一种新型剪切光束成像系统及目标图像获取方法技术方案

本申请公开了一种新型剪切光束成像系统及目标成像获取方法，其中，所述新型剪切光束成像系统将傅里叶相位提取技术应用到传统剪切光束成像技术中，从而使去除传统剪切光束成像系统中的光束移频和条纹解调这两个步骤成为可能，进而实现简化剪切光束成像系统的结构、提高成像信噪比和降低图像重构算法的复杂度的目的，极大提高了剪切光束成像系统的性能并利于其工程化实现。

A new type of shear beam imaging system and target image acquisition method

The invention discloses a novel shear beam imaging system and target imaging acquisition method, among them, the new shear beam imaging system of Fourier phase extraction technology applied to the traditional shear beam imaging technology, so that the beam shear beam imaging system to remove the traditional shift in these two steps and fringe frequency demodulation become possible, and the shear beam imaging system structure, improve the image SNR and reduce the complexity of the image reconstruction algorithm, which greatly improves the performance of shear beam imaging system and the engineering realization.

【技术实现步骤摘要】
一种新型剪切光束成像系统及目标图像获取方法
本申请涉及光学成像
，更具体地说，涉及一种新型剪切光束成像系统及目标图像获取方法。
技术介绍
对远距离运动目标(例如飞机、卫星或导弹等)的监视与识别技术，对民航调度、安全预警、军事侦察等领域都有着重要意义。目前的远距离成像技术主要分为被动远距离成像和主动远距离成像两种。被动远距离成像是利用自然光源的照射以实现对探测目标进行观测的技术，也是最早被采用的成像技术。然而被动远距离成像对自然光源、太阳与地球的相对位置和天光背景等环境因素有较强的依赖性，难以做到对探测目标的全天时观测。主动远距离成像采用人造光源(一般为激光源)照射以实现对探测目标的成像，受上述环境因素的影响较小，是被动成像无法工作时段的强有力的替代技术。主动远距离成像领域中包含了多种不同理念的成像技术，其中剪切光束成像因其高分辨力、内在对大气湍流的免疫性以及可瞬态成像等优点成为对远距离运动目标成像的具有较大竞争力的主动成像技术。截至目前，国内外公开发表的文献中关于剪切光束成像系统的描述均包含对发射光束进行移频和对接收条纹场进行解调的装置，以实现区分两个正交方向的干涉条纹所包含的目标特征信息，准确提取两个正交方向的相位信息，从而实现重构目标图像的目的；但是由于对发射光束进行移频和对接收条纹场进行解调的装置的存在，导致现有技术中的剪切光束成像系统存在结构较为复杂和对探测激光的能量利用率较低的问题。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种新型剪切光束成像系统及目标图像获取方法，以实现简化剪切光束成像系统结构，提高探测激光的能量利用率的目的。为实现上述技术目的，本专利技术实施例提供了如下技术方案：一种新型剪切光束成像系统，包括：激光发射模块和成像模块；其中，所述激光发射模块包括：激光器、分光单元、扩束单元和指向单元；所述成像模块包括：探测器阵列和计算单元；其中，所述激光器用于出射探测激光；所述分光单元用于将所述探测激光分束为第一激光、第二激光和第三激光；所述指向单元用于对所述第一激光、第二激光和第三激光进行整形并压缩发散角后向所述指向单元出射；所述指向单元用于将从所述指向单元出射的第一激光、第二激光和第三激光向探测目标发射；所述探测器阵列用于接收由探测目标反射的第一激光、第二激光和第三激光回波彼此相干叠加而形成的整体剪切干涉图；所述计算单元用于基于傅里叶相位提取技术，根据所述整体剪切干涉图获取目标图像。可选的，所述探测器阵列接收由探测目标反射的第一激光、第二激光和第三激光回波彼此相干叠加而形成的整体剪切干涉图具体用于，接收第一剪切干涉图、第二剪切干涉图和第三剪切干涉图，并获得由所述第一剪切干涉图、第二剪切干涉图和第三剪切干涉图混叠形成的整体剪切干涉图，其中，所述第一剪切干涉图由所述第一激光和第二激光相干叠加形成，所述第二剪切干涉图由第二激光和第三激光相干叠加形成，所述第三剪切干涉图由第一激光和第三激光相干叠加形成。