多光谱数据融合成像光学系统技术方案

本申请提出了多光谱数据融合成像光学系统，包括紫外模块、可见光模块、红外模块；以及同时接收紫外模块、可见光模块、红外模块输出光线的图像信号处理电路板，在图像信号处理电路板与紫外模块、可见光模块、红外模块之间设有接插件；紫外模块、可见光模块为共轴光路，与红外模块的光路平行设计。采用多光路独立设计，能够同时满足三种波段的探测需求，同时保证了足够的探测精度。证了足够的探测精度。证了足够的探测精度。

【技术实现步骤摘要】
多光谱数据融合成像光学系统


[0001]本申请涉及光谱数据融合领域，尤其涉及多光谱数据融合成像光学系统。

技术介绍

[0002]从传感器角度来说，目前，日盲紫外成像器件主要分为真空倍增型和宽禁带半导体型两大类。真空型日盲紫外成像器件的代表是以CsTe等阴极材料制成的真空光电倍增成像器件ICCD，典型的日盲紫外半导体探测器件主要有AlGaN、 GaN和SiC等。相对于半导体器件，真空倍增器件的工艺稳定性和探测性能综合较优，日盲型紫外成像仪产品通常选用ICCD作为紫外成像器件。红外成像器件技术较为成熟，通常选用氧化钒或者碲镉汞材料的焦平面探测器。可见光成像器件为硅基器件，通常为CMOS或者CCD器件。三类成像器件由于材料的感光波段完全不同，无法选用一种材质进行三个波段的探测，因此，从传感器角度来看，单一器件难以实现三个波段的复用。
[0003]从成像镜头来看，可见光波段光学镜头的光学材料选择面比较广，从火石玻璃到冕牌玻璃都选择，并且通过材料组合实现消色差设计，大幅提高成像质量。紫外波段的光学材料很有限，具备实用价值的光学材质主要有紫外熔石英和氟化钙，材料相对较少，造成紫外光学镜头的光学设计较难。能够透过热红外光的光学材料较少，主要为硅、锗等材料，其加工方式也和传统光学镜头的打磨抛光有所区别。由此可见，目前暂不存在一种光学材料，可同时作为紫外、可见光和热红外三个波段的光学镜头材料，因此三波段探测无法共用一套光学系统。

