一种微纳光自适应探测装置及方法
【专利摘要】本发明涉及一种微纳光自适应探测装置及方法，属于光学成像【技术领域】。本发明的微纳光自适应探测装置包括光源系统、准直系统、第一转换系统、第二转换系统、自适应光电系统、成像系统和探测器。其中光源系统用于提供偏振方向与被测物入射角平行的振光；第一转换系统设置在光源系统所产生光的前进方向，用于将光源系统产生的光导入探测器；准直系统用于规范光进入探测器的路径，第二转换系统用于设置光电装置的构型。利用以上所述的微纳光自适应探测装置，控制系统发射到被测物的方向,实时调整被测区域的范围和方向,在装置中的成像系统可调的情况下,从而实现了在更高的分辨率和更加宽的视场范围内的成像。
【专利说明】-种微纳光自适应探测装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种微纳光自适应探测装置及方法，属于光学成像【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 在光电探测系统中，远程的光电探测是指在探测装置与被探测目标之间的距离 远，并且在该个探测路径中常常存在各种干扰因素，例如，大气扰动，人为的干扰，探测 传感器在应用环境中所表现的自身功能的衰减等等。所W，如何提高探测质量是一个关键 问题。探测质量的提高，通常从多种途径进行研究和改善，采用新的探测原理，优化探测 传感器中的某些器件，优化使用环境，排除外界干扰，消除噪声等等。其中，采用新的探 测原理是重要的，它可W从根本上改善传统探测方法的缺陷，丰富光电成像的探测理论， 是研发新型探测装置和传感器的理论基础。
[0003] 自适应光电系统是基于二十世纪末主动光学和自适应光学的概念而逐渐提出并 且得到广泛认同的。因为该领域所涉及到的深层次、多学科和先进性及其潜在优势，所W， 立即被许多国家直接应用于发展新型飞行器，特别是空天一体化环境下的各类新型装置与 系统的应用基础研究，经过近二十年的探索，已被提升为信息时代的重要探测模式。
[0004] 传统的相衬法是一种光学信息处理方法，它通过空间滤波器将物体的相位信息转 换为相应的振幅信息，W改变频谱的相位来改善成像的反衬度，从而有效提高仪器的可分 辨性。但是该方法阶次较低，处理速度慢。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种微纳光自适应探测装置及方法，W解决目前所采用的传 统相衬法所带来的阶次低W及处理速度慢的问题。
[0006] 本发明为解决上述技术问题而提供一种微纳光自适应探测装置，该探测装置包括 光源系统、准直系统、第一转换系统、第二转换系统、自适应光电系统、成像系统、探测器和 图像处理器，所述光源系统用于提供偏振方向与被测物入射角平行的振光；所述第一转换 系统设置在光源系统所产生光的前进方向，用于将光源系统产生的光导入探测器；所述准 直系统用于规范光进入探测器的路径，所述第二转换系统用于设置光电装置的构型，所述 探测器用于接收所述光电转换，获得的数字图像信号，所述图像处理器与所述探测器连接， 用于接收所述探测器所获得的数字图像信号，并对所述数字图像信号进行图像处理，W对 被探测目标进行分析测量，获得信息。
[0007] 所述自适应光电系统包括波前传感器、波前控制器和波前校正器，所述波前传感 器用于实时测量从目标或目标附近的信标来的波前误差，所述波前控制器用于将波前传感 器所测到的波前崎变信息转化成波前校正器的控制信号，W实现自适应光学系统的闭环控 巧||，所述波前校正器将波前控制器提供的控制信号转变为波前相位变化，W校正光波前崎 变。
[0008] 所述成像系统采用变焦光学系统，由固定组、变焦组和补偿组H组光学透镜组 成；
[0009] 所述变焦组用于自动调整器件位置，连续改变变焦系统的焦距，并通过调整所述 变焦组的孔径光阔大小，连续改变变焦系统的入瞳直径；
[0010] 所述变焦系统根据所述焦距与所述入瞳直径的连续改变，实现对所述成像倍率与 所述数值孔径的实时调整，W改变焦光学系统的视场与图像分辨率；
[0011] 所述补偿组用于与所述变焦组联动，补偿物像距离，W保持成像清晰。
[0012] 所述探测器为电荷禪合元件图像传感器或互补金属氧化物半导体图像传感器。
[0013] 本发明还提供了一种微纳光自适应探测方法，该探测方法包括W下步骤：
[0014] 1)产生偏振方向与被测物入射角平行的偏振光；
