一种基于场景温度非均匀校正的挡片及光路

技术领域

本发明属于光学技术领域，涉及一种基于场景温度非均匀校正的挡片及使用光路。

背景技术

红外探测技术是一种工作在红外波段(中波：3～5μm、长波：8～12μm)，利用场景中不同物体辐射温度的不同和差异进行的热探测技术，可工作在昼夜及雾、霾、烟雾、沙尘等不良气候条件下，可以大大扩展人眼的视觉性能。

红外探测技术的核心是将接收到的场景热辐射转换为电信号的各种红外探测器。虽然同一个红外探测器焦平面阵列上的感光元件由相同的材料制作而成，但由于生产材料的不均匀性以及制作工艺的不同，探测单元之间普遍存在着差异性，所以，当接收到相同的均匀辐射时，不同探测单元的响应输出是不同的，这就是产生红外探测器焦平面阵列非均匀性的根本原因。非均匀性是一种普遍存在的噪声，它以固定图案噪声的形式叠加在图像上，这种噪声即为红外焦平面阵列的非均匀性。它严重影响了红外系统的成像质量，使目标图像很难从背景中分辨出来，这就限制了红外焦平面阵列的性能，也限制其在军事和民用方面的应用。

目前，针对这一问题最常用的方法就是在红外系统设计中增加挡片校正机构，以挡片作为参考辐射源进行图像的非均匀性校正，固化图像非均匀校正系数，从而提高红外系统的成像质量。这种挡片校正机构中的挡片的基底通常是采用金属材料或复合材料制作，然后在其表面喷涂消光材料使其表面形成漫反射涂层，漫反射涂层表面温度尽可能均匀。

采用这种校正方法的缺点是当红外系统工作在温度变化较大的环境条件下，挡片本身温度不均匀并且与外界场景温度差异较大，导致非均匀性校正后的画面仍然存在较大的图像噪声，严重影响图像质量。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于场景温度非均匀校正的挡片及光路，采用具有光焦度的平行平板衍射光学元件作为红外非均匀校正挡片的设计，实现了基于场景温度的非均匀校正，解决了挡片本身温度不均匀以及校正温度与场景温度差异较大的问题，提升了红外系统图像质量。

技术方案

一种基于场景温度非均匀校正的挡片，包括非均匀校正区域1和支撑柄2；其特征在于还包括支撑筒3；非均匀校正区域1的外环为支撑筒3；所述非均匀校正区域1采用具有光焦度的平行平板衍射光学元件；所述支撑筒3采用金属或复合材料。

所述平行平板衍射光学元件的材料包括但不限于：单晶硅、单晶锗、硒化锌或硫化锌透红外光学材料。

所述平行平板衍射光学元件的材料的适用波长：3μm～5μm、8μm～12μm。

适用的红外镜头通光口径范围为：φ8mm～φ35mm。

一种采用所述基于场景温度非均匀校正的挡片的光路，其特征在于：按光路走向依次为：物面4、非均匀校正挡片7、红外镜头5和像面6；

光学参数表，单位：mm

有益效果

本发明提出的一种基于场景温度非均匀校正的挡片及光路，基于衍射光学和几何光学原理，采用具有光焦度的平行平板衍射光学元件作为红外系统的非均匀校正挡片。利用具有光焦度的平行平板衍射光学元件进行红外系统非均匀校正时，具有光焦度的平行平板衍射光学元件可以改变红外镜头的物距位置，将正常成像的红外镜头位于无穷远的物距变换为非均匀校正状态下的有限距离远的空气层，空气层经具有光焦度的平行平板衍射光学元件、红外镜头成像到红外探测器焦平面上，然后进行非均匀校正，空气层的温度代表了外景场景的实际温度，实现了基于场景温度的非均匀校正。

本发明的技术效果是：

1基于场景温度校正

利用具有光焦度的平行平板衍射光学元件进行红外系统非均匀校正时，具有光焦度的平行平板衍射光学元件可以改变红外镜头的物距位置，将正常成像的红外镜头位于无穷远的物距变换为非均匀校正状态下的有限距离远的空气层，空气层经具有光焦度的平行平板衍射光学元件、红外镜头成像到红外探测器焦平面上，然后进行非均匀校正，空气层的温度代表了外景场景的实际温度，实现了基于场景温度的红外非均匀校正。

2结构紧凑

利用具有光焦度的平行平板衍射光学元件实现了光束会聚作用，相比实现光束会聚作用的常规球面透镜而言，所占体积空间更小，重量更轻。

3温度场均匀

由于非均匀校正是对有限距离远的空气层成像，有限距离远的空气层作为参考辐射源，与校正挡片本身的温度无关，提高了校正时温度场的均匀性。

附图说明

图1为现有技术挡片示意图；

a：正视图，b：侧视图

1—非均匀校正区域：漫反射涂层，2—支撑柄：金属或复合材料

图2为本发明挡片示意图

a：正视图，b：侧视图

1—非均匀校正区域：具有光焦度的平行平板衍射光学元件，2—支撑柄：金属或复合材料，3—支撑筒：金属或复合材料

图3为红外镜头无穷远物距成像光路示意图

4—物面：无穷远场景，5—红外镜头，6—像面：探测器焦平面

图4为现有技术挡片应用光路示意图

4—物面：无穷远场景，5—红外镜头，6—像面：探测器焦平面.7—非均匀校正支撑机构

图5为本发明挡片应用光路示意图

2—非均匀校正支撑机构，4—物面：无穷远场景，5—红外镜头：包括透镜5-1、透镜5-2、透镜5-3、透镜5-4，6—像面：探测器焦平面.7—非均匀校正支撑机构

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

本发明利用具有光焦度的平行平板衍射光学元件进行红外系统非均匀校正时，具有光焦度的平行平板衍射光学元件可以改变红外镜头的物距位置，将正常成像的红外镜头位于无穷远的物距变换为非均匀校正状态下的有限距离远的空气层，空气层经具有光焦度的平行平板衍射光学元件、红外镜头成像到红外探测器焦平面上，然后进行非均匀校正，空气层的温度代表了外景场景的实际温度，实现了基于场景温度的红外非均匀校正。

通过具体实施例对本发明作进一步的详细说明：请参阅图1～5，本发明一种基于场景温度非均匀校正的挡片设计，按光路走向包括：物面1(有限距离处空气层)、非均匀校正挡片2(具有光焦度的平行平板衍射光学元件)、红外镜头3、像面4(探测器焦平面)以及非均匀校正支撑机构8组成。

该光路示意图5是基于衍射光学和几何光学原理，采用具有光焦度的平行平板衍射光学元件作为红外系统的非均匀校正挡片，实现基于场景温度非均匀校正的挡片设计。

按光路走向包括：物面4(有限距离处空气层)、非均匀校正挡片8(具有光焦度的平行平板衍射光学元件)、红外镜头5、像面6(探测器焦平面)以及非均匀校正支撑机构2组成。详细光学参数见下表。

光学参数表(单位：mm)

非球面方程：

其中：r——与光轴的距离；

R——非球面顶点出的曲率半径；

K——二次曲线常数；

A、B、C、D——非球面系数。

衍射面方程为：

其中：r——与光轴的距离；

R——非球面顶点出的曲率半径；

K——二次曲线常数；

HOR——衍射级次；

c

n——基地材料折射率；

n

λ