一種紅外大景深面陣成像探測(cè)芯片的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種紅外大景深面陣成像探測(cè)芯片，包括面陣紅外折射微透鏡、面陣非制冷紅外探測(cè)器和驅(qū)控預(yù)處理模塊。面陣非制冷紅外探測(cè)器位于面陣紅外折射微透鏡的焦面處，包括多個(gè)陣列分布的子面陣非制冷紅外探測(cè)器。每個(gè)子面陣非制冷紅外探測(cè)器包括數(shù)量和排布方式相同的多個(gè)陣列分布的光敏元，面陣紅外折射微透鏡包括多個(gè)陣列分布的單元紅外折射微透鏡，每單元紅外折射微透鏡與一個(gè)子面陣非制冷紅外探測(cè)器對(duì)應(yīng)。本發(fā)明的紅外大景深面陣成像探測(cè)芯片可實(shí)現(xiàn)較大景深內(nèi)多尺度目標(biāo)的清晰成像，測(cè)量精度高，目標(biāo)和環(huán)境適應(yīng)性好，使用方便，易與常規(guī)紅外光學(xué)系統(tǒng)匹配耦合。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種紅外大景深面陣成像探測(cè)芯片
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于紅外成像探測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種紅外大景深面陣成像探測(cè)芯片。
【背景技術(shù)】
[0002]進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，紅外焦平面成像探測(cè)技術(shù)持續(xù)快速發(fā)展。通過(guò)將紅外(XD、CM0S或FPAs等面陣光敏結(jié)構(gòu)置于成像光學(xué)系統(tǒng)的焦面處，構(gòu)成其基本的成像探測(cè)架構(gòu)。一般而言，成像探測(cè)物空間中的特定目標(biāo)，需要根據(jù)物距情況確定成像光學(xué)系統(tǒng)焦長(zhǎng)，即對(duì)物空間中與焦長(zhǎng)匹配的特定物距處的目標(biāo)或景物進(jìn)行對(duì)焦操作。該操作意味著成像視場(chǎng)中僅與特定焦長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的物距處的目標(biāo)其出射光波，才能經(jīng)成像光學(xué)系統(tǒng)收集后被有效壓縮在焦面處，構(gòu)成與目標(biāo)輻射特征相一致或高度接近的能流場(chǎng)，進(jìn)而通過(guò)陣列化光電轉(zhuǎn)換得到圖像信息。特定物距處的目標(biāo)或景物，被面陣光敏結(jié)構(gòu)通過(guò)成像光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行平面網(wǎng)格狀劃分，單元網(wǎng)格所界定的目標(biāo)結(jié)構(gòu)出射的紅外波束，則被聚焦在相應(yīng)的光敏元上。在確定成像系統(tǒng)的空間分辨率，保證聚焦光斑應(yīng)覆蓋每一光敏元并滿足光敏材料的光電靈敏閾要求這一前提下，聚焦光斑的結(jié)構(gòu)尺寸可作一定程度的改變而不影響光電轉(zhuǎn)換操作，如由大到小到最小到增大到最大這一典型情形。換言之，面陣光敏結(jié)構(gòu)在成像光學(xué)系統(tǒng)焦面處的擺放位置可作一定程度的調(diào)整，使成像光學(xué)系統(tǒng)呈現(xiàn)一定的焦深。景深則是焦深在物空間的對(duì)應(yīng)表征，即獲得清晰圖像這一前提下，目標(biāo)能夠在物空間前后移動(dòng)的最大距離，或單焦長(zhǎng)清晰成像的物空間深度。目前，常規(guī)成像光學(xué)系統(tǒng)的景深極為有限，在景深范圍內(nèi)獲得清晰的目標(biāo)和場(chǎng)景圖像時(shí)，也將得到與清晰圖像共生的，成像視場(chǎng)中其它位置處的模糊環(huán)境圖像。迄今為止，如何增大成像光學(xué)系統(tǒng)的景深，一直以來(lái)都是成像探測(cè)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，受到了廣泛關(guān)注和重視。
