一种面向弱目标探测的多模态红外成像系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种面向弱目标探测的多模态红外成像系统及方法,其系统包括红外光学窗口、大视场二维扫描转镜、卡氏反射镜组、宽光谱中继镜、第一透镜组、可调空间可变透过率透镜、第二透镜组、FPA模块、数据处理模块及空间可寻址透过率调制模块；数据处理模块根据FPA模块输出的图像数据信号生成透过率调制控制信号和成像积分时间调制信号，可调空间可变透过率透镜在透过率调制控制信号的作用下，动态调整光场透过率；FPA模块在成像积分时间调制信号作用下自适应的调整成像积分时间；通过上述调整，提高弱信号的成像信噪比，将目标光场及背景光场均调整到红外成像传感器响应曲线的线性部分，达到在光通量不足或光通量过大的情况下均能对弱目标进行识别的目的。

Multi mode infrared imaging system and method for weak target detection

The invention discloses a method for weak target detection of multi mode infrared imaging system and method, the system includes infrared optical window, two-dimensional scanning mirror, a large field of view card's mirror group, wide spectrum relay mirror, a first lens group, adjustable space variable transmittance lens, the second lens group, FPA module, data the processing module and spatial addressable transmittance modulation module; data processing module generates image data based on the FPA module output signal transmittance modulation control signal and imaging integral time modulation, spatial adjustable variable transmittance lens in the transmittance modulation control signal, the dynamic adjustment of light transmittance; adjust the imaging integral time FPA in the module of adaptive imaging integral time modulated; through the adjustment, improve the weak signal imaging SNR, the target light field and background light The field is adjusted to the linear part of the response curve of the infrared imaging sensor to achieve the goal of identifying the weak target when the luminous flux is insufficient or the luminous flux is too large.

