一種共口徑多視場圖譜協同探測系統與方法
【技術領域】
[0001 ]本發明屬于遙感測控、光譜分析及圖像識別交叉領域，更具體地，涉及一種共口徑多視場圖譜協同探測系統與方法。
【背景技術】
[0002]遙感探測是實現我國科技強國的前沿科學技術領域，由于傳統的紅外定焦系統視場單一，不能同時實現搜索和跟蹤;而智能化多空間分辨率傳感器可根據探測器需求，智能化調節焦距的連續變化，來改變視場大小，像面穩定并且保持良好的像質，不易丟失目標(如水下航行器)，因此兼具大視場大尺度搜索和小視場小尺度跟蹤功能。此外，還能根據不同的使用環境和觀測目標，選擇合適的焦距以達到最佳觀測效果，具有一定的現實意義。
[0003]但針對多視場目標探測應用場景，現有的遙感探測技術存在以下缺陷:(I)常規的遙感探測手段不能兼顧低/中/高分辨率，跟蹤探測動目標和動態現象的運動變化進行研究；(2)現有的遙感探測技術對于小尺度的對象不能奏效，不能同時實現搜索和跟蹤，缺乏相關的理論方法和技術手段;相應地，本領域亟需尋找一種適用于多視場目標探測應用環境下的系統及方法。
【發明內容】
[0004]針對現有技術的以上缺陷或不足，本發明提供了一種共口徑多視場圖譜協同探測系統與方法，通過采用大視場大尺度掃描搜索、中視場紅外凝視識別及小視場小尺度跟蹤識別的方法，使得探測靈敏度更高，使得捕獲跟蹤識別動目標更精確、更穩定，因而尤其適用于多視場動目標探測環境的應用場合。
[0005]為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提出了一種共口徑多視場圖譜協同探測系統，其特征在于，所述系統包括紅外光學窗口、大視場二維掃描轉鏡、共口徑多視場主光學系統、大視場掃描探測器、凝視紅外探測器、紅外非成像寬光譜測譜單元、數據處理單元、控制單元及伺服系統，其中:
[0006]所述大視場二維掃描轉鏡通過伺服系統控制轉動調整方位對準目標區域，用于將目標區域的光反射至共口徑多視場主光學系統；
[0007]所述共口徑多視場主光學系統，用于將大視場掃描紅外光線聚焦至大視場掃描探測器，將凝視紅外光線聚焦至凝視紅外探測器；同時將剩余光線聚焦至紅外非成像寬光譜測譜單元進行測譜；
[0008]所述大視場掃描探測器，用于對目標區域進行大視場紅外成像，紅外圖像進A/D轉換后，傳送至數據處理單元；
[0009]所述凝視紅外探測器，用于對目標區域進行凝視紅外成像，紅外圖像進A/D轉換后，傳送至數據處理單元；
[0010]所述紅外非成像寬光譜測譜單元，用于對目標進行測譜分析，然后將目標紅外光譜數據，傳送至數據處理單元；[0011 ]所述數據處理單元，用于對目標大視場掃描紅外圖像數據、凝視紅外圖像數據、紅外寬光譜數據進行融合處理；
[0012]所述控制單元，用于依據所述數據處理單元融合的數據處理結果，通過伺服系統控制所述大視場二維掃描轉鏡跟蹤動目標和動態現象的運動。
[0013]作為進一步優選的，所述共口徑多視場主光學系統，包含卡氏反射鏡組、寬光譜中繼鏡、第一透鏡組、第二透鏡組、第三透鏡組、第四透鏡組、第五透鏡組、第一分光鏡及第二分光鏡。
[0014]作為進一步優選的，所述卡氏反射鏡組，用于將大視場二維掃描轉鏡反射的光線反射至寬光譜中繼鏡;所述寬光譜中繼鏡用于將光線聚焦至第一透鏡組;所述第一分光鏡用于將來自第一透鏡組的光線部分透射至第二透鏡組，并由第二透鏡組聚焦至大視場焦平面，剩余光線反射至第三透鏡組;所述第二分光鏡用于將來自第三透鏡組的光部分透射至第四透鏡組，并由第四透鏡組聚焦至中視場焦平面，剩余光線反射至第五透鏡組，并由第五透鏡組聚焦至小視場焦平面。
