專利名稱：對抗激光與紅外兼容隱身的光譜學(xué)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于反隱身紅外探測技術(shù)，特別是一種對抗激光與紅外兼容隱身的光譜學(xué)
直O(jiān)
背景技術(shù)：
一般的，探測技術(shù)和隱身技術(shù)是一對相互制約的矛盾。近年來，隨著更小更輕，結(jié)構(gòu)更簡單，成本更便宜的非制冷型紅外器件的發(fā)展，紅外探測技術(shù)被廣泛應(yīng)用于目標探測、 識別和制導(dǎo)等諸多領(lǐng)域，而其能全天候工作、隱蔽性好、抗干擾能力強等優(yōu)點被充分發(fā)揮出來。同時，針對紅外探測技術(shù)使戰(zhàn)場中人員、武器設(shè)備、軍事目標受到越來越大的威脅，紅外隱身技術(shù)利用屏蔽、低發(fā)射率涂料、熱抑制等措施，降低或改變目標的紅外輻射特征，即降低目標的紅外輻射強度與特性，從而實現(xiàn)目標的低可探測性，以對抗紅外探測系統(tǒng)的偵察。 更有甚者，一些兼容隱身方法的提出與實現(xiàn)，往往可以使目標可以躲避常規(guī)單一譜段探測器的追蹤，給探測技術(shù)提出了更大的難題。為了解決這個問題，多波段復(fù)合探測的概念被提了出來。從原理上講，當光線照射到物體上時，都會發(fā)生吸收、反射、透射三個過程。根據(jù)基爾霍夫定律，物體在熱平衡狀態(tài)時發(fā)射率等于吸收率。所以對于非透明物體(即透射率為零)，在任一固定波段，其發(fā)射率和反射率必然成反比。多波段復(fù)合探測正是利用了這一特點實現(xiàn)對隱身目標的探測，從而受到了各國軍事部門的高度關(guān)注。美國軍方及國防部自上世紀90年代起就啟動了“聯(lián)合多光譜計劃(JMSP) ”，進行一系列紅外超光譜現(xiàn)場測試。法國“斯皮拉爾”艦用紅外警戒系統(tǒng)和荷蘭的^SCAN也都采用了雙波段(3 5μπι，8 12μπι)復(fù)合探測方式來提高目標的探測率。國內(nèi)方面，近年來各高校及研究所對多光譜、超光譜紅外探測也做了大量的研究工作。 2002年長春光學(xué)精密機械與物理研究所和南開大學(xué)現(xiàn)代光學(xué)研究所的孫強、于斌等報導(dǎo)了二元光學(xué)在紅外超光譜探測中的應(yīng)用研究成果，從理論上闡明了二元光學(xué)元件大色散特性的新型紅外超光譜探測成像的原理。2003年哈爾濱工業(yè)大學(xué)空間光學(xué)工程研究中心的武春風(fēng)、張偉等報導(dǎo)了基于紅外多光譜圖像相關(guān)性的自動目標識別算法的研究成果(《紅外與毫米波學(xué)報》2003年第22卷4期“基于紅外多光譜圖像相關(guān)性的自動目標識別算法”)， 提出了一種基于紅外多光譜圖像相關(guān)性的自動目標識別新算法。2005年南開大學(xué)和天津大學(xué)的楊新軍，母國光等報導(dǎo)了折/衍混合多光譜紅外成像光譜儀離軸系統(tǒng)設(shè)計研究成果 (《紅外與激光工程》2005年第34卷4期“折/衍混合多光譜紅外成像光譜儀離軸系統(tǒng)設(shè)計”)，闡述了利用衍射光學(xué)元件色散特性的新型紅外雙波段超光譜探測成像的基本原理， 并給出了具體的系統(tǒng)設(shè)計實例。但是對于激光與紅外兼容隱身目標，隱身技術(shù)通過改變目標發(fā)射及反射波段頻譜來實現(xiàn)躲避隱身探測的目的。