一种多维度信息探测装置及其测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种多维度信息探测装置及其测量方法，该探测装置包括：云台、分孔径红外偏振成像系统和激光三维成像系统；分孔径红外偏振成像系统和激光三维成像系统光轴共轴且设置于云台上；通过云台控制分孔径红外偏振成像系统旋转，使分孔径红外偏振成像系统获取大视场实时偏振图像与红外图像，根据红外与偏振融合图像确定目标区域，通过云台使目标区域处于分孔径偏振成像系统的视场中心；激光三维成像系统测量目标区域，获取目标的距离图像和强度图像。结构简单、实时稳定，可根据用户需要提供独立红外偏振图像、红外强度图像、距离图像和激光回波强度图像，探测维度多、信息获取能力强，可满足无人平台不同环境下目标多维信息快速获取的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种多维度信息探测装置及其测量方法
本专利技术涉及红外探测与成像
，具体涉及一种多维度信息探测装置及测量方法。
技术介绍
通过图像认知目标与环境是人类认知客观世界的直观形式。光电探测技术作为目标信息获取的手段之一，具有图像分辨率高、抗干扰能力强、信息直观等天然优势。自然界中物体会自身发射和反射各个谱段的能量，在红外波段，光电探测系统可响应波长范围为1um～12um的电磁波，因此红外成像能够有效探测到“热的目标”，如人体、车辆等目标。红外成像系统能够昼夜工作，图像分辨率较高等特点，可满足不同平台的应用需求，被广泛应用于军事侦查、环境监测等。随着系统应用领域的延伸，背景环境复杂、目标信号较弱等环境原因对光电探测系统提供了更高的要求。一方面，在不同背景环境下，目标与背景红外的对比度可能较低，仅通过对红外图像可能无法准确识别目标；另一方面，在复杂背景下可能存在诸如树木、灌木遮蔽目标等情况，通过红外图像仅能获取前端遮蔽树木、灌木等区域信息，难以获取后端被遮蔽目标信息。目前来看，为解决复杂环境下目标探测与识别的问题，光谱成像、偏振成像、激光三维成像等探测技术被引入到光电系统中，在传统强度图像基础上扩展了系统探测维度，增加目标探测、识别准确度。对于红外光谱成像技术，可在测量中通过目标与背景区域光谱特征的不同，提高目标的识别概率。但在红外波段，不同种类物质间光谱曲线特征不直观，需要进一步采用分类算法进行光谱特征提取与处理，数据冗余量较大，且缺乏实时性。对于红外偏振成像技术，通过诸如分孔径、分焦平等技术体制，可以实现偏振信息的实时获取，提高人造目标与自然背景过渡，但会丢失目标表面细节。对于激光三维成像技术，通过激光光束发射与接收获取目标距离与强度信息，并结合激光光束扫描实现目标三维点云数据获取，但大视场成像实时性不足、图像分辨率较差。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的技术问题，提供一种多维度信息探测装置及测量方法，解决复杂环境下目标探测与识别的问题。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种多维度信息探测装置，包括：云台1、分孔径红外偏振成像系统2和激光三维成像系统3；所述分孔径红外偏振成像系统2和所述激光三维成像系统3光轴共轴且设置于所述云台1上；通过所述云台1控制所述分孔径红外偏振成像系统2旋转，使所述分孔径红外偏振成像系统2获取大视场实时红外图像与偏振图像，根据所述偏振图像确定目标区域，通过所述云台2使所述目标区域处于所述分孔径偏振成像系统1的视场中心；所述激光三维成像系统3测量所述目标区域，获取目标的距离图像和激光回波强度图像。一种基于上述的多维度信息探测装置的测量方法，包括：步骤1，所述云台以设定转速与角度连续旋转，通过所述分孔径偏振成像系统获取大视场实时红外与偏振图像；步骤2，从所述红外与偏振信息融合图像中找到目标区域，旋转所述云台至所述目标区域对应的角度，使所述目标区域处于所述分孔径偏振成像系统的视场中心；步骤3，通过所述激光三维成像系统进行M×N个点的光束扫描，收集所述目标的回波光子信号；步骤4，提取所述M×N个点最大回波处的对应的时间，得到所述目标的距离图像；提取回波计算得到所述目标的强度图像。