可选的，所述计算单元基于傅里叶相位提取技术，根据所述整体剪切干涉图获取目标图像具体用于，将每次接收的整体剪切干涉图进行成像处理，以获得散斑目标图像；对多个散斑目标图像进行平均计算，以获得清晰目标图像；所述对每次接收的整体剪切干涉图进行成像处理包括：对每次接收的整体剪切干涉图整体进行二维傅里叶变换操作，将剪切干涉图的光强的空间分布变换到空间频域分布；选取空间频域分布的剪切干涉图x方向的+1级频谱和y方向的+1级频谱；对x方向的+1级频谱和y方向的+1级频谱分别进行逆傅里叶变换，获得x方向的差分波面和y方向的差分波面；利用波前重构算法分析对x方向的差分波面和y方向的差分波面进行重构计算，以获得目标远场波面；对所述目标远场波面进行逆傅里叶变换获得目标表面波面，并对所述目标表面波面进行取模值后平方运算，获得散斑目标图像。可选的，所述分光单元包括：第一分光元件、第二分光元件和反射镜；其中，所述第一分光元件用于对所述出射探测激光进行部分透射和部分反射，其中，透射部分的出射探测激光形成所述第一激光，反射部分的出射探测激光入射到所述第二分光元件表面；所述第二分光元件用于对所述第一分光元件反射的出射探测激光进行部分透射和部分反射，其中，反射部分的出射探测激光形成所述第二激光，透射部分的出射探测激光经过所述反射镜反射后形成所述第三激光。可选的，所述第一分光元件为保偏分光棱镜或保偏分光片或保偏分光膜；所述第二分光元件为保偏分光棱镜或保偏分光片或保偏分光膜；所述反射镜为保偏反射镜。可选的，所述第一分光元件的分光比为1：2；所述第二分光元件的分光比为1:1。可选的，所述扩束单元包括：第一扩束望远镜、第二扩束望远镜和第三扩束望远镜；其中，所述第一扩束望远镜用于对所述第一激光进行整形并压缩发散角后向所述指向单元出射；所述第二扩束望远镜用于对所述第二激光进行整形并压缩发散角后向所述指向单元出射；所述第三扩束望远镜用于对所述第三激光进行整形并压缩发散角后向所述指向单元出射。可选的，所述指向单元包括：第一指向镜、第二指向镜和第三指向镜；其中，所述第一指向镜用于将经过整形并压缩发散角后的第一激光指向所述探测目标发射；所述第二指向镜用于将经过整形并压缩发散角后的第二激光指向所述探测目标发射；所述第三指向镜用于将经过整形并压缩发散角后的第三激光指向所述探测目标发射。可选的，所述探测器阵列包括：多个阵列排布的光电倍增管或多个阵列排布的光电二极管或多个阵列排布的雪崩光电二极管或多个阵列排布的电荷耦合元件图像传感器或多个阵列排布的互补金属氧化物半导体图像传感器。一种目标图像获取方法，应用于上述任一项所述的剪切光束成像系统，所述目标图像获取方法包括：先后获取多个整体剪切干涉图，每次接收的整体剪切干涉图为同一时刻接收到的第一剪切干涉图、第二剪切干涉图和第三剪切干涉图相互叠加在一起所成的剪切干涉图；对每次接收的整体剪切干涉图进行成像处理，以获得散斑目标图像；对多个散斑目标图像进行平均计算，以获得清晰目标图像；所述对每次接收的整体剪切干涉图进行成像处理包括：对每次接收的整体剪切干涉图整体进行二维傅里叶变换操作，将剪切干涉图的光强的空间分布变换到空间频域分布；选取空间频域分布的剪切干涉图x方向的+1级频谱和y方向的+1级频谱；对x方向的+1级频谱和y方向的+1级频谱分别进行逆傅里叶变换，获得x方向的差分波面和y方向的差分波面；利用波前重构算法分析对x方向的差分波面和y方向的差分波面进行重构计算，以获得目标远场波面；对所述目标远场波面进行逆傅里叶变换获得目标表面波面，并对所述目标表面波面进行取模值后平方运算，获得散斑目标图像。从上述技术方案可以看出，本专利技术实施例提供了一种新型剪切光束成像系统及目标成像获取方法，其中，所述新型剪切光束成像系统通过同一激光器利用分光单元和扩束单元获得了用于探测的第一激光、第二激光和第三激光，并通过所述指向单元将所述第一激光、第二激光和第三激光指向探测目标发射，然后通过探测器阵列接收由目标反射的第一激光、第二激光和第三激光的回波相干叠加而形成的整体剪切干涉图，最后基于傅里叶相位提取技术对整体剪切干涉图进行处理，从而实现获取目标图像的目的；从上述过程可以看出，所述新型剪切光束成像系统将傅里叶相位提取技术应用到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型剪切光束成像系统，其特征在于，包括：激光发射模块和成像模块；其中，所述激光发射模块包括：激光器、分光单元、扩束单元和指向单元；所述成像模块包括：探测器阵列和计算单元；其中，所述激光器用于出射探测激光；所述分光单元用于将所述探测激光分束为第一激光、第二激光和第三激光；所述指向单元用于对所述第一激光、第二激光和第三激光进行整形并压缩发散角后向所述指向单元出射；所述指向单元用于将从所述指向单元出射的第一激光、第二激光和第三激光向探测目标发射；所述探测器阵列用于接收由探测目标反射的第一激光、第二激光和第三激光回波彼此相干叠加而形成的整体剪切干涉图；所述计算单元用于基于傅里叶相位提取技术，根据所述整体剪切干涉图获取目标图像。

