一种基于线阵激光照明的短波红外成像系统及其工作方法技术方案

本发明专利技术涉及本发明专利技术涉及一种基于线阵激光照明的短波红外成像系统及其工作方法。所述短波红外成像系统包括成像镜头、成像探测器、同步控制电路和激光发射器；同步控制电路分别与成像探测器和激光发射器连接；成像探测器的成像频率与激光发射器的激光发射频率相等。成像探测器的积分时间可以作为接收选通闸门，不需要附加的选通闸门，降低了系统复杂程度和成本；线阵器件和较低功率的激光器可达到更好的成像效果和更远的成像距离。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于线阵激光照明的短波红外成像系统及其工作方法，属于夜视成像的

技术介绍
传统的夜视成像技术以微光夜视仪和长波红外成像为主，微光夜视仪采用真空像增强器，可以放大夜间的微弱光线，应用较为广泛，但因为其工作原理，不能在白天使用，夜间使用时也不能被强光照射，由于需要的镜头口径较大，不能对远距离目标进行夜间观察。长波红外夜视仪对目标的热辐射长波红外线成像，作用距离远，由于其工作波长较长，只能显示物体的大体轮廓，识别能力较差。近年来，出于对昼间透雾和夜间成像应用的需求，一种响应波长在0.9～1.7μm的高量子效率的短波红外固体成像技术研究进展很快。昼间，短波红外光在雾霾天气条件下具有良好的穿透性，比可见光和中长波红外可以高出数倍的成像距离；夜晚月光或星光条件下，夜天光辐射中包含大量的短波红外成分，可获得良好的夜视效果，如果再辅以人眼安全激光照明，可大大提高观察距离和成像效果。这种基于III-V族半导体的InGaAs材料制造的短波红外焦平面成像系统，很有希望成为真空管微光夜视器材、可见光成像系统及热成像系统的有益补充。使用短波红外成像器件在夜间远距离成像时，可以用激光辅助照明提高成像的信噪比，提高成像距离。但远距离成像时连续的照明激光会被空气后向散射，降低图像对比度，影响观察，一般采用脉冲激光照明，消除后向散射，例如中国专利CN101794057B公开了一种用于远距离夜间监控的激光频闪主动夜视仪。该夜视仪使用面阵成像器件和激光面阵照明，需要的激光功率很大，实用性较低。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种基于线阵激光照明的短波红外成像系统。本专利技术还提供一种上述短波红外成像系统的工作方法。本专利技术的技术方案为：一种基于线阵激光照明的短波红外成像系统，包括成像镜头、成像探测器、同步控制电路和激光发射器；同步控制电路分别与成像探测器和激光发射器连接；成像探测器的成像频率与激光发射器的激光发射频率相等。优选的，所述激光发射器为半导体激光器或者固体激光器。优选的，所述成像探测器为线阵InGaAs成像探测器。一种上述短波红外成像系统的工作方法，包括步骤如下：1)激光发射器发射激光脉冲，激光脉冲在成像区域上形成照明区域，照明区域与成像区域一致；2)根据激光脉冲的光束飞行时间，计算积分电路积分延时；激光脉冲从发射到从目标上返回的过程中，成像探测器没有接收激光脉冲，积分电路不积分；当激光脉冲从目标上返回到成像探测器时，成像探测器接收激光脉冲，积分电路开始积分；3)成像探测器对激光脉冲进行光电转换后，再进行图像处理和电路处理，完成一列图像成像；4)使用机械或光学装置对所述成像区域和照明区域进行扫描；扫描完成后，所述机械或光学装置向右移动一列；5)重复步骤1)-4)，完成规定扫描次数，形成一帧图像后，从第一列成像位置继续扫描下一帧图像。优选的，所述激光脉冲为条形激光光束。激光发射器经过光束整形后发射，条形激光光束可以与成像探测器的成像范围相一致。优选的，所述激光脉冲的波长为0.8～2.5μm。激光脉冲的波长为0.8～2.5μm，与成像波段相一致。优选的，所述积分电路积分延时t＝2R/c，其中R为成像距离，c为光速。优选的，所述激光脉冲的发射时间和成像探测器的积分时间由同步控制电路控制实现。优选的，所述步骤1)中的照明区域为竖直条状；所述照明区域的高度为naR/f，宽度为aR/f，其中，n为成像探测器元数，a为成像探测器元尺寸，R为成像距离，f为成像镜头的镜头焦距。优选的，成像镜头的光轴与激光发射器的光轴之间的夹角为arctan(d/R)，d为成像镜头的光轴与激光发射器的光轴之间的距离。成像镜头的光轴与激光发射器的光轴之间有一定的夹角，以使激光器发射的竖条状激光照明的区域与成像探测器的成像区域一致。优选的，所述机械或光学装置为反射镜、棱镜或机械扫描平台。优选的，所述规定扫描次数为N＝4n/3或者N＝16n/9，n为成像探测器元数。优选的，所述步骤5)中形成的一帧图像为宽高比是4：3或16：9的矩形图像。图像为宽高比是4：3或16：9的矩形图像的扫描效果好，扫描效率高。本专利技术的有益效果为：1.本专利技术所述基于线阵激光照明的短波红外成像系统，成像探测器的积分时间可以作为接收选通闸门，不需要附加的选通闸门，降低了系统复杂程度和成本；线阵器件和较低功率的激光器可达到更好的成像效果和更远的成像距离；2.本专利技术所述基于线阵激光照明的短波红外成像系统，利用探测器积分时序实现远距离选通式主动成像；线阵成像器件的工作频率高，使与之同频率工作的激光器工作频率约提高两个数量级，降低了对激光器的单脉冲能量的要求；3.本专利技术所述基于线阵激光照明的短波红外成像系统，激光发射器产生的激光经过光束整形后发射，发射光束为条形激光光束；条形激光光束的激光能量更集中，相比于激光照射区域为面照射的系统，激光功率又可以降低两个数量级以上；4.本专利技术所述基于线阵激光照明的短波红外成像系统，由于半导体激光重复频率高、照射区域集中，可以比相同效果的面照射，面阵成像探测器所需激光功率减小四个数量级以上，可以采用半导体激光器作为照明源；5、本专利技术所述基于线阵激光照明的短波红外成像系统，激光脉冲与成像积分时间同步控制，成像探测器不接收环境杂散光和大气传输中产生的后向散射光，提高了系统信噪比和成像对比度。附图说明图1为本专利技术所述基于线阵激光照明的短波红外成像系统的结构示意图；图2为脉冲激光与成像时序图；其中，1、激光发射器；2、照明区域；3、成像镜头；4、成像探测器；5、同步控制电路。具体实施方式下面结合实施例和说明书附图对本专利技术做进一步说明，但不限于此。实施例1如图1、2所示。一种基于线阵激光照明的短波红外成像系统，包括成像镜头3、成像探测器4、同步控制电路5和激光发射器1；同步控制电路分别与成像探测器和激光发射器连接；成像探测器4的成像频率与激光发射器1的激光发射频率相等。成像镜头3的焦距为50mm。实施例2如实施例1所述的基于线阵激光照明的短波红外成像系统，所不同的是，所述激光发射器1为半导体激光器，波长808nm。实施例3如实施例1所述的基于线阵激光照明的短波红外成像系统，所不同的是，所述成像探测器4为线阵InGaAs成像探测器；像元数为320*1，像元尺寸为30μm*30μm，每秒最高可输出15000列图像。实施例4一种实施例1-3所述的短波红外成像系统的工作方法，包括步骤如下：1)激光发射器1发射激光脉冲，激光脉冲在成像区域上形成照明区域2，照明区域2与成像区域一致；所述照明区域2的高度为192m，宽度为0.6m。2)根据激光脉冲的光束飞行时间，计算积分电路积分延时；激光脉冲从发射到从目标上返回的过程中，成像探测器4没有接收激光脉冲，积分电路不积分；当激光脉冲从目标上返回到成像探测器4时，成像探测器4接收激光脉冲，积分电路开始积分；3)成像探测器4对激光脉冲进行光电转换后，再进行图像处理和电路处理，完成一列图像成像；4)使用机械或光学装置对所述成像区域和照明区域2进行扫描；扫描完成后，所述机械或光学装置向右移动一列；5)重复步骤1)-4)，完成规定扫描次数，形成一帧图像后，从第一列成像位置继续扫描下一帧图像。实施例5如实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于线阵激光照明的短波红外成像系统，其特征在于，包括成像镜头、成像探测器、同步控制电路和激光发射器；同步控制电路分别与成像探测器和激光发射器连接；成像探测器的成像频率与激光发射器的激光发射频率相等。

