基于雾霾衰减系数的短波红外全偏振成像装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于雾霾衰减系数的短波红外全偏振成像装置与方法，属于恶劣环境下目标的探测与识别技术领域，装置包括会聚准直装置、多模式偏振成像集成装置、调控装置和永磁无刷直流电机，所述方法是采用所述的基于雾霾衰减系数的短波红外全偏振装置实现的，基于雾霾衰减系数的短波红外全偏振成像装置与方法，引入光强衰减系数与偏振成像结合起来实现对目标与背景的探测。对目标与背景的探测。对目标与背景的探测。

【技术实现步骤摘要】
基于雾霾衰减系数的短波红外全偏振成像装置与方法


[0001]本专利技术涉及恶劣环境下目标的探测与识别
，具体涉及一种基于雾霾衰减系数的短波红外全偏振成像装置与方法。

技术介绍

[0002]恶劣条件下飞机降落过程中面临复杂光场干扰、可视距离受限、目标分类能力不足等难题，使得传统降落引导系统存在认不清、看不远、辨不出的问题。在无雷达导引或无地面指示等极端恶劣条件下或在战争条件下，目前尚未有一种有效的方式可以对恶劣环境的飞机降落引导进行高质量成像，并没有实现真正意义上的“盲降”。
[0003]2002年德国航空航天中心进行了红外光谱区的模型计算，选择大气红外探测窗口3
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5微米和8
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12微米，并与0.55微米处定义的可视范围进行比较，用以研究着陆进场期间低能见度条件下，特别是雾对空中交通的影响；2018年，俄罗斯圣彼得堡理工大学研究了增强飞行视觉系统(EFVS)中图像预处理方法，该系统的设计重点是全天候视觉，可通过对可见光、红外和毫米波信息的智能融合来实现；2019年，德国空客直升机公司将多光谱增强视觉系统(EVS)传感器集成在退化视觉环境(DVE)系统中，应用在民用认证H145直升机上，可增强雾天和弱光条件下的能见度；2018年西北工业大学提出了一种新的红外
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惯性导航方法，用于低能见度和全球定位系统(GPS)拒绝环境下的民用飞机精确着陆；2018年，中航工业631所开发了一个基于短波红外图像传感器的低成本ESVS样机，用于民用运输机着陆时透雾霾看天气状况。但是在极端恶劣环境下，上述技术在穿透气象障碍对环境成像仍然有缺陷与不足。
[0004]通过对气候气象环境的形势分析，雾霾等天气将会在今后相当长的时期内，给光电探测成像仪器带来无法避免的影响。现有的光电仪器采用的大多是可见光或红外多谱段偏振探测成像技术，存在探测距离近、去雾效果弱、分类识别能力差等不足。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提出了一种基于雾霾衰减系数的短波红外全偏振成像装置与方法，解决了现有技术缺少对不同雾霾浓度中利用短波红外偏振特性进行目标识别和探测的问题。
[0006]本专利技术为实现上述目的采用的技术方案是：本专利技术提出了一种基于雾霾衰减系数的短波红外全偏振成像装置，包括会聚准直装置、多模式偏振成像集成装置、调控装置和永磁无刷直流电机；所述会聚准直装置用于对目标透射光与大气光进行汇聚准直处理，获得短波红外波平行光束，并向多模式偏振成像集成装置传输；所述多模式偏振成像集成装置包括多谱窗口可调短波红外辐射计、短波红外偏振成像装置和壳体，所述多谱窗口可调短波红外辐射计和短波红外偏振成像装置均固定在壳体上，多谱窗口可调短波红外辐射计包括窗口可调装置、多谱滤波旋转装置、接收透镜、PIN光电二极管、信号放大电路、示波器、第一微型计算机和驱动电机，沿着光线的传输