【技术实现步骤摘要】
一种面向弱目标探测的多模态红外成像系统及方法
本专利技术属于遥感探测
，更具体地，涉及一种面向弱目标探测的多模态红外成像系统及方法。
技术介绍
红外遥感的场景红外辐射、散射的动态范围很大，而红外传感器仅具有有限的动态范围。当遥感探测的弱目标处在复杂背景之中，弱目标的光场能量处于红外成像传感器响应曲线的线性部分，在信噪比足够高的情况下，弱目标是可探测的；而当遥感探测的弱目标的光场能量处于红外成像传感器响应曲线的耻部，或处于红外成像传感器响应曲线的肩部，即处于响应曲线的非线性部分，响应率很低，则弱目标不可探测；对于弱目标处于红外成像传感器响应曲线耻部的情况，是因为光通量不足导致不可探测，对于弱目标处于红外成像传感器响应曲线肩部的情况，则是因为光通量过大导致不可探测；综上而言，现有的红外遥感探测装置不具备适应大动态范围辐射或散射场景的能力。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种面向弱目标探测的多模态红外成像系统及方法，其目的在于解决现有红外遥感探测系统无法适应大动态范围辐射或散射场景的问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种面向弱目标探测的多模态红外成像系统，包括红外光学窗口、大视场二维扫描转镜、卡氏反射镜组、宽光谱中继镜、第一透镜组、可调空间可变透过率透镜、第二透镜组、焦平面阵列(focalplanearray，FPA)模块、数据处理模块及空间可寻址透过率调制模块；工作中，目标区域的入瞳光场经过红外光学窗口入射到大视场二维扫描转镜，大视场二维扫描转镜用于跟踪、瞄准目标区域，并将目标区域的光反射至卡氏反射镜组；卡氏反射镜组收集大视场二维扫描转镜反射的光，并反射至宽光谱中继镜；宽广谱中继镜将卡氏反射镜组反射的光线聚焦至第一透镜组；第一透镜组的出射光经可调空间可变透过率透镜透射至第二透镜组；第二透镜组的出射光聚焦至FPA模块进行红外成像，获得图像序列，并对该图像序列进行模数(A/D)转换生成图像数据；数据处理模块对该图像数据进行处理，生成透过率调制控制信号；空间可寻址透过率调制模块在透过率调制控制信号作用下，生成电压控制信号；可调空间可变透过率透镜在该电压控制信号的作用下，动态调整透过率；其中，第一透镜组为宽光谱透镜组，用于红外宽光谱能量会聚光斑质量的补偿校正；可调空间可变透过率透镜镀金属可寻址可变透过率滤光膜阵列，实现光场透过率切换；该金属可寻址可变透过率滤光膜阵列，在空间可寻址透过率模块的控制下，实现膜透过率连续切换；第二透镜组为宽光谱透镜组，用于将可调空间可变透过率透镜的出射光聚焦至FPA模块，在FPA模块进行目标红外成像；FPA模块集成了A/D转换功能，对于红外成像获得的图像序列可直接转换成数字信号输出；数据处理模块用于提取目标光场能量值及背景光场能量值，根据目标光场能量值及背景光场能量值获取透过率调制控制信号，以及积分时间控制信号；本专利技术提供的上述面向弱目标探测的多模态红外成像系统，通过数字信号处理模块对探测目标光强度及背景光场强度比对分析，获得FPA与可调空间可变透过率透镜的调控信号；通过调控FPA的积分时间与可调空间可变透过率透镜的透过率，将目标光场及背景光场均调整到红外成像传感器响应曲线的线性部分，达到在光通量不足或光通量过大的情况下均能对弱目标进行识别的目的。优选的，上述面向弱目标探测的多模态红外成像系统，其焦平面阵列模块的成像积分时间可调；由数据处理模块根据图像数据生成积分时间控制信号，焦平面阵列模块在该积分时间控制信号作用下实时调整成像积分时间。优选的，上述面向弱目标探测的多模态红外成像系统，其卡氏反射镜组采用卡塞格林系统，由一个抛物面反射镜和一个双曲面反射镜组成，用于对目标红外谱成像和能量收集；其中，抛物面反射镜与双曲面反射镜遮挡比不大于1：3。优选的，上述面向弱目标探测的多模态红外成像系统，其可调空间可变透过率透镜Lens(x，y，λ，t)采用金属或石墨烯材质，其光场透过率空间可调，根据外部控制信号进行寻址调节；其中，λ为成像波长，(x，y)为空间坐标，t为时间。为实现本专利技术目的，按照本专利技术的另一个方面，提供了一种面向弱目标探测的多模态红外成像方法，具体包括如下步骤：(1)将入瞳的光场fI(x，y，λ，t)进行反射和聚集；其中，fI(x，y，λ，t)＝T(x，y，λ，t)+fb(x，y，λ，t)；其中，T(x，y，λ，t)为被探测目标辐射或散射光场能量，fb(x，y，λ，t)为背景辐射或散射光场能量；fb(x，y，λ，t)具有大的光场强度变化范围；λ为成像波长，(x，y)为空间坐标，t为时间；(2)将经过反射聚集处理后的光通过可调空间可变透过率透镜Lens(x，y，λ，t)处理，以改变光通量，获得滤光后的光场(3)对滤光后的光场进行红外成像处理，获得场空间分布的光场fP(x，y，λ，t)；(4)判断上述光场fP(x，y，λ，t)是否处于红外成像传感器响应曲线的线性部分，若是，则进入步骤(5)；若否，则进入步骤(6)；(5)比较探测目标光场T(x，y，λ，t)与背景光场Fb(x，y，λ，t)，若T(x，y，λ，t)比Fb(x，y，λ，t)小1～3个数量级，表明探测目标的信噪比不够，进入步骤(9)，若否，则进入步骤(10)；否则，以步骤(3)获得场空间分布的光场fP(x,y,λ,t)作为被探测目标图像；(6)对场空间分布的光场进行空间低通滤波，获得成像数据并根据光场数据生成透过率调制控制信号；(7)在该透过率调制控制信号的作用下，对滤光后的光场进行光场透过率的空间调整，滤除空间光场中的强光区，获得有效光场其中，(8)对有效光场进行积分处理，将探测目标的光场放大，获得二次成像的红外图像f(x,y,λ,t)，然后进入步骤(5)；其中，k为放大倍数，k大于1；(9)将FPA模块成像积分时间调大，进入步骤(10)；本步骤中，将FPA模块成像积分时间调大起到进一步增强弱目标信号成像信噪比的作用；(10)对二次成像的红外图像f(x,y,λ,t)进行分割处理，提取特征，进行识别，获得被探测目标图像；上述方法，通过透过率的空间调整滤除背景光场的强光区，并通过积分将目标光场放大，将探测目标光场与背景光场均调整到红外成像传感器响应曲线的线性部分，提高弱目标的信噪比，达到在光通量过大或光通量不足的情况下探测弱目标的目的。优选地，上述面向弱目标探测的多模态红外成像方法中，光场透过率的调整方法具体如下：(a)对于光场数据若其中背景光场强度处于红外成像传感器响应曲线的肩部非线性区(饱和)，表明探测目标光通量过大，即处于强背景光场下；生成透过率调制控制信号，空间可寻址透过率调制模块在该信号作用下，输出可调电压；可调空间可变透过率透镜在该电压作用下减小光场透过率，将目标光场透过率调整至红外成像传感器响应曲线的线性区；(b)对于光场数据若其中背景光场强度处于红外成像传感器响应曲线的趾部非线性区(曝光不足)，表明探测目标光通量不足，即处于弱背景光场下；生成透过率调制控制信号，空间可寻址透过率调制模块在该信号作用下，输出可调电压；可调空间可变透过率透镜在该电压作用下增大光场透过率，将目标光场透过率调整至红外成像传感器响应曲线的线性区；通过上述方法，根据成像图像数据实时调整光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向弱目标探测的多模态红外成像系统，包括大视场二维扫描转镜(2)、卡氏反射镜组(3)、宽光谱中继镜(4)、第一透镜组(5)、第二透镜组(7)、焦平面阵列模块(8)，其特征在于，还包括红外光学窗口(1)、可调空间可变透过率透镜(6)、数据处理模块(9)及空间可寻址透过率调制模块(10)；工作状态下，目标区域的入瞳光场经过所述红外光学窗口(1)入射到大视场二维扫描转镜(2)，所述大视场二维扫描转镜(2)将目标区域的光反射至卡氏反射镜组(3)；所述卡氏反射镜组(3)收集大视场二维扫描转镜(2)反射的光，并反射至宽光谱中继镜(4)；所述宽广谱中继镜将(4)卡氏反射镜组(3)反射的光线聚焦至第一透镜组(5)；所述第一透镜组(5)的出射光经可调空间可变透过率透镜(6)透射至第二透镜组(7)；所述第二透镜组(7)的出射光聚焦至焦平面阵列模块(8)进行红外成像，获得图像序列，并对该图像序列进行数模转换生成图像数据；所述数据处理模块(9)根据所述图像数据生成透过率调制控制信号；所述空间可寻址透过率调制模块(10)在所述透过率调制控制信号作用下，生成电压控制信号；可调空间可变透过率透镜(6)在所述电压控制信号的作用下，动态调整光场透过率。...

