[发明专利]一种具有激光防御功能的光电成像系统

说明书

本发明提出了一种具有激光防御功能的光电成像系统，是一种波前编码和光场成像复合的光电成像系统，包括波前编码成像镜头、微透镜阵列、面阵探测器、图像处理器件和输出显示器件，入射激光经波前编码成像镜头调制，产生无衍射艾里光束，光束经焦平面附近的微透镜阵列进行角度离散采样后，最终被面阵探测器接收，面阵探测器将接收到的角度离散采样以后模糊的中间像送到信号处理器中进行重聚焦和解码处理，形成清晰的数字图像，由输出显示器件输出显示。本发明既能保证成像质量又具有激光防御功能。

技术领域

本发明涉及光电成像系统，具体涉及一种具有激光防御功能的光电成像系 统。

背景技术

以数码相机为代表的光电成像系统应用广泛，其系统构成主要包括光学成像 器件、光电探测器件、图像处理器件和输出显示器件，其中光电探测器件一般放 置于光学成像器件的焦平面附近并垂直光学成像器件的光轴，工作时通过调焦使 目标物成像于探测器平面，以获得清晰的图像输出。当有入射激光照射该类光电 成像系统时，由于光学成像器件(物镜)对激光的汇聚作用，会在探测器表面聚 焦成面积很小的光斑，这个光斑会成为二次发光源，使得相当一部分入射激光将 再次通过物镜按原入射光路返回，产生强烈的后向反射激光回波，从而使得光电 成像系统可被入射激光侦察定位，这种现象被称为猫眼效应。与此同时，汇聚的 光斑在的探测器表面上，会形成极高的功率密度，当入射激光功率较大时候，光 电探测器极易被激光干扰致盲。因此光电成像系统除了具备优良的成像能力之外，还应该具有反激光侦察定位与干扰致盲的防御能力。人们业已提出多种光电 成像系统激光防御方案，但因为存在明显影响系统成像性能或者防御需要先验知 识等原因，相应的光电成像系统还难以满足应用需求。

光电成像系统离焦方案将面阵探测器离开焦平面附近的成像面向物镜移动 一定距离，即进行一定的离焦，当探测器移开成像面的距离达到成像物镜理论焦 深的十倍时，这种离焦结构的光电成像系统可显著降低光电系统的猫眼效应，并 降低激光到达探测器表面的激光功率。常规光电成像系统离焦方案的缺点在于存 在提高激光防御能力和保持成像质量之间的矛盾。但是，研究表明提高激光防御 能力需要离焦范围越大越好，当离焦超过λ/4以后，系统的成像质量的明显下降， 且不能通过逆滤波等图像处理技术恢复。

光场成像系统可以同时记录包括光强分布和光线方向在内的四维光场信息， 如果将微透镜阵列置于主透镜的像面，而光电探测器置于微透镜阵列的焦平面， 那么到达光电探测器上的光斑将包含有方向信息的弥散光斑，从而能够降低猫眼 激光回波和提高激光致盲阈值，图像处理器将光电探测器获得的四维光场数据利 用相应的重聚焦算法进行重构，可以恢复出高像质量的清晰图像，其系统结构如 图1所示。对比无离焦常规成像系统，光场成像系统远场回波峰值光强与回波探 测器接收功率分别降低三个量级和两个量级以上，光电探测器表面的峰值光强和 最大单像素入射功率也降低近两个量级，该系统反激光侦察和反激光致盲效果都 较好。但是采用该方案时，若微透镜阵列处于负离焦状态(远离主透镜)时，系 统成像质量将下降，猫眼回波将显著增强，达不到光电成像系统反激光侦察的目 的。

典型的波前编码光电成像系统结构如图2所示，其在成像物镜的孔径光阑位 置插入一块相位板使其成为波前编码成像镜头，相位板对入射光场进行调制，使 目标通过成像镜头在其焦平面附近的面阵探测器上形成模糊中间像，面阵探测器 将图像转换为电信号并通过图像处理器对探测器输出的模糊中间像进行数字重 构，恢复成清晰的输出图像。相位板经过特殊设计，使波前编码成像镜头的光学 传递函数具有显著的离焦不变性，即使在面阵探测器离焦量较大的情况下，波前 编码光电成像系统依然能够使保持高成像质量。对比无离焦常规成像系统，离焦 波前编码系统可以将远场回波峰值光强与回波探测器接收功率降低两个量级以 上，达到较好的反激光侦察效果，但是该离焦波前编码成像系统只能将探测器峰 值光强和最大单像素入射功率降低一个量级以上，因此反激光致盲效果一般。对 于波前编码系统，入射高斯光束经过立方相位调制后在系统焦平面附近形成L型 无衍射艾里光场，其尺寸和光强分布在较大离焦范围均能保持稳定，因此景深延 拓特性比较好，但光场中心主瓣能量集中，这也限制了波前编码系统反激光致盲 性能的进一步提升。

发明内容