[0015] 2)利用自适应光电系统实时测量波前动态误差；
[0016] 3)利用成像系统根据波前误差调整变焦系统器件位置，W保持成像清晰；
[0017] 4)利用探测器接收成像系统输出的成像，获得的数字图像信号；
[0018] 5)利用图像处理器接收探测器所获得的数字图像信号，并对所述数字图像信号进 行图像处理，W对被探测目标进行分析测量，获得信息。
[0019] 所述自适应光电系统包括波前传感器、波前控制器和波前校正器，所述波前传感 器用于实时测量从目标或目标附近的信标来的波前误差，所述波前控制器用于将波前传感 器所测到的波前崎变信息转化成波前校正器的控制信号，W实现自适应光学系统的闭环控 巧||，所述波前校正器将波前控制器提供的控制信号转变为波前相位变化，W校正光波前崎 变。
[0020] 所述成像系统采用变焦光学系统，由固定组、变焦组和补偿组H组光学透镜组 成；
[0021] 所述变焦组用于自动调整器件位置，连续改变变焦系统的焦距，并通过调整所述 变焦组的孔径光阔大小，连续改变变焦系统的入瞳直径；
[0022] 所述变焦系统根据所述焦距与所述入瞳直径的连续改变，实现对所述成像倍率与 所述数值孔径的实时调整，W改变所述变焦光学系统的视场与图像分辨率；
[0023] 所述补偿组用于与所述变焦组联动，补偿物像距离，W保持成像清晰。
[0024] 所述探测器为电荷禪合元件图像传感器或互补金属氧化物半导体图像传感器。
[0025] 本发明的有益效果是：本发明的微纳光自适应探测装置包括光源系统、准直系 统、第一转换系统、第二转换系统、自适应光电系统、成像系统和探测器。其中光源系统用于 提供偏振方向与被测物入射角平行的振光；第一转换系统设置在光源系统所产生光的前进 方向，用于将光源系统产生的光导入探测器；准直系统用于规范光进入探测器的路径，第二 转换系统用于设置光电装置的构型。利用W上所述的微纳光自适应探测装置，控制系统发 射到被测物的方向，实时调整被测区域的范围和方向，在装置中的成像系统可调的情况 下，从而实现了在更高的分辨率和更加宽的视场范围内的成像。
【专利附图】
【附图说明】
[0026] 图1是本发明微纳光自适应探测装置的原理示意图。
【具体实施方式】
[0027] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步的说明。
[0028] 为了解决光电探测器设备受大气瑞流、温度、零件变形W及重力等因素的影响而 造成系统成像模糊、分辨率下降的问题。本发明采用基于传统相称法，并发展了传统方法， 提供了一种加速的高阶相称理论，W解决该些问题。传统的相称法是一种光学信息处理方 法，它通过空间滤波器将物体的相位信息转换为相应的振幅信息，W改变频谱的相位来改 善成像的反衬度，从而有效提高仪器的可分辨性。
[0029] 本发明的一种微纳光自适应探测装置的实施例
[0030] 如图1所示，本实施例中的微纳光自适应探测装置包括光源系统、准直系统、第一 转换系统、第二转换系统、自适应光电系统、成像系统、探测器和图像处理器，光源系统用于 提供偏振方向与被测物入射角平行的振光；第一转换系统设置在光源系统所产生光的前进 方向，用于将光源系统产生的光导入探测器；准直系统用于规范光进入探测器的路径，第二 转换系统用于设置光电装置的构型，探测器用于接收所述光电转换，获得的数字图像信号， 图像处理器与所述探测器连接，用于接收所述探测器所获得的数字图像信号，并对所述数 字图像信号进行图像处理，W对被探测目标进行分析测量，获得信息，探测器可采用电荷禪 合元件图像传感器或互补金属氧化物半导体图像传感器。
[0031] 自适应光电系统包括波前传感器、波前控制器和波前校正器，波前传感器用于实 时测量从目标或目标附近的信标来的波前误差，波前控制器用于将波前传感器所测到的波 前崎变信息转化成波前校正器的控制信号，W实现自适应光学系统的闭环控制，波前校正 器将波前控制器提供的控制信号转变为波前相位变化，W校正光波前崎变。
[0032] 成像系统采用变焦光学系统，由固定组、变焦组和补偿组H组光学透镜组成变焦 组用于自动调整器件位置，连续改变所述变焦系统的焦距，并通过调整所述变焦组的孔径 光阔大小，连续改变所述变焦系统的入瞳直径；变焦系统根据所述焦距与所述入瞳直径的 连续改变，实现对所述成像倍率与所述数值孔径的实时调整，W改变所述变焦光学系统的 视场与图像分辨率；补偿组用于与所述变焦组联动，补偿物像距离，W保持成像清晰。