[0003]在現(xiàn)有技術(shù)條件下，與基于特定焦長(zhǎng)進(jìn)行清晰成像的有限焦深對(duì)應(yīng)的景深極為狹窄。成像探測(cè)物距不同的多尺度目標(biāo)時(shí)，由于光敏陣列已固置，需利用變焦系統(tǒng)調(diào)節(jié)焦長(zhǎng)。在典型的單幅成像畫(huà)面中，除清晰的目標(biāo)像以及有限景深/焦深所刻畫(huà)的局域清晰景物，還有因物距顯著改變所呈現(xiàn)的模糊景象等。通過(guò)變焦對(duì)物空間中遠(yuǎn)近不同的多尺度目標(biāo)進(jìn)行成像探測(cè)，意味著連帶變更與目標(biāo)有相同或相近物距的景物。通常情況下，機(jī)械變焦其轉(zhuǎn)換時(shí)間長(zhǎng)，存在長(zhǎng)焦像質(zhì)降低和視場(chǎng)收縮等缺陷。多焦長(zhǎng)并行式的成像架構(gòu)則存在可配置的焦長(zhǎng)數(shù)量有限，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，外形尺寸、體積和質(zhì)量較大，成像設(shè)備本身以及運(yùn)行和維護(hù)成本相對(duì)較高，圖像匹配復(fù)雜等問(wèn)題。另一方面，一般意義上的電子變焦，僅通過(guò)處理圖像數(shù)據(jù)，基于圖像的形態(tài)或灰度變化來(lái)顯現(xiàn)變焦特征，其效能有限。迄今為止，基于面陣紅外探測(cè)器技術(shù)的不斷改進(jìn)、完善和升級(jí)，如何進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)單焦長(zhǎng)/大景深、大視場(chǎng)/高空間分辨率兼容的成像探測(cè)與數(shù)字目標(biāo)圖像構(gòu)建，已成為先進(jìn)紅外成像技術(shù)所面臨的重點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題，迫切需要新的突破。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種紅外大景深面陣成像探測(cè)芯片，可實(shí)現(xiàn)較大景深內(nèi)多尺度目標(biāo)的清晰成像，測(cè)量精度高，目標(biāo)和環(huán)境適應(yīng)性好，使用方便，易與常規(guī)紅外光學(xué)系統(tǒng)匹配耦合。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種紅外大景深面陣成像探測(cè)芯片，其特征在于，包括面陣紅外折射微透鏡、面陣非制冷紅外探測(cè)器和驅(qū)控預(yù)處理模塊；其中，所述面陣非制冷紅外探測(cè)器位于所述面陣紅外折射微透鏡的焦面處，包括多個(gè)陣列分布的子面陣非制冷紅外探測(cè)器，每個(gè)子面陣非制冷紅外探測(cè)器包括數(shù)量和排布方式相同的多個(gè)陣列分布的光敏元；所述面陣紅外折射微透鏡包括多個(gè)陣列分布的單元紅外折射微透鏡，每單元紅外折射微透鏡與一個(gè)子面陣非制冷紅外探測(cè)器對(duì)應(yīng)；所述面陣紅外折射微透鏡用于將目標(biāo)的紅外匯聚光波再聚焦，使來(lái)自物空間不同物距處多尺度目標(biāo)的紅外匯聚光波離散化排布，并聚焦在多個(gè)子面陣非制冷紅外探測(cè)器上，使來(lái)自物空間的某一目標(biāo)的紅外匯聚光波定向聚焦在多個(gè)子面陣非制冷紅外探測(cè)器相同位置的光敏元上；所述面陣非制冷紅外探測(cè)器用于將匯聚在多個(gè)子面陣非制冷紅外探測(cè)器上的光波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，得到來(lái)自物空間不同物距處多尺度目標(biāo)各自對(duì)應(yīng)的陣列化的紅外光電響應(yīng)信號(hào)；所述驅(qū)控預(yù)處理模塊用于將陣列化的紅外光電響應(yīng)信號(hào)量化，并進(jìn)行非均勻性校正，生成不同物距處多尺度目標(biāo)的紅外圖像數(shù)據(jù)。
[0006]優(yōu)選地，所述子面陣非制冷紅外探測(cè)器為mXn元，其中，m、n均為大于I的整數(shù)。
