一种可同时对可见光谱段和短波红外谱段成像的电子学系统技术方案

本申请属于光电探测技术领域，特别是涉及一种同时对可见光谱段和短波红外谱段成像的电子学系统，包括：探测器，用于探测可见光谱段和短波红外谱段的目标；温控单元，用于保持所述探测器温度恒定；FPGA控制单元，用于处理和整合图像信息和温度信息；数据输出单元，用于将处理好的信息传输给快视设备；电源供电单元，用于为其他单元提供所述直流电平。本申请采用单个成像系统，有效增加探测器输入能量，提高了仪器整体性能。提高了仪器整体性能。提高了仪器整体性能。

【技术实现步骤摘要】
一种可同时对可见光谱段和短波红外谱段成像的电子学系统


[0001]本申请涉及光电探测
，特别是涉及一种同时对可见光谱段和短波红外谱段成像的电子学系统。

技术介绍

[0002]近年来，随着红外焦平面探测器的发展，多谱段的成像光谱仪已经广泛应用于航空航天探测、大气成分分析以及军事国防等领域。可见光谱段(400nm
‑
700nm)和短波红外谱段(1000nm
‑
2000nm)是高光谱成像系统最常见的两个谱段。传统情况下，可见光谱段通常采用CMOS图像探测器或CCD探测器，短波红外谱段采用InGaAs探测器，二者无法采用相同的传感器技术。光学系统除了常规的望远镜系统、聚焦系统、准直系统以及狭缝，还需要分光系统，将入射光分配给不同谱段的成像系统。
[0003]由于可见光谱段和短波红外谱段分别采用不同的探测器，所以多谱段的光谱仪通常需要多片昂贵的探测器以及独立的光机系统，整机尺寸和系统成本居高不下。同时常规的FPGA接口无法兼容索尼探测器SLVS标准，另外常规的温控做法是采用运算放大器、功率晶体管等模拟器件实现温度反馈控制，该方法调节参数需要更改电路板上的阻容器件，操作麻烦，不易更换。

