专利名称：共光学系统共探测器的微光被动与激光主动复合成像的探测装置和方法
技术领域：
本发明涉及成像雷达探测装置领域，具体涉及一种微光被动与激光主动复合成像 的探测装置和方法。
背景技术：
目前，现有的主被动复合成像主要有两种方式，一种是非共光学系统非共探测器， 即主被动成像具有各自的光学系统和探测器；另一种是共光学系统非共探测器，即主被动 成像共用同一套光学系统，但仍需要两个探测器。由于上述两种主被动复合成像方式不能 共用一套光学系统和同一探测器，使得成像探测装置集成度不高，而且由于主动和被动成 像的光学系统视场角不同，以及探测器的分辨率不同，导致了主被动成像的融合算法复杂 和融合度不高。
发明内容
本发明为了解决现有的主被动复合成像装置集成度不高、信息融合复杂以及融合 度不高的问题，提供了一种共光学系统共探测器的微光被动与激光主动复合成像的探测装 置和方法。共光学系统共探测器的微光被动与激光主动复合成像的探测装置，它包括接收光 学系统1、条纹管探测器7、耦合透镜8、CCD相机9、延时触发电路10、激光器11、发射光学 系统12和电源15，激光器11设置在发射光学系统12的后端面上，使得激光器11发出的激 光通过发射光学系统12扩束后变成平行线光输出，所述平行线光经过目标反射后入射至 接收光学系统1 ；所述接收光学系统1、条纹管探测器7、耦合透镜8和CCD相机9的镜头依 次排列，条纹管探测器7中的光电阴极2设置在接收光学系统1的焦平面上，使得由接收光 学系统1出射的光能够聚焦到条纹管探测器7的光电阴极2上，耦合透镜8设置在条纹管 探测器7内的荧光屏6出射光的覆盖范围内，使得耦合透镜8能够接收荧光屏6发出的全 部的光，CCD相机9的镜头设置在耦合透镜8的焦平面上，电源15同时为激光器11和延时 触发电路10提供电能，延时触发电路10的信号输出端与条纹管探测器7的扫描电路3的 触发信号输入端相连。共光学系统共探测器的微光被动与激光主动复合成像的探测方法，它是基于共光 学系统共探测器的微光被动与激光主动复合成像的探测装置实现的，所述方法具体过程如 下步骤一、激光器11和电极4不工作，经目标反射的微弱自然光，由接收光学系统1 收集后聚焦到条纹管探测器7的光电阴极2上，光电阴极2上发射出电子，所述电子经过微 通道板5增强后，轰击到荧光屏6上形成目标像，目标像再经过耦合透镜8耦合到CXD相机 9上，获得目标的微光被动像；步骤二、电源15为激光器11和延时触发电路10提供电源，扫描电路3在电极4两极板间加扫频电压，激光器11向目标发射激光，延时触发电路10开始延时，激光器11发 出的激光经目标反射的光波，由接收光学系统1收集后经条纹管探测器7的狭缝光阑13，入 射至光电阴极2上，并发射出光电子，同时延时触发电路10延时完毕，触发条纹管探测器7 的扫描电路3工作，当光电阴极2发射的电子经平行电极通道时，所述电子发生偏转，不同 时间的电子偏转距离不同，电子经过微通道板5增强后，轰击到荧光屏6上形成目标像，目 标像再经过耦合透镜8耦合到CXD相机9上，获得目标的激光主动四维像，所述激光主动四 维像为反映目标距离信息的三维几何距离像和反映目标材质特性的一维强度像；步骤三、将步骤一获得的目标的微光被动像和步骤二获得的目标的激光主动四维 像复合，获取共光学系统共探测器的信息融合图像。本发明的积极效果本发明的装置和方法，在获取目标的微光被动像和激光主动像过程中，共用同一 光学系统和同一条纹管探测器，两种图像融合相对与以往的信息融合技术融合容易且融合 度高，能够实现对目标的快速搜索、高精度识别和实时的精确打击，并且可做到高集成度小 型化。本发明适用于微光被动与激光主动复合成像领域。
图1是共光学系统共探测器的微光被动与激光主动复合成像的探测装置的结构 示意图。
