专利名称：一种激光照明距离选通成像装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及 一 种激光照明距离选通成像装置，属于激光成像技术领 域，适用于需要消除大气后向散射，在低照度、背景复杂条件下获取目 标图像信息的条件下使用，特别广泛用于光电侦察、监视、跟踪等设备 中。
背景技术：
目标的图像信息是侦察、监视、跟踪类设备需要获取的重要信息之 一。现有技术中有两类获取这一重要信息的装置
一类是ccd相机、红外热像仪。它是通过探测n标的可见光、红外 线辐射获取目标的图像信息，作用距离远，被动探测，因此，隐蔽性好，
b经成功的应用到各种光电设备中。但是，ccd相机的主要不足是在 环境照度低、能见度差的情况下，作用距离有限；红外热相仪的主要不 足是4目标f ;f背景的温差较小时，其分辨率和作用距离都急剧下降；
另外，当n标隐藏于伪装网、烟幕、树林等R标后，ccd相机、红外热
像仪都无法获取目标的图像信息。
还有 一 类是激光主动照明成像装置。它可以提高成像系统在环境照 度低、能见度差等情况下的作用距离和成像清晰度。现有激光主动照明 成像装置多采用8()()nm—90()nm波段半导体激光器作为照明光源，采用 普通近红外ccd相机成像，其主要不足是①人眼无法直接看到800nm 一 900nm波段的光，该波段的激光照射到人眼后，晶状体对其吸收较少， 大部分聚焦到视网膜上，容易造成不可恢复的伤害，甚至失明；②普 通近红外ccd相机的灵敏度较低，作用距离有限；③当激光器的发射 功率较大时，后向散射比较严重
发明内容
本发明的目的在于，克服现有激光主动照明成像装置存在的不足， 提供一种激光照明距离选通成像装置，采用脉冲1. 5u m 1.6y m窄脉 冲人眼安全激光对目标进行照明，增加目标与背景的对比度；采用距离 选通技术获取目标的图像信息，提高系统的作用距离。
本发明的技术方案是 一种激光照明距离选通成像装置，包括激光 器、近红外相机、同步控制单元、接收望远镜、图像信号处理器、中 央处理单元、图像显示器；所述激光器为脉冲人眼安全激光器，其输出 波长为1.5nm 1.6ym;所述同步控制单元包括光电二极管、计时单 元、距离选通快门。
所述的激光器为脉冲固体激光器。
所述的激光器输出波长为1.57um。
所述的激光器为输出波长为1.54u m。
所述激光器有 一 个谐振腔；该谐振腔所包括的构件按光的进入顺序 依次为全反镜、电光晶体、1/4波片-、偏振片(13)、 Ce : Nd: YAG 激光棒、OPO输入镜、KTP晶体、OPO输出镜；其屮全反镜、0P()输出 镜组成1 ()64關激光谐振腔；0P0输入镜、0P0输出镜组成1 570nm激光谐振腔。
所述激光器是屯光调Q激光器，或被动调Q激光器。
所述OPO输入镜和OPO输出镜的膜层镀在KTP晶体两端面上。
所述计时单元计时精度为± 2ns 。
所述近红夕卜相机采用InGaAs近红夕卜EBCCD、EBCMOS相丰几，或HgCdTe 近红外相机。
本发明人眼安全激光照明距离选通成像装置的工作原理如K : 人眼安全激光照明距离选通成像装置的激光发射单元首先向目标 发射 一 个激光脉冲，通过测距单兀获得目标的距离信息，调整同歩控制 单元的距离预置；然后激光发射单元再对目标发射 一 个激光脉冲，对目 标实施照明，此时关闭探测成像单元的选通门，同时同歩控制单元中的 高精度计数器开始记数，经过预置时间后，开启选通门，从目标反射回 来的光能量经接收望远镜收集进入探测成像单兀，经图像信号处理，最 大限度的抑制因激光时间相干性而产生的散斑，并对大气扰动进行补 偿，进时交由综合显示控制单元叠加距离、角度等信息后显示图像。本发明的人眼安全激光照明距离选通成像装置具有以下优点
(1) 采用人眼安全固体激光器作为照明光源，对人眼相对安全；
(2) 使用窄脉冲人眼安全激光主动照明增加了目标与背景的对比 度，作用距离远；