技术实现思路

[0004]基于此，本申请提供一种可同时对可见光谱段和短波红外谱段成像的电子学系统。
[0005]为解决上述技术问题，本申请提供一种可同时对可见光谱段和短波红外谱段成像的电子学系统，其特征在于，包括：
[0006]探测器，用于探测可见光谱段和短波红外谱段的目标，
[0007]温控单元，用于保持所述探测器温度恒定，
[0008]FPGA控制单元，用于处理和整合图像信息和温度信息，
[0009]数据输出单元，用于将处理好的信息传输给快视设备，
[0010]电源供电单元，用于为其他单元提供所述直流电平。
[0011]进一步的，所述探测器采用输出寄存器的方式，以数字量的形式提供所述探测器的实时温度。
[0012]进一步的，所述探测器为探测器IMX991，其输出信号标准为五路，其中四路为图像信号，一路为伴随时钟信号。
[0013]进一步的，所述探测器采用MC20901芯片，设计转换电路，将SLVS转换成FPGA可兼容的LVDS标准，使所述FPGA控制单元对图像数据进行处理和整合。
[0014]进一步的，所述温控单元采用热电制冷的方式对所述探测器的温度进行控制，通过所述探测器自带或外接的热敏电阻反应探测器实时温度，反馈给所述温控单元。
[0015]进一步的，所述温控单元采用温控芯片MAX8520，在FPGA内部实现PID算法，采用数
字化的方式实现探测器温度的闭环反馈控制系统。
[0016]本申请的有益效果：
[0017]1、本申请采用最新的索尼探测器IMX991，覆盖可见光谱段和短波红外谱段(400nm～1700nm)，原本需要两套甚至更多的成像电子学系统，现在只需要一套，对应的光机系统也会减少，可有效降低系统成本，减小空间需求。此外，本申请采用单个成像系统，可有效提高入射能量，提高整机性能。
[0018]2、针对探测器IMX991特殊的输出信号电平标准SLVS，采用MC20901芯片，设计转换电路，将SLVS转换成FPGA可兼容的LVDS标准，方便FPGA对图像数据进行处理和整合。
[0019]3、本申请采用热电制冷得方式降低探测器自身温度，降低了暗电流对图像信号的影响。
附图说明
[0020]图1为本申请实施例提供的电路总体框图；
[0021]图2为本申请实施例提供的图像信号电平标准转换部分的电路图；
[0022]图3为本申请实施例提供的温控模块的电路图。
具体实施方式
[0023]为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。
[0024]需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
[0025]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
[0026]实施例1：
[0027]本申请基于索尼公司的探测器IMX991,构建一套具有温度反馈控制功能的电子学成像系统，实现对可见谱段和短波红外谱段同时成像的目的。
[0028]一种可同时对可见光谱段和短波红外谱段成像的电子学系统，包括：
[0029]探测器，本申请的探测器采用索尼公司的探测器IMX991,用于探测可见光谱段和短波红外谱段的目标，输出代表目标辐亮度的数字信号，同时将探测器输出标准SLVS转换成FPGA兼容的电平标准；
[0030]温控单元，由于探测器需要对短波红外谱段进行探测，所以采用热电制冷的方式，保持所述探测器温度恒定；
[0031]FPGA控制单元，用于处理和整合图像信息和温度信息；
[0032]数据输出单元，用于将处理好的信息传输给快视设备，采用常规的Cameralink接口；
[0033]电源供电单元，用于为其他单元提供所述直流电平。
[0034]具体的，探测器IMX991：其输出信号标准为五路SLVS(Scalable Low Voltage Signaling)，其中四路为图像信号，一路为伴随时钟信号，SLVS由索尼公司特殊定义，电平标准如表1所示，用于高帧频和高分辨率的图像采集，可以提供更高的传输带宽和更低的功耗，最大传输速度为2.3Gbps。
[0035]现有FPGA的I/O接口无法兼容SLVS标准，需要特殊的外围电路或者专用的转换芯片，将SLVS转换为FPGA可兼容的LVDS或HSTL。本申请的技术方案选择专用转换芯片MC20901，可同时将五路SLVS信号转换成LVDS标准，并传输给FPGA进行数据处理整合。图像信号电平标准转换部分的电路图如图2所示，D
‑
PHY
‑
A/B/C/D/E为五路输入管脚，用来接收探测器的四路图像信号加一路时钟信号，在管脚处分别添加100欧姆差分电阻，提高信号完整性。
[0036]芯片MC20901包括两种输出标准：高速(HS)和低速(LP)，高速标准最大数据率为2.5Gbps，低速标准最大数据率为20Mbps。探测器输出数据率为594Mbps，故选择高速输出接口，输出标准为LVDS，直接发送给FPGA进行图像处理。低速输出接口悬空处理。
[0037]表1.SLVS的电平标准
[0038]参数最小值典型值本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可同时对可见光谱段和短波红外谱段成像的电子学系统，其特征在于，包括：探测器，用于探测可见光谱段和短波红外谱段的目标，温控单元，用于保持所述探测器温度恒定，FPGA控制单元，用于处理和整合图像信息和温度信息，数据输出单元，用于将处理好的信息传输给快视设备，电源供电单元，用于为其他单元提供所述直流电平。2.根据权利要求1所述的一种可同时对可见光谱段和短波红外谱段成像的电子学系统，其特征在于，所述探测器采用输出寄存器的方式，以数字量的形式提供所述探测器的实时温度。3.根据权利要求2所述的一种可同时对可见光谱段和短波红外谱段成像的电子学系统，其特征在于，所述探测器为探测器IMX991，其输出信号标准为五路，其中四路为图像信号，一路为伴随时钟信号。4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：张航，李帅，郑玉权，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：