CN210954346U - 一种机载双谱段偏振全天时海面目标搜索系统 - Google Patents
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Abstract
一种机载双谱段偏振全天时海上目标搜索系统，属于光电成像技术领域，包括卡式望远光学子系统、偏振成像子系统、信息融合处理子系统、探测跟踪转台子系统、偏振照明子系统以及总控系统，卡式望远光学子系统、偏振成像子系统以及信息融合处理子系统均设置在探测跟踪转台子系统上，卡式望远光学子系统与偏振成像子系统光学连接，且与信息融合处理子系统电学连接；偏振成像子系统与信息融合处理子系统电学连接；信息融合处理子系统、探测跟踪转台子系统以及偏振照明子系统均与总控系统电学连接。本实用新型将光的红外信息、强度信息和偏振信息有机组合，可实现红外、强度、偏振成像三个功能，是对传统成像探测的有益补充。
Description
技术领域
本实用新型属于光电成像技术领域，特别是涉及到一种机载双谱段偏振全天时海面目标搜索系统。
背景技术
海洋背景环境区别于陆地背景环境，具有复杂性与特殊性。在进行海上目标搜索工作中，存在海面光照复杂、目标环境对比差、太阳辐射耀斑干扰和海面雾气影响严重的问题，导致对海上目标搜索及目标高质量成像信息精准获取困难。
由于目前海上目标搜索系统普遍存在着搜索技术参差不齐，搜索设备相对落后老化等问题，直接导致搜索系统不稳定以及先进设备的缺乏，严重制约我国海上目标搜索事业的发展。现有的海上目标搜索系统多为红外系统，仅采用红外技术的穿透海雾的成像系统性能受到限制，本专利将偏振成像和双谱段技术相结合，提出了一种机载双谱段偏振全天时海面目标搜索系统。国内在可见光、红外、偏振探测方面虽然开展了可见光、红外、偏振成像技术研究，但主要应用在气象探测、空间环境和地球科学等领域，尚未研究开展机载双谱段偏振全天时海上目标搜索系统，且无法实现对海上目标进行全天时的搜索，对海上目标搜索工作效率存在很大障碍。因此现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决这一问题。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种机载双谱段偏振全天时海面目标搜索系统，将光的红外信息、强度信息和偏振信息有机组合，可实现红外、强度、偏振成像三个功能，是对传统成像探测的有益补充。可实现全天时对海上目标的探测搜索，在保证精度的前提下满足系统24小时的工作需求，提高成像的图像对比度，从而提高工作效率。
一种机载双谱段偏振全天时海面目标搜索系统，其特征是：包括卡式望远光学子系统、偏振成像子系统、信息融合处理子系统、探测跟踪转台子系统、偏振照明子系统以及总控系统，所述卡式望远光学子系统、偏振成像子系统以及信息融合处理子系统均设置在探测跟踪转台子系统上，卡式望远光学子系统与偏振成像子系统光学连接，且与信息融合处理子系统电学连接；所述偏振成像子系统与信息融合处理子系统电学连接；所述信息融合处理子系统、探测跟踪转台子系统以及偏振照明子系统均与总控系统电学连接；
所述卡式望远光学子系统包括卡式望远光学单元和光学准直单元，所述卡式望远光学单元与光学准直单元同光轴串联排列，且位于光学准直单元的左侧；
所述偏振成像子系统包括振镜、分光镜Ⅰ、成像透镜Ⅰ、近红外偏振探测器、分光镜Ⅱ、成像透镜Ⅱ、长波红外偏振探测器、成像透镜Ⅲ以及可见光偏振探测器，所述振镜、分光镜Ⅰ、分光镜Ⅱ、成像透镜Ⅲ以及可见光偏振探测器同光轴，且纵向串联排列设置；所述分光镜Ⅰ、成像透镜Ⅰ以及近红外偏振探测器同光轴，且横向串联排列设置；所述分光镜Ⅱ、成像透镜Ⅱ以及长波红外偏振探测器同光轴，且横向串联排列设置；
所述信息融合处理子系统包括信息处理单元、图像显示单元以及信号单元，长波红外偏振探测器、可见光偏振探测器以及近红外偏振探测器获得图像信息采集到信息处理单元；所述信息处理单元与图像显示单元电学连接；所述图像显示单元与信号单元电学连接；
所述偏振照明子系统包括Nd:YAG激光器、平凹透镜Ⅰ、平凸透镜Ⅱ、偏振片、1/4波片、照明模式变换组件以及偏振态变换组件，所述Nd:YAG激光器与总控系统电学连接，Nd:YAG激光器发出激光，经过平凹透镜Ⅰ和平凸透镜Ⅱ进行激光扩束，经过偏振片进行起偏，经过1/4波片将平面偏振光转换为圆偏振光，经过照明模式变换组件调节偏振光光强，经过偏振态变换组件调节偏振光偏振态。