具体实施例方式具体实施方式
一结合图1说明本实施方式，共光学系统共探测器的微光被动与 激光主动复合成像的探测装置，它包括接收光学系统1、条纹管探测器7、耦合透镜8、CCD相 机9、延时触发电路10、激光器11、发射光学系统12和电源15，激光器11设置在发射光学 系统12的后端面上，使得激光器11发出的激光通过发射光学系统12扩束后变成平行线光 输出，所述平行线光经过目标反射后入射至接收光学系统1 ；所述接收光学系统1、条纹管 探测器7、耦合透镜8和CCD相机9的镜头依次排列，条纹管探测器7中的光电阴极2设置 在接收光学系统1的焦平面上，使得由接收光学系统1出射的光能够聚焦到条纹管探测器 7的光电阴极2上，耦合透镜8设置在条纹管探测器7内的荧光屏6出射光的覆盖范围内， 使得耦合透镜8能够接收荧光屏6发出的全部的光，CCD相机9的镜头设置在耦合透镜8的 焦平面上，电源15同时为激光器11和延时触发电路10提供电能，延时触发电路10的信号 输出端与条纹管探测器7的扫描电路3的触发信号输入端相连。
具体实施方式
二 本实施方式是对具体实施方式
一的进一步说明，所述条纹管探 测器7包括狭缝光阑13、光电阴极2、扫描电路3、电极4、微通道板5和荧光屏6，电极4的 两个平行极板相对设置，狭缝光阑13、光电阴极2、微通道板5和荧光屏6依次共轴排列，并 且狭缝光阑13、光电阴极2、微通道板5和荧光屏6与电极4的两个平行极板垂直，狭缝光 阑13的狭缝方向与电极4的两个平行极板的设置方向平行，所述扫描电路3的信号输出端 与电极4的一个平行极板的信号输入端相连，电极4的另一个平行极板的信号输入端接地。
具体实施方式
三、本实施方式是对具体实施方式
一或二的进一步说明，条纹管探
5测器7采用单狭缝条纹管，该单狭缝条纹管的动态空间分辨能力为> 151p/mm，距离分辨能 力为< 0. 5m，最小可探测能量为10_15J/mm2。
具体实施方式
四本实施方式是对具体实施方式
一、二、三或四的进一步说明，激 光器11采用Nd:YAG脉冲激光器，所述激光器11输出的激光束的波长为355nm、脉宽为 < IOns0具体实施方式
五本实施方式是对具体实施方式
一、二、三、四或五的进一步说明， 发射光学系统12为柱面透镜组。
具体实施方式
六共光学系统共探测器的微光被动与激光主动复合成像的探测方 法，它是基于共光学系统共探测器的微光被动与激光主动复合成像的探测装置实现的，所 述方法具体过程如下步骤一、激光器11和电极4不工作，经目标反射的微弱自然光，由接收光学系统1 收集后聚焦到条纹管探测器7的光电阴极2上，光电阴极2上发射出电子，所述电子经过微 通道板5增强后，轰击到荧光屏6上形成目标像，目标像再经过耦合透镜8耦合到CXD相机 9上，获得目标的微光被动像；步骤二、电源15为激光器11和延时触发电路10提供电源，扫描电路3在电极4 两极板间加扫频电压，激光器11向目标发射激光，延时触发电路10开始延时，激光器11发 出的激光经目标反射的光波，由接收光学系统1收集后经条纹管探测器7的狭缝光阑13，入 射至光电阴极2上，并发射出光电子，同时延时触发电路10延时完毕，触发条纹管探测器7 的扫描电路3工作，当光电阴极2发射的电子经平行电极通道时，所述电子发生偏转，不同 时间的电子偏转距离不同，电子经过微通道板5增强后，轰击到荧光屏6上形成目标像，目 标像再经过耦合透镜8耦合到CXD相机9上，获得目标的激光主动四维像，所述激光主动四 维像为反映目标距离信息的三维几何距离像和反映目标材质特性的一维强度像；步骤三、将步骤一获得的目标的微光被动像和步骤二获得的目标的激光主动四维 像复合，获取共光学系统共探测器的信息融合图像。