一种基于数字微镜器件的多波长关联成像系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于数字微镜器件的多波长关联成像系统，包括激光器、数字微镜器件、发射光学系统、接收光学系统、色散棱镜、线阵探测器、计算机；激光器输出超宽带激光脉冲，入射到数字微镜器件上；数字微镜器件接收计算机输出的调制信号，并将超宽带激光脉冲调制转换为赝热光脉冲；赝热光脉冲经发射光学系统扩束、整形，照射到目标物体上，目标回波信号由接收光学系统会聚及降采样后，被色散棱镜色散，之后照射到线阵探测器上转换为电信号。本发明专利技术利用数字微镜器件调制超宽带窄脉冲激光产生赝热光实现关联成像，可以仅通过线阵探测器获得目标物体的光谱图像信息和距离信息。

【技术实现步骤摘要】
一种基于数字微镜器件的多波长关联成像系统
本专利技术涉及光电成像领域，特别涉及一种基于数字微镜器件的多波长关联成像系统。
技术介绍
本专利技术所涉及的关联成像系统，是一种利用量子纠缠光源、热光源或赝热光源照射目标、以获取目标空间分布信息的新体制成像系统。该系统使用量子纠缠光源、热光源或赝热光源产生具有时空关联特性的光束，该光束被分为两束，一束留在成像系统内由面阵探测器监测其分布特性，另一束发射到目标上；目标反射光信号通过接收光学系统会聚点探测器；对点探测器输出的电信号，和面阵探测器监测得到的光场分布信息进行符合测量，可以得出目标图像。相比传统成像系统，关联成像可以使用点探测器获得高分辨率目标；同时，由于其不直接对目标进行空间分辨率测量，因此具有更强的抗扰动性能；此外，其系统光路简洁，对加工工艺要求低、可靠性好，易于小型化，可用于多种平台，在军民领域具有极大的应用前景。目前的关联成像系统存在以下问题：量子纠缠光源或热光源产生效率不高、亮度低，难以适应远距离成像应用环境；获取目标信息单一，不利于目标识别；基于符合测量的图像重构算法解算速度慢、重构质量差，在常规成像场景下与传统成像系统相比优势不明显，限制了关联成像系统的实际应用。
技术实现思路
为解决以上难题，本专利技术提出一种基于数字微镜器件的多波长关联成像系统。该成像系统通过数字微镜器件对超宽带窄脉冲激光进行调制，产生超宽带赝热光脉冲。利用该赝热光脉冲照射目标进行主动式成像，可获取目标的距离、强度、光谱信息，提升了关联成像系统性能，有利于目标识别。一种基于数字微镜器件的多波长关联成像系统，包括：激光器、数字微镜器件、发射光学系统、接收光学系统、色散棱镜、线阵探测器、计算机；由激光器输出的超宽带窄脉冲激光，经数字微镜器件进行空间强度分布调制，产生超宽带赝热光脉冲；超宽带赝热光脉冲由发射光学系统扩束整形，照射到被探测物体上，经反射后通过接收光学系统会聚及降采样，再由色散棱镜分光，之后照射到线阵探测器上进行光电转换，获得待观测目标的回波强度信息以及光谱分布信息；线阵探测器将该信息输出至计算机，进行后续分析和处理。进一步的，所述的激光器为超宽带窄脉冲激光器。进一步的，所述的数字微镜器件为高速高分辨率数字微镜器件。进一步的，所述的发射光学系统及接收光学系统为非球形透镜组成的光学望远镜系统。进一步的，所述的接收光学系统中加入了小尺寸石英衬底金属膜掩膜板。进一步的，所述的色散棱镜为阿米西棱镜。进一步的，所述的线阵探测器是一维有序排列的光电探测器阵列或一维位置敏感光电探测器。根据上述技术方案，本专利技术的有益效果为：1.使用超宽带窄脉冲激光器作为发射光源，利用该超宽带窄脉冲激光器光谱范围宽、脉冲短的特性，照射目标进行主动式成像，可以同时获取目标的光谱信息以及高精度距离信息；2.使用数字微镜器件对超宽带窄脉冲激光进行调制，数字微镜器件具有调制速率高、空间分辨率高、反射谱段宽、激光损伤阈值高，且可预先设置的特性，进而可输出亮度高、关联特性强的超宽带赝热光脉冲；3.使用光学望远镜作为系统发射及接收光学系统，望远镜的设计采用非球形透镜，结构简单，且能够消除远场的像差，增加系统的发射和接收能力；4.在接收光学系统成像面上加入掩膜板，对目标回波信号进行降采样，防止邻近采样点光谱混叠；同时通过改变掩膜板上孔洞尺寸，可调整系统光通量、空间分辨率和光谱分辨率；5.使用阿米西棱镜对目标回波信号进行色散，消除了普通三棱镜在色散时由于梯形畸变和笑脸畸变引起的信噪比降低，增大了系统光通量，且减小了色散光线与入射光线的偏转角，系统所有元件可以放置在一条直线上，系统结构变得更加紧凑；6.使用线阵探测器完成对目标的光谱成像，测量灵敏度及测量速率高、且不需要扫描机构即可获得二维光谱图像，简化了成像系统。附图说明图1为基于数字微镜器件的多波长关联成像系统示意图；图2为本专利技术的系统工作时序示意图；图3为本专利技术的接收光学系统示意图；图4为本专利技术的阿米西棱镜的原理示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术具体实施方式进行详细说明。