[发明专利]基于光栅和CCD成像探测器的宽动态范围成像系统

摘要

基于光栅和CCD成像探测器的宽动态范围成像系统，由光栅，匹配透镜，CCD成像探测器和计算机组成。其特征在于：成像光束经成像透镜聚焦，经焦平面后的光束进入第一个匹配透镜并输出平行光束，平行光束经光栅后进入第二个匹配透镜成像于CCD成像探测器。光栅可以使原本成像于CCD成像探测器的光斑分为光强大小不等的多个光斑，通过简单的运算可以将光强大小不等的多个光斑结合，大幅度的提高原有CCD探测器的动态范围和信噪比。

主权项

基于光栅和CCD成像探测器的宽动态范围成像系统，其特征在于包括：前匹配透镜(2)、光栅(3)，后匹配透镜(4)、CCD成像探测器(5)、计算机系统(6)，其中前匹配透镜(2)将会聚的入射光束转变为平行光以便于引进光栅的调制，后匹配透镜(4)用于对入射光束进行成像；成像光束经成像透镜(1)会聚于基于光栅和CCD成像探测器的宽动态范围成像系统入口处，会聚光束经前匹配透镜(2)后输出平行光束，光栅(3)对输出的平行光束进行位相或光强调制，经光栅调制后的平行光束经短距离传输或直接进入后匹配透镜(4)，并从后匹配透镜(4)输出多路光强大小不等的光束会聚于CCD成像探测器(5)中的不同探测区，计算机系统(6)采集CCD成像探测器(5)输出的数据，并将成像于不同区域的光斑按照光栅分束后光强峰值强度比例进行重组，考虑光栅分束后的0级(即成像光斑的中心衍射图样)，±1级光强分布(当使用二维光栅时指成像光斑的中心上下、左右两侧的衍射图样，当使用一维光栅时指上下或左右两侧的衍射图样)，假定光强峰值强度比例为n∶m(n＜m，n和m为正实数)，则重组时将±1级L个光强分布相加再除L求得平均值，其和乘以系数m/n再减去0级光强的峰值，并令负光强值(即因数学加减而造成的负的光强数值)为零，而后将计算得到的光强与0级光强相加作为最终CCD探测的输出结果；如果入射光强较强以致±1级光强也饱和了，则应该考虑±2级光强(当使用二维光栅时指成像光斑的中心左上、左下，右上、右下侧的衍射图样，当使用一维光栅时指±1级上下或左右侧的衍射图样)，先将0和±1级光强按照前面的方式相加，而后再将±2级L个光强分布相加再除L求得平均值，其和乘以系数n/k，(假定0级和±2级光强峰值强度之比为n∶k (n＜k，k为正实数))再减去0和±1级合成后的光强峰值，并令负光强值为零，而后将计算得到的光强与0和±1级合成后的光强相加作为最终CCD探测的输出结果；当光强进一步增加，可以考虑±2级以上光强的分布，可以在CCD靶面范围内将CCD动态范围进一步扩大。其中L为正整数。；