軍事上，激光隱身技術(shù)會使目標反射時避開10.6μπι敏感區(qū)，而紅外隱身技術(shù)會使目標在3 5μπι，8 12 μ m這兩個大氣窗口具有較低的發(fā)射率，激光與紅外兼容隱身技術(shù)則會使目標在10.6μπι附近出現(xiàn)較窄的低反射率帶，而其他波段均為低輻射，以此來達到對激光的隱身，同時又對紅外隱身的影響不大，而被改變的發(fā)射或反射波段具體頻譜位置是不可知的，然而由于傳統(tǒng)雙波段，多波段探測的探測頻譜區(qū)域固定化，所以對于激光與紅外兼容隱身目標的探測，難以保證探測的穩(wěn)定性，實用性也較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于窄帶光譜掃描的反隱身紅外探測裝置，在掃描探測時并沒有固定探測頻譜，而是根據(jù)環(huán)境條件自適應(yīng)的調(diào)節(jié)光譜分割帶寬及光譜掃描步進距離，對場景進行光譜掃描和空間掃描。當在對激光與紅外兼容隱身目標進行紅外波段成像探測時，它能夠有效探測到目標信號，提高探測精度及成像質(zhì)量。實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為一種對抗激光與紅外兼容隱身的光譜學(xué)裝置，包括脈沖發(fā)生器、窄帶掃描控制器、邏輯處理部件、光譜窄帶掃描濾波器、高靈敏碲鎘汞 APD探測器、分幀單光子像接收器、目標提取部件、圖像融合部件及監(jiān)視器，其中脈沖發(fā)生器與窄帶掃描步進控制器和邏輯處理部件分別連接；窄帶掃描控制器與光譜窄帶掃描濾波器和高靈敏碲鎘汞APD探測器分別連接；光譜窄帶掃描濾波器置于高靈敏碲鎘汞APD探測器的前端，該高靈敏碲鎘汞APD探測器、分幀單光子像接收器、目標提取部件、圖像融合部件和監(jiān)視器依次相連，邏輯處理部件分別連接目標提取部件和圖像融合部件；脈沖發(fā)生器產(chǎn)生裝置工作所需的基準時鐘，控制窄帶掃描控制器、處理邏輯部件運行，窄帶掃描控制器在基準時鐘的作用下，產(chǎn)生光譜窄帶掃描濾波器工作所需的驅(qū)動電源及控制信號，同時，窄帶掃描控制器會根據(jù)典型背景下最佳帶寬的數(shù)據(jù)庫，對光譜分割帶寬進行自適應(yīng)調(diào)節(jié)，匹配窄帶掃描濾波器選用合適的濾光膜，達到窄帶分割目的；包含背景和目標的場景信息經(jīng)光譜窄帶掃描濾波器作用后，被分割成窄帶單一頻譜信息，之后在高靈敏碲鎘汞APD探測器的作用下，形成分幀單光子圖像信息；光譜窄帶掃描濾波器以步進帶寬掃描的方式，掃描成像探測所感興趣的光譜波段，最終形成多幅分幀單光子圖像信號； 含有目標信號、背景信號及噪聲信號的分幀單光子圖像混合信號，傳輸至分幀單光子像接收器，接收并儲存，通過處理邏輯部件控制下的目標提取部件和圖像融合部件進行降低噪聲、提取目標、融合圖像等一系列的信號處理；目標提取部件首先對分幀單光子像接收器接收來的分幀單光子圖像混合信號進行降噪預(yù)處理，降低探測器工作帶來的系統(tǒng)噪聲和環(huán)境變化帶來的環(huán)境噪聲對后面信號處理工作的影響；接下來目標提取部件對比分幀單光子像接收器接收來的各幅分幀單光子圖像是否存在發(fā)射率異常，以判斷此分幀單光子圖像是否是關(guān)鍵幀；然后，在關(guān)鍵幀單光子圖像中，通過閾值選取，區(qū)分出目標和背景信息；圖像融合部件甄別選取目標提取部件處理后目標信息明顯的多幅分幀單光子圖像進行數(shù)據(jù)融合， 降低背景噪聲，增強目標信息，形成融合圖像，最終送達圖像監(jiān)視器供觀察者觀察。