[0007]優(yōu)選地，所述驅(qū)控預(yù)處理模塊采用SoC與FPGA結(jié)合的結(jié)構(gòu)。
[0008]優(yōu)選地，所述驅(qū)控預(yù)處理模塊還用于為所述面陣非制冷紅外探測(cè)器提供驅(qū)動(dòng)和調(diào)控信號(hào)，驅(qū)動(dòng)所述面陣非制冷紅外探測(cè)器工作，并對(duì)所述面陣非制冷紅外探測(cè)器轉(zhuǎn)換的電信號(hào)進(jìn)行調(diào)控。
[0009]優(yōu)選地，還包括陶瓷外殼和金屬支撐與散熱板；其中，所述陶瓷外殼位于所述金屬支撐與散熱板的上方，所述金屬支撐與散熱板與所述陶瓷外殼固聯(lián)，用于支撐和散熱，所述驅(qū)控預(yù)處理模塊、所述面陣非制冷紅外探測(cè)器和所述面陣紅外折射微透鏡同軸順序置于所述陶瓷外殼內(nèi)，其中，所述面陣非制冷紅外探測(cè)器位于所述驅(qū)控預(yù)處理模塊的上方，所述面陣紅外折射微透鏡位于所述面陣非制冷紅外探測(cè)器的上方，且所述面陣紅外折射微透鏡的光入射面通過(guò)所述陶瓷外殼的面部開(kāi)孔裸露在外。
[0010]優(yōu)選地，所述驅(qū)控預(yù)處理模塊上設(shè)有第二端口和第二指示燈，所述面陣非制冷紅外探測(cè)器上設(shè)有第三端口和第三指示燈；所述第二端口用于輸出所述驅(qū)控預(yù)處理模塊提供給所述面陣非制冷紅外探測(cè)器的驅(qū)動(dòng)和調(diào)控信號(hào)，所述第二端口還用于輸入所述面陣非制冷紅外探測(cè)器提供給所述驅(qū)控預(yù)處理模塊的紅外光電響應(yīng)信號(hào)，所述第二端口還用于接收外部設(shè)備向所述紅外大景深面陣成像探測(cè)芯片輸入的工作指令，所述第二指示燈用于指示所述驅(qū)控預(yù)處理模塊是否處在正常工作狀態(tài)；所述第三端口用于輸入所述驅(qū)控預(yù)處理模塊提供給所述面陣非制冷紅外探測(cè)器的驅(qū)動(dòng)和調(diào)控信號(hào)，所述第三端口還用于輸出所述面陣非制冷紅外探測(cè)器提供給所述驅(qū)控預(yù)處理模塊的紅外光電響應(yīng)信號(hào)，所述第三指示燈用于指示所述非制冷紅外探測(cè)器是否處在正常工作狀態(tài)。
[0011]優(yōu)選地，所述驅(qū)控預(yù)處理模塊上設(shè)有第四端口和第四指示燈，所述第四端口用于將所述序列紅外圖像數(shù)據(jù)從所述驅(qū)控預(yù)處理模塊輸出，所述第四指示燈用于指示所述驅(qū)控預(yù)處理模塊是否處在正常數(shù)據(jù)輸出狀態(tài)。[0012]優(yōu)選地，所述驅(qū)控預(yù)處理模塊上設(shè)有第一端口和第一指示燈，所述第一端口用于接入電源線以連接外部電源，所述第一指示燈用于指示電源是否接通。
[0013]總體而言，通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，面陣非制冷紅外探測(cè)器被劃分成多個(gè)陣列分布的子面陣非制冷紅外探測(cè)器，每個(gè)子面陣非制冷紅外探測(cè)器包括數(shù)量和排布方式相同的多個(gè)陣列分布的光敏元；引入了面陣紅外折射微透鏡，面陣紅外折射微透鏡包括多個(gè)陣列分布的單元紅外折射微透鏡，每單元紅外折射微透鏡對(duì)應(yīng)一個(gè)子面陣非制冷紅外探測(cè)器。
[0014]將面陣紅外折射微透鏡與面陣非制冷紅外探測(cè)器混合集成，置于由主鏡構(gòu)成的成像光學(xué)系統(tǒng)的焦面處或進(jìn)行弱離焦配置。來(lái)自物空間不同物距處多尺度目標(biāo)的紅外匯聚光波經(jīng)面陣紅外折射微透鏡進(jìn)行離散化排布和再聚焦，投射在多個(gè)子面陣非制冷紅外探測(cè)器上，來(lái)自物空間的某一目標(biāo)的紅外匯聚光波經(jīng)面陣紅外折射微透鏡再聚焦后，投射在多個(gè)子面陣非制冷紅外探測(cè)器相同位置的光敏元上并被轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，得到陣列化的紅外光電響應(yīng)信號(hào)。
