[发明专利]动态局部放大高分辨成像系统

说明书

本发明公开了一种动态局部放大高分辨成像系统，属于光学仪器技术领域。解决现有光学成像系统对远距离目标探测的大视场与高分辨成像的矛盾以及系统结构复杂、成本较高等技术问题。该系统包含成像物镜、小口径局部放大镜组、中继转像镜组、透射式液晶空间光调制器(SLM)和探测器像面，其中小口径局部放大镜组和透射式液晶空间光调制器(SLM)用于实现局部区域放大与高分辨率成像。本发明在中间像面位置附近放置一个小口径局部放大镜组，通过小口径局部放大镜组在x、y方向的二维扫描，实现一次像面不同位置的动态局部放大，经由中继镜组后，在探测器像面上获得不同位置的局部放大图像，系统结构简单、成本低，可实现大视场范围内的动态局部放大。

技术领域

本发明属于光学仪器技术领域，具体涉及一种动态局部放大高分辨成像系统，特别适用于视频监控、预警探测以及战场侦查等领域。

背景技术

进入21世纪，在目标探测、识别与跟踪的光学探测领域中，对光学系统的要求越来越高，既要求系统具有对探测目标的大视场全局成像能力，又要求系统具备对目标细节的局部高分辨率成像能力。为了满足对目标的大视场探测与小视场高分辨成像，传统光学解决方法是采用变焦光学系统，主要有机械变焦和主动变焦两种方式。然而，机械变焦系统是通过改变光学元件或光学元件组之间的距离来实现变焦，并使像面保持不变，这种变焦方式主要面临反应速度、尺寸、重量功耗、机械移动部件等多方面的问题，主动变焦系统不需要光学元件的机械移动，而是通过系统中某个或某几个主动光学元件的面型变化实现变焦和像面位置的稳定，但是这种变焦方式受限于主动光学元件本身的面型变化动态范围，实现的变焦范围有限。另外，为了解决目标全局信息获取与局部细节信息高分辨的问题，研究人员还提出了基于数字图像处理的方法，光学系统获得目标的全局图像后，通过软件处理全局图像得到局部放大的图像，但是这种数字图像处理方式是基于光学系统已经获得的有限信息，因此这种方式实现的局部放大倍率有限，而且图像放大到一定程度后还会面临图像失真问题。

为了解决上述问题，光学研究人员又提出了基于主动光学元件的小凹成像系统以及双小凹成像系统，这种光学系统主要是基于光学系统的像差特性，在大视场范围内对某个或某两个视场进行高分辨成像，其余视场低分辨率成像。这种小凹成像光学系统的研究对光学高分辨成像技术的发展具有一定的推动作用，但是这种成像方式在获得局部视场高分辨成像的同时牺牲了其他视场的分辨率，在实际目标探测应用中会导致目标信息的丢失。

在光学局部放大技术领域中，与本发明相似的专利为CN103901615A，该专利公开了一种小凹成像光学系统，系统采用一组扫描式的望远系统可以实现4°视场的局部光学放大。但是该系统的局部放学放大要求系统的入瞳口径很小，系统的通光量较小，导致像面上照度较小。

为了解决以上问题，本发明设计了动态局部放大高分辨成像系统，采用小口径局部放大镜组和透射式液晶空间光调制器(SLM)实现了大视场光学系统动态光学局部放大，得到光学系统像面上不同位置的局部放大成像。解决了现有光学成像系统对远距离目标探测的大视场与高分辨成像的矛盾。系统结构简单、体积小、成本低，且容易实现。

发明内容

本发明为解决现有光学成像系统对远距离目标探测的大视场与高分辨成像的矛盾以及系统结构复杂、成本较高等技术问题，提供一种动态局部放大高分辨成像系统，该光学系统采用一个简单的小口径放大镜组和一个透射式液晶空间光调制器(SLM)配合可以实现光学局部放大高分辨成像的目标。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：

动态局部放大高分辨成像系统，包括成像物镜、一次像面、平板玻璃、小口径局部放大镜组、中继转像镜组、透射式液晶空间光调制器(SLM)和探测器像面，在光线的传播方向上，各组成部分按顺序依次排列；

动态局部放大高分辨成像系统的光线传播方向为z轴，光线传播方向从左到右，左负右正，成像物镜的第一面顶点位置为原点，与z垂直的面为xy平面，垂直于z轴向上为y轴正方向，垂直于yz平面向里为x轴正方向；