(3) 在相同的口径下，与中波、长波红外热像仪相比分辨率更高；
(4) 相机的积分时间仅有几十纳秒，对安装平台的稳定性要求不高；
(5) 具有一定的穿透能力，采用距离选通技术可以消除大气后向散 射的影响，可以获取隐藏于伪装网、烟幕后目标的图像信息，即可以探 测隐藏于植被、伪装网中的目标；
(6) 可以在低照度的情况下工作，受背景辐射的影响小；
(7) 抗电磁干扰能力强；
图1 是本发明装置原理框图2 是本发明装置距离选通同步控制单元工作时序图3 是本发明装置激光器谐振腔结构示意图4 是本发明装置距离选通问歩控制单兀原理框图。
图屮
l一激光器，2—偏振分光棱镜，3—目标， 4一同歩控制单元， 5—InGaAs相机，6—接收望远镜，7—图像信号处理，8—中央处理单 元，9—图像显示，IO—全反镜，ll一KD朴电光晶体，12—1/4波片， 13—偏振片，14一Ce: Nd: YAG激光棒，15—0P0输入镜，16—KTP 品体，17—OPO输出镜，18—光电二极管，19一计时单兀，20—距离 选通快门。
具体实施例方式
结合附图和实施例对本发明作进 一 步说明如下-实施例1:
如图K图3 、图4所示， 一 种激光照明距离选通成像装置，它由 激光器1、 近红外相机5、同歩控制单元4、接收望远镜6、图像信号 处理器7 、中央处理单元8及图像显示器9组成；所述激光器为脉冲人眼安全激光器，其输出波长为1.5y m 1.6u m，本实施例波长为 1.57 y m;所述同步控制单元由光电二极管18、计时单元19、距离选通 快门20组成。激光器l为脉冲固体激光器。所述激光器l有一个谐振 腔；该谐振腔所包括的构件按光的进入顺序依次为全反镜10、电光晶 体11、 1/4波片12、偏振片13、 Ce: Nd: YAG激光棒14、 OPO输入 镜15、 KTP晶体16、 OPO输出镜17;其中全反镜10、 0P0输出镜17组 成1064nm激光谐振腔；0P0输入镜15、 0P0输出镜17组成1570nra激光 谐振腔。激光器1是电光调Q激光器。为了进一步减小激光器的体积、 重量，所述OPO输入镜15和OPO输出镜17的膜层镀在KTP晶体16 两端面上。所述同步控制单元的计时单元计时精度为士2ns。所述近红 夕卜相禾几5采用InGaAs近红夕卜EBCCD、 EBCMOS相*几。
以下结合原理进 一 步说明本发明结构和技术效果 如图1所示人眼安全激光器1将激光电源提供的注入能量转化为 人眼安全脉冲激光，并将其耦合进入发射光学系统射向R标3 ，由R标 反射回来的激光经接收望远系统6聚焦到I n(;aAs相机5上，从相机5 输出的阁像信号经图像信号处理7送给屮央处"元，最后在图像显示 9显示出来。
激光距离选通可以分为四个阶段
1激光器发射脉冲激光，激光脉冲向目标方向传输。这时接收器的 选通门是关闭的；
2当激光脉冲处于往返途中时，会受到大气吸收、散射、后向散射 和背景辐射等影响，尤其是强烈的后向散射光往往会将有用的信号淹 没，使接收器饱和向'无法接收有用的光信号，这时摄像机的选通门是关 闭的，这样就挡住了大气中悬浮微粒引起的后向散射光；
3当反射光到达摄像机时，选通门开启，让来自目标的反射光进入 摄像机，选通门开启持续时间与激光脉冲相当。
4接收到从目标反射回来的激光脉冲信号后，再将选通门关闭，使 背景辐射等其他的千扰光不能进入接收器，这样形成的目标图像主要与 距离选通时间内的反射光有关。如果选通脉冲宽度和激光脉冲宽度都很 窄，使接收器只能探测目标附近的反射光，这样大大提高了回波信号的 信噪比。图2所示为距离选通同步控制单元工作波形。其中波形A为激光 脉冲照明输出，由激光器确定波形；波形B为激光向目标传输过程中产 生的后向散射，成像时通过相机的开关门来消除后向散射；波形C为 激光脉冲由目标返回到接收器上的反射辐射，当脉冲到达接收器时，相 机的快门开启；波形D为接收器的选通脉冲，t为延迟脉冲发生器的 延迟时间，^为接收器的选通脉冲宽度。