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點采用對抗激光與紅外兼容隱身的光譜學(xué)裝置對激光與紅外兼容隱身目標進行檢測成像，針對激光與紅外兼容隱身目標的隱身原理和特性，采用了窄帶光譜掃描的方式，即在掃描探測時并沒有如傳統(tǒng)的反隱身探測成像系統(tǒng)般固定探測頻譜，而是根據(jù)環(huán)境條件自適應(yīng)的調(diào)節(jié)光譜分割帶寬及光譜掃描步進距離，利用光譜窄帶濾光膜實現(xiàn)光譜分割，對場景進行光譜掃描和空間掃描。對比傳統(tǒng)探測系統(tǒng)在固定頻譜探測，本裝置將目標信號的光譜細分并實現(xiàn)光譜段掃描，一方面，沒有先驗地假定目標光譜的發(fā)射率異常一定出現(xiàn)在某個固定的探測頻譜，提高了探測的可靠性和穩(wěn)定性。 另一方面由于光電探測器的工作在其響應(yīng)頻率范圍內(nèi)是一個積分過程，而將光譜細分可以提高探測器的工作效率，從而保證能夠提高探測精度及成像質(zhì)量。本裝置還利用碲鎘汞APD 探測器的高靈敏探測特性，保證經(jīng)光譜分割后的窄帶信號可靠的測出，繼而鎖定發(fā)射率出現(xiàn)異常的頻譜和位置，探測出目標，達到對抗激光與紅外兼容隱身目標的效果。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。


圖1是基于窄帶光譜掃描的反隱身紅外探測裝置構(gòu)成。圖2是基于窄帶光譜掃描的反隱身紅外探測裝置中窄帶掃描控制器的工作流程框圖。圖3是基于窄帶光譜掃描的反隱身紅外探測裝置中邏輯處理部件的工作流程框圖。圖4是普通非制冷型碲鎘汞紅外探測器響應(yīng)度隨波長變化的曲線。
具體實施例方式結(jié)合圖1，本發(fā)明對抗激光與紅外兼容隱身的光譜學(xué)裝置，依次由脈沖發(fā)生器1， 窄帶掃描控制器2，邏輯處理部件3，光譜窄帶掃描濾波器4，高靈敏碲鎘汞APD探測器5，分幀單光子像接收器6，目標提取部件7，圖像融合部件8及監(jiān)視器等部分組成。其中脈沖發(fā)生器1與窄帶掃描步進控制器2和邏輯處理部件3分別連接；窄帶掃描控制器2與光譜窄帶掃描濾波器4，高靈敏碲鎘汞APD探測器5連接；光譜窄帶掃描濾波器4置于高靈敏碲鎘汞APD探測器5的前端；高靈敏碲鎘汞APD探測器5，分幀單光子像接收器6，目標提取部件7，圖像融合部件8依次相連。邏輯處理部件3分別連接目標提取部件7和圖像融合部件8。窄帶掃描控制器2由濾波器驅(qū)動電路，反饋控制模塊和典型背景下最佳帶寬數(shù)據(jù)庫組成。濾波器驅(qū)動電路在基準時鐘的作用下，產(chǎn)生光譜窄帶掃描濾波器4 工作所需的驅(qū)動電源，控制光譜窄帶掃描濾波器4工作。反饋控制模塊會根據(jù)高靈敏碲鎘汞APD探測器5測得的信號特征，比對典型背景下最佳帶寬的數(shù)據(jù)庫，匹配窄帶掃描濾波器選用合適的濾光膜及選取適當?shù)恼瓗呙桀l率步進幅度，實現(xiàn)對光譜分割帶寬的自適應(yīng)調(diào)節(jié)。光譜窄帶掃描濾波器4置于高靈敏碲鎘汞APD探測器5前端，由3組不同半寬度的光譜窄帶濾光片及帶動濾光片在高靈敏碲鎘汞APD探測器5前更換的機械結(jié)構(gòu)組成。3組不同半寬度的光譜窄帶濾光片分別為第一組濾光片共40只，半寬度為20 25nm，中心波長