步骤一执行的过程中，激光器11不发光时，条纹管探测器7的扫描电路3不工作， 此时条纹管探测器7的电极4不带电，经目标反射的自然光或目标自身发出的微弱光波，由 接收光学系统1收集后聚焦到条纹管探测器7的光电阴极2上，转换后的电子经过电极4 后不发生偏转，不偏转的电子经过微通道板5增强后，轰击到荧光屏6上形成目标狭缝扫描 图像，目标狭缝扫描图像再经过耦合透镜8耦合到CCD相机9上，获得目标的微光被动像；步骤二执行的过程中，激光器11发射激光，延时触发电路10工作，触发条纹管探 测器7的扫描电路3工作，此时条纹管探测器7的电极4带电，激光经目标反射后的光波，由 接收光学系统1收集后聚焦到条纹管探测器7的光电阴极2，转换后的电子经过电极4后， 电子发生偏转，不同时刻到来的光电子偏转距离不同，电子经过微通道板增强5后，轰击到 荧光屏6上形成目标像，目标像再经过耦合透镜8耦合到CXD相机9上，获得目标的激光主 动四维像，即反映目标距离信息的三维几何距离像和反映目标材质特性的一维强度像；。扫描电路3控制电极4两极板之间的电压，使得由光电阴极2上发射出的光电子 发生偏转的过程如下自目标反射的光脉冲，在狭缝光阑13的狭缝处提取出目标的一维空 间信息并且成像在条纹管探测器7的光电阴极2上；当光电阴极2上与狭缝部分对应的位 置被目标反射的光脉冲照明时，这一部分将发射光电子，并且光电子的瞬态发射密度正比于该时刻的光脉冲强度，所产生的光电子脉冲的持续时间就是入射光脉冲的持续时间，因 此光电阴极2发出的光电子脉冲在时空结构上是目标反射的光脉冲的复制品；只要设法测 出光电子脉冲的时空结构，就可以得到入射光脉冲的时空结构，即目标反射的光脉冲的时 空结构。条纹管探测器7的扫描电路3带有随时间线性变化的斜坡电压，电极4的两个平 行极板之间加有随时间线性变化的斜坡电压，不同时刻进入偏转系统的光电子受到不同偏 转电压的作用，所述光电子到达荧光屏时，将沿垂直于狭缝的方向展开，这一方向对应于时 间轴，因此可以得到沿狭缝每一点展开的时间信息。为了保证扫描电路3和电极4的两个 平行极板之间斜坡电压同步，由激光器11将一部分光送至延时触发电路10，由于延时触发 电路10延时后触发扫描电路3工作。偏转后的光电子经过微通道板5增强后，轰击到荧光 屏6上转换为可见光，并形成目标狭缝扫描图像。荧光屏6输出的狭缝扫描图像，采用CCD 相机9实时读出图像并记录。 由于电子束比任何机械结构在运动中具有小得多的惯性，而利用超快速开关元件 很容易产生瞬变电场所需的电压波形，所以条纹管技术可以获得极高的时间分辨率。
权利要求
共光学系统共探测器的微光被动与激光主动复合成像的探测装置，其特征在于它包括接收光学系统(1)、条纹管探测器(7)、耦合透镜(8)、CCD相机(9)、延时触发电路(10)、激光器(11)、发射光学系统(12)和电源(15)，激光器(11)设置在发射光学系统(12)的后端面上，使得激光器(11)发出的激光通过发射光学系统(12)扩束后变成平行线光输出，所述平行线光经过目标反射后入射至接收光学系统(1)；所述接收光学系统(1)、条纹管探测器(7)、耦合透镜(8)和CCD相机(9)的镜头依次排列，条纹管探测器(7)中的光电阴极(2)设置在接收光学系统(1)的焦平面上，使得由接收光学系统(1)出射的光能够聚焦到条纹管探测器(7)的光电阴极(2)上，耦合透镜(8)设置在条纹管探测器(7)内的荧光屏(6)出射光的覆盖范围内，使得耦合透镜(8)能够接收荧光屏(6)发出的全部的光，CCD相机(9)的镜头设置在耦合透镜(8)的焦平面上，电源(15)同时为激光器(11)和延时触发电路(10)提供电能，延时触发电路(10)的信号输出端与条纹管探测器(7)的扫描电路(3)的触发信号输入端相连。