所述卡式望远光学子系统中光线依次经过卡式望远光学单元和光学准直单元，进行收集目标与背景的可见光、近红外光以及长波红外光。
所述偏振成像子系统中光线从光学准直单元出射后依次经过振镜反射，分光镜Ⅰ反射以及成像透镜Ⅰ透射后，在近红外偏振探测器上进行近红外偏振成像；分光镜Ⅰ透射光经分光镜Ⅱ反射，以及成像透镜Ⅱ透射后在长波红外偏振探测器上进行长波红外偏振成像；分光镜Ⅱ透射光经成像透镜Ⅲ透射后在可见光偏振探测器上进行可见光偏振成像。
所述信息融合处理子系统中信息处理单元根据获取的脱靶量信息来控制探测跟踪转台子系统工作，并进行信息融合、图像拼接，将融合图像传给图像显示单元；图像显示单元通过内嵌定位导航芯片进行目标定位并将采集到的图像进行拼接显示；信号单元用于图像采集信息回传。
通过上述设计方案，本实用新型可以带来如下有益效果：一种机载双谱段偏振全天时海面目标搜索系统，将光的红外信息、强度信息和偏振信息有机组合，可实现红外、强度、偏振成像三个功能，是对传统成像探测的有益补充，可实现全天时对海上目标的探测搜索，在保证精度的前提下满足系统24小时的工作需求，提高成像的图像对比度，从而提高工作效率。其中强度信息反映了探测距离、目标形状以及目标尺寸等；红外信息反映了海上目标及背景向外辐射能量的差异，可以全天候工作等；偏振信息反映了目标的材质、粗糙度以及与背景的对比度；将强度、红外和偏振三维信息联合应用，图像对比度可以提高2倍～3倍，从而提高工作距离30％，有助于提高目标探测概率，从而更加有效地实现对全天时海上目标的大范围搜索工作。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的说明：
图1为本实用新型一种机载双谱段偏振全天时海面目标搜索系统组成示意图。
图2为本实用新型一种机载双谱段偏振全天时海面目标搜索系统组成示意框图。
图3为本实用新型一种机载双谱段偏振全天时海面目标搜索系统信息融合处理子系统流程示意框图。
图中1-卡式望远光学子系统、2-偏振成像子系统、3-信息融合处理子系统、 4-探测跟踪转台子系统、5-偏振照明子系统、6-总控系统、7-卡式望远光学单元、8-光学准直单元、9-振镜、10-分光镜Ⅰ、11-成像透镜Ⅰ、12-近红外偏振探测器、13-分光镜Ⅱ、14-成像透镜Ⅱ、15-长波红外偏振探测器、16-成像透镜Ⅲ、17-可见光偏振探测器、18-信息处理单元、19-图像显示单元、20-信号单元、21-Nd:YAG激光器、22-平凹透镜Ⅰ、23-平凸透镜Ⅱ、24-偏振片、25-1/4 波片、26-照明模式变换组件、27-偏振态变换组件。
具体实施方式
一种机载双谱段偏振全天时海面目标搜索系统，如图1和图2所示，包括卡式望远光学子系统1、偏振成像子系统2、信息融合处理子系统3、探测跟踪转台子系统4、偏振照明子系统5以及总控系统6，其中卡式望远光学子系统1、可见光偏振、近红外偏振和长波红外偏振成像子系统2、信息融合处理子系统3 共同放置在跟踪转台子系统4上；所述卡式望远光学子系统1与偏振成像子系统2光学连接，所述偏振成像子系统2与信息融合处理子系统3电学连接，卡式望远光学子系统1与偏振成像子系统2通过振镜将光束耦合；所述信息融合处理子系统3与跟踪转台子系统4电学连接；
卡式望远光学子系统1完成收集目标与背景的可见光、近红外和长波红外光；可见光偏振、近红外偏振和长波红外偏振成像子系统2完成近红外、长波红外、可见光的偏振探测成像；信息融合处理子系统3进行信息融合处理和图像显示，并且根据获取的脱靶量信息来控制探测跟踪转台子系统4工作；探测跟踪转台子系统4实现海上目标的跟踪；偏振照明子系统5为卡式望远光学子系统提供光源；总控系统6实现对整个系统的指令控制。
所述卡式望远光学子系统1由Thorlabs公司的EB02-05-B型号卡式望远光学单元7、Thorlabs公司的D-ZK3型号光学准直单元8组成；卡式望远光学单元7、光学准直单元8同光轴，卡式望远光学单元7位于光学准直单元8左侧，且串联排列；光线依次经过卡式望远光学单元7、光学准直单元8，完成收集目标与背景的可见光、近红外和长波红外光。
