一种像面无温漂的红外光学成像方法及系统与流程

本发明涉及一种红外成像方法及系统，具体涉及一种像面无温漂的红外光学成像方法及系统。

背景技术：

红外光学镜头(infraredopticallens)是常见的光学系统之一，由于能在黑暗环境下对物体热辐射的红外光波成像，而将其广泛应用于安防与军事等重要领域。红外光学镜头最大的优点就是红外波的波长较长，红外波段较宽，因此观测的目标种类较广泛。根据红外光学透镜自身的特点，这种透镜受到温度的影响较大，温差影响透镜的曲率半径、厚度、折射率等主要光学参数。这种影响程度直接导致红外成像的像面温漂，从而影响目标观测。

一些科研机构目前针对像面温漂，采取了某些特定的抑制办法，例如机械补偿法，利用机械结构热膨胀特性，部分抵消红外透镜的热变化；此外，还有例如消热差的办法，利用折射衍射混合成像的手段，用透镜自身的热变化互相抵消的作用，来消除部分热变化带来的像质下降。

还有一种方法是机电混合型消除热变化。机械部分依旧是与光学元件相互热消除，剩余调焦部分用电机的方式，调整合适的成像面，从而达到最大程度的消热差。

但目前针对像面温漂的消除部分热变化带来的像质下降仍不能满足人们的要求，需要进一步消热。

技术实现要素：

为了解决现有技术中所存在的上述不足，本发明提供一种像面无温漂的红外光学成像方法及系统。

本发明提供的技术方案是：

一种像面无温漂的红外光学成像方法，包括：

确定红外光学系统；

基于透镜编码技术选定添加非球面掩模的位置；

建立加入非球面掩模后的系统调制传递函数；

启动成像系统对所设计的温差范围内的目标或场景进行成像；

根据所述系统调制传递函数对采集的成像数据进行滤波图像处理，获得最终图像。

优选地，所述基于透镜编码技术应用在大气中传输的8-14微米波段的红外光波。

优选地，所述确定红外光学系统，包括：

将通过像差校正和公差分析后的正常系统确定为所述红外光学系统。

优选地，所述基于透镜编码技术选定添加非球面掩模，包括，

将用透镜编码技术选定的所述非球面光学元件嵌入所述红外光学系统的光阑或光瞳位置。

优选地，所述建立加入非球面掩模后的系统调制传递函数，包括，

通过选定加入所述非球面掩模和所述非球面掩模的位置建立系统调制传递函数。

优选地，启动成像系统对所设计的温差范围内的目标或场景进行成像，包括，

所述温差范围：-40℃到+60℃；

所述成像为中间成像。

优选地，根据所述系统调制传递函数对采集的成像数据进行滤波图像处理，获得最终图像，包括；

将采集得到的图片文件输入计算机；

根据所述系统调制传递函数以及点扩散函数，对图片进行滤波图像处理，获得最终解码图。

优选地，根据所述系统调制传递函数以及点扩散函数，对图片进行滤波图像处理，获得最终解码图，包括：

对焦深内各位置成像的光学传递函数进行几何平均处理，用处理后的几何平均光学传递函数作为解码的标准；

通过所述解码的标准将图片进行滤波处理，并获得最终解码图。

本发明的另一目的在于提出一种像面无温漂的红外光学成像系统，包括确定模块、添加模块、获取模块、成像模块和输出模块；

所述确定模块，用于确定红外光学系统；

所述添加模块，用于基于透镜编码技术选定添加非球面掩模；

所述获取模块，用于获得加入非球面掩模后的系统调制传递函数；

所述成像模块，用于启动成像系统对所设计的温差范围内的目标或场景进行成像；

所述输出模块，用于根据所述系统调制传递函数对采集的成像数据进行滤波图像处理，获得最终图像。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

本发明提出的技术方案简单且易于增大系统的景深，从而抗温差干扰能力强，适用环境广泛。适合用于视频监控、目标观测和测量等相关领域，具有广阔的发展空间和应用前景。

本发明的技术方案利用景深延拓技术，使得原有系统的像质对温差不敏感，直接从原理上抑制了温差对像质的直接影响，从而达到像面无温漂的目的。

本发明的技术方案克服了目前通过机械或者机电综合的手段来消除红外热成像的像质退化。

附图说明

图1本发明的基于透镜编码技术的像面无温漂的红外光学成像方法结构图；

图2-a本发明的基于透镜编码技术的像面无温漂的红外光学系统传递函数仿真曲线；

图2-b传统红外光学系统的传递函数仿真曲线图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的说明。

本发明的技术方案克服了机械或者机电综合的手段来消除红外热成像的像质退，化并且在不改变原系统结构参数的条件下扩大原系统的景深，进而抑制像面的温漂。该方法简单，易于增大系统的景深，从而抗温差干扰能力强，适用环境广泛。适合用于视频监控、目标观测和测量等相关领域，具有广阔的发展空间和应用前景。