分別為3. 00 μ m、3. 05 μ m、3. 10 μ m......4. 95 μ m。故這一組濾光片分割光譜3 5 μ m波
段，分割帶寬為40 50nm，掃描時光譜步進距離為0. 05 μ m。第二組濾光片共20只，半寬度
為30 !35nm，中心波長分別為3. 0 μ m、3. 1 μ m、3. 2 μ m......4. 9 μ m。故這一組濾光片分
割光譜3 5 μ m波段，分割帶寬為60 70nm，掃描時光譜步進距離為0. 1 μ m。第三組濾
光片共10只，半寬度為50 55nm，中心波長分別為3. 0 μ m、3. 2 μ m、3. 4 μ m......4. 8 μ m。
故這一組濾光片分割光譜3 5 μ m波段，分割帶寬為100 1 IOnm,掃描時光譜步進距離為 0. 2 μ m。高靈敏碲鎘汞APD探測器5選用普通非制冷型的碲鎘汞紅外探測器，其響應(yīng)度隨波長變化的曲線如圖4所示。處理邏輯部件3中的時序控制電路受不同信號處理部件即目標提取部件7、圖像融合部件8工作的時間延遲的影響，根據(jù)基準時鐘，得到控制脈沖，驅(qū)動目標提取部件7和圖像融合部件8工作。目標提取部件7包含降低噪聲模塊和提取目標模塊，
6均由算法實現(xiàn)。降低噪聲模塊首先對分幀單光子像接收器6接收來的分幀單光子圖像混合信號進行降噪預(yù)處理，降低探測器工作帶來的系統(tǒng)噪聲和環(huán)境變化帶來的環(huán)境噪聲對后面信號處理工作的影響。接下來提取目標模塊對分幀單光子像接收器6接收來的各幅分幀單光子圖像上下幀之間進行對比，找出是否存在反映發(fā)射率異常(高或低)的“關(guān)鍵幀”分幀單光子圖像(一般的，我們稱，如果在相鄰兩幀分幀單光子圖像之間有區(qū)域探測到或高或低的突變信號，說明在此頻率附近有“發(fā)射率異?！?，且“關(guān)鍵幀”分幀單光子圖像多分布在隱身目標隱身技術(shù)工作的波段附近)；然后，通過比對數(shù)據(jù)庫中涂覆不同隱身材料的目標及其背景在不同光譜條件下的信號特征來確定最佳閾值大小，在“關(guān)鍵幀”單光子圖像中， 根據(jù)閾值區(qū)分出目標和背景信息。圖像融合部件8包含圖像選擇模塊，圖像融合模塊和圖像增強模塊，均由算法實現(xiàn)。首先圖像選擇模塊對目標提取部件7處理后的含有“關(guān)鍵幀” 的單光子圖像進行圖像質(zhì)量評價，并甄別選取出目標信息明顯(即計算各幅圖像的信息熵并做降序排列，選取熵值大的)的多幅分幀單光子圖像，作為圖像融合源圖像傳輸?shù)綀D像融合模塊進行數(shù)據(jù)融合。圖像融合模塊對于頻譜圖像差別不是很大的多波段圖像融合，通過小波變換，選用基于對比度金字塔的融合算法進行圖像融合，其算法和實現(xiàn)均較為簡單。 圖像增強模塊采用分段直方圖均衡化的處理方式進行圖像增強。首先用一個全局閾值把圖像直方圖分成兩部分，高灰度區(qū)含有絕大部分的目標信息，而低灰度區(qū)含有絕大部分的背景信息，再對兩部分分別進行均衡化，最后進行不同程度的壓縮以組合成一幅完整的圖像。 經(jīng)分段直方圖均衡化的處理過的圖像提高了圖像對比度，細節(jié)輪廓分明。經(jīng)數(shù)據(jù)融合，降低背景噪聲，增強目標信息后形成的融合圖像，最終送達圖像監(jiān)視器供觀察者觀察。典型背景下的最佳帶寬數(shù)據(jù)庫內(nèi)收錄了在典型背景下(即視場中景物簡單，相對于復(fù)雜背景有多種光信號干擾)滿足不同背景條件對應(yīng)的最佳窄帶分割帶寬及光譜步進長度。