一种基于仿生光学的大视场凝视型红外成像系统技术方案

本发明专利技术提供的基于仿生光学的大视场凝视型红外成像系统，在单眼成像系统的基础上融合了复眼光学特性不仅可以实现大视场目标探测，而且可以实现目标的位置追踪，能够实现大视场场景红外实时视频成像，视场可达130°以上。此外，该系统还可以实现场景物体的位置定位和跟踪、速度测量、甚至红外3D成像等。

A staring infrared imaging system with large field of view based on bionic optics

【技术实现步骤摘要】
一种基于仿生光学的大视场凝视型红外成像系统
本专利技术涉及仿生光学和红外成像
，特别涉及一种基于仿生光学的大视场凝视型红外成像系统。
技术介绍
红外线是一种电磁波，任何绝对零度以上的物体都会往外辐射红外线。红外成像系统可以将物体表面的温度分布也就是红外线辐射强度转换成人眼可见的图像，从而进行物体的检测和监控。红外成像系统在军事和民用上都有广泛的应用。在军事上，可用于导弹导引、目标探测、夜视侦查等。在民用上，可用于体温测量、医疗影像、森林探火、火源寻找、建筑管道漏热查寻、监控探测、无损检查、海上救护和设备检修等。传统的红外成像系统一般均为单孔径光学系统。单孔径光学系统均存在一个缺陷就是探测范围有限，不能实现全方位的实时探测。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种基于仿生光学的大视场凝视型红外成像系统，能够实现大视场场景红外实时视频成像。本专利技术提供一种基于仿生光学的大视场凝视型红外成像系统，包括共轴设置的：红外复眼结构，用于采集大视场场景中物体辐射的红外线并形成曲面红外图像，所述红外复眼结构具有多个排列在曲面上的子眼；红外光学变换结构，用于将所述红外复眼结构采集的大视场场景的曲面红外图像转换为平面红外图像，所述红外光学变换结构具有多组红外光学镜片；红外图像接收处理结构，用于接收所述红外光学变换结构发送的所述平面红外图像并对所述曲面红外图像进行重构，得到大视场红外成像。作为一种可选的方案，所述子眼采用锗制成的球面透镜。作为一种可选的方案，所述红外光学变换系统具有三组红外镜片，每组红外镜片均采用非球面光学设计。作为一种可选的方案，所述三组红外镜片均采用锗材料制成。作为一种可选的方案，所述红外图像采集处理结构包括红外图像探测器和红外图像处理单元，所述红外图像探测器用于采集所述平面红外图像，所述红外图像处理单元用于对所述曲面红外图像进行重构。作为一种可选的方案，所述红外图像探测器采用探测波长范围为8-12μm的非制冷型焦平面红外探测器。作为一种可选的方案，所述子眼由一个或者多个红外透镜组成。作为一种可选的方案，所述子眼的排列方式采用六边形排列、圆形排列或者三角形排列，相邻子眼的视场相互交叠。从以上技术方案可以看出，本专利技术实施例具有以下优点：本专利技术提供的基于仿生光学的大视场凝视型红外成像系统，在单眼成像系统的基础上融合了复眼光学特性不仅可以实现大视场目标探测，而且可以实现目标的位置追踪，能够实现大视场场景红外实时视频成像，视场可达130°以上。此外，该系统还可以实现场景物体的位置定位和跟踪、速度测量、甚至红外3D成像等。附图说明图1是本专利技术的基于仿生光学的大视场凝视型红外成像的系统结构图；图2是本专利技术的基于仿生光学的大视场凝视型红外成像中单个子眼的光路示意图；图3是本专利技术的基于仿生光学的大视场凝视型红外成像中红外光学变换系统的光路示意图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供一种基于仿生光学的大视场凝视型红外成像系统，包括共轴设置的红外复眼结构、红外光学变换结构以及红外图像结构处理结构，具体地：红外复眼结构，用于采集大视场场景中物体辐射的红外线并形成曲面红外图像，所述红外复眼结构具有多个排列在曲面上的子眼；红外光学变换结构，用于将所述红外复眼结构采集的大视场场景的曲面红外图像转换为平面红外图像，所述红外光学变换结构具有多组红外光学镜片；红外图像接收处理结构，用于接收所述红外光学变换结构发送的所述平面红外图像并对所述曲面红外图像进行重构，得到大视场红外成像。本专利技术提供的基于仿生光学的大视场凝视型红外成像系统，在单眼成像系统的基础上融合了复眼光学特性不仅可以实现大视场目标探测，而且可以实现目标的位置追踪，能够实现大视场场景红外实时视频成像，视场可达130°以上。