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的一种多维度信息探测装置及其测量方法，结构简单、实时稳定，可根据用户需要提供独立红外偏振图像、红外强度图像、距离图像和激光回波强度图像，探测维度多、信息获取能力强，可满足无人平台不同环境下目标多维信息快速获取的需求。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。进一步，所述分孔径红外偏振成像系统1包括红外探测器9、成像组8、分光组6和偏振调制组4；所述目标的辐射能量经过所述偏振调制组4和分光组6后，得到不同偏振态的目标图像成像于中继像面7，然后经成像组8成像于所述红外探测器9上。进一步，所述偏振调制组4至少包含四个通道，三个通道分别放置角度为0°、30°和60°的第一偏振片4-1、第二偏振片4-2和第三偏振片4-3，第四个通道为未放置偏振片的红外通道。进一步，所述分孔径红外偏振成像系统1还包括依次设置于所述红外探测器9和偏振调制组4之间的分光组、中继像面7和成像组8；所述分光组的数量和位置与所述偏振调制组4对应，不同通道的所述目标的辐射能量经过所述分光组后成像于所述中继像面7上，再经过成像组8将不同偏振态的所述目标图像成像于所述红外探测器9上。进一步，所述激光三维成像系统3包括脉冲激光器22、扫描振镜X轴12、扫描振镜Y轴13、单光子探测器18和时间相关计数器19；所述脉冲激光器22出射设定重频的激光，所述扫描振镜X轴12和扫描振镜Y轴13对所述激光进行角度调整；所述单光子探测器18用于接收所述目标的激光回波光子信号；所述脉冲激光器22出射所述激光时发送触发开始信号给所述时间相关计数器19，所述单光子探测器18接收到所述目标的回波光子信号时产生电信号发送给所述时间相关计数器19；根据所述触发开始信号与所述电信号的时间差得到所述目标的距离，调整所述扫描振镜X轴12和扫描振镜Y轴13得到不同位置下的所述目标的距离信息与回波光子数，得到所述目标的距离图像与强度图像。进一步，所述激光三维成像系统3还包括分光镜20和触发组件21；所述分光镜20置于所述脉冲激光器22的一侧，将所述激光分为两路；分光后的一路所述激光发送给所述触发组件21时，所述触发组件21发送所述触发开始信号给所述时间相关计数器19；分光后的另一路所述激光为出射激光。进一步，所述激光三维成像系统3还包括：望远镜组5、成像透镜10、平面反射镜11、打孔平面反射镜14、带通滤光片15、窄带滤光片16和汇聚透镜17；所述激光经过所述打孔平面反射镜14后依次经过所述扫描振镜Y轴13和扫描振镜X轴12，然后经过所述平面反射镜11、成像透镜10和望远镜组5后平行向外发射；所述回波光子信号经过所述望远镜组5、成像透镜10、平面反射镜11、扫描振镜X轴12、扫描振镜Y轴13、打孔平面反射镜14后，平行通过所述带通滤光片15和窄带滤光片16，经过所述汇聚透镜17将能量汇聚到所述单光子探测器18上。进一步，所述步骤2中从所述红外与偏振信息融合图像中找到目标区域的过程包括：根据所述偏振图像中所述目标与背景的过渡区域的特点判断存在所述目标区域时，根据设定的阈值从所述偏振图像中找到所述目标区域。进一步，所述步骤3中进行M×N个点的光束扫描之前包括：确定所述目标区域的初始距离为最强的所述回波光子信号的位置，在所述初始距离后设置距离门控R与最小时间切片t；所述步骤4之后还包括：将所述距离图像与所述强度图像进行叠加。采用上述进一步方案的有益效果是，先通过分孔径红外偏振成像系统通过目标与自然背景的偏振度差异确定目标区域，然后使用光轴共轴的激光三维成像系统采用时间切片技术获取目标距离图像和强度图像，将距本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多维度信息探测装置，其特征在于，所述探测装置包括：云台(1)、分孔径红外偏振成像系统(2)和激光三维成像系统(3)；/n所述分孔径红外偏振成像系统(2)和所述激光三维成像系统(3)光轴共轴且设置于所述云台(1)上；/n通过所述云台(1)控制所述分孔径红外偏振成像系统(2)旋转，使所述分孔径红外偏振成像系统(2)获取大视场实时红外与偏振图像，根据所述红外与偏振信息融合图像确定目标区域，通过所述云台(2)使所述目标区域处于所述分孔径偏振成像系统(1)的视场中心；/n所述激光三维成像系统(3)测量所述目标区域，获取目标的距离图像和强度图像。/n