方向，所述窗口可调装置、多谱滤波旋转装置、接收透镜和PIN光电二极管依次设置；所述信号放大电路的输入端与PIN光电二极管连接，信号放大电路的输出端与示波器连接，第一微型计算机分别与示波器及驱动电机连接，第一微型计算机输出电信号作为控制信号输入到驱动电机完成对驱动电机的控制，驱动电机的输出端与多谱滤波旋转装置连接，用于驱动多谱滤波旋转装置旋转；其中窗口可调装置在非工作状态下关闭，在工作状态下打开，窗口可调装置用于使得进入后续光路的光辐射达到最大，窗口可调装置由布儒斯特窗口、硅光电二极管、探测器以及三个调节螺母构成，布儒斯特窗口初始方向与射向窗口可调装置的入射光主光路方向平行，三个调节螺母设置在布儒斯特窗口的下面，硅光电二极管放置在布儒斯特窗口下方，硅光电二极管用于接收布儒斯特窗口的反射光信号；探测器与硅光电二极管连接；在工作时，使得探测器光辐射读数达到最大；所述多谱滤波旋转装置为多个波段滤光片组成的旋转结构，多谱滤波旋转装置由八片滤波片呈扇形依旋转序列构成；所述短波红外偏振成像装置包括检偏器组件、红外热像仪、第二微型计算机和步进电机，所述步进电机的输出端与检偏器组件连接；所述检偏器组件配置为将其接收到的光束转换为0
°
线偏振光、45
°
线偏振光、90
°
线偏振光或135
°
线偏振光中的一种，检偏器组件与第二微型计算机连接；所述红外热像仪设置在检偏器组件的出射光路上，红外热像仪和第二微型计算机双向通信连接，红外热像仪采集红外辐射强度图像，并将红外辐射强度图像输入至第二微型计算机；所述调控装置用于向永磁无刷直流电机发送控制信号；所述永磁无刷直流电机接收调控装置向其发送的信号并根据信号控制多模式偏振成像集成装置进行模式选择；多模式偏振成像集成装置包括两种工作模式，分别为模式一与模式二，调控装置设置信号值，所述信号值包括“1”和“2”，将调控装置信号值设为“1”时，对应模式一，此时永磁无刷直流电机将多谱窗口可调短波红外辐射计调整至与会聚准直装置的光轴平行；将调控装置信号值设为“2”时，对应模式二，此时永磁无刷直流电机将短波红外偏振成像装置调整至与会聚准直装置的光轴平行。
[0007]进一步，所述会聚准直装置包括聚光组件和准直组件，聚光组件为带有短波红外波段增透膜的氟化钙双凸透镜，准直组件为氟化钙平凸组合透镜，所述聚光组件和准直组件的光轴在同一条直线，且准直组件位于聚光组件出射光路上，聚光组件用于对目标透射光与大气光进行会聚处理，并向准直组件传输；所述准直组件用于对接收到的光束进行准直处理，得到平行光束，并向多模式偏振成像集成装置传输。
[0008]进一步，所述多谱滤波旋转装置中的八片滤波片滤波波长分别选取808nm、905nm、1020nm、1129nm、1241nm、1356nm、1500nm和1611nm。
[0009]进一步，所述信号放大电路采用有偏直流跨导放大电路，包括电解电容、电阻和运算放大器，其中电解电容与电阻并联，并联后作为一个整体并联在运算放大器两端进行信号放大。
[0010]进一步，所述检偏器组件由圆偏振片、一个高消光比线偏振片轮、编码器和驱动器构成，高消光比线偏振片轮上设置有高消光比线偏振片，编码器设置在高消光比线偏振片中心处，用于记录该高消光比线偏振片实时位置；圆偏振片位于高消光比线偏振片前方用于全偏振信息获取，驱动器位于高消光比线偏振片轮的轴上，驱动器与步进电机的输出端连接，通过步进电机驱动该高消光比线偏振片依预先设定转速转动；其高消光比线偏振片
的透过波段为0.8
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1.7μm，消光比为10000:1，透过率大于80%，直径60mm。
[0011]进一步，所述检偏器组件与红外热像仪水平排列放置，间隔距离为1cm。
[0012]本专利技术还提出了一种基于雾霾衰减系数的短波红外全偏振成像方法，所述方法是采用所述的基于雾霾衰减系数的短波红外全偏振装置实现的，包括如下步骤：步骤S1、前期准备首先需要调整会聚准直装置，使透过雾霾的入射光线通过会聚准直装置后会聚准直地进入到多模式偏振成像集本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于雾霾衰减系数的短波红外全偏振成像装置，其特征在于，包括会聚准直装置（1）、多模式偏振成像集成装置（2）、调控装置（3）和永磁无刷直流电机（4）；所述会聚准直装置（1）用于对目标透射光与