[发明专利]一种可见-长波红外双色成像探测系统

权利要求书

1.一种可见-长波红外双色成像探测系统，其特征在于，所述探测系统包括可见-长波红外共孔径光学系统、可见-长波红外探测芯片、位姿测量及标定模块和信号处理板卡，其中：

所述可见-长波红外共孔径光学系统，用于收集探测目标反射的可见光及辐射的长波红外光，并将所述可见光及所述长波红外光汇聚至所述可见-长波红外探测芯片；

所述可见-长波红外探测芯片，用于将所述可见光及所述长波红外光转换为相应的电信号，根据所述电信号分别确定可见光图像数据和长波红外图像数据；

所述位姿测量及标定模块，用于提供所述探测系统的位姿信息和所述探测目标的距离信息；

所述信号处理板卡，用于融合所述可见光图像数据和所述长波红外图像数据，结合所述位姿信息和所述距离信息，构建所述探测目标的三维图像。

2.根据权利要求1所述的探测系统，其特征在于，所述可见-长波红外共孔径光学系统包括入射窗片、主镜、次镜，所述主镜和所述次镜构成自由曲面离轴两反式结构；其中：

所述入射窗片，用于收集所述可见光及所述长波红外光，反射其他波段的入射光；

所述主镜，依据Zernike多项式曲面设计得到，镀有高反膜层，用于反射透过所述入射窗片的所述可见光和所述长波红外光；

所述次镜，依据XY多项式曲面设计得到，镀有高反膜层，用于将所述主镜反射的所述可见光和所述长波红外光反射并汇聚至所述可见-长波红外探测芯片。

3.根据权利要求2所述的探测系统，其特征在于，

所述可见-长波红外共孔径光学系统针对所述可见光和所述长波红外光的焦距大小、视场角大小均一致；

所述可见-长波红外共孔径光学系统针对所述可见光和所述长波红外光的通光孔径大小不一致。

4.根据权利要求1至3任一项所述的探测系统，其特征在于，所述可见-长波红外探测芯片包括：

超表面微纳光学吸收层，用于吸收所述长波红外光，同时透过所述可见光；

长波红外微测辐射热计单元层，用于将所述超表面微纳光学吸收层吸收的所述长波红外光转换为热敏电阻的变化；

读出电路层，用于将所述可见光转换为第一电信号，根据所述第一电信号得到所述可见光图像数据，并将所述热敏电阻的变化转换为第二电信号，根据所述第二电信号得到所述长波红外图像数据。

5.根据权利要求4所述的探测系统，其特征在于，所述超表面微纳光学吸收层包括阵列排布的多个方形柱状孔；其中，所述多个方形柱状孔的尺寸均大于所述可见光的波长，并且，所述多个方形柱状孔的尺寸均小于所述长波红外光的波长。

6.根据权利要求5所述的探测系统，其特征在于，所述长波红外微测辐射热计单元层通过绝热悬臂梁结构与所述读出电路层电连接。

7.根据权利要求6所述的探测系统，其特征在于，

所述读出电路层包括多个可见光CIS、多个长波红外探测器以及多个电路；所述多个可见光CIS阵列排布，用于将所述可见光转换为所述第一电信号；所述多个长波红外探测器分别设置在所述多个可见光CIS的像元间隙，用于将所述热敏电阻的变化转换为所述第二电信号；所述多个电路设置在所述多个可见光CIS排布的阵列的外围，用于根据所述第一电信号输出所述可见光图像数据，并根据所述第二电信号输出所述长波红外图像数据；

和/或，

所述读出电路层上设置有Al层，所述Al层上设置有多个开孔，所述多个开孔的位置及大小与所述超表面微纳光学吸收层中的所述多个方形柱状孔相对应。

8.根据权利要求4所述的探测系统，其特征在于，所述可见-长波红外探测芯片中的所述超表面微纳光学吸收层、所述长波红外微测辐射热计单元层、所述读出电路层采用异质集成工艺实现单片集成。

9.根据权利要求1至3任一项所述的探测系统，其特征在于，所述位姿测量及标定模块包括：

位姿测量模块，用于提供所述探测系统的所述位姿信息；

近红外激光雷达，用于提供所述探测目标的所述距离信息。

10.根据权利要求1至3任一项所述的探测系统，其特征在于，所述信号处理板卡包括：

VSLAM模块，用于基于所述可见光图像数据、所述长波红外图像数据和所述位姿信息，构建所述探测目标的位姿点云图像；

深度估计模块，用于基于所述可见光图像数据、所述长波红外图像数据和所述距离信息，构建所述探测目标的深度图；

三维模型构建模块，用于基于所述可见光图像数据、所述长波红外图像数据、所述位姿点云图像和所述深度图，构建所述探测目标的所述三维图像。