[0033] 自适应光电系统是将反馈控制应用于光学系统内部而形成的。但与一般的控制系 统相比，有如下的特点；控制的目标要达到良好的光学质量，控制精度为1/10光波波长即 数十到上百纳米数量级，控制通道数从几十到上百个，控制带宽达几百赫兹。该些特点给自 适应光学技术带来一系列特殊的技术问题，通常用一列正交多项式的线性组合建模：
【权利要求】
1. 一种微纳光自适应探测装置，其特征在于，该探测装置包括光源系统、准直系统、第 一转换系统、第二转换系统、自适应光电系统、成像系统、探测器和图像处理器，所述光源系 统用于提供偏振方向与被测物入射角平行的振光；所述第一转换系统设置在光源系统所产 生光的前进方向，用于将光源系统产生的光导入探测器；所述准直系统用于规范光进入探 测器的路径，所述第二转换系统用于设置光电装置的构型，所述探测器用于接收所述光电 转换，获得的数字图像信号，所述图像处理器与所述探测器连接，用于接收所述探测器所获 得的数字图像信号，并对所述数字图像信号进行图像处理，以对被探测目标进行分析测量， 获得息。
2. 根据权利要求1所述的微纳光自适应探测装置，其特征在于，所述自适应光电系统 包括波前传感器、波前控制器和波前校正器，所述波前传感器用于实时测量从目标或目标 附近的信标来的波前误差，所述波前控制器用于将波前传感器所测到的波前畸变信息转化 成波前校正器的控制信号，以实现自适应光学系统的闭环控制，所述波前校正器将波前控 制器提供的控制信号转变为波前相位变化，以校正光波前畸变。
3. 根据权利要求2所述的微纳光自适应探测装置，其特征在于，所述成像系统采用变 焦光学系统，由固定组、变焦组和补偿组三组光学透镜组成； 所述变焦组用于自动调整器件位置，连续改变变焦系统的焦距，并通过调整所述变焦 组的孔径光阑大小，连续改变变焦系统的入瞳直径； 所述变焦系统根据所述焦距与所述入瞳直径的连续改变，实现对所述成像倍率与所述 数值孔径的实时调整，以改变焦光学系统的视场与图像分辨率； 所述补偿组用于与所述变焦组联动，补偿物像距离，以保持成像清晰。
4. 根据权利要求1-3中任一项所述的微纳光自适应探测装置，其特征在于，所述探测 器为电荷耦合元件图像传感器或互补金属氧化物半导体图像传感器。
5. -种微纳光自适应探测方法，其特征在于，该探测方法包括以下步骤： 1) 产生偏振方向与被测物入射角平行的偏振光； 2) 利用自适应光电系统实时测量波前动态误差； 3) 利用成像系统根据波前误差调整变焦系统器件位置，以保持成像清晰； 4) 利用探测器接收成像系统输出的成像，获得的数字图像信号； 5) 利用图像处理器接收探测器所获得的数字图像信号，并对所述数字图像信号进行图 像处理，以对被探测目标进行分析测量，获得信息。
6. 根据权利要求5所述的微纳光自适应探测方法，其特征在于，所述自适应光电系统 包括波前传感器、波前控制器和波前校正器，所述波前传感器用于实时测量从目标或目标 附近的信标来的波前误差，所述波前控制器用于将波前传感器所测到的波前畸变信息转化 成波前校正器的控制信号，以实现自适应光学系统的闭环控制，所述波前校正器将波前控 制器提供的控制信号转变为波前相位变化，以校正光波前畸变。
7. 根据权利要求6所述的的微纳光自适应探测方法，其特征在于，所述成像系统采用 变焦光学系统，由固定组、变焦组和补偿组三组光学透镜组成； 所述变焦组用于自动调整器件位置，连续改变变焦系统的焦距，并通过调整所述变焦 组的孔径光阑大小，连续改变变焦系统的入瞳直径； 所述变焦系统根据所述焦距与所述入瞳直径的连续改变，实现对所述成像倍率与所述 数值孔径的实时调整，以改变所述变焦光学系统的视场与图像分辨率； 所述补偿组用于与所述变焦组联动，补偿物像距离，以保持成像清晰。
8.根据权利要求5-7中任一项所述的的微纳光自适应探测方法，其特征在于，所述探 测器为电荷耦合元件图像传感器或互补金属氧化物半导体图像传感器。
【文档编号】G01C11/00GK104359463SQ201410699239
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年11月27日 优先权日:2014年11月27日
【发明者】刘华, 丁全心 申请人:中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所