所述偏振成像子系统2由大恒光电的GCM-08056型号振镜9、Thorlabs公司的SL-800M型号分光镜Ⅰ10、大恒光电的GCL-010109型号成像透镜Ⅰ11、 Thorlabs公司的ML1550G40型号近红外偏振探测器12、Thorlabs公司的SL-800M 型号分光镜Ⅱ13、大恒光电的GCL-010109型号成像透镜Ⅱ14、Fluxdata公司的 FD1672P型号长波红外偏振探测器15、大恒光电的GCL-010109型号成像透镜Ⅲ16、Thorlabs公司的PDA8GS型号可见光偏振探测器17组成。振镜9、分光镜Ⅰ10、分光镜Ⅱ13、成像透镜Ⅲ16以及可见光偏振探测器17同光轴，且纵向串联排列；分光镜Ⅰ10、成像透镜Ⅰ11、近红外偏振探测器12同光轴，且横向串联排列；分光镜Ⅱ13、成像透镜Ⅱ14以及长波红外偏振探测器15同光轴，且横向串联排列；光线依次经过振镜9、分光镜Ⅰ10后，一路光线经过成像透镜Ⅰ 11，在近红外偏振探测器12上完成近红外偏振成像；另一路光线传输到分光镜Ⅱ13，光线经过分光镜Ⅱ13后，一路光线经过成像透镜Ⅱ14，在长波红外偏振探测器15上完成长波红外偏振成像；另一路光线经过成像透镜Ⅲ16，在可见光偏振探测器17上完成可见光偏振成像。
所述信息融合处理子系统3由美国Rosemount公司的MZXJ-1MODBUS型号信息处理单元18、宇视安防公司的MW5255-P3-D型号图像显示单元19和深圳创研数字通讯有限公司的FPV-40-RC型号信号单元20组成。信息处理单元18、图像显示单元19以及信号单元20纵向串联排列并通过电学连接。近红外偏振成像单元12、长波红外偏振成像单元15、可见光偏振成像单元17三个成像单元获得的图像信息采集到信息处理单元18，信息处理单元18一方面根据获取的脱靶量信息来控制跟踪转台子系统工作，另一方面则进行信息融合、图像拼接，将融合图像传给图像显示单元19，图像显示单元19利用内嵌北斗高精度定位导航芯片对目标位置定位并将采集到的图像进行拼接显示进而实现对海上目标的大范围无死角搜索，信号单元20实现图像采集信息实时回传。
信息融合处理子系统主要依据离散小波变换对所采集的偏振图像进行融合处理，融合流程如图3所示。
将源偏振参数图像进行空间匹配，对源偏振图像进行小波分解。根据各分解层的特点，采用基于系数绝对值最大的融合规则进行融合处理。对得到的图像进行二维离散小波逆变换得到融合图像。
所述偏振照明子系统5由quantel公司的SpitLight400型号532nmNd：YAG 激光器21、恒洋光学的H-ZF7LA型号平凹透镜Ⅰ22、恒洋光学的GLH-11K9型号平凸透镜Ⅱ23、大恒光电的GCL-05型号偏振片24、大恒光电的GCL-060601型号1/4波片25、北京上光仪器有限公司的104-BG86394照明模式变换组件26以及的法国西诺光学公司的HP11896A型号偏振态变换组件27组成。Nd:YAG激光器21、平凹透镜Ⅰ22、平凸透镜Ⅱ23、偏振片24、1/4波片25、照明模式变换组件26以及偏振态变换组件27从右至左依次横向排列并通过光学连接。Nd:YAG 激光器21发出激光，经过平凹透镜Ⅰ22和平凸透镜Ⅱ23完成激光扩束，经过偏振片24进行起偏，经过1/4波片25将平面偏振光转换为圆偏振光，经过照明模式变换组件26调节偏振光光强，经过偏振态变换组件27调节偏振光偏振态，给系统提供适合对不同目标搜索的偏振光源，完成对夜间不同目标的搜索。
本实用新型的工作过程如下：首先卡式望远光学单元7收集目标与背景的可见光、近红外和长波红外光，经过分光单元、成像透镜单元后，分别到达近红外偏振成像单元12、长波红外偏振成像单元15、可见光偏振成像单元17，获得相应的近红外偏振、长波红外偏振和可见光偏振图像。将图像传给信息融合处理子系统3，信息处理单元18一方面根据获取的脱靶量信息来控制探测跟踪转台子系统4工作，另一方面则进行信息融合、图像拼接，将融合图像传给图像显示单元19进行融合处理后的图像显示，信号单元20实现图像采集信息实时回传。探测跟踪转台子系统4根据信息融合处理单元3给出的脱靶量信息对海上目标进行跟踪，以便稳定成像。偏振照明子系统5，Nd:YAG激光器21发出激光，经过平凹透镜Ⅰ22和平凸透镜Ⅱ23完成激光扩束，经过偏振片24进行起偏，经过1/4波片25将平面偏振光转换为圆偏振光，经过照明模式变换组件 26调节偏振光光强，经过偏振态变换组件27调节偏振光偏振态，给系统提供适合对不同目标搜索的偏振光源，完成对夜间不同目标的搜索。总控系统6发出操作指令对信息融合处理子系统3、探测跟踪转台子系统4、偏振照明子系统5 进行总体控制。