该方法采用的技术方案是：一种透镜编码技术的像面无温漂的红外光学成像方法，在不改变原系统结构的条件下，利用在系统光瞳面添加非球面掩模调制，若该位置为原系统光学元件面，则在该面上叠加非球面掩模；若该位置为系统光阑，则在该位置增加一片非球面掩模板。取得加入非球面掩模后的系统调制传递函数，获得模糊图像后后，依据传递函数对模糊图片进行滤波图像处理。在拓展后的焦深范围内，在一定的温差范围内，得到的模糊图像，经过图像处理都可以获得清晰的结果。

一种像面无温漂的红外光学成像方法，包括：

确定红外光学系统；

基于透镜编码技术选定添加非球面掩模的位置；

建立加入非球面掩模后的系统调制传递函数；

启动成像系统对所设计的温差范围内的目标或场景进行成像；

根据所述系统调制传递函数对采集的成像数据进行滤波图像处理，获得最终图像。

具体实施步骤：

第一步，选定所要应用该技术的红外光学系统作为原始系统，该系统必须是已经通过像差校正、公差分析等各种技术分析后的可以正常使用系统。这个系统也就是常规的红外光学系统，既可以是红外光学镜头产品，也可以是公开的红外光学镜头参数。

第二步，选定系统的掩模作用面的位置。既可以在系统光阑处增加一片非球面掩模元件，也可以在起到光瞳作用的球面元件上叠加非球面掩模作用。

第三步，依据选定的系统进行波前透镜编码非球面光学元件的设计和制作，并将其嵌入原系统中。透镜编码，即在光学透镜面上进行非球面处理或在光阑处引入非球面掩模元件。该非球面的设计则是依据第一步选定的光学系统参数，结合温度的变化范围，通过计算和仿真，得到所需的非球面透镜或者非球面掩模元件。制作则是常规的光学镜头加工。

第四步，系统在温差范围内成像仿真，并与未加入透镜编码作用的原始光学系统相比，通过光学系统传递函数曲线可以明显看出，带有透镜编码的红外光学系统，在温差的条件下，成像的一致性非常好(传递函数曲线一致性好，图2-a)。原始系统则表现得较差(传递函数曲线分散，一致性差，图2-b)。

第五步，启动成像系统对所设计的温差范围内的目标或场景进行成像，采集的数据存为图片文件。

第六步，将采集得到的图片文件输入计算机，依据设计时所得到的调制传递函数以及点扩散函数，对图片进行滤波图像处理。

第七步，经图像处理之后的解码图即为系统最终所得图像。

所述的基于透镜编码技术的像面无温漂的红外光学成像方法，是处于8-14微米波段的红外光波；启动成像系统对所设计的长波温差范围内-40℃到+60℃的目标或场景进行成像。

系统利用非球面掩模在成像光线中引入相位差，从而改变光线在像面上的分布，使得在不同温度环境下的目标在像面上具有相同的成像特征。

红外成像系统必须通过图像处理手段才能显示。

系统通过在原光学系统的光阑处加入非球面掩模板，或者在系统中作为光瞳面的光学元件面上叠加非球面掩模作用。

该系统依据加入相位调制后的系统传递函数，选取目标在不同温度环境下所成像的点扩散函数，对其作归一化和平均处理，利用该点扩散函数对模糊图像进行解码处理。根据设计需要，对焦深内各位置成像的光学传递函数进行几何平均处理，用处理后的几何平均光学传递函数作为解码的标准。

该系统对温差范围内的调制传递函数或离焦调制传递函数的一致性进行分析，并要求在截止频率出的调制传递函数值不小于0.1。

本发明的另一目的在于提出了一种像面无温漂的红外光学成像系统，该系统与一种像面无温漂的红外光学成像方法原理相同类似，包括：确定模块、添加模块、获取模块、成像模块和输出模块，下面对上述五个模块进行进一步说明：

确定模块，用于确定红外光学系统；

添加模块，用于基于透镜编码技术选定添加非球面掩模；

获取模块，用于获得加入非球面掩模后的系统调制传递函数；

成像模块，用于启动成像系统对所设计的温差范围内的目标或场景进行成像；

输出模块，用于根据所述系统调制传递函数对采集的成像数据进行滤波图像处理，获得最终图像。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。