另外數(shù)據(jù)庫中還包含有涂覆不同隱身材料的目標及其背景在不同光譜條件下的信號特征。本發(fā)明對抗激光與紅外兼容隱身的光譜學(xué)裝置在工作時1、脈沖發(fā)生器1產(chǎn)生系統(tǒng)工作所需的基準時鐘，控制窄帶掃描控制器2、處理邏輯部件3運行。2、窄帶掃描控制器2在基準時鐘的作用下，產(chǎn)生光譜窄帶掃描濾波器4工作所需的驅(qū)動電源及控制信號，同時，窄帶掃描控制器2會根據(jù)典型背景下最佳帶寬的數(shù)據(jù)庫，對光譜分割帶寬進行自適應(yīng)調(diào)節(jié)，匹配窄帶掃描濾波器選用合適的濾光膜，達到窄帶分割目的。3、包含背景和目標的場景信息經(jīng)光譜窄帶掃描濾波器4作用后，被分割成窄帶單一頻譜信息，之后在高靈敏碲鎘汞APD探測器5的作用下，形成分幀單光子圖像信息。光譜窄帶掃描濾波器4以步進帶寬掃描的方式，掃描成像探測所感興趣的光譜波段(需滿足高靈敏碲鎘汞APD探測器5工作光譜波段要求)，最終形成多幅分幀單光子圖像信號。4、含有目標信號、背景信號及噪聲信號的分幀單光子圖像混合信號，傳輸至分幀單光子像接收器6，接收并儲存，通過處理邏輯部件3控制下的目標提取部件7和圖像融合部件8進行降低噪聲、提取目標、融合圖像等一系列的信號處理。5、目標提取部件7首先對分幀單光子像接收器6接收來的分幀單光子圖像混合信號進行降噪預(yù)處理，降低探測器工作帶來的系統(tǒng)噪聲和環(huán)境變化帶來的環(huán)境噪聲對后面信號處理工作的影響。接下來目標提取部件7對比分幀單光子像接收器6接收來的各幅分幀單光子圖像是否存在發(fā)射率異常(高、低)，以判斷此分幀單光子圖像是否是“關(guān)鍵幀”；然后，在“關(guān)鍵幀”單光子圖像中，通過閾值選取，區(qū)分出目標和背景信息。6、圖像融合部件8甄別選取目標提取部件7處理后目標信息明顯的多幅分幀單光子圖像進行數(shù)據(jù)融合，降低背景噪聲，增強目標信息，形成融合圖像，最終送達圖像監(jiān)視器供觀察者觀察。根據(jù)某些需要對圖像信號做數(shù)字化處理的特殊場合，窄帶光譜掃描反隱身紅外探測的像素灰度值亦可作如下二值化處理背景輻射信號——非目標像素灰度值為0(或1)； 隱身目標輻射信號——目標像素的灰度值為1 (或0)。即基于窄帶光譜掃描的反隱身紅外探測可得到二值化圖像。本發(fā)明基于窄帶光譜掃描的反隱身紅外探測裝置中窄帶掃描控制器的工作流程框圖如圖2所示。高靈敏碲鎘汞APD探測器5首先接收到第一坐標下場景的光譜信息，在和典型背景光譜條件做出對比之后，選則最佳窄帶分割帶寬及光譜步進的長度，光譜窄帶掃描濾波器4的機械結(jié)構(gòu)會帶動相匹配的濾光膜組轉(zhuǎn)動到高靈敏碲鎘汞APD探測器5前端， 并以相匹配的步進長度控制更換濾光膜組，實現(xiàn)對場景的光譜窄帶掃描。在完成所有相匹配濾光膜組的更換，結(jié)束光譜窄帶掃描之后，高靈敏碲鎘汞APD探測器5會接收下一空間坐標下場景的光譜信息，并繼續(xù)上述過程，知道所有掃描過程完成為止。本發(fā)明基于窄帶光譜掃描的反隱身紅外探測裝置中邏輯處理部件的工作流程框圖如圖3所示。分幀單光子像接收器6接收來的分幀單光子圖像混合信號會經(jīng)過降低噪聲模塊進行降噪預(yù)處理，接下來在提取目標模塊中，首先會將第一幀信號放入寄存器1，將第二幀信號放入寄存器2，比較器會對寄存器1中和寄存器2中的信號進行比較，如果出現(xiàn)發(fā)射率異常的現(xiàn)象，那么判斷這一幀信號為“關(guān)鍵幀”信號，如果不是則將下一幀信號繼續(xù)放入寄存器中進行比較。