Claims (4)
1.一种机载双谱段偏振全天时海面目标搜索系统，其特征是：包括卡式望远光学子系统(1)、偏振成像子系统(2)、信息融合处理子系统(3)、探测跟踪转台子系统(4)、偏振照明子系统(5)以及总控系统(6)，所述卡式望远光学子系统(1)、偏振成像子系统(2)以及信息融合处理子系统(3)均设置在探测跟踪转台子系统(4)上，卡式望远光学子系统(1)与偏振成像子系统(2)光学连接，且与信息融合处理子系统(3)电学连接；所述偏振成像子系统(2)与信息融合处理子系统(3)电学连接；所述信息融合处理子系统(3)、探测跟踪转台子系统(4)以及偏振照明子系统(5)均与总控系统(6)电学连接；
所述卡式望远光学子系统(1)包括卡式望远光学单元(7)和光学准直单元(8)，所述卡式望远光学单元(7)与光学准直单元(8)同光轴串联排列，且位于光学准直单元(8)的左侧；
所述偏振成像子系统(2)包括振镜(9)、分光镜Ⅰ(10)、成像透镜Ⅰ(11)、近红外偏振探测器(12)、分光镜Ⅱ(13)、成像透镜Ⅱ(14)、长波红外偏振探测器(15)、成像透镜Ⅲ(16)以及可见光偏振探测器(17)，所述振镜(9)、分光镜Ⅰ(10)、分光镜Ⅱ(13)、成像透镜Ⅲ(16)以及可见光偏振探测器(17)同光轴，且纵向串联排列设置；所述分光镜Ⅰ(10)、成像透镜Ⅰ(11)以及近红外偏振探测器(12)同光轴，且横向串联排列设置；所述分光镜Ⅱ(13)、成像透镜Ⅱ(14)以及长波红外偏振探测器(15)同光轴，且横向串联排列设置；
所述信息融合处理子系统(3)包括信息处理单元(18)、图像显示单元(19)以及信号单元(20)，长波红外偏振探测器(15)、可见光偏振探测器(17)以及近红外偏振探测器(12)获得图像信息采集到信息处理单元(18)；所述信息处理单元(18)与图像显示单元(19)电学连接；所述图像显示单元(19)与信号单元(20)电学连接；
所述偏振照明子系统(5)包括Nd:YAG激光器(21)、平凹透镜Ⅰ(22)、平凸透镜Ⅱ(23)、偏振片(24)、1/4波片(25)、照明模式变换组件(26)以及偏振态变换组件(27)，所述Nd:YAG激光器(21)与总控系统(6)电学连接，Nd:YAG激光器(21)发出激光，经过平凹透镜Ⅰ(22)和平凸透镜Ⅱ(23)进行激光扩束，经过偏振片(24)进行起偏，经过1/4波片(25)将平面偏振光转换为圆偏振光，经过照明模式变换组件(26)调节偏振光光强，经过偏振态变换组件(27)调节偏振光偏振态。
2.根据权利要求1所述的一种机载双谱段偏振全天时海面目标搜索系统，其特征是：所述卡式望远光学子系统(1)中光线依次经过卡式望远光学单元(7)和光学准直单元(8)，进行收集目标与背景的可见光、近红外光以及长波红外光。
3.根据权利要求1所述的一种机载双谱段偏振全天时海面目标搜索系统，其特征是：所述偏振成像子系统(2)中光线从光学准直单元(8)出射后依次经过振镜(9)反射，分光镜Ⅰ(10)反射以及成像透镜Ⅰ(11)透射后，在近红外偏振探测器(12)上进行近红外偏振成像；分光镜Ⅰ(10)透射光经分光镜Ⅱ(13)反射，以及成像透镜Ⅱ(14)透射后在长波红外偏振探测器(15)上进行长波红外偏振成像；分光镜Ⅱ(13)透射光经成像透镜Ⅲ(16)透射后在可见光偏振探测器(17)上进行可见光偏振成像。
4.根据权利要求1所述的一种机载双谱段偏振全天时海面目标搜索系统，其特征是：所述信息融合处理子系统(3)中信息处理单元(18)根据获取的脱靶量信息来控制探测跟踪转台子系统(4)工作，并进行信息融合、图像拼接，将融合图像传给图像显示单元(19)；图像显示单元(19)通过内嵌定位导航芯片进行目标定位并将采集到的图像进行拼接显示；信号单元(20)用于图像采集信息回传。
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