[发明专利]一种基于稀疏孔径压缩计算关联的主动成像系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及稀疏孔径主动成像领域，特别涉及一种基于稀疏孔径压缩计算关联的主动成像系统及方法。

背景技术

在中远距离目标的成像探测中，根据有无照明光源，分为主动成像和被动成像两种成像方式。被动成像最大的特点就是本身不带光源，依赖目标或环境反射太阳等自然光或目标自身辐射，使用成像设备检测这些微弱信号并最终成像。主动成像是指利用人工照明的方式，采用一个人造光学辐射源照射目标，并利用接收机收集和探测目标景物直接或反射后的部分光辐射并最后成像。由于激光具有高强度、高准直性、单色性好、易于同步等优点，因而在主动成像系统中常常采用激光器作为照明光源来照射远处小目标，探测激光脉冲回波信号，获得远处小目标的高分辨率图像。利用激光主动成像技术与先进的图像处理技术相结合探测目标，可提高远距离目标图像的分辨率，可以在全天时、零照度条件下，随时在所关心的区域内进行目标探测，在中远距离成像上具有重要的实用价值和广泛的应用前景。

激光主动成像系统获取的图像中，电子线路干扰、探测器噪声（包括热噪声、散粒噪声、光子噪声）等都会对所成图像造成影响。激光在大气中传输时，大气湍流会导致激光闪烁，在图像上会产生斑纹。此外，由于激光的相干性，所生成的图像会受到散斑噪声污染。图像的散斑噪声印制问题突出，在抑制噪声时还要保持细节信息，在技术实现上十分困难。另外，激光主动成像一般采用面阵探测器，面阵探测器带来的电学噪声和成本不容忽视。此外，在微光和夜视、远距离小目标探测和深空目标探测成像等应用领域，亮度低，受大气的传输性影响严重，尤其是大气的后向散射，使最灵敏的微光电视系统也不能提供足够的分辨率，很难探测和识别目标，而红外成像系统也受到温度对比低的限制。因而在弱光探测时单位像素上的感光灵敏度成为制约弱光主动成像的主要因素，当光均衡到平面上，单位像素上的通光量也随之下降，如何提高通光量和减少噪声，已经成为现有激光主动成像系统的瓶颈问题，唯有改变成像方式，提出新的成像理念，才能打破这一限制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的激光主动成像系统所具有的缺陷，从而提供一种低成本、高效率的主动成像系统与方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于稀疏孔径压缩计算关联的主动成像系统，包括：偏振光源发射单元19、扩束透镜18、第四准直透镜17、随机光学调制单元16、稀疏孔径单元、自由空间准直单元、光束反射单元、束斑合成单元13、第一透镜14、偏振光分束器15、全反射镜20、会聚收光透镜21、光探测器22以及压缩计算关联算法模块23；其中，所述稀疏孔径单元包括至少三个子望远镜透镜，所述自由空间准直单元包括至少三个准直透镜，所述光束反射单元包括至少三个反射镜组；一子望远镜透镜、一准直透镜、一反射镜组形成一条光路；

所述偏振光源发射单元19所发出的偏振光经所述扩束透镜18扩束、第四准直透镜17准直后照射到所述随机光学调制单元16，所述随机光学调制单元16加载随时间变化的散斑以对偏振光进行随机相位调制，然后通过所述偏振光分束器15将随机调制后的偏振光反射到所述第一透镜14；接着依次通过所述束斑合成单元13、光束反射单元、自由空间准直单元以及稀疏孔径单元传播到待测物体；待测物体反射所接收到的偏振光，反向传播通过稀疏孔径单元、自由空间准直单元、光束反射单元、束斑合成单元13、第一透镜14、偏振光分束器15、全反射镜20后进入所述会聚收光透镜21，通过所述会聚收光透镜21聚焦到所述光探测器22；所述光探测器22采集光信号，输出测量数序列；所述随机光学调制单元16和所述光探测器22之间同步；计算出加载在所述随机光学调制单元16上的随时间变化的散斑传播到物体表面上的光场分布，以得到最终测量矩阵，将所述最终测量矩阵与多个同步周期内测量得到的测量数序列传输到所述压缩计算关联算法模块23，由所述压缩计算关联算法模块23通过压缩计算关联算法重构物体的反射光图像。

上述技术方案中，所述稀疏孔径单元包括第一子望远镜透镜1、第二子望远镜透镜2和第三子望远镜透镜3；所述自由空间准直单元包括第一准直透镜4、第二准直透镜5和第三准直透镜6；所述光束反射单元包括由第一反射镜7、第二反射镜8组成的第一反射镜组，由第三反射镜9、第四反射镜10组成的第二反射镜组，由第五反射镜11、第六反射镜12组成的第三反射镜组；

所述第一子望远镜透镜1、第一准直透镜4、第一反射镜组形成第一光路，所述第二子望远镜透镜2、第二准直透镜5、第二反射镜组形成第二光路，所述第三子望远镜透镜3、第三准直透镜6、第三反射镜组形成第三光路。