大气光进行汇聚准直处理，获得短波红外波平行光束，并向多模式偏振成像集成装置（2）传输；所述多模式偏振成像集成装置（2）包括多谱窗口可调短波红外辐射计（21）、短波红外偏振成像装置（22）和壳体，所述多谱窗口可调短波红外辐射计（21）和短波红外偏振成像装置（22）均固定在壳体上，多谱窗口可调短波红外辐射计（21）包括窗口可调装置（211）、多谱滤波旋转装置（212）、接收透镜（213）、PIN光电二极管（214）、信号放大电路（215）、示波器（216）、第一微型计算机（217）和驱动电机（218），沿着光线的传输方向，所述窗口可调装置（211）、多谱滤波旋转装置（212）、接收透镜（213）和PIN光电二极管（214）依次设置；所述信号放大电路（215）的输入端与PIN光电二极管（214）连接，信号放大电路（215）的输出端与示波器（216）连接，第一微型计算机（217）分别与示波器（216）及驱动电机（218）连接，第一微型计算机（217）输出电信号作为控制信号输入到驱动电机（218）完成对驱动电机（218）的控制，驱动电机（218）的输出端与多谱滤波旋转装置（212）连接，用于驱动多谱滤波旋转装置（212）旋转；其中窗口可调装置（211）在非工作状态下关闭，在工作状态下打开，窗口可调装置（211）用于使得进入后续光路的光辐射达到最大，窗口可调装置（211）由布儒斯特窗口（2110）、硅光电二极管（2111）、探测器（2112）以及三个调节螺母（2113）构成，布儒斯特窗口（2110）初始方向与射向窗口可调装置（211）的入射光主光路方向平行，三个调节螺母（2113）设置在布儒斯特窗口（2110）的下面，硅光电二极管（2111）放置在布儒斯特窗口（2110）下方，硅光电二极管（2111）用于接收布儒斯特窗口（2110）的反射光信号；探测器（2112）与硅光电二极管（2111）连接；在工作时，使得探测器光辐射读数达到最大；所述多谱滤波旋转装置（212）为多个波段滤光片组成的旋转结构，多谱滤波旋转装置（212）由八片滤波片呈扇形依旋转序列构成；所述短波红外偏振成像装置（22）包括检偏器组件（221）、红外热像仪（222）、第二微型计算机（223）和步进电机（224），所述步进电机（224）的输出端与检偏器组件（221）连接；所述检偏器组件（221）配置为将其接收到的光束转换为0
°
线偏振光、45
°
线偏振光、90
°
线偏振光或135
°
线偏振光中的一种，检偏器组件（221）与第二微型计算机（223）连接；所述红外热像仪（222）设置在检偏器组件（221）的出射光路上，红外热像仪（222）和第二微型计算机（223）双向通信连接，红外热像仪（222）采集红外辐射强度图像，并将红外辐射强度图像输入至第二微型计算机（223）；所述调控装置（3）用于向永磁无刷直流电机（4）发送控制信号；所述永磁无刷直流电机（4）接收调控装置（3）向其发送的信号并根据信号控制多模式偏振成像集成装置（2）进行模式选择；多模式偏振成像集成装置（2）包括两种工作模式，分别为模式一与模式二，调控装置（3）设置信号值，所述信号值包括“1”和“2”，将调控装置（3）信号值设为“1”时，对应模式一，此时永磁无刷直流电机（4）将多谱窗口可调短波红外辐射计（21）调整至与会聚准直装置（1）的光轴平行；将调控装置（3）信号值设为“2”时，对应模式二，此时永磁无刷直流电机（4）将短波红外偏振成像装置（22）调整至与会聚准直装置（1）的光轴平行。2.根据权利要求1所述的基于雾霾衰减系数的短波红外全偏振成像装置，其特征在于：所述会聚准直装置（1）包括聚光组件（11）和准直组件（12），聚光组件（11）为带有短波红外波段增透膜的氟化钙双凸透镜，准直组件（12）为氟化钙平凸组合透镜，所述聚光组件（11）
和准直组件（12）的光轴在同一条直线，且准直组件（12）位于聚光组件（11）出射光路上，聚光组件（11）用于对目标透射光与大气光进行会聚处理，并向准直组件（1...

【专利技术属性】
技术研发人员：战俊彤，刘宏宇，张肃，付强，李英超，段锦，邹宏扬，
申请(专利权)人：北京空间机电研究所，
类型：发明
国别省市：