[发明专利]一种自适应调谐红外多光谱探测微系统

说明书

本发明公开了一种自适应调谐红外多光谱探测微系统，包括：可调谐MOEMS滤光片，将输入的宽谱信号光进行通带滤光，输出窄带信号光；红外探测器，接收窄带信号光，通过光电转换输出电流信号；探测器读出电路，将红外探测器输出的电流信号进行处理并输出数字电压电信号；图像信号处理与自适应谱段选择算法处理模块，对探测器读出电路输出的数字电压信号进行处理，并加载自适应谱段选择算法，输出可调谐MOEMS滤光片数字电压控制信号、经过自适应谱段选择算法选取后获得的最佳信噪比谱段的图像信号和经过自适应算法处理得到运动目标的速度、方位信息；其中数字电压控制信号被反馈到可调谐MOEMS滤光片，实现对可调谐MOEMS滤光片光通带中心波长的调节。

技术领域

本发明属于红外探测成像领域，具体而言，涉及一种自适应调谐红外多光谱探测微系统、波长可调谐红外成像探测系统和调节滤光片通带中心波长的自适应谱段选择方法。

背景技术

随着红外探测器技术的发展，现代大规模红外探测器组件已经具备了极高的空间分辨率，在红外搜索跟踪中可以实现很高的探测概率和低误警率。但是宽带中波红外或者长波红外探测器在搜索与跟踪过程中会受到背景杂波、诱饵干扰而导致其探测能力降低，因此为了提高各种军事任务中对杂乱背景下的隐蔽物体的探测能力，需要通过多光谱或者超光谱成像探测技术来提高目标识别率。

然而传统的多光谱成像系统采用色散、分立光学元件，例如光栅、棱镜或者各种干涉仪等来进行分光、处理，其体积庞大、结构复杂、功耗大，无法满足未来无人机、微纳卫星等微小型化平台的应用需求。例如随着空间技术的飞速发展，未来的航天体系正朝着类似航天器群的分散航天体系的思路发展，主要思想就是将天基任务、功能或传感器分散到一个或多个轨道平台、平面或者多域的多个系统中。其中研究的核心组成就是分散分布的微纳卫星以及其空间组网技术。这种小型化的卫星平台对于平台载荷的体积、重量、功耗以及数据处理量提出了苛刻的要求，同时还要求载荷在复杂环境中能够获取到有用信息。因此，传统多光谱成像系统的产品和技术形态需要做出重大改变，来满足微小型化搭载的需求，即朝着更小体积、轻重量、低功耗，甚至是更智能化的方向发展。

波长可调谐的自适应多光谱探测微系统技术集成MOEMS(微电子机械系统)技术、光学薄膜技术、微电子技术：通过将光学薄膜工艺与MOEMS器件工艺结合，制备芯片级可调F-P腔(法布里-珀罗腔)滤光片。通过电压调节F-P腔的尺寸进而调制滤光片的中心波长，实现光谱通带的独立调谐。并且结合自适应谱段选择控制算法与反馈控制电路技术，根据探测器成像数据处理结果进行反馈驱动电压，以实现自适应于变化的环境和任务的多光谱成像。这种基于MOEMS的可调滤光片技术的自适应红外多光谱探测微系统大大减小体积、重量、功耗，智能化水平更高。在军用领域可满足星载、无人机机载等多种微小型化平台进行多光谱成像进而识别目标弹头、诱饵以及其他隐蔽军事目标的探测需求；在民用领域可应用于安防、农业、便携式食品药品的物质光谱检测与分析等。

多光谱成像有多种分光方式，其中基于滤光片转轮的方式在早期应用较为普遍，如图1所示。该方式需对每个通道进行单独成像，涉及不同中心波长的滤光片的切换，每次将一个滤光片转轮对准探测器，其滤片轮的循环工作模式为:滤片轮转动→滤片轮至某一位置停止(对准成像光学系统)→图像拍摄→滤片轮转动至下一个滤光片位置停止。

上述现有技术的主要缺陷有：(1)整个过程中滤片轮频繁的转动和停止操作导致成像过程缓慢，效率较低；(2)滤光片转轮体积、重量、功耗大；(3)在一个波段范围内，只能有固定数量和确定通带波长的滤光片，谱段调节的灵活性不足。(4)由于有机械运动部件，系统稳定性差，且结构的可靠性难以保证。