[发明专利]一种高分辨多波段光学复合成像探测系统及其方法

说明书

技术领域

本发明属于目标光学探测技术领域，尤其涉及一种高分辨多波段光学复合成像探测系统及其方法。

背景技术

高速飞行的空间小型飞行器需要通过多波段光学复合探测系统完成对地海面场景的高分辨、清晰成像。但受到飞行器体积、重量、功耗的限制，光学探测系统需要轻量化、小型化。综合系统能力与平台限制等因素，需要对可见光/红外复合成像探测系统开展方案设计优化，并采用一些新技术对分辨率进行提升，对平台和系统可能引起的成像模糊进行抑制。

国内外已有一些专门实现对地高分辨观测任务的卫星，其分辨率较高，但光学系统尺寸、重量、功耗也较大，针对高速飞行的空间小型飞行器，其平台条件显著不同，尚未见到高分辨率多波段光学复合成像探测系统设计的报道。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出了一种高分辨多波段光学复合成像探测系统及其方法，具备小型化、高分辨可见光/红外复合成像的特点，可实现远距离对地海面场景的清晰成像。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：根据本发明一个方面，提供了一种高分辨多波段光学复合成像探测系统，其特征在于包括：前置望远镜模块、相位校正与像移补偿模块和传感器成像模块；其中，所述前置望远镜模块收集目标光信号，并压缩光束口径后发送至所述相位校正与像移补偿模块；所述相位校正与像移补偿模块将压缩光束口径后的目标光信号相位校正和像移补偿后发送至所述传感器成像模块；所述传感器成像模块将相位校正和像移补偿后的光信号分为可见光与中红外光两束光，实现可见光成像，将中红外光通过四帧图像和超分辨率算法重构出超分辨率图像。

上述高分辨多波段光学复合成像探测系统中，所述前置望远镜模块包括主镜、次镜、折转镜和三镜；其中，从目标反射或辐射的光信号经大气传输，进入前置望远系统中的主镜，之后反射到次镜，再反射到折转镜，从折转镜再反射到三镜，最后将光信号反射到相位校正与像移补偿模块中。

上述高分辨多波段光学复合成像探测系统中，主镜的口径为450mm-460mm，放大倍率为10-15倍；主镜、次镜及三镜均采用二次曲面，主镜圆锥系数为-1，次镜及三镜的圆锥系数分别为-1.4和-2.7；折转镜为平面镜，折转镜的平面与水平面夹角为30°。

上述高分辨多波段光学复合成像探测系统中，所述相位校正与像移补偿模块包括变形镜和快速反射镜；其中，压缩光束口径后的目标光信号进入变形镜，变形镜位于前置望远模块的出瞳位置，通过镜面面形的改变，校正波前变形，之后光信号进入快速反射镜，快速反射镜对成像像移的补偿，经快速反射镜反射的光信号进入传感器成像模块。

上述高分辨多波段光学复合成像探测系统中，所述变形镜的口径为50mm，变形镜RMS平面度优于10nm，具有不小于5倍中心波长的变形量，响应时间小于5ms；所述快速反射镜的口径为50mm，快速反射镜RMS平面度优于四分之一波长，转角范围大于15mrad，角速度优于4rad/s，响应带宽小于200Hz。

上述高分辨多波段光学复合成像探测系统中，所述传感器成像模块包括分光镜、可见光物镜、可见光传感器、中波红外物镜、微扫描器和中波红外传感器；其中，相位校正和像移补偿后的光信号通过分光镜分为可见光与中红外光两束光，可见光通过可见光物镜后，会聚到可见光传感器实现成像；中红外光进入中波红外成像物镜，之后通过微扫描器，并通过四帧图像和超分辨率算法重构出超分辨率图像，并会聚于中波红外传感器焦平面，从而实现对目标区域的成像。

本发明的高分辨多波段光学复合成像探测系统具有功耗、尺寸、重量较小的优点，基于微扫描器的超分辨成像方法，可以提升红外分辨率，基于变形镜的相位校正方法，减弱高速运动平台运动和系统扫描所带来的成像模糊。

根据本发明的另一方面，还提供了一种高分辨多波段光学复合成像探测方法，所述方法包括如下步骤：前置望远镜模块收集目标光信号，并压缩光束口径后发送至相位校正与像移补偿模块；相位校正与像移补偿模块将压缩光束口径后的目标光信号相位校正和像移补偿后发送至传感器成像模块；传感器成像模块将相位校正和像移补偿后的光信号分为可见光与中红外光两束光，实现可见光成像，将中红外光通过四帧图像和超分辨率算法重构出超分辨率图像。

上述高分辨多波段光学复合成像探测方法中，所述前置望远镜模块包括主镜、次镜、折转镜和三镜；其中，从目标反射或辐射的光信号经大气传输，进入前置望远系统中的主镜，之后反射到次镜，再反射到折转镜，从折转镜再反射到三镜，最后将光信号反射到相位校正与像移补偿模块中。