[发明专利]一种集成式短波红外光学成像系统

说明书

一种集成式短波红外光学成像系统涉及光学设计领域，解决短波红外探测器的分辨率低、利用率低与结构复杂的问题，该系统包括：短波红外探测器、前置物镜组、色散分光组件、掩膜板、编码解码装置和图像融合单元，前置物镜组的一侧设有色散分光组件，前置物镜组与色散分光组件的光路的共焦面上设置有掩膜板，掩膜板紧靠短波红外探测器，掩膜板上设有偏振光栅和由编码解码装置编码得到的亚像素子空间编码；能够得到色散型分光多光谱图像、超分辨率图像和分焦面偏振图像；图像融合单元融合三种，且融合后的图像的分辨率变高。本发明集成三种成像模式，简化结构节省空间，三种图像具有多种用途，且三种图像经图像融合单元融合能够得到更清晰的图像。

技术领域

本发明涉及光学设计领域，特别涉及一种集成式短波红外光学成像系统。

背景技术

短波红外(short wave infrared,SWIR)的波长范围在1～2.5μm之间，性质与可见光类似，是物体反射的光，具有可以媲美可见光的成像效果和质量。短波红外可以在辉光和夜光等低照度背景下成像，同时对云、雾、烟具有良好的穿透能力。由于这些优势，短波红外成像技术在军事和民用领域得到广泛的应用。

短波红外探测器的发展水平影响着短波红外成像技术的发展，短波红外的探测需要特制的探测器，但目前短波红外探测器的利用率低。由于受到加工工艺、系统功耗、加工成本等因素的限制，目前采用的短波红外探测器通常规格较小、像元尺寸较大，对目标细节特征的探测能力较弱，红外系统分辨率较低。此外，短波红外探测器昂贵的价格也限制了短波红外的应用。

传统的提升红外系统分辨率最直接的方法就是减小探测器的像元尺寸。目前常用的红外探测器的像元尺寸维持在25μm左右，虽然像元尺寸逐渐向17μm、12μm(甚至更小的尺寸)过渡，但由于像元尺寸逐渐接近物理极限而极大地增加了探测器的加工难度和成本造价，此外还会带来光电串扰、能量损耗、信噪比降低等一系列的问题。目前采用的超分辨成像系统大多结构复杂或者含有机械运动部件，给加工、装调带来了一定的困难，不能满足轻量化设计要求。

突破短波红外探测器像元尺寸的限制，提高短波红外系统的分辨率，充分挖掘短波红外探测器的使用价值成为亟待解决的问题。

发明内容

为了解决短波红外探测器的分辨率低、利用率低与结构复杂的问题，本发明提供了一种集成式短波红外光学成像系统，该系统集成多光谱成像、超分辨率成像、偏振成像三种成像模式，且通过图像融合单元融合三种成像模式所成图像以进一步提高探测图像的分辨率。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种集成式短波红外光学成像系统，包括：短波红外探测器，还包括：前置物镜组、色散分光组件、掩膜板、编码解码装置和图像融合单元，前置物镜组的一侧设有色散分光组件，前置物镜组与色散分光组件的光路的共焦面上设置有掩膜板，掩膜板紧靠短波红外探测器，所述掩膜板上设有偏振光栅和由编码解码装置编码得到的亚像素子空间编码；

探测目标光束经前置物镜组会聚后分成三路：一路光束经色散分光组件色散分光后在短波红外探测器上得到具有光谱信息的色散型分光多光谱图像；一路光束经亚像素子空间编码后在短波红外探测器上得到编码调制图像，通过编码解码装置解码获得超分辨率图像；一路光束经偏振光栅偏振后在短波红外探测器上得到具有偏振特性的分焦面偏振图像；

图像融合单元融合色散型分光多光谱图像、超分辨率图像和分焦面偏振图像，且融合后的图像的分辨率高于色散型分光多光谱图像、超分辨率图像和分焦面偏振图像中的任意一个。

所述偏振光栅为在掩膜板上设有若干栅格行，每行栅格行包括沿0°、45°、90°、135°四个方向金属栅线且与短波红外探测器上像元尺寸相同的栅格。

所述亚像素子空间编码为在掩膜板上与短波红外探测器上像元尺寸相同区域4×4等分，得到16个子空间。