當判斷出當前幀信號為“關(guān)鍵幀”信號時，先調(diào)取數(shù)據(jù)庫中涂覆不同隱身材料的目標及其背景在不同光譜條件下的信號特征來確定最佳閾值大小，之后根據(jù)閾值區(qū)分出目標和背景信息。接下來，“關(guān)鍵幀”圖像會被送入圖像選擇模塊中，先計算所有 “關(guān)鍵幀”圖像的信息熵，從中選取熵值大的放入圖像融合存儲器中等待進行圖像融合。圖像融合存儲器中的圖像在圖像融合模塊會先被小波分解，然后選用基于對比度金字塔的融合算法進行圖像融合，并被存儲在融合結(jié)果中。圖像增強模塊會對融合圖像分段直方圖均衡化來達到提高圖像對比度，加強清晰度的效果，最后送達圖像監(jiān)視器供觀察者觀察。
權(quán)利要求
1.一種對抗激光與紅外兼容隱身的光譜學(xué)裝置，其特征在于包括脈沖發(fā)生器(1)、窄帶掃描控制器O)、邏輯處理部件(3)、光譜窄帶掃描濾波器G)、高靈敏碲鎘汞APD探測器 (5)、分幀單光子像接收器(6)、目標提取部件(7)、圖像融合部件⑶及監(jiān)視器，其中脈沖發(fā)生器(1)與窄帶掃描步進控制器( 和邏輯處理部件C3)分別連接；窄帶掃描控制器(2) 與光譜窄帶掃描濾波器(4)和高靈敏碲鎘汞APD探測器( 分別連接；光譜窄帶掃描濾波器⑷置于高靈敏碲鎘汞APD探測器(5)的前端，該高靈敏碲鎘汞APD探測器(5)、分幀單光子像接收器(6)、目標提取部件(7)、圖像融合部件(8)和監(jiān)視器依次相連，邏輯處理部件 ⑶分別連接目標提取部件(7)和圖像融合部件⑶；脈沖發(fā)生器(1)產(chǎn)生裝置工作所需的基準時鐘，控制窄帶掃描控制器O)、處理邏輯部件(3)運行，窄帶掃描控制器(2)在基準時鐘的作用下，產(chǎn)生光譜窄帶掃描濾波器(4)工作所需的驅(qū)動電源及控制信號，同時，窄帶掃描控制器(2)會根據(jù)典型背景下最佳帶寬的數(shù)據(jù)庫，對光譜分割帶寬進行自適應(yīng)調(diào)節(jié)，匹配窄帶掃描濾波器選用合適的濾光膜，達到窄帶分割目的；包含背景和目標的場景信息經(jīng)光譜窄帶掃描濾波器(4)作用后，被分割成窄帶單一頻譜信息，之后在高靈敏碲鎘汞APD探測器(5)的作用下，形成分幀單光子圖像信息；光譜窄帶掃描濾波器以步進帶寬掃描的方式，掃描成像探測所感興趣的光譜波段， 最終形成多幅分幀單光子圖像信號；含有目標信號、背景信號及噪聲信號的分幀單光子圖像混合信號，傳輸至分幀單光子像接收器(6)，接收并儲存，通過處理邏輯部件C3)控制下的目標提取部件(7)和圖像融合部件(8)進行降低噪聲、提取目標、融合圖像等一系列的信號處理；目標提取部件(7)首先對分幀單光子像接收器(6)接收來的分幀單光子圖像混合信號進行降噪預(yù)處理，降低探測器工作帶來的系統(tǒng)噪聲和環(huán)境變化帶來的環(huán)境噪聲對后面信號處理工作的影響；接下來目標提取部件(7)對比分幀單光子像接收器(6)接收來的各幅分幀單光子圖像是否存在發(fā)射率異常，以判斷此分幀單光子圖像是否是關(guān)鍵幀；然后，在關(guān)鍵幀單光子圖像中，通過閾值選取，區(qū)分出目標和背景信息；圖像融合部件(8)甄別選取目標提取部件(7)處理后目標信息明顯的多幅分幀單光子圖像進行數(shù)據(jù)融合，降低背景噪聲，增強目標信息，形成融合圖像，最終送達圖像監(jiān)視器供觀察者觀察。