距离选通同步控制技术主要是使激光器和摄像机同步，提供选通脉 冲宽度和延迟时间选择。同步控制单元主要由使快门开启与激光照射同 步的定时电路组成，定时时间取决于激光脉冲传输到目标上再反射到接 收器所需要的时间。图2以目标位于1200m为例，给出了对目标进行观 察时理想距离选通成像的时序关系图。
由于激光脉冲在1200m距离上来回传输的时间是8us ，所以选通脉 冲应在照明脉冲前沿后延迟8us 。图中，波形A为激光脉冲照明输出，
波形b为脉冲激光向n标传输过程中产生的后向散射，波形c为激光
脉冲山R标返回到接收器上的反射辐射，波形D为接收器的选通脉 冲，t为延迟脉冲发生器的延迟时间，".为接收器的选通脉冲宽度。
实施例2:
与上述实施例1不同的是激光器1为肓接输出人眼安全激光的铒
玻璃激光器，输出波长为1.54 y m，是被动调Q激光器；近红外相机5采 用HgCdTc、近红夕卜相禾几。
激光器输出波长为1.6 ii m则乂是 一 个实施例。
权利要求
1、一种激光照明距离选通成像装置，其特征在于包括激光器(1)、近红外相机(5)、同步控制单元(4)、接收望远镜(6)、图像信号处理器(7)、中央处理单元(8)、图像显示器(9)；所述激光器(1)为脉冲人眼安全激光器，其输出波长为1.5μm～1.6μm；所述同步控制单元包括光电二极管(18)、计时单元(19)、距离选通快门(20)。
2、 根据权利要求1所述的激光照明距离选通成像装置，其特征在于 所述的激光器(1)为脉冲固体激光器。
3、 根据权利要求1或2所述的激光照明距离选通成像装置，其特征 在于所述的激光器(1)输出波长为1.57ii m。
4、 根据权利要求1或2所述的激光照明距离选通成像装置，其特征 在于所述的激光器(1)为输出波长为1.54um。
5、 根据权利要求1或2所述的激光照明距离选通成像装置，其特征 在十所述激光器(1)有一个谐振腔；该谐振腔所包括的构件按光的进入 顺序依次为全反镜(10)、电光晶体(11 )、 1/4波片(12)、偏振片(13)、 Ce: Nd: YAG激光棒(14)、 OPO输入镜(15)、 KTP晶体(16)、 OPO 输出镜(17);其巾全反镜(IO)、 0P0输出镜(17)组成1064nm激光谐振 腔；OPO输入镜(1 5) 、 ()PO输出镜(1 7)组成1 57()nm激光谐振腔。
6、 根据权利要求5所述的激光照明距离选通成像装置，其特征在于 所述激光器(1)是电光调Q激光器，或被动调Q激光器。
7、 根据权利要求5所述的激光照明距离选通成像装置，其特征在于 所述OPO输入镜(15)和OPO输出镜(17)的膜层镀在KTP晶体(16)两端面上。
8、 根据权利要求1所述的激光照明距离选通成像装置，其特征在于 所述计时单元计时精度为± 2ns 。
9、 根据权利要求1所述的激光照明距离选通成像装置，其特征在于 戶万述近红夕卜相禾几(5)采用InGaAs近红夕卜EBCCD 、 EBCMOS相禾几，或HgCdTe 近红外相机。
全文摘要
本发明涉及一种激光照明距离选通成像装置，属于激光成像技术领域，包括激光器、近红外相机、同步控制单元、接收望远镜、图像信号处理器、中央处理单元、图像显示器及同步控制单元；所述的激光器为输出人眼安全激光的、输出波长为1.5μm～1.6μm的激光器；所述同步控制单元包括光电二极管、计时单元、距离选通快门。其主要特点是峰值功率高、对人眼相对安全、转换效率高、灵敏度高。
文档编号G01S17/89GK101614821SQ200910063240
公开日2009年12月30日 申请日期2009年7月21日 优先权日2009年7月21日
发明者峰 孙, 席文强, 鑫 张, 张红波, 王寿增, 凡 高 申请人:中国船舶重工集团公司第七一七研究所