[发明专利]共孔径激光主动照明成像系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于微光夜视领域的主动照明成像设备。

背景技术

微光夜视成像系统可以根据有无照明分为被动微光成像和主动照明成像两种类型。被动微光成像系统的成像探测器采集的光信号完全来自于目标漫反射自然光或自身的辐射；主动照明成像系统，是在被动成像系统的基础上，人工施加照明条件，即搭建与成像系统工作波段相匹配的照明光源，探测器接收目标所反射的照明光源的光信号进行成像。随着激光器的出现和发展，主动照明成像系统逐渐开始采用激光器作光源，照明距离大大提高，功率又降低许多。

激光主动照明成像技术是将激光技术、成像传感器技术、微弱目标成像处理技术相结合发展起来的一种新技术。它的成像距离比被动成像系统长得多；通过对远、小、暗目标或其局部进行照明，可以减小背景辐射的影响，提高成像系统对这些特殊目标的精确跟踪和成像测量能力；除了对微弱辐射的目标可以提供照明成像，还可以使用特殊波段的照明光源，配合以相应波段的探测器，用以获取特殊成像信息。

现在普遍应用的激光主动照明成像系统主要是平行光路式，其照明单元和成像单元分立，应用时按照各自的光轴平行架设。这种光路形式简便易行，但是由于照明单元的光轴和成像单元的光轴不共轴，只有在两个光路交叠的区域里照明才有效，照明成像的有效范围小，而且照明光是从目标相对于成像单元的侧面入射的，由于大气微粒的散射、被探测目标前物体的反射等原因，容易在成像单元采集的图像上形成“彗尾”(图像靠近照明单元侧处出现亮斑)，这种影响使采集的图像无法真实反映目标特征，图像对比度差。当这种影响过强时，甚至会使目标淹没于“彗尾”中。

发明内容

本发明目的是利用分束系统实现共孔径激光主动照明成像，使系统的成像单元的光轴和照明单元的光轴重合，二者共享同一物镜。通过照明单元的预准直镜头设计，使照明单元的发散角覆盖成像单元的视场角。在调节物镜焦距成像时，同时也调节了照明光路的施照范围，从而克服了平行光路结构在调节系统焦距需要各自分别调节并改变光轴夹角的缺点。并且由于光路的对称性，被成像的目标就是被照明的目标，从而也很好的解决了后向散射问题。不仅如此，该系统易于实现，耦合的照明光路后光能利用率高，照明光斑均匀性更好，被探测目标的对比度被大大提高，便于对处于恶劣成像环境的物体进行成像观察，主要应用于微光环境下远、小、暗目标的高光能利用率主动照明成像探测和监视。

根据本发明的共孔径激光主动照明成像系统包括激光器、预准直镜头、分束系统、成像物镜、成像探测器和显示系统；激光器、预准直镜头和成像物镜构成照明单元，成像物镜和成像探测器构成成像单元，分束系统能将成像单元和照明单元的光轴合成为一条光轴，使二者共享同一物镜；从激光器发出的照明光束经预准直镜头预准直达到预定的发散角后经由分束系统入射至成像物镜，然后对成像目标进行照明，被照明的成像目标反射的照明光经由同一成像物镜成像后再次经过分束系统，由成像探测器采集，最终由显示系统显示。

其中，分束系统包括线偏振片、偏振分束棱镜和λ/4波片，从预准直镜头出射的照明光经线偏振片、偏振分束棱镜和λ/4波片后入射至成像物镜，从被照明的成像目标反射的照明光经由同一成像物镜后再次经过分束系统的λ/4波片、偏振分束棱镜后由成像探测器采集。

其中，分束系统中的偏振分束棱镜可由偏振分束镜代替。

其中，分束系统可由半透半反镜单独构成。

其中，分束系统可由半透半反棱镜单独构成。

其中，成像物镜的选择根据探测距离指标决定，对于远距离照明成像采用望远物镜，对于近距离照明成像采用照相物镜，成像物镜的焦距范围为8mm～3000mm。

其中，照明单元的发散角覆盖成像单元的视场角，照明单元的预准直镜头的发散角其中d′为成像探测器的光敏面的对角线长度，f′为成像物镜的焦距，预准直镜头的直径D和透镜背焦l之间满足D＞2ltanθ′。

其中，预准直镜头的焦距预准直发散角θ′、多模光纤直径d、入射高斯光束束腰ω₀之间满足其中预准直镜头的焦距的范围为3～500mm。

其中，考虑到透镜背焦l在选择透镜时是不可以作为指标来提供的，而预准直镜头焦距可以，且有因为数值孔径NA＝nsinθ≈θ，可以得到作为设计用式。

其中，激光器与预准直镜头的耦合方式为通过光纤耦合或直接耦合，其波长范围为100nm～12um，优选266nm～1500nm。。

附图说明

图1为根据本发明的第一实施方式的主动照明成像系统的结构示意图；