如图1所示，基于数字微镜器件的多波长关联成像系统，包括激光器、数字微镜器件、发射光学系统、接收光学系统、色散棱镜、线阵探测器、计算机；激光器输出超宽带(所述超宽带指波长范围为380nm-2um)激光脉冲，入射到数字微镜器件上；数字微镜器件接收计算机输出的调制信号，并将激光脉冲调制转换为赝热光；赝热光经发射光学系统扩束、整形，照射到目标物体上，目标回波信号由接收光学系统会聚及降采样后，被色散棱镜色散，之后照射到线阵探测器上转换为电信号。根据所述电信号与计算机的调制信号，即可解算得出目标物体光谱图像信信息以及距离信息。所述的激光器1为超宽带窄脉冲激光器(所述超宽带指波长范围为380nm-2um，窄脉冲为时间小于等于200fs)；所述的数字微镜器件2为高速高分辨率数字微镜器件(当所述的数字微镜器件(2)为TI公司生产的Discovery系列微镜器件时，测试效果最佳)；所述的发射光学系统3及接收光学系统4为收发同轴一体光学望远镜系统；所述的接收光学系统4中加入了小尺寸石英衬底金属膜掩膜板(金属膜石英衬底掩膜板尺寸应小于等于2cm×2cm)；所述的色散棱镜5为阿米西棱镜；所述的线阵探测器6是一维有序排列的光电探测器阵列或一维位置敏感光电探测器(当所述的线阵探测器为Dalsa公司生产的线阵CCD时，测试效果最佳)。如图2所示，给出了系统工作时序关系图。首先由激光器1输出超宽带激光脉冲，并作为系统测距计时开始信号；同时数字微镜器件按照计算机输出的随机信号矩阵，调制超宽带激光脉冲产生赝热光脉冲；该脉冲与目标相互作用后，回波信号由线阵探测器接收，作为系统测距计时结束信号；同时线阵探测器输出的信号与随机信号矩阵进行关联测量，解算得出目标光谱图像。如图3所示，给出了接收光学系统4的示意图。接收光学系统4中加入一个物镜8进行成像，收集来自目标的回波信号，然后再经过掩膜板9进行降采样，防止邻近采样点的光谱混叠，最后由透镜10进行光束整形，投射到色散棱镜5并由线阵探测器6完成光电转换。同时，接收光学系统4中加入物镜8，将目标成像在掩膜板9上再进行采样，使系统能够对远距离目标成像，同时缩小了掩膜板9尺寸，使整个系统体积缩小，结构紧凑。如图4所示，给出了阿米西棱镜示意图。阿米西棱镜由两个三棱镜组成，通过选择三棱镜的角度和材质，使色散后中心波长的光线出射角度和入射光线的光束平行。阿米西棱镜均匀的厚度减小了普通三棱镜引起梯形畸变，进而减少相机拍摄所需要的景深，因此可以增大相机的光圈，从而增大了系统的光通量，提高系统信噪比。同时，经阿米西棱镜散射的光线与入射光线偏转小，因此系统中的所有元件可以放置在一条直线上，系统结构变得更加紧凑。与现有技术相比，本专利技术使用线阵探测器完成对目标的多波长四维关联成像，不需要扫描机构，简化了成像系统，可在获取目标物体的四维图像信号，成像速度快、成像分辨率高；本专利技术使用超宽带窄脉冲激光进行照明，利用该超宽带窄脉冲激光光谱范围宽、脉冲短的特性，照射目标进行主动式成像，可以同时获取目标的光谱信息以及高精度距离信息；本专利技术使用数字微镜器件对超宽带窄脉冲激光进行调制，数字微镜器件具有调制速率高、空间分辨率高、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于数字微镜器件的多波长关联成像系统，其特征在于：所述系统包括激光器(1)、数字微镜器件(2)、发射光学系统(3)、接收光学系统(4)、色散棱镜(5)、线阵探测器(6)、计算机(7)；由激光器(1)输出超宽带激光脉冲，入射到数字微镜器件(2)上；数字微镜器件(2)接收计算机(7)输出的调制信号，并根据所述调制信号将所接收的超宽带激光脉冲调制为赝热光脉冲；赝热光脉冲经发射光学系统(3)扩束、整形，照射到目标物体上，目标回波信号由接收光学系统(4)会聚及降采样后，被色散棱镜(5)色散，之后照射到线阵探测器(6)上转换为电信号。

【技术特征摘要】
1.一种基于数字微镜器件的多波长关联成像系统，其特征在于：所述系统包括激光器(1)、数字微镜器件(2)、发射光学系统(3)、接收光学系统(4)、色散棱镜(5)、线阵探测器(6)、计算机(7)；由激光器(1)输出超宽带激光脉冲，入射到数字微镜器件(2)上；数字微镜器件(2)接收计算机(7)输出的调制信号，并根据所述调制信号将所接收的超宽带激光脉冲调制为赝热光脉冲；赝热光脉冲经发射光学系统(3)扩束、整形，照射到目标物体上，目标回波信号由接收光学系统(4)会聚及降采样后，被色散棱镜(5)色散，之后照射到线阵探测器(6)上转换为电信号。2.如权利要求1所述的基于数字微镜器件的多波长关联成像系统，其特征在于：所述的激光器(1)为波长覆盖可见光、近红外波段的超宽带窄脉冲激光器；其中，所述超宽带指波长范围为380nm-2um，窄脉冲指时间小于等于200fs。3.如权利要求1所述的基于数字微镜器件的多波长...

【专利技术属性】
技术研发人员：马菁汀，刘尊龙，冯飞，许江盟，唐倩，
申请(专利权)人：北京华航无线电测量研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11