[0015]驅(qū)控預(yù)處理模塊將來(lái)自物空間不同物距處多尺度目標(biāo)各自對(duì)應(yīng)的陣列化的紅外光電響應(yīng)信號(hào)量化，并進(jìn)行非均勻性校正，從而得到基于特定焦長(zhǎng)的成像光學(xué)系統(tǒng)所界定的視場(chǎng)中的清晰景物圖像，即得到較大景深內(nèi)物距不同的多尺度目標(biāo)的共生清晰圖像數(shù)據(jù)并輸出，且這些圖像具有相同/相近的空間分辨率。
[0016]通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果:
[0017]1、實(shí)現(xiàn)較大景深內(nèi)多尺度目標(biāo)的成像探測(cè)，本發(fā)明將面陣紅外折射微透鏡與面陣非制冷紅外探測(cè)器耦合，實(shí)現(xiàn)因目標(biāo)物距不同所致的紅外輻射波矢方向變動(dòng)的并行式成像探測(cè)操作，具有基于單片功能化的紅外探測(cè)器陣列實(shí)現(xiàn)較大景深內(nèi)多尺度目標(biāo)的清晰成像的優(yōu)點(diǎn)。
[0018]2、測(cè)量精度高，本發(fā)明采用面陣紅外折射微透鏡和面陣非制冷紅外探測(cè)器，它們均具有極高的陣列規(guī)模并被混合集成而具有極高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，所以本發(fā)明具有測(cè)量精度聞的優(yōu)點(diǎn)。
[0019]3、可測(cè)量的目標(biāo)物距變動(dòng)范圍大，由于本發(fā)明采用了單元紅外折射微透鏡與子面陣非制冷紅外探測(cè)器一一對(duì)應(yīng)的探測(cè)架構(gòu)，具有可測(cè)量的目標(biāo)物距變動(dòng)范圍/景深較大的優(yōu)點(diǎn)。
[0020]4、環(huán)境適應(yīng)性好，由于本發(fā)明采用了基于熱效應(yīng)的非制冷紅外探測(cè)器，以及具有固定形貌的紅外折射微透鏡，測(cè)量譜段較寬，工作在室溫環(huán)境，所以本發(fā)明具有環(huán)境適應(yīng)性好的優(yōu)點(diǎn)。
[0021]5、使用方便，本發(fā)明的面陣紅外折射微透鏡、面陣非制冷紅外探測(cè)器以及驅(qū)控預(yù)處理模塊易于集成在單個(gè)芯片上，具有接插方便，易與紅外光學(xué)系統(tǒng)及電子、機(jī)械裝置匹配耦合的優(yōu)點(diǎn)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的紅外大景深面陣成像探測(cè)芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2是本發(fā)明實(shí)施例的紅外大景深面陣成像探測(cè)芯片的工作原理圖。
[0024]圖1中:1-第一指示燈，2-第一端口，3-第二指示燈，4-第三指示燈，5-第二端口，6-第三端口，7-驅(qū)控預(yù)處理模塊，8-面陣非制冷紅外探測(cè)器，9-面陣紅外折射微透鏡，10-第四指示燈，11-第四端口，12-金屬支撐與散熱板，13-陶瓷外殼。
【具體實(shí)施方式】
[0025]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0026]一般而言，成像探測(cè)物空間中的特定目標(biāo)，需要根據(jù)物距情況選擇焦長(zhǎng)。常規(guī)的成像探測(cè)體制中，對(duì)特定焦長(zhǎng)而言，僅與該焦長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的景深范圍內(nèi)的目標(biāo)，其出射光波才能經(jīng)成像光學(xué)系統(tǒng)收集后被有效壓縮在焦面處，構(gòu)成與目標(biāo)輻射特征相一致或高度接近的能流場(chǎng)，進(jìn)而通過(guò)面陣光敏結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成光電信號(hào)得到目標(biāo)圖像。對(duì)不在該景深范圍內(nèi)的目標(biāo)，在該焦長(zhǎng)的焦面處形成彌散的光斑，且目標(biāo)距離景深區(qū)域越遠(yuǎn)，形成的光斑越大，由于面陣光敏結(jié)構(gòu)的分辨率有限，不能得到清晰圖像。