【技术特征摘要】
1.一种多维度信息探测装置，其特征在于，所述探测装置包括：云台(1)、分孔径红外偏振成像系统(2)和激光三维成像系统(3)；
所述分孔径红外偏振成像系统(2)和所述激光三维成像系统(3)光轴共轴且设置于所述云台(1)上；
通过所述云台(1)控制所述分孔径红外偏振成像系统(2)旋转，使所述分孔径红外偏振成像系统(2)获取大视场实时红外与偏振图像，根据所述红外与偏振信息融合图像确定目标区域，通过所述云台(2)使所述目标区域处于所述分孔径偏振成像系统(1)的视场中心；
所述激光三维成像系统(3)测量所述目标区域，获取目标的距离图像和强度图像。


2.根据权利要求1所述的探测装置，其特征在于，所述分孔径红外偏振成像系统(1)包括红外探测器(9)、成像后组(8)、分光组(6)和偏振调制组(4)；
所述目标的辐射能量经过所述偏振调制组(4)后，再经过分光组得到不同偏振态的目标图像成像于中继像面(7)，然后经成像组成像所述红外探测器(9)上。


3.根据权利要求2所述的探测装置，其特征在于，所述偏振调制组(4)包含至少包含四个通道，三个通道分别放置角度为0°、30°和60°的第一偏振片(4-1)、第二偏振片(4-2)和第三偏振片(4-3)，第四个通道为未放置偏振片的红外成像通道。


4.根据权利要求2所述的探测装置，其特征在于，所述分孔径红外偏振成像系统(1)还包括依次设置于所述红外探测器(9)和所述偏振调制组(4)之间的分光组、中继像面(7)和成像组(8)；
所述分光组的数量和位置与所述偏振调制组(4)对应，不同调制通道的目标辐射能量经过所述分光组后成像于所述中继像面(7)上，再经过所述成像组(8)将不同偏振态的所述目标图像成像于所述红外探测器(9)上。


5.根据权利要求1所述的探测装置，其特征在于，所述激光三维成像系统(3)包括脉冲激光器(22)、扫描振镜X轴(12)、扫描振镜Y轴(13)、单光子探测器(18)和时间相关计数器(19)；
所述脉冲激光器(22)出射设定重频的激光，所述扫描振镜X轴(12)和扫描振镜Y轴(13)对所述激光进行角度调整；
所述单光子探测器(18)用于接收所述目标的激光回波光子信号；
所述脉冲激光器(22)出射所述激光时发送触发开始信号给所述时间相关计数器(19)，所述单光子探测器(18)接收到所述目标的回波光子信号时产生电信号发送给所述时间相关计数器(19)；
根据所述触发开始信号与所述电信号的时间差得到所述目标的距离，调整所述扫描振镜X轴(12)和扫描振镜Y轴(13)得到不同位置下的所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜卫超，潘德彬，王晨晟，余徽，曾宪江，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一七研究所，
类型：发明
国别省市：湖北;42