多光谱复合检测系统的制作方法

本发明属于光电子技术领域，尤其涉及一种多光谱复合检测系统，可用于车船夜视、安防反恐、消防、工程程控制以及监测。

背景技术：

随着光电子技术的发展和探测环境的日益复杂，单一频段或模式的探测系统将难于适应未来的需求，所以相应的探测系统也必须不断发展创新。

现有的探测系统，主要分为单一波段探测系统和多光谱检测系统。其中，单一波段检测系统一般使用一个成像器件和一种光学滤片组合，对于其中的某一段成像较好，但是对于其他波段的成像效果并不佳，这样将会导致所成像不全，包含目标信息少，同时会丢失很多有用信息。

多光谱检测系统，通过使用多个传感器，可以获得多个波段目标信息，同时还能得到更为丰富的光谱信息，可以提高探测系统探测精度，同时通过图像融合来识别目标，对目标识别和定位有极大提升，并且在适用范围、探测精度、系统稳定性等方面均有极广的发展前景。但是多光谱检测一般需要采用两台或多台不同波段的红外相机和多套独立的光学镜头对一个目标成像，但是多台成像装置的空间姿态总是存在一定的微小差别，检测的结果存在目标定位不准，方法成本高，装置占地面积也较大，同时存在针对红外波段探测波段范围窄、结构复杂、造价高、实时性差和探测精度不足的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种多光谱复合检测系统，以扩展对红外目标探测的波段范围，提高对目标探测位置的精度及对目标探测的实时性。

为实现上述目的，本发明多光谱复合检测系统包括成像系统单元、信息处理单元和控制单元，其特征在于:

所述成像系统单元，包括近红外相机、中红外相机、远红外相机、位敏探测器psd、快速反射镜及7干分光镜组成，所有元件平行放置为三排，其中：

第一排自左向右依次放置第一分光镜、第二分光镜、第三分光镜和位敏探测器psd，

第二排自左向右依次放置快速反射镜、第四分光镜、第五分光镜和近红外相机，

第三排自左向右依次放置远红外相机、第六分光镜、第七分光镜和中红外相机，

快速反射镜与第二分光镜位置相对，第六分光镜与第四分光镜位置相对，第七分光镜与第五分光镜位置相对，

所有元件整体的外部罩有外壳，且在第一分光镜前的外壳处设有一个通光窗口；

目标红外光线由通光窗口进入第一分光镜，照到第二分光镜分为两路a和b，其中一路a经第三分光镜进入psd，另一路b经快速反射镜照到第四分光镜再分为两路b1和b2，一路b1通过第六分光镜进入远红外相机，另一路b2通过第五分光镜后再分为两路b21和b22，一路b21进入近红外相机，另一路b22通过第七分光镜后进入中红外相机，并保证在近红外相机、中红外相机、远红外相机形成的光斑中心处于成像面中心，同时保证位敏探测器psd的位置角度信息为零。

进一步，目标红外光线由通光窗口入射后，要保证位敏探测器psd的位置角度信息为零，是通过调整第二分光镜、第三分光镜和敏探测器psd的相对位置、高度和角度来实现。

进一步，目标红外光线由通光窗口入射后，要保证在近红外相机、中红外相机、远红外相机形成的光斑中心处于成像面中心，是先通过调整第五分光镜与近红外相机的相对位置、高度和角度，再调整第七分光镜与中红外相机的相对位置、高度和角度，最后调整第六分光镜与远红外相机的相对位置、高度和角度来实现。

进一步，所述信息处理单元包括：

ccd处理模块，ccd处理模块对成像处理单元获得的红外图片进行滤噪、背景分割、质心计算并输出位置偏移量、夹角，

psd处理模块，psd处理模块对成像处理单元获得的光斑位置角度信息进行处理并输出位置偏移量、夹角。

进一步，所述控制单元包括：

显示模块，用于实时显示成像系统单元ccd相机获得的红外图像和信息处理单元处理得到的位置偏移量、夹角；

下位机通信模块，用于将信息处理单元的位置偏移量、夹角以传递给控制单元的上位机通信模块，并接收来自控制单元的上位机通信模块指令信息；

上位机通信模块，用于接收下位机通信模块信息，并对姿态调整模块和下位机通信模块发指令信息；

姿态调整模块，用于接收上位机通信模块指令信息，并控制转台实现姿态调整。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1、本发明通过分光/同轴光路和四个成像检测光路获得同一场景同一目标的三种不同波段的光谱图像，实现了多路复用多光谱成像检测。

2、本发明通过多路复用多光谱成像，扩展了制导系统探测波段，从而提高了探测系统的信息获取能力，实现了对目标和背景差异性的增强，有效提升了系统的目标识别能力和抗干扰能力。

3、本发明采用分光/同轴光路和三个成像检测光路共用一个通光窗口，与采用多个相对独立的子系统相比，降低了机械结构设计和整个系统的装调难度。

实测结果表明，本发明带宽可达100hz，实时性好，跟踪精度≤10mrad，跟踪精度高。

附图说明

图1是本发明的系统框图；

图2是本发明中的成像系统单元结构图；

图3是本发明中的信息处理单元框图；

图4是本发明中的控制单元框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述，应当理解，此处所描述具体事例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。