此外，该系统还可以实现场景物体的位置定位和跟踪、速度测量、甚至红外3D成像等。本实施例中，所述子眼采用红外线透过率高的锗制成的球面透镜，对此不做限定。本实施例中，红外光学变换系统具有三组红外镜片，每组红外镜片均采用非球面光学设计，三组红外镜片均采用红外线透过率高的锗材料制成，对此不做限定。红外图像采集处理结构包括红外图像探测器和红外图像处理单元，所述红外图像探测器用于采集所述平面红外图像，所述红外图像处理单元用于对所述曲面红外图像进行重构。本实施例中，红外图像探测器采用探测波长范围为8-12μm的非制冷型焦平面红外探测器，对此不做限定。本专利技术基于仿生光学的大视场凝视型红外成像系统，将自然界生物复眼的结构特性引入红外成像系统中，结合了单眼和复眼的特性，是一种混合成像系统，通过红外复眼结构采集场景中物体辐射的红外线，形成一次成像。一次成像是一个曲面图像阵列，一次成像经过红外光学变换系统转换为一个平面图像阵列，红外光学变换系统是一个单眼视觉系统，平面图像阵列被红外图像接收处理结构采集成数字图像，经过适当的图像重构和处理算法恢复出大视场场景红外信息。基于仿生光学的大视场凝视型红外成像系统，一方面是一个单眼和复眼混合系统，另一方面还是一个红外成像系统，其工作波段在8-12μm。基于仿生光学的大视场凝视型红外成像系统主要包含三个部分，两个光学系统一个传感器接收处理系统。其中，红外复眼结构为模仿自然界生物复眼设计而成的红外复眼结构，红外光学变换系统为模仿人眼这种单眼视觉系统设计的红外光学变换系统。红外复眼结构对大视场场景中物体辐射的红外光进行一次成像，红外光学变换系统对红外复眼结构所成的一次像进行二次成像，从而被一个长波红外图像探测器接收，并进行相应的图像重构恢复出大视场场景的辐射红外信息。如图1所示，1为红外复眼结构，由很多排列在曲面上的子眼组成，每个子眼都是一个成像孔径，子眼可以由一个或者多个红外透镜组成。相邻子眼相互独立，互不干扰。子眼有规律地排列在半球面上，有利于对大视场范围的目标进行探测。子眼在半球面的排列方式可以采用六边形排列、圆形排列或者三角形排列均可。分布原则是相邻子眼视场相互交叠，不存在探测盲区。三组红外光学镜片2、3、4组成红外光学变换系统，设计原理是模仿人眼这种单眼视觉系统设计而成，完成对上述红外复眼结构所成一次像面的二次成像，红外光学变换系统所成的二次像面和红外图像接收处理结构5的像面重合，被红外图像接收处理结构采用为数字图像进行保存、重构和数据分析。图2示出了一种红外复眼结构中一个小眼的设计，子眼6为锗材料加工而成的球面透镜，子眼6所成的一次像面为图中7所示的位置。图3示出了红外光学变换系统光路图，8为红本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于仿生光学的大视场凝视型红外成像系统，其特征在于，包括共轴设置的：/n红外复眼结构，用于采集大视场场景中物体辐射的红外线并形成曲面红外图像，所述红外复眼结构具有多个排列在曲面上的子眼；/n红外光学变换结构，用于将所述红外复眼结构采集的大视场场景的曲面红外图像转换为平面红外图像，所述红外光学变换结构具有多组红外光学镜片；/n红外图像接收处理结构，用于接收所述红外光学变换结构发送的所述平面红外图像并对所述曲面红外图像进行重构，得到大视场红外成像。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于仿生光学的大视场凝视型红外成像系统，其特征在于，包括共轴设置的：
红外复眼结构，用于采集大视场场景中物体辐射的红外线并形成曲面红外图像，所述红外复眼结构具有多个排列在曲面上的子眼；
红外光学变换结构，用于将所述红外复眼结构采集的大视场场景的曲面红外图像转换为平面红外图像，所述红外光学变换结构具有多组红外光学镜片；
红外图像接收处理结构，用于接收所述红外光学变换结构发送的所述平面红外图像并对所述曲面红外图像进行重构，得到大视场红外成像。


2.根据权利要求1所述的基于仿生光学的大视场凝视型红外成像系统，其特征在于，所述子眼采用锗制成的球面透镜。


3.根据权利要求1所述的基于仿生光学的大视场凝视型红外成像系统，其特征在于，所述红外光学变换系统具有三组红外镜片，每组红外镜片均采用非球面光学设计。


4.根据权利要求3所述的基于仿生光学...

【专利技术属性】
技术研发人员：史成勇，张红鑫，王泰升，
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