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對抗激光與紅外兼容隱身的光譜學(xué)裝置，其特征在于窄帶掃描控制器O)由濾波器驅(qū)動電路、反饋控制模塊和典型背景下最佳帶寬數(shù)據(jù)庫組成，濾波器驅(qū)動電路在基準時鐘的作用下，產(chǎn)生光譜窄帶掃描濾波器(4)工作所需的驅(qū)動電源，控制光譜窄帶掃描濾波器(4)工作；反饋控制模塊會根據(jù)高靈敏碲鎘汞APD探測器( 測得的信號特征，比對典型背景下最佳帶寬的數(shù)據(jù)庫，匹配窄帶掃描濾波器選用合適的濾光膜及選取適當?shù)恼瓗呙桀l率步進幅度，實現(xiàn)對光譜分割帶寬的自適應(yīng)調(diào)節(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的對抗激光與紅外兼容隱身的光譜學(xué)裝置，其特征在于在窄帶掃描控制器O)的作用下，高靈敏碲鎘汞APD探測器(5)首先接收到第一坐標下場景的光譜信息，在和典型背景光譜條件做出對比之后，選則最佳窄帶分割帶寬及光譜步進的長度， 光譜窄帶掃描濾波器(4)的機械結(jié)構(gòu)會帶動相匹配的濾光膜組轉(zhuǎn)動到高靈敏碲鎘汞APD探測器( 前端，并以相匹配的步進長度控制更換濾光膜組，實現(xiàn)對場景的光譜窄帶掃描；在完成所有相匹配濾光膜組的更換，結(jié)束光譜窄帶掃描之后，高靈敏碲鎘汞APD探測器(5)會接收下一空間坐標下場景的光譜信息，并繼續(xù)上述過程，知道所有掃描過程完成為止。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對抗激光與紅外兼容隱身的光譜學(xué)裝置，其特征在于光譜窄帶掃描濾波器由3組不同半寬度的光譜窄帶濾光片及帶動濾光片在高靈敏碲鎘汞APD探測器(5)前更換的機械結(jié)構(gòu)組成，3組不同半寬度的光譜窄帶濾光片分別為第一組濾光片共40只，半寬度為20 25nm，中心波長分別為3. 00ym,3. 05 μ m、.3. IOym......4. 95 μ m,故這一組濾光片分割光譜3 5 μ m波段，分割帶寬為40 50nm，掃描時光譜步進距離為0. 05 μ m ；第二組濾光片共20只，半寬度為30 35nm，中心波長分別為3. 0 μ m、3. 1 μ m、3. 2 μ m......4. 9 μ m,故這一組濾光片分割光譜3 5 μ m波段，分割帶寬為60 70nm，掃描時光譜步進距離為0. 1 μ m ；第三組濾光片共10只，半寬度為50 55nm，中心波長分別為3. 0 μ m、3. 2 μ m、3. 4 μ m......4. 8 μ m，故這一組濾光片分割光譜3 5μπι波段，分割帶寬為100 llOnm，掃描時光譜步進距離為0. 2μπι。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對抗激光與紅外兼容隱身的光譜學(xué)裝置，其特征在于目標提取部件(7)包含降低噪聲模塊和提取目標模塊，降低噪聲模塊首先對分幀單光子像接收器 (6)接收來的分幀單光子圖像混合信號進行降噪預(yù)處理，降低探測器工作帶來的系統(tǒng)噪聲和環(huán)境變化帶來的環(huán)境噪聲對后面信號處理工作的影響；接下來提取目標模塊對分幀單光子像接收器(6)接收來的各幅分幀單光子圖像上下幀之間進行對比，找出是否存在反映發(fā)射率異常的關(guān)鍵幀分幀單光子圖像；然后，通過比對數(shù)據(jù)庫中涂覆不同隱身材料的目標及其背景在不同光譜條件下的信號特征來確定最佳閾值大小，在關(guān)鍵幀單光子圖像中，根據(jù)閾值區(qū)分出目標和背景信息。