参照图1、本发明包括成像系统单元、信息处理单元和控制单元，

成像系统单元包括近红外相机、中红外相机、远红外相机和位敏探测器psd；信息处理单元包括ccd处理模块和psd处理模块；控制单元包括显示模块、下位机通信模快、上位机通信模块和姿态调整模块，红外目标通过成像系统单元得到近红外、中红外、远红外目标信息，红外目标信息再通过信息处理单元获得红外目标偏移位置和角度信息，最后经控制单元进行目标显示和姿态调整。

参照图2，所述成像系统单元中的近红外相机、中红外相机、远红外相机、位敏探测器psd、快速反射镜及7干分光镜平行放置为三排，其中：

第一排自左向右依次放置第一分光镜、第二分光镜、第三分光镜和位敏探测器psd，

第二排自左向右依次放置快速反射镜、第四分光镜、第五分光镜和近红外相机，

第三排自左向右依次放置远红外相机、第六分光镜、第七分光镜和中红外相机，

快速反射镜与第二分光镜位置相对，第六分光镜与第四分光镜位置相对，第七分光镜与第五分光镜位置相对，

所有元件整体的外部罩有外壳，且在第一分光镜前的外壳处设有一个通光窗口；

目标红外光线由通光窗口进入第一分光镜，照到第二分光镜分为两路a和b，其中一路a经第三分光镜进入psd，另一路b经快速反射镜照到第四分光镜再分为两路b1和b2，一路b1通过第六分光镜进入远红外相机，另一路b2通过第五分光镜后再分为两路b21和b22，一路b21进入近红外相机，另一路b22通过第七分光镜后进入中红外相机，此时要先通过调整第五分光镜与近红外相机的相对位置、高度和角度，再调整第七分光镜与中红外相机的相对位置、高度和角度，最后调整第六分光镜与远红外相机的相对位置、高度和角度来保证在近红外相机、中红外相机、远红外相机形成的光斑中心处于成像面中心，同时要通过调整第二分光镜、第三分光镜和敏探测器psd的相对位置、高度和角度保证位敏探测器psd的位置角度信息为零。

所述第一分光镜、第四分光镜、第五分光镜、第六分光镜和第七分光镜采用但不限于bsw-520分光镜，第二分光镜和第三分光镜采用但不限于bsw-711分光镜，7个分光镜分光比均为50:50。

所述近红外相机采用但不限于bobcat-320-gige型号，镜头采用asy-000409型号，探测波段为0.9-1.7μm，像元尺寸范围为15-20mm，图片位深≥8位。

所述中红外相机采用但不限于tigris-640-mct型号，镜头采用opt-000226型号，探测波段为3.7-4.8μm，像元尺寸范围为15-20mm，图片位深≥8位。

所述远红外相机采用但不限于gobi-640-50mk-gige型号，镜头采用lm50hc-sw型号，探测波段为8-12μm，像元尺寸范围为15-20mm，图片位深≥8位，位敏探测器psd选用但不限于德国的psd4dc型号。

参照图3，所述信息处理单元中的ccd处理模块，用于对成像处理单元获得的红外图片进行滤噪、背景分割、质心计算，然后将图像处理后的图片传递给控制单元进行显示，将数据处理后的位置偏移量、夹角传递给控制单元用于姿态控制；psd处理模块，用于对成像处理单元获得的光斑位置角度信息进行处理并输出位置偏移量、夹角给控制单元用于姿态控制。

参照图4，所述控制单元中的显示模块，用于实时显示信息处理单元传递过来的红外图像和位置偏移量和夹角；下位机通信模块，用于将信息处理单元的位置偏移量和夹角传递给控制单元的上位机通信模块；上位机通信模块，用于接收下位机通信模块信息，并对姿态调整模块和下位机通信模块发指令信息；姿态调整模块，用于接收上位机通信模块指令信息，进行姿态调整。经实测得到通过姿态调整模块跟踪红外目标可以实现100hz的跟踪带宽，跟踪精度≤10mrad，分辨率实现亚微弧度。

本发明的工作原理如下：

由红外目标经成像系统单元获得同一场景近红外、中红外和远红外目标信息，并将图像以及光斑位置和角度信息传递给信息处理单元，由光学几何知识可知，只要红外目标不在成像系统一倍焦距时，当目标红外光线偏转微小角度时，光斑质心会在红外相机成像面移动；信息处理单元的ccd处理模块经过图像滤噪、背景分割和质心计算后获得处理后的红外图像和移动前后光斑位置偏移量大小，再经过角度标定的数据处理方法即可获得红外目标偏移角度，同时信息处理单元的psd处理模块也通过角度标定的数据处理方法获得红外目标偏移角度；由信息处理单元获得的红外图像和红外目标偏移角度通过控制单元的显示模块进行实时显示，同时红外目标偏移角度经控制单元的下位机通信模快传递给控制单元的上位机信息模块；上位机信息模块发送姿态调整指令给姿态调整模块控制相应的器件进行调整，比如三维转台或快反镜，将系统对准红外目标，完成姿态调整，最终实现整个系统跟随红外目标进行实时跟踪、瞄准和检测。