[发明专利]一种基于波矢测量的红外成像探测芯片

说明书

技术领域

本发明属于红外成像探测技术领域，更具体地，涉及一种基于波矢测量的红外成像探测芯片。

背景技术

一般而言，从目标出射的多方向红外波束在大气中传输时表现为渐次发散这样一种空间分布形态。波矢方向不同的波束在能量传送效能方面的差异，反映了目标及其不同部位向周围空域投送红外能量的能力有所不同这一属性。该属性可归并到传输波束因其波矢方向改变所导致的光场能流分布的方向差异性。也就是说与目标的结构、形貌、姿态、方位以及距离等密切相关的，红外出射光波其能流场在空间分布和演化方面的变动，与红外波束其波矢的空间分布和传播形态的差异性，存在因果或递推性关联。上述差异性或关联性可通过常规成像探测操作，以目标形貌特征有所改变的平面电子姿态图像的形式再现出来，从而构成了基于波矢测量进行成像探测的物理和技术基础。

在基于波矢测量进行成像探测这一方面，目前的工作主要集中在可见光谱域。表现在通过测量目标光波基于波矢的三维展布和演化，获取仅具有细微方向差别的波矢簇所对应的电子目标图像，以及多波矢簇所对应的序列电子目标图像；发展高速高效算法对电子图像信息进行归类、扩充、细化和修饰等。在关键性的成像探测架构和数字图像信息处理方面的进展目前极为迅速。典型技术特征包括：（一）基于序列平面电子姿态图像的三维电子目标图像重建；（二）基于数字手段扩充电子图像序列获得更为完整和细腻的电子目标图像集；（三）通过在电子图像集中选取某一(类)图像，实现数字图像目标的电子再对焦，进一步清晰化或模糊化图像；（四）在电子目标场景中,通过选取不同区域或景深中的,等效于物空间中远近不同的新的物体作为对焦点而清晰化或淡化或模糊化景物；（五）通过选择特定图像序列来调整电子目标姿态，形成与常规三维影像类似的立体效果等。基于波矢测量的成像探测技术，正向着基于超大面阵光学/光电架构的硬件改进以及算法增强来快速甚至实时构建目标图像，从而显著提高成像探测效能的方向前进。

迄今为止，尽管红外成像探测技术已获得广泛应用，由于红外电磁辐射的波长远大于可见光波长，造成红外焦平面上的成像光斑远大于可见光情形，使红外图像在清晰度、对比度和细节表现等方面，较可见光图像呈现本征性差距而使图像降质。另外，考虑到红外电磁福射的能态较低，基于红外CCD、CMOS或FPAs等面阵光敏结构的光电灵敏度仍远小于可见光情形。为获得足够的光电响应信号强度，单元光敏元仍需具有足够大的面形尺寸，这一结构要求使目前的阵列化红外光敏结构的阵列规模远小于可见光情形。上述因素导致基于焦平面架构的红外成像探测所能获取的图像像质远低于可见光图像，并且这种状况将维持相当长的一段时间。因此，如何将可见光谱域基于波矢测量的成像探测架构延伸到红外谱域，找到可以弥补甚至克服上述缺陷以提升红外像质和成像探测效能的技术措施，目前仍属空白，也是发展先进红外成像探测技术所面临的重点和难点问题，迫切需要新的突破。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于波矢测量的红外成像探测芯片，可测量的红外波矢方向的变动范围大，测量精度高，结构紧凑，环境适应性好，易与常规红外光学系统、电子和机械装置匹配耦合。

为实现上述目的，本发明提供了一种红外成像探测芯片，其特征在于，包括面阵红外折射微透镜、面阵非制冷红外探测器和驱控预处理模块；其中，所述面阵非制冷红外探测器位于所述面阵红外折射微透镜的焦面处，被划分成多个阵列分布的子面阵非制冷红外探测器，每个子面阵非制冷红外探测器包括数量和排布方式相同的多个阵列分布的光敏元；所述面阵红外折射微透镜包括多个阵列分布的单元红外折射微透镜，每单元红外折射微透镜与一个子面阵非制冷红外探测器对应；所述面阵红外折射微透镜用于聚焦目标红外光波，每单元红外折射微透镜使不同波矢方向的入射光波离散化排布，定向汇聚在与该单元红外折射微透镜对应的子面阵非制冷红外探测器的相应光敏元上，所述面阵红外折射微透镜使同一波矢方向的入射光线定向聚焦在多个子面阵非制冷红外探测器相同位置的光敏元上；所述面阵非制冷红外探测器用于将聚焦在多个子面阵非制冷红外探测器上的光波转换成电信号，得到不同波矢方向的红外波束各自对应的阵列化的红外光电响应信号；所述驱控预处理模块用于将阵列化的红外光电响应信号量化并进行非均匀性校正，得到与目标出射波束的波矢分布和空间传输情况对应的序列红外图像数据。

优选地，所述子面阵非制冷红外探测器为m×n元，其中，m、n均为大于1的整数。

优选地，所述驱控预处理模块将阵列化的红外光电响应信号量化，对其进行解算并进行非均匀性校正。