【技术特征摘要】
1.一种面向弱目标探测的多模态红外成像系统，包括大视场二维扫描转镜(2)、卡氏反射镜组(3)、宽光谱中继镜(4)、第一透镜组(5)、第二透镜组(7)、焦平面阵列模块(8)，其特征在于，还包括红外光学窗口(1)、可调空间可变透过率透镜(6)、数据处理模块(9)及空间可寻址透过率调制模块(10)；工作状态下，目标区域的入瞳光场经过所述红外光学窗口(1)入射到大视场二维扫描转镜(2)，所述大视场二维扫描转镜(2)将目标区域的光反射至卡氏反射镜组(3)；所述卡氏反射镜组(3)收集大视场二维扫描转镜(2)反射的光，并反射至宽光谱中继镜(4)；所述宽广谱中继镜将(4)卡氏反射镜组(3)反射的光线聚焦至第一透镜组(5)；所述第一透镜组(5)的出射光经可调空间可变透过率透镜(6)透射至第二透镜组(7)；所述第二透镜组(7)的出射光聚焦至焦平面阵列模块(8)进行红外成像，获得图像序列，并对该图像序列进行数模转换生成图像数据；所述数据处理模块(9)根据所述图像数据生成透过率调制控制信号；所述空间可寻址透过率调制模块(10)在所述透过率调制控制信号作用下，生成电压控制信号；可调空间可变透过率透镜(6)在所述电压控制信号的作用下，动态调整光场透过率。2.如权利要求1所述的多模态红外成像系统，其特征在于，所述焦平面阵列模块(8)的成像积分时间可调；由数据处理模块(9)根据所述图像数据生成积分时间控制信号，焦平面阵列模块(8)在所述积分时间控制信号作用下实时调整成像积分时间。3.如权利要求1或2所述的多模态红外成像系统，其特征在于，所述卡氏反射镜组(3)包括一个抛物面反射镜和一个双曲面反射镜，所述抛物面反射镜与双曲面反射镜遮挡比不大于1：3。4.如权利要求1或2所述的多模态红外成像系统，其特征在于，所述可调空间可变透过率透镜(6)采用金属或石墨烯材质；所述可调空间可变透过率透镜(6)的光场透过率可根据外部控制信号进行寻址调节。5.一种基于权利要求1～4任一项所述的面向弱目标探测的多模态红外成像系统的多模态红外成像方法，其特征在于，具体包括如下步骤：(1)将入瞳的光场fI(x，y，λ，t)进行反射和聚集；其中，fI(x，y，λ，t)＝T(x，y，λ，t)+Fb(x，y，λ，t)；其中，T...

【专利技术属性】
技术研发人员：张天序，张新宇，
申请(专利权)人：南京华图信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32