[发明专利]一种基于大气湍流校正的超分辨率红外热像仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种超分辨率红外热像仪，尤其是涉及一种基于大气湍流校正的超分辨率红外热像仪。

背景技术

远距离目标的高分辨率光电探测成像技术在军事国防应用领域（如：国家安全防卫、导弹探测跟踪等）至关重要。然而，成像系统接受到的光功率随着光传播距离递减，这很大程度上限制了成像系统的探测距离。提高成像系统有效探测距离的典型方法是增大光学系统的孔径。但是当光学孔径提高到一定程度时，观测目标与成像系统之间的大气湍流成为了限制最终成像质量的主导因素，继续增大光学孔径将不再有效。大气湍流使获得的图像产生模糊，闪光等现象，尤其对于红外热像仪，由于红外探测器的分辨率较低，使得最终获得的红外图像分辨率远低于光学系统极限分辨率，图像细节更加缺失，从而限制了红外热像仪的性能提升。

目前，克服大气湍流影响的主要方法有：自适应光学技术和后期数字图像处理技术。自适应光学技术主要是利用波前探测器和波前校正器光波前进行波前探测、重构以及补偿，达到消除大气湍流影响的目的，但是这种方法要求光波透过大气以近似垂直地面的方向传播，因此，其主要应用于天文望远镜成像系统，例如，中国专利200610112434.6公开了一种基于自适应光学的高分辨力成像望远镜。然而，地对地成像系统探测的光波是以水平或者倾斜方向传播的，在这种情况下，光路经过的大气湍流环境极为复杂，因此自适应光学系统并不适用于基于地对地成像的红外热像仪。后期数字图像处理技术是一种基于软件的图像复原方法，基本可以分为经典复原方法和盲复原方法两类。大气湍流退化图像主要是应用盲复原方法来进行图像复原。这种方法可以利用成像系统获得的退化图像来估计大气湍流以及光学系统的点扩散函数，然后利用估计的点扩散函数去卷积从而复原图像。然而，这类方法在复原速度慢，复原效果不理想，通常只适用于弱大气湍流条件。

目前，提升红外热像仪分辨率的常规方法是利用光学扫描机构获取一系列具有亚像素平移的图像，然后利用图像配准技术融合这些具有亚像素平移的低分辨率图像，进而获得一帧高分辨图像。但是这种超分辨红外热像仪需要高精度的光学扫描机构，从而导致了红外热像仪存在体积大、制造成本高、扫描精度难以控制、可靠性低，等缺点。

针对上述湍流补偿技术和超分辨率热像仪的缺陷，有必要寻求新的方法，开发一种无需光学扫描机构且能够适用于强湍流条件下的地对地成像的超分辨率红外热像仪。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的现有的红外热像仪受大气湍流条件的影响，图像退化严重，分辨率低下的技术问题；提供了一种能够适用于强湍流环境下的一种基于大气湍流校正的超分辨率红外热像仪。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种基于大气湍流校正的超分辨率红外热像仪，其特征在于，包括沿光轴方向依次设置的大口径保护窗、波前调制系统、红外光学系统、面阵红外探测器焦平面、制冷机以及同时与面阵红外探测器焦平面和制冷机连接的系统电路组件；所述波前调制系统还与面阵红外探测器焦平面连接。

在上述的一种基于大气湍流校正的超分辨率红外热像仪，所述波前调制系统包括：一个前置安装板、安装在前置安装板上的前置镀膜硅板、安装在前置镀膜硅板后方的后置镀膜硅板、用于安装固定后置镀膜硅板的后置安装板、用于装载前置安装板和后置安装板并安装在后置安装板后方的装载系统、以及一个用于高精度控制后置安装板带动后置镀膜硅板按照系统指令转动的电机伺服系统；所述前置安装板和后置安装板均装载在与电机伺服系统相连的装载机构上，并且前置安装板不能转动，只有安装有后置镀膜硅板的后置安装板能够由电机伺服系统控制转动。

在上述的一种基于大气湍流校正的超分辨率红外热像仪，所述红外光学系统包括沿光轴方向依次安装的：

一个望远系统：用于将透过波前调制系统的红外光束进行压缩口径；

一个光学消旋机构：用于消除热像仪抖动旋转引起的系统像旋，维持图像稳定；

一个后组成像系统：用于将红外辐射光汇聚于安装在其后方的面阵红外探测器焦平面上。

在上述的一种基于大气湍流校正的超分辨率红外热像仪，所述前置镀膜硅板和后置镀膜硅板之间的距离小于等于100微米。