[发明专利]双波段红外光学系统

说明书

技术领域

本发明属于红外遥感光学系统，具体涉及一种双波段同轴红外光学系统，可作为目标识别与跟踪装置的前端光学组件。

背景技术

近年来光学遥感技术取得迅猛的发展，各种光学遥感设备应运而生，它们的技术性能也得到飞快提高和完善，成像光谱设备就是其中之一。所有温度高于绝对零度的物体都能产生红外辐射，温度越高，辐射出的能量就越大，而且任何两种不同的物质决不会有完全相同的光谱特性曲线，也就是说物质的光谱特性曲线是唯一的。把物质红外光谱分辨率和物体红外成像空间分辨率结合起来进行物质辨识，便具有了更高的探测和识别能力。

图谱合一的最常用设备为多光谱扫描仪，比如西安光机所研制的星上多光谱扫描仪以及上海技物所研制的机载多光谱扫描仪，多光谱扫描仪安装在飞行器上，其扫描镜旋转，使接收的瞬时视场作垂直于飞行方向的运动，从而实现行扫描。由于飞行器的向前运动，多光谱扫描仪即完成二维扫描，地物景像被逐点扫过，并逐点分波段测量，从而获得多光谱的遥感图像信息。该设备处理速度慢，只适用于静止目标的非实时探测，对于运动目标难以适用。

现有图谱合一的另一种设备是傅立叶变换红外成像光谱辐射仪，比如Telops公司的FIRST-MW型成像光谱辐射仪，包括传感器、迈克尔逊成像干涉仪和高速信号处理芯片，它能够提供丰富的二维空间信息及第三维的光谱数据，即二维空间成像的每一点都可以提取光谱信息。仪器的核心部分使用了迈克尔逊成像干涉仪，从二维阵列探测器上获取调制的光谱干涉原始信号所产生的成像信息避免了光栅或线扫描仪的缺陷，光谱分辨率因不同测量应用可自行设定。这种设备图、谱探测共一个传感器，信号处理信息量非常大，无法同时实现高空间分辨率和高时间分辨率，必须使用成像干涉仪和高速信号处理芯片，因此价格十分昂贵，用户难以承受。

目前被用户接受的成像与非成像探测器分离的图谱合一设备，实质上是两个分离设备的简单组合，比如Bruker公司的遥感式光谱设备EM27：光谱仪接反射式镜头和成像探测器接透射式镜头，将两者光路调平行；镜头和光谱仪之间要么直线联结，要么通过反射镜折叠光路，使得系统内部各部件的布局受到很大的限制，灵活性较差，不利于空间的充分利用。这样的架构虽然达到了探测器分离和提高两部分各自灵敏度的目的，但是同时也分离了光路，不具备共光轴的几何关系，对不同距离的目标必然会产生视差。现有的图谱合一装置通常被安放在一个大的二维转台上，实现扫描和跟踪，使得整个设备十分笨重。

发明内容

本发明提供一种双波段红外光学系统，解决现有图谱合一装置光路布局受到限制，整个设备体积大的问题。

本发明的一种双波段红外光学系统，包括扫描转镜、双波段红外光学镜头、光谱仪、红外焦平面探测器和信号处理器，其特征在于：

所述双波段红外光学镜头由红外窗口、分光镜、中波镜头、长波镜头组成，红外窗口水平设置，红外窗口下方为与水平成45°的分光镜，分光镜下方垂直光路上设置有长波镜头，分光镜一侧水平光路上设置有中波镜头；

所述扫描转镜位于所述双波段红外光学镜头的红外窗口上方，与垂直光路成45°，偏转范围±5°；

红外光纤位于所述中波镜头的输出光轴上，将中波镜头输出的红外光传输到光谱仪，光谱仪对红外光进行干涉采样，得到干涉信号，通过传输电缆送至信号处理器；

红外焦平面探测器位于所述长波镜头的输出光轴上，获取长波镜头输出的图像信号，通过传输电缆送至信号处理器；

信号处理器对获取的图像信号进行滤波和分割处理，并利用辨识算法判断整个长波镜头视场范围内哪些像素属于感兴趣区域；再控制扫描转镜转动，将感兴趣区域移动到中波镜头输出光轴上，对光谱仪采集的干涉信号做傅立叶变换，得到感兴趣区域的谱特征信号；再将谱特征信号和数据库中各种物质的谱特征进行比对，通过互相关算法判断感兴趣区域的组成成分。

所述的一种双波段红外光学系统，其特征在于：

所述中波镜头由光路上同轴的第一凸透镜、第二凸透镜和凹透镜组成，三个透镜均镀有2～5μm的增透膜；第一凸透镜是以单晶硅为基底材料的凸透镜，第二凸透镜是以单晶锗为基底材料的凸透镜，利用两种不同材料的红外折射率的区别能有效校正色散相差，提高系统的成像质量；凹透镜是以单晶硅为基底材料的凹透镜，能够在中波镜筒内移动，实现调焦功能，使得不同距离的被测样本能在中波镜头焦平面上得到清晰的像；