2.根据权利要求1所述的共光学系统共探测器的微光被动与激光主动复合成像的探 测装置，其特征在于所述条纹管探测器(7)包括狭缝光阑(13)、光电阴极(2)、扫描电路(3)、电极(4)、微通道板(5)和荧光屏(6)，电极(4)的两个平行极板相对设置，狭缝光阑 (13)、光电阴极(2)、微通道板(5)和荧光屏(6)依次共轴排列，并且狭缝光阑(13)、光电阴 极(2)、微通道板(5)和荧光屏(6)与电极(4)的两个平行极板垂直，狭缝光阑(13)的狭缝 方向与电极(4)的两个平行极板的设置方向平行，所述扫描电路(3)的信号输出端与电极(4)的一个平行极板的信号输入端相连，电极(4)的另一个平行极板的信号输入端接地。
3.根据权利要求1或2所述的共光学系统共探测器的微光被动与激光主动复合成像的 探测装置，其特征在于条纹光探测器(7)采用单狭缝条纹管，该单狭缝条纹管的动态空间 分辨能力为彡151p/mm，距离分辨能力为< 0. 5m，最小可探测能量为10_15J/mm2。
4.根据权利要求1或2所述的共光学系统共探测器的微光被动与激光主动复合成像的 探测装置，其特征在于激光器(11)采用Nd:YAG脉冲激光器，所述激光器(11)输出的激光 束的波长为355nm、脉宽为< 10ns。
5.根据权利要求1或2所述的共光学系统共探测器的微光被动与激光主动复合成像的 探测装置，其特征在于发射光学系统(12)为柱面透镜组。
6.基于权利要求1所述的光学系统共探测器的微光被动与激光主动复合成像的探测 装置实现的探测方法，其特征在于具体过程如下步骤一、激光器(11)和电极(4)不工作，经目标反射的微弱自然光，由接收光学系统 (1)收集后聚焦到条纹管探测器(7)的光电阴极(2)上，光电阴极(2)上发射出电子，所述 电子经过微通道板(5)增强后，轰击到荧光屏(6)上形成目标像，目标像再经过耦合透镜 ⑶耦合到CCD相机(9)上，获得目标的微光被动像；步骤二、电源(15)为激光器(11)和延时触发电路(10)提供电源，扫描电路(3)在电 极⑷两极板间加扫频电压，激光器(11)向目标发射激光，延时触发电路(10)开始延时， 激光器(11)发出的激光经目标反射的光波，由接收光学系统(1)收集后经条纹管探测器(7)的狭缝光阑(13)，入射至光电阴极⑵上，并发射出光电子，同时延时触发电路(10)延 时完毕，触发条纹管探测器(7)的扫描电路(3)工作，当光电阴极(2)发射的电子经平行电 极通道时，所述电子发生偏转，不同时间的电子偏转距离不同，电子经过微通道板(5)增强后，轰击到荧光屏(6)上形成目标像，目标像再经过耦合透镜(8)耦合到CCD相机(9)上， 获得目标的激光主动四维像，所述激光主动四维像为反映目标距离信息的三维几何距离像 和反映目标材质特性的一维强度像；步骤三、将步骤一获得的目标的微光被动像和步骤二获得的目标的激光主动四维像复 合，获取共光学系统共探测器的信息融合图像。
全文摘要
共光学系统共探测器的微光被动与激光主动复合成像的探测装置和方法，涉及成像雷达探测装置领域。解决了现有的主被动复合成像装置集成度不高、信息融合复杂以及融合度不高的问题，所述装置的光学系统出射的光能够聚焦到条纹管探测器的光电阴极上，再由耦合透镜接收条纹管探测器的荧光屏发出的光，由CCD相机拍摄。所述方法，它是基于共光学系统共探测器的微光被动与激光主动复合成像的探测装置实现的，一、激光器不发光，获得目标的微光被动像；二、激光器发射激光，获得目标的激光主动四维像；三、将目标的微光被动像和激光主动四维像复合，获取共光学系统共探测器的信息融合图像。本发明适用于微光被动与激光主动复合成像领域。
文档编号G01S7/481GK101923161SQ20101026633
公开日2010年12月22日 申请日期2010年8月30日 优先权日2010年8月30日
发明者孙剑峰, 梁小雪, 王骐, 郜键, 魏靖松 申请人:哈尔滨工业大学