本發(fā)明利用與面陣非制冷紅外探測(cè)器耦合的面陣紅外折射微透鏡，將經(jīng)成像光學(xué)系統(tǒng)的目標(biāo)匯聚光束再聚焦，使來(lái)自物空間不同物距處多尺度目標(biāo)的紅外輻射光波離散化排布，并進(jìn)行并行式的陣列化光電轉(zhuǎn)換操作，在不改變光學(xué)系統(tǒng)焦距這一前提下，同時(shí)捕獲相對(duì)傳統(tǒng)成像系統(tǒng)較大景深內(nèi)遠(yuǎn)近不同的景物圖像，并且這些圖像具有相同/相近的空間分辨率。一般而言，宏觀目標(biāo)其結(jié)構(gòu)和在時(shí)空域中的運(yùn)動(dòng)，均具有連續(xù)性。通過(guò)合理插值，所獲取的電子圖像集的密度可被適度增大，多尺度景物圖像將具有更為豐富和細(xì)膩的潛質(zhì)。
[0027]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的紅外大景深面陣成像探測(cè)芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]本發(fā)明實(shí)施例的紅外大景深面陣成像探測(cè)芯片包括:驅(qū)控預(yù)處理模塊7、面陣非制冷紅外探測(cè)器8、面陣紅外折射微透鏡9、陶瓷外殼13和金屬支撐與散熱板12。
[0029]陶瓷外殼13位于金屬支撐與散熱板14的上方。金屬支撐與散熱板14與陶瓷外殼13固聯(lián)，用于支撐和散熱。驅(qū)控預(yù)處理模塊7、面陣非制冷紅外探測(cè)器8和面陣紅外折射微透鏡9同軸順序置于陶瓷外殼13內(nèi)。其中，驅(qū)控預(yù)處理模塊7采用SoC和FPGA結(jié)合的結(jié)構(gòu)，面陣非制冷紅外探測(cè)器8位于驅(qū)控預(yù)處理模塊7的上方，面陣紅外折射微透鏡9位于面陣非制冷紅外探測(cè)器8的上方且其光入射面通過(guò)陶瓷外殼13的面部開(kāi)孔裸露在外。
[0030]面陣非制冷紅外探測(cè)器8位于面陣紅外折射微透鏡9的焦面處。面陣非制冷紅外探測(cè)器8被劃分成多個(gè)陣列分布的子面陣非制冷紅外探測(cè)器，每個(gè)子面陣非制冷紅外探測(cè)器包括數(shù)量和排布方式相同的多個(gè)陣列分布的光敏元。面陣紅外折射微透鏡9包括多個(gè)陣列分布的單元紅外折射微透鏡，每單元紅外折射微透鏡與一個(gè)子面陣非制冷紅外探測(cè)器對(duì)應(yīng)，子面陣非制冷紅外探測(cè)器為mXn元，其中，m、n均為大于I的整數(shù)，例如，子面陣非制冷紅外探測(cè)器可以是2X2元、4X4元、8X8元甚至更大規(guī)模陣列。
[0031]面陣紅外折射微透鏡9與面陣非制冷紅外探測(cè)器8耦合集成，構(gòu)成紅外大景深面陣成像探測(cè)架構(gòu)，置于由主鏡構(gòu)成的成像光學(xué)系統(tǒng)的焦面處或進(jìn)行弱離焦配置。
[0032]面陣紅外折射微透鏡9用于將經(jīng)由主鏡構(gòu)成的成像光學(xué)系統(tǒng)的紅外匯聚光波再聚焦，使來(lái)自物空間不同物距處多尺度目標(biāo)的紅外匯聚光波離散化排布，并定向聚焦在多個(gè)子面陣非制冷紅外探測(cè)器上，使來(lái)自物空間的某一目標(biāo)的紅外匯聚光波定向聚焦在多個(gè)子面陣非制冷紅外探測(cè)器相同位置的光敏元上。
[0033]面陣非制冷紅外探測(cè)器8用于將聚焦在多個(gè)子面陣非制冷紅外探測(cè)器上的光波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，得到來(lái)自物空間不同物距處多尺度目標(biāo)各自對(duì)應(yīng)的陣列化的紅外光電響應(yīng)信號(hào)。
[0034]驅(qū)控預(yù)處理模塊7用于將陣列化的紅外光電響應(yīng)信號(hào)量化，并進(jìn)行非均勻性校正，生成不同物距處多尺度目標(biāo)的紅外圖像數(shù)據(jù)。
[0035]驅(qū)控預(yù)處理模塊7還用于為面陣非制冷紅外探測(cè)器8提供驅(qū)動(dòng)和調(diào)控信號(hào)，驅(qū)動(dòng)面陣非制冷紅外探測(cè)器8工作，并對(duì)面陣非制冷紅外探測(cè)器8轉(zhuǎn)換的電信號(hào)進(jìn)行調(diào)控。