技术实现思路

[0004]本申请实施例提出了多光谱数据融合成像光学系统，采用多光路独立设计，能够同时满足三种波段的探测需求，同时保证了足够的探测精度。
[0005]具体的，多光谱数据融合成像光学系统，所述系统包括：
[0006]紫外模块、可见光模块、红外模块；
[0007]以及同时接收紫外模块、可见光模块、红外模块输出光线的图像信号处理电路板，在图像信号处理电路板与紫外模块、可见光模块、红外模块之间设有接插件；
[0008]其中，采用紫外模块、可见光模块为共轴光路，与红外模块的光路平行设计。
[0009]可选的，所述共轴光路，包括：
[0010]光束经过成像镜头后被分光镜分成2路，紫外光信号透过分光镜进入紫外镜头、滤光片、增强器，进入紫外ICCD成像；
[0011]可见光信号被反射进入可见光镜头，至可见光ICCD成像。
[0012]可选的，所述共轴光路，包括：
[0013]可见光信号透过与原光束呈45
°
的分光镜，紫外光被分光镜反射，与原光束呈90
°
；
[0014]滤光片加在成像镜头前。
[0015]可选的，所述系统，包括：
[0016]为使入射至紫外ICCD的光能量能满足成像需求，保证入射至紫外ICCD的光通量需大于等于1
×
10
‑
17W；
[0017]目标发射出的辐射经过紫外物镜和滤光片后入射到紫外ICCD的辐射通量通过下面的公式进行计算：
[0018][0019]式中：D为紫外物镜通光口径，L为目标到紫外物镜第一个面的距离，k是与探测角度相关的系数，τfilter和τlens和分别为滤光片和紫外物镜透过率，τ(λ)L/1000是大气衰减系数。
[0020]可选的，所述系统，包括：
[0021]紫外带通滤光片的半宽度透过率为0.21，紫外物镜整体透过率大于等于0.8，通过设计需求中视场角指标得知实际探测物体与探测仪之间法线夹角，在计算时k＝1；
[0022]将参数k＝1，τfilter＝0.21，和τlens＝0.8代入上式得到：
[0023][0024]将探测最小紫外光灵敏度2
×
10
‑
18W/cm2，结合所提到的紫外ICCD光通量需求1
×
10
‑
17W代入计算得到满足成像需求的紫外物镜通光口径大小为D≥ 50.215mm；
[0025]通过口径大小为52mm。
[0026]可选的，所述系统，包括：
[0027]紫外物镜的焦距通过紫外ICCD的尺寸和系统的光学视场角计算得到，如下式：
[0028][0029]式中：d为ICCD对角线尺寸，2ω
′
为系统光学视场角；计算得到所需的紫外物镜焦距f
’
≤80mm，选取系统焦距为80mm。
[0030]可选的，所述系统，包括：
[0031]由系统的角分辨率需求及系统焦距可计算得到紫外物镜对点物所成像的80％弥散斑半径r需满足：
[0032][0033]将设计的紫外物镜的焦距及角分辨率需求代入得到r小于等于0.07mm。
[0034]有益效果：
[0035]在本方案中，日盲紫外图像由于无直观的目视背景，必须附加一路可见光图像，作为观测目标的对照和参考，因此需要进行紫外、可见光双光路融合设计，提供无视差的紫外和可见光同轴图像。热红外图像细节丰富，与可见光图像目视效果接近，因此无需提供可见光图像参照。
附图说明
[0036]为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还根据这些附图获得其他的附图。
[0037]图1为本申请实施例提出的多光谱融合系统的光路结构；
[0038]图2为本申请实施例提出的可见反射紫外透射式的光路结构；
[0039]图3为本申请实施例提出的可见透射紫外反射式的光路结构；
[0040]图4为本申请实施例提出的可见透射紫外反射短光路的光路结构；
[0041]图5为本申请实施例提出的紫外探测器结构模型的结构示意图；
[0042]图6为本申请实施例提出的球面镜头成像效果；
[0043]图7为本申请实施例提出的非球面镜头效果；
[0044]图8为本申请实施例提出的日盲紫外滤光片透过率曲线。
具体实施方式
[0045]为使本申请的结构和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的结构作进一步地描述。
[0046]如图1至图8所示，多光谱数据融合装置光学系统包含紫外模块、红外模块、可见光模块及相关的光学平台。拟采用紫外/可见光共轴光路设计，且与红外并行光路设计。如图所示。
[0047]为了保证可见光和紫外光在后期进行图像融合的时候能够尽量增加图像的重合率，可见光和紫外光的光路采用共轴光路设计。分别对紫外投射可见光反射、紫外反射可见光投射两种共轴光路设计做了研究。
[0048]多光谱融合系统由两个窗口组成，一个窗口为热红外通道，另一个窗口为共轴复合的紫外和可见光通道。两个通道应当尽量接近，视角尽量一致，避免视差过大带来图像复合不准确。三通道检测设备是将可见光、红外、紫外三个检测相机集成到一个可手持平台上。硬件部分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.多光谱数据融合成像光学系统，其特征在于，所述系统包括：紫外模块、可见光模块、红外模块；以及同时接收紫外模块、可见光模块、红外模块输出光线的图像信号处理电路板，在图像信号处理电路板与紫外模块、可见光模块、红外模块之间设有接插件；其中，采用紫外模块、可见光模块为共轴光路，与红外模块的光路平行设计。2.根据权利要求1所述的多光谱数据融合成像光学系统，其特征在于，所述共轴光路，包括：光束经过成像镜头后被分光镜分成2路，紫外光信号透过分光镜进入紫外镜头、滤光片、增强器，进入紫外ICCD成像；可见光信号被反射进入可见光镜头，至可见光ICCD成像。3.根据权利要求1所述的多光谱数据融合成像光学系统，其特征在于，所述共轴光路，包括：可见光信号透过与原光束呈45
°
的分光镜，紫外光被分光镜反射，与原光束呈90
°
；滤光片加在成像镜头前。4.根据权利要求1所述的多光谱数据融合成像光学系统，其特征在于，所述系统，包括：为使入射至紫外ICCD的光能量能满足成像需求，保证入射至紫外ICCD的光通量需大于等于1
×
10
‑
17W；目标发射出的辐射经过紫外物镜和滤光片后入射到紫外ICCD的辐射通量通过下面的公式进行计算：式中：D为紫外物镜通光口径，L为目标到紫外物镜第一个面的距离，k是与探测角度相关的系数，τfilter和τlens和分别为滤光片和紫外...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋科若，钱凯，马丽军，梁流铭，许欣，肖立飞，翁张力，黄桢，耿烺，沈浩，潘庆，潘杰锋，杨跃平，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司宁波供电公司，
类型：发明
国别省市：