[发明专利]一种含光纤参比光路的非制冷红外焦平面成像系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种含光纤参比光路的非制冷红外焦平面阵列成像系统，尤其是一种利用光纤参比光路监控光源波动信号，用以修正红外图像的非制冷红外焦平面阵列成像系统。

背景技术

红外热成像技术越来越受到各行各业的重视。为克服传统的红外热成像系统成本、体积、重量、功耗等问题的影响，近年来，基于MOEMS技术的光读出式微悬臂梁焦平面阵列(focal plane array，FPA)热成像系统，受到了广大研究机构的重视。

基于MOEMS技术的光读出式微悬臂梁焦平面阵列(focal plane array，FPA)热成像系统，是实现红外光——热机械变形——照射可见光的反射光强变化——还原图像的过程。系统采用焦平面阵列器件FPA作为红外图像传感器，焦平面阵列器件是一种微悬臂梁结构，微悬臂梁由两种热膨胀系数相差较大的材料构成，当微悬臂梁吸收红外辐射后，梁的温度上升，双材料层之间会很快达到热平衡，热平衡后，由于两种材料的热膨胀系数差别较大，它们之间的应力将使梁产生弯曲，弯曲量与微悬臂梁吸收的热量成正比。所以，外界的温度场会导致微悬臂梁阵列产生相应的变形。微悬臂梁变形量的检测主要有电读出和光读出两种方式：前者是通过检测微悬臂梁弯曲处的电容或电阻等电学参数的变化情况，来获得悬臂梁的形变量，该方法外围设备比较简单，但是要在FPA上额外构造复杂电路，加大了FPA的制造难度，并且电路本身的热量会在一定程度上影响红外图像的质量；另一种叫做光读出，在每一个微悬臂梁上，都有小反射镜，用可见光照射微悬臂梁阵列，微悬臂梁阵列的反射镜会将可见光反射，当每个微悬臂梁的变形量不同时，每个微悬臂梁携带的反射镜对照射的可见光的反射效果也会不同，通过检测反射光的变化量可获得悬臂梁的变形量，再还原为红外图像。该方法需要配置的外围设备比电读出复杂，但不需要在FPA上构造读出电路，避免了读出电路产生的热量对成像质量的影响。

就目前国内外技术资料来看，光读出远远未达到预期的成像效果。研究光读出FPA红外成像系统光路的成像原理可以看出，影响系统稳定性、可靠性、灵敏度的因素很多，其原因有两个方面，一方面是工艺、器件性能的制约，另一方面是系统整体设计水平。进一步提高光读出非制冷红外焦平面阵列成像系统性能，是的重要研究方向。

发明内容

本发明的目的是针对提高光读出非制冷红外焦平面阵列成像系统工作稳定性、可靠性和灵敏度的问题，提供一种含光纤参比光路的、可以有效消除光源电源纹波、光源老化对系统成像质量的影响，提高系统工作稳定性、可靠性和灵敏度的技术。

本发明的目的是由以下技术方案来实现：

①本发明的含光纤参比光路的非制冷红外焦平面阵列成像系统，包括红外成像光路、照明光路、光学读出光路、光纤参比光路、图像采集及处理装置。红外成像光路包含红外成像镜头和红外焦平面阵列传感器，为成像提供红外图像；照明光路包含光源、准直镜头组和分束镜组，为成像系统提供可见照明成像光束和光纤参比照明光束；光学读出光路包含若干成像镜头组和滤波器，用于对被红外成像光路空间调制以后的可见照明成像光束进行滤波、聚焦成像，图像成像在图像采集与处理系统9的CCD靶面上；光纤参比光路用以提供光源能量变化的参比信号；图像采集和处理装置对信号处理后输出红外图像。

②该系统的成像特点是：红外成像镜头将外界目标聚焦成像在红外焦平面阵列器件，红外焦平面阵列器件接收红外成像光线，并且其阵列像元产生相应的变化；从光源发出的光，被扩束、准直以后，再被分成两束，一束射向红外成像光路并被空间调制以后进入光学读出光路，成像于图像采集与处理系统9的CCD表面，另一束经过聚焦进入光纤，从光纤出射以后射到图像采集与处理系统9的CCD表面。图像采集与处理系统9的CCD不同的区域分别接收光纤参比信号和光学读出光路输出的信号。

③该系统在图像处理过程中，用光纤参比信号对红外图像信号不断地进行修正，从而达到光源电源纹波、光源老化对系统成像质量的影响，提高系统工作稳定性、可靠性和灵敏度的目的。

有益效果

采用本发明可以实现对红外图像的修正，扣除光源电源纹波、光源老化、对系统成像质量的影响，提高系统工作稳定性、可靠性和灵敏度。较之早前的非制冷红外焦平面成像系统，在同等条件下，其成像性能得到提高，并且对使用环境要求、系统器件要求也相应降低。

附图说明

图1是一般的光读出非制冷红外焦平面成像系统示意图；

图2是本发明的含光纤参比光路的非制冷红外焦平面成像系统示意图；