[0036]驅(qū)控預(yù)處理模塊7上設(shè)有第一端口 2、第二端口 5、第四端口 11、第一指示燈1、第二指示燈3和第四指示燈10。其中，第一端口 2用于接入電源線以連接外部電源，第二端口 5用于輸出驅(qū)控預(yù)處理模塊7提供給面陣非制冷紅外探測(cè)器8的驅(qū)動(dòng)和調(diào)控信號(hào)，還用于輸入面陣非制冷紅外探測(cè)器8提供給驅(qū)控預(yù)處理模塊7的紅外光電響應(yīng)信號(hào)，還用于接收外部設(shè)備向探測(cè)器輸入的工作指令，第四端口 11用于將序列紅外圖像數(shù)據(jù)從驅(qū)控預(yù)處理模塊7輸出，第一指示燈I用于指示電源是否接通，電源接通則第一指示燈I亮，否則熄滅，第二指示燈3用于指示驅(qū)控預(yù)處理模塊7是否處在正常工作狀態(tài)，驅(qū)控預(yù)處理模塊7處在正常工作狀態(tài)則第二指示燈3閃爍，否則熄滅，第四指示燈10用于指示驅(qū)控預(yù)處理模塊7是否處在正常數(shù)據(jù)輸出狀態(tài)，驅(qū)控預(yù)處理模塊7處在正常數(shù)據(jù)輸出狀態(tài)，則第四指示燈10閃爍，否則熄滅。
[0037]面陣非制冷紅外探測(cè)器8上設(shè)有第三端口 6和第三指示燈4。其中，第三端口 6用于輸入驅(qū)控預(yù)處理模塊7提供給面陣非制冷紅外探測(cè)器8的驅(qū)動(dòng)和調(diào)控信號(hào)，還用于輸出面陣非制冷紅外探測(cè)器8提供給驅(qū)控預(yù)處理模塊7的紅外光電響應(yīng)信號(hào)，第三指示燈4用于指示面陣非制冷紅外探測(cè)器8是否處在正常工作狀態(tài)，非制冷紅外探測(cè)器8處在正常工作狀態(tài)則第三指示燈4閃爍，否則熄滅。
[0038]上述第一端口 2、第二端口 5、第三端口 6、第四端口 11、第一指示燈1、第二指示燈
3、第三指示燈4及第四指示燈10均通過(guò)陶瓷外殼13的面部開(kāi)孔裸露在外。
[0039]下面結(jié)合圖1說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的紅外大景深面陣成像探測(cè)芯片的工作過(guò)程。
[0040]首先用并行信號(hào)線連接第二端口 5和第三端口 6，同時(shí)連接并行通訊線至第二端口 5，連接并行數(shù)據(jù)線至第四端口 11，連接電源線到第一端口 2。通過(guò)并行通訊線由第二端口 5送入電源開(kāi)啟指令，探測(cè)器開(kāi)始自檢，此時(shí)第一指示燈1、第二指示燈3、第三指示燈4、第四指示燈10接通閃爍。自檢通過(guò)后第一指示燈I亮，第二指示燈3、第三指示燈4，以及第四指示燈10熄滅，探測(cè)器進(jìn)入工作狀態(tài)。通過(guò)并行通訊線由第二端口 5送入開(kāi)始工作指令后，探測(cè)器開(kāi)始進(jìn)行光電響應(yīng)信號(hào)測(cè)量。驅(qū)控預(yù)處理模塊7經(jīng)第二端口 5和第三端口 6向面陣非制冷紅外探測(cè)器8輸入驅(qū)動(dòng)和調(diào)控信號(hào)，面陣非制冷紅外探測(cè)器8經(jīng)第二端口 5和第三端口 6向驅(qū)控預(yù)處理模塊7輸出紅外光電響應(yīng)信號(hào)，此時(shí)第三指示燈4、以及第二指示燈3再次接通閃爍。紅外光電響應(yīng)信號(hào)經(jīng)驅(qū)控預(yù)處理模塊7處理后得到的序列紅外圖像數(shù)據(jù)由第四端口 11輸出，此時(shí)第四指示燈10再次接通閃爍。
[0041]圖2是本發(fā)明實(shí)施例的紅外大景深面陣成像探測(cè)芯片的工作原理圖。
[0042]如圖2所示，面陣非制冷紅外探測(cè)器與面陣紅外折射微透鏡耦合集成，構(gòu)成紅外大景深成像探測(cè)架構(gòu)，被放置在由主鏡構(gòu)成的成像光學(xué)系統(tǒng)的焦面處或進(jìn)行弱離焦配置。在所設(shè)定的陣列規(guī)模或空間分辨率模式下，面陣紅外折射微透鏡中的單元紅外折射微透鏡與面陣非制冷紅外探測(cè)器中的7X7元子面陣非制冷紅外探測(cè)器對(duì)應(yīng)。