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對抗激光與紅外兼容隱身的光譜學(xué)裝置，其特征在于圖像融合部件(8)包含圖像選擇模塊、圖像融合模塊和圖像增強模塊，首先圖像選擇模塊對目標提取部件(7)處理后的含有關(guān)鍵幀的單光子圖像進行圖像質(zhì)量評價，并甄別選取出目標信息明顯的多幅分幀單光子圖像，作為圖像融合源圖像傳輸?shù)綀D像融合模塊進行數(shù)據(jù)融合； 圖像融合模塊對于頻譜圖像差別不是很大的多波段圖像融合，通過小波變換，選用基于對比度金字塔的融合算法進行圖像融合；圖像增強模塊采用分段直方圖均衡化的處理方式進行圖像增強。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對抗激光與紅外兼容隱身的光譜學(xué)裝置，其特征在于處理邏輯部件(3)的工作流程為分幀單光子像接收器(6)接收來的分幀單光子圖像混合信號會經(jīng)過降低噪聲模塊進行降噪預(yù)處理，接下來在提取目標模塊中，首先會將第一幀信號放入寄存器1，將第二幀信號放入寄存器2，比較器會對寄存器1中和寄存器2中的信號進行比較，如果出現(xiàn)發(fā)射率異常的現(xiàn)象，那么判斷這一幀信號為關(guān)鍵幀信號，如果不是則將下一幀信號繼續(xù)放入寄存器中進行比較；當判斷出當前幀信號為關(guān)鍵幀信號時，先調(diào)取數(shù)據(jù)庫中涂覆不同隱身材料的目標及其背景在不同光譜條件下的信號特征來確定最佳閾值大小，之后根據(jù)閾值區(qū)分出目標和背景信息；接下來，關(guān)鍵幀圖像會被送入圖像選擇模塊中，先計算所有關(guān)鍵幀圖像的信息熵，從中選取熵值大的放入圖像融合存儲器中等待進行圖像融合， 圖像融合存儲器中的圖像在圖像融合模塊會先被小波分解，然后選用基于對比度金字塔的融合算法進行圖像融合，并被存儲在融合結(jié)果中；圖像增強模塊會對融合圖像分段直方圖均衡化來達到提高圖像對比度，加強清晰度的效果，最后送達圖像監(jiān)視器供觀察者觀察。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種對抗激光與紅外兼容隱身的光譜學(xué)裝置，包括脈沖發(fā)生器、窄帶掃描控制器、邏輯處理部件、光譜窄帶掃描濾波器、高靈敏碲鎘汞APD探測器、分幀單光子像接收器、目標提取部件、圖像融合部件及監(jiān)視器，其中脈沖發(fā)生器與窄帶掃描步進控制器和邏輯處理部件分別連接；窄帶掃描控制器與光譜窄帶掃描濾波器和高靈敏碲鎘汞APD探測器分別連接；光譜窄帶掃描濾波器置于高靈敏碲鎘汞APD探測器的前端，該高靈敏碲鎘汞APD探測器、分幀單光子像接收器、目標提取部件、圖像融合部件和監(jiān)視器依次相連，邏輯處理部件分別連接目標提取部件和圖像融合部件。本發(fā)明達到對抗激光與紅外兼容隱身目標的效果。
文檔編號G01J3/28GK102175320SQ20111003089
公開日2011年9月7日 申請日期2011年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月28日
發(fā)明者于雪蓮, 何偉基, 屈惠明, 岳江, 張毅, 張聞文, 徐杭威, 柏連發(fā), 路東明, 錢惟賢, 陳錢, 隋修寶, 顧國華 申請人:南京理工大學(xué)