不一致。

4.根据权利要求1至3任一项所述的探测系统，其特征在于，所述可见-长波红外探测芯片包括：

超表面微纳光学吸收层，用于吸收所述长波红外光，同时透过所述可见光；

长波红外微测辐射热计单元层，用于将所述超表面微纳光学吸收层吸收的所述长波红外光转换为热敏电阻的变化；

读出电路层，用于将所述可见光转换为第一电信号，根据所述第一电信号得到所述可见光图像数据，并将所述热敏电阻的变化转换为第二电信号，根据所述第二电信号得到所述长波红外图像数据。

5.根据权利要求4所述的探测系统，其特征在于，所述超表面微纳光学吸收层包括阵列排布的多个方形柱状孔；其中，所述多个方形柱状孔的尺寸均大于所述可见光的波长，并且，所述多个方形柱状孔的尺寸均小于所述长波红外光的波长。

6.根据权利要求5所述的探测系统，其特征在于，所述长波红外微测辐射热计单元层通过绝热悬臂梁结构与所述读出电路层电连接。

7.根据权利要求6所述的探测系统，其特征在于，

所述读出电路层包括多个可见光CIS、多个长波红外探测器以及多个电路；所述多个可见光CIS阵列排布，用于将所述可见光转换为所述第一电信号；所述多个长波红外探测器分别设置在所述多个可见光CIS的像元间隙，用于将所述热敏电阻的变化转换为所述第二电信号；所述多个电路设置在所述多个可见光CIS排布的阵列的外围，用于根据所述第一电信号输出所述可见光图像数据，并根据所述第二电信号输出所述长波红外图像数据；

和/或，

所述读出电路层上设置有Al层，所述Al层上设置有多个开孔，所述多个开孔的位置及大小与所述超表面微纳光学吸收层中的所述多个方形柱状孔相对应。

8.根据权利要求4所述的探测系统，其特征在于，所述可见-长波红外探测芯片中的所述超表面微纳光学吸收层、所述长波红外微测辐射热计单元层、所述读出电路层采用异质集成工艺实现单片集成。

9.根据权利要求1至3任一项所述的探测系统，其特征在于，所述位姿测量及标定模块包括：

位姿测量模块，用于提供所述探测系统的所述位姿信息；

近红外激光雷达，用于提供所述探测目标的所述距离信息。

10.根据权利要求1至3任一项所述的探测系统，其特征在于，所述信号处理板卡包括：

VSLAM模块，用于基于所述可见光图像数据、所述长波红外图像数据和所述位姿信息，构建所述探测目标的位姿点云图像；

深度估计模块，用于基于所述可见光图像数据、所述长波红外图像数据和所述距离信息，构建所述探测目标的深度图；

三维模型构建模块，用于基于所述可见光图像数据、所述长波红外图像数据、所述位姿点云图像和所述深度图，构建所述探测目标的所述三维图像。

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