[0043]成像探測(cè)物空間中的特定目標(biāo)，首先根據(jù)物距情況選擇由主鏡構(gòu)成的成像光學(xué)系統(tǒng)的焦長(zhǎng)，該操作意味著與特定焦長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的目標(biāo)，其出射光波經(jīng)成像光學(xué)系統(tǒng)收集后被有效壓縮，構(gòu)成與目標(biāo)輻射特征相一致或高度接近的能流場(chǎng)，進(jìn)而通過(guò)面陣紅外折射微透鏡的再匯聚/聚焦，被置于面陣紅外折射微透鏡的焦面處的面陣非制冷紅外探測(cè)器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。
[0044]如圖2所示，對(duì)面陣紅外折射微透鏡中的單元紅外折射微透鏡而言，在景深較大的物空間中，光敏元可分辨的短焦景物A和空間分辨率等同A的局部長(zhǎng)焦景物B所出射的紅外波束的波矢方向不同，經(jīng)由主鏡構(gòu)成的成像光學(xué)系統(tǒng)后，被單元紅外折射微透鏡定向匯聚/聚焦在與該單元紅外折射微透鏡對(duì)應(yīng)的7X7元子面陣非制冷紅外探測(cè)器中的不同光敏元上，分別形成光斑A和光斑B。子面陣非制冷紅外探測(cè)器將光斑A和光斑B轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。
[0045]具體地，對(duì)短焦景物A而言，其出射的紅外波束經(jīng)面陣紅外折射微透鏡后，定向匯聚在多個(gè)7X7元子面陣非制冷紅外探測(cè)器中與圖中光斑A位置相同的光敏元上，面陣非制冷紅外探測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，得到與短焦景物A對(duì)應(yīng)的陣列化的紅外光電響應(yīng)信號(hào)；對(duì)長(zhǎng)焦景物B而言，其出射的紅外波束經(jīng)面陣紅外折射微透鏡后，定向匯聚在多個(gè)7 X 7元子面陣非制冷紅外探測(cè)器中與圖中光斑B位置相同的光敏元上，面陣非制冷紅外探測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，得到與長(zhǎng)焦景物B對(duì)應(yīng)的陣列化的紅外光電響應(yīng)信號(hào)。驅(qū)控預(yù)處理模塊(圖中未示出)將與短焦景物A和長(zhǎng)焦景物B對(duì)應(yīng)的陣列化的紅外光電響應(yīng)信號(hào)量化，并進(jìn)行非均勻性校正，得到基于特定焦長(zhǎng)的光學(xué)系統(tǒng)所界定的視場(chǎng)中的清晰景物圖像，即得到較大景深內(nèi)物距不同的多尺度目標(biāo)的共生清晰圖像數(shù)據(jù)并輸出。
[0046]在上述成像過(guò)程中，成像探測(cè)遠(yuǎn)近不同的多尺度目標(biāo)時(shí)，成像視場(chǎng)和空間分辨率并未改變，從而顯示出了單焦長(zhǎng)/大景深、大視場(chǎng)/高空間分辨率等相融合這一技術(shù)特征。
[0047]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種紅外大景深面陣成像探測(cè)芯片，其特征在于，包括面陣紅外折射微透鏡、面陣非制冷紅外探測(cè)器和驅(qū)控預(yù)處理模塊；其中， 所述面陣非制冷紅外探測(cè)器位于所述面陣紅外折射微透鏡的焦面處，包括多個(gè)陣列分布的子面陣非制冷紅外探測(cè)器，每個(gè)子面陣非制冷紅外探測(cè)器包括數(shù)量和排布方式相同的多個(gè)陣列分布的光敏兀； 所述面陣紅外折射微透鏡包括多個(gè)陣列分布的單元紅外折射微透鏡，每單元紅外折射微透鏡與一個(gè)子面陣非制冷紅外探測(cè)器對(duì)應(yīng)； 所述面陣紅外折射微透鏡用于將目標(biāo)的紅外匯聚光波再聚焦，使來(lái)自物空間不同物距處多尺度目標(biāo)的紅外匯聚光波離散化排布，并聚焦在多個(gè)子面陣非制冷紅外探測(cè)器上，使來(lái)自物空間的某一目標(biāo)的紅外匯聚光波定向聚焦在多個(gè)子面陣非制冷紅外探測(cè)器相同位置的光敏元上； 所述面陣非制冷紅外探測(cè)器用于將匯聚在多個(gè)子面陣非制冷紅外探測(cè)器上的光波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，得到來(lái)自物空間不同物距處多尺度目標(biāo)各自對(duì)應(yīng)的陣列化的紅外光電響應(yīng)信號(hào); 所述驅(qū)控預(yù)處理模塊用于將陣列化的紅外光電響應(yīng)信號(hào)量化，并進(jìn)行非均勻性校正，生成不同物距處多尺度目標(biāo)的紅外圖像數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述的紅外大景深面陣成像探測(cè)芯片，其特征在于，所述子面陣非制冷紅外探測(cè)器為mXη元，其中，m、η均為大于I的整數(shù)。