【技术特征摘要】
1.一种新型剪切光束成像系统，其特征在于，包括：激光发射模块和成像模块；其中，所述激光发射模块包括：激光器、分光单元、扩束单元和指向单元；所述成像模块包括：探测器阵列和计算单元；其中，所述激光器用于出射探测激光；所述分光单元用于将所述探测激光分束为第一激光、第二激光和第三激光；所述指向单元用于对所述第一激光、第二激光和第三激光进行整形并压缩发散角后向所述指向单元出射；所述指向单元用于将从所述指向单元出射的第一激光、第二激光和第三激光向探测目标发射；所述探测器阵列用于接收由探测目标反射的第一激光、第二激光和第三激光回波彼此相干叠加而形成的整体剪切干涉图；所述计算单元用于基于傅里叶相位提取技术，根据所述整体剪切干涉图获取目标图像。2.根据权利要求1所述的新型剪切光束成像系统，其特征在于，所述探测器阵列接收由探测目标反射的第一激光、第二激光和第三激光回波彼此相干叠加而形成的整体剪切干涉图具体用于，接收第一剪切干涉图、第二剪切干涉图和第三剪切干涉图，并获得由所述第一剪切干涉图、第二剪切干涉图和第三剪切干涉图混叠形成的整体剪切干涉图，其中，所述第一剪切干涉图由所述第一激光和第二激光相干叠加形成，所述第二剪切干涉图由第二激光和第三激光相干叠加形成，所述第三剪切干涉图由第一激光和第三激光相干叠加形成。3.根据权利要求2所述的新型剪切光束成像系统，其特征在于，所述计算单元基于傅里叶相位提取技术，根据所述整体剪切干涉图获取目标图像具体用于，将每次接收的整体剪切干涉图进行成像处理，以获得散斑目标图像；对多个散斑目标图像进行平均计算，以获得清晰目标图像；所述对每次接收的整体剪切干涉图进行成像处理包括：对每次接收的整体剪切干涉图整体进行二维傅里叶变换操作，将剪切干涉图的光强的空间分布变换到空间频域分布；选取空间频域分布的剪切干涉图x方向的+1级频谱和y方向的+1级频谱；对x方向的+1级频谱和y方向的+1级频谱分别进行逆傅里叶变换，获得x方向的差分波面和y方向的差分波面；利用波前重构算法分析对x方向的差分波面和y方向的差分波面进行重构计算，以获得目标远场波面；对所述目标远场波面进行逆傅里叶变换获得目标表面波面，并对所述目标表面波面进行取模值后平方运算，获得散斑目标图像。4.根据权利要求1所述的新型剪切光束成像系统，其特征在于，所述分光单元包括：第一分光元件、第二分光元件和反射镜；其中，所述第一分光元件用于对所述出射探测激光进行部分透射和部分反射，其中，透射部分的出射探测激光形成所述第一激光，反射部分的出射探测激光入射到所述第二分光元件表面；所述第二分光元件用于对所述第一分光元件反射的出射探测激光进行部分透射和部分反射，其中，反射部分的出射...

【专利技术属性】
技术研发人员：董磊，赵金宇，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22