【技术特征摘要】
1.一种基于线阵激光照明的短波红外成像系统，其特征在于，包括成像镜头、成像探测器、同步控制电路和激光发射器；同步控制电路分别与成像探测器和激光发射器连接；成像探测器的成像频率与激光发射器的激光发射频率相等。2.根据权利要求1所述的基于线阵激光照明的短波红外成像系统，其特征在于，所述激光发射器为半导体激光器或者固体激光器；所述成像探测器为线阵InGaAs成像探测器。3.一种如权利要求1-2任意一项所述的短波红外成像系统的工作方法，其特征在于，包括步骤如下：1)激光发射器发射激光脉冲，激光脉冲在成像区域上形成照明区域，照明区域与成像区域一致；2)根据激光脉冲的光束飞行时间，计算积分电路积分延时；激光脉冲从发射到从目标上返回的过程中，成像探测器没有接收激光脉冲，积分电路不积分；当激光脉冲从目标上返回到成像探测器时，成像探测器接收激光脉冲，积分电路开始积分；3)成像探测器对激光脉冲进行光电转换后，再进行图像处理和电路处理，完成一列图像成像；4)使用机械或光学装置对所述成像区域和照明区域进行扫描；扫描完成后，所述机械或光学装置向右移动一列；5)重复步骤1)-4)，完成规定扫描次数，形成一帧图像后，从第一列成像位置继续扫描下一帧图像。4.根据权利要求3所述的短波红外成像系统的工作...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈大明，李永富，费宬，杨本亚，范书振，李淘，李雪，方家熊，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37