3.如權(quán)利要求1所述的紅外大景深面陣成像探測(cè)芯片，其特征在于，所述驅(qū)控預(yù)處理模塊采用SoC與FPGA結(jié)合的結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的紅外大景深面陣成像探測(cè)芯片，其特征在于，所述驅(qū)控預(yù)處理模塊還用于為所述面陣非制冷紅外探測(cè)器提供驅(qū)動(dòng)和調(diào)控信號(hào)，驅(qū)動(dòng)所述面陣非制冷紅外探測(cè)器工作，并對(duì)所述面陣非制冷紅外探測(cè)器轉(zhuǎn)換的電信號(hào)進(jìn)行調(diào)控。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的紅外大景深面陣成像探測(cè)芯片，其特征在于，還包括陶瓷外殼和金屬支撐與散熱板；其中， 所述陶瓷外殼位于所述金屬支撐與散熱板的上方，所述金屬支撐與散熱板與所述陶瓷外殼固聯(lián)，用于支撐和散熱，所述驅(qū)控預(yù)處理模塊、所述面陣非制冷紅外探測(cè)器和所述面陣紅外折射微透鏡同軸順序置于所述陶瓷外殼內(nèi)，其中，所述面陣非制冷紅外探測(cè)器位于所述驅(qū)控預(yù)處理模塊的上方，所述面陣紅外折射微透鏡位于所述面陣非制冷紅外探測(cè)器的上方，且所述面陣紅外折射微透鏡的光入射面通過(guò)所述陶瓷外殼的面部開(kāi)孔裸露在外。
6.如權(quán)利要求5所述的紅外大景深面陣成像探測(cè)芯片，其特征在于，所述驅(qū)控預(yù)處理模塊上設(shè)有第二端口和第二指示燈，所述面陣非制冷紅外探測(cè)器上設(shè)有第三端口和第三指示燈； 所述第二端口用于輸出所述驅(qū)控預(yù)處理模塊提供給所述面陣非制冷紅外探測(cè)器的驅(qū)動(dòng)和調(diào)控信號(hào)，所述第二端口還用于輸入所述面陣非制冷紅外探測(cè)器提供給所述驅(qū)控預(yù)處理模塊的紅外光電響應(yīng)信號(hào)，所述第二端口還用于接收外部設(shè)備向所述紅外大景深面陣成像探測(cè)芯片輸入的工作指令，所述第二指示燈用于指示所述驅(qū)控預(yù)處理模塊是否處在正常工作狀態(tài)； 所述第三端口用于輸入所述驅(qū)控預(yù)處理模塊提供給所述面陣非制冷紅外探測(cè)器的驅(qū)動(dòng)和調(diào)控信號(hào)，所述第三端口還用于輸出所述面陣非制冷紅外探測(cè)器提供給所述驅(qū)控預(yù)處理模塊的紅外光電響應(yīng)信號(hào)，所述第三指示燈用于指示所述非制冷紅外探測(cè)器是否處在正常工作狀態(tài)。
7.如權(quán)利要求6所述的紅外大景深面陣成像探測(cè)芯片，其特征在于，所述驅(qū)控預(yù)處理模塊上設(shè)有第四端口和第四指示燈，所述第四端口用于將所述序列紅外圖像數(shù)據(jù)從所述驅(qū)控預(yù)處理模塊輸出，所述第四指示燈用于指示所述驅(qū)控預(yù)處理模塊是否處在正常數(shù)據(jù)輸出狀態(tài)。
8.如權(quán)利要求7所述的紅外大景深面陣成像探測(cè)芯片，其特征在于，所述驅(qū)控預(yù)處理模塊上設(shè)有第一端口和第一指示燈，所述第一端口用于接入電源線以連接外部電源，所述第一指示燈用于指示電源是否接通。``
【文檔編號(hào)】G01J5/02GK103528692SQ201310426200
【公開(kāi)日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月17日
【發(fā)明者】張新宇, 羅俊, 康勝武, 佟慶, 張靜, 李利榮, 趙慧, 桑紅石, 謝長(zhǎng)生 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)