[0015]作為進一步優選的，所述卡氏反射鏡組采用卡塞格林系統，由一個拋物面反射鏡和一個雙曲面反射鏡組成，實現對目標區域的紅外光譜成像和能量會聚，所述拋物面反射鏡和所述雙曲面反射鏡遮擋比不大于1: 3。
[0016]作為進一步優選的，所述第一透鏡組為大視場透鏡組;所述第三透鏡組為中視場透鏡組;所述第五透鏡組為小視場透鏡組;所述第二透鏡組及所述第四透鏡組為寬光譜透鏡組，用于補償校正紅外寬光譜能量會聚的光斑質量。
[0017]作為進一步優選的，所述第一透鏡組、第一分光鏡和第二透鏡組綜合焦距為fl;第一透鏡組、第三透鏡組、第二分光鏡和第四透鏡組綜合焦距為f2 = af!，a> I;第一透鏡組、第一分光鏡、第三透鏡組、第二分光鏡和第五透鏡組綜合焦距為￡3 = 6丨2，13>&。
[0018]作為進一步優先的，所述第一分光鏡分為兩個區域:中部小區域和其周邊的大區域;所述中部小區域全反射中視場所需成像波段和小視場所需成譜波段，所述大區域全透大視場的成像波段。
[0019]作為進一步優選的，所述第二分光鏡分為兩個區域:中部小區域和其周邊的大區域;所述中部小區域全反小視場所需成譜的波段，所述大區域全透中視場所需成像波段。
[0020]作為進一步優選的，所述第五透鏡組與紅外非成像寬光譜測譜單元之間采用光學鋰A
柄口 O
[0021]按照本發明的另一方面，提出了一種基于所述的共口徑多視場圖譜協同探測系統的探測方法，其特征在于，所述方法包括:
[0022](I)大視場二維掃描轉鏡搜索視場；
[0023](2)針對目標區域，采集大視場紅外圖像，檢測是否有疑似目標；
[0024](3)若檢測到疑似目標，采用中視場凝視目標區域，獲取目標區域紅外圖像;若未檢測到疑似目標，則繼續大視場搜索目標區域；
[0025](4)針對疑似目標，采用小視場瞄準，并采集目標紅外光譜數據；
[0026](5)融合目標多視場、多不同分辨率的紅外圖像及光譜信息；
[0027](6)識別目標，并輸出目標類型。
[0028]總體而言，按照本發明點的以上技術方案與現有技術相比，主要具備以下的技術優點:
[0029]1、本發明提出的共口徑多視場圖譜協同探測的系統及對應方法，通過物質的譜特征可以區分不同的物體或物質，再加上物體的多空間分辨率的紅外圖像信息，使得遙感探測識別物體能力更強大；
[0030]2、此外，本發明通過大視場掃描對目標區域進行搜索，然后由中視場凝視紅外檢測識別目標，最后對該區域進行小視場精細探測，結合光譜數據分析，識別目標，探測靈敏度更高，識別目標更準確；
【附圖說明】
[0031]圖1為本發明共口徑多視場圖譜協同探測系統示意圖；
[0032]圖2為本發明共口徑主光學系統布局圖；
[0033]圖3為本發明共口徑多視場圖譜協同探測方法示意圖；
[0034]圖4為本發明共口徑多視場圖譜協同探測實例圖；
[0035]圖5為本發明共口徑多視場圖譜協同探測方法流程圖；
【具體實施方式】
[0036]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0037]本發明提供了一種共口徑多視場圖譜協同探測系統，同時集成了多空間分辨率成像及小視場高分辨率測譜功能，如圖1所示，所述探測系統包括紅外光學窗口、共口徑多視場主光學系統、大視場掃描探測器、凝視紅外探測器、紅外非成像寬光譜測譜單元、數據處理單元、控制單元及伺服系統;大視場二維掃描轉鏡通過伺服系統控制轉動調整方位對準目標區域，用于將目標區域的光反射至共口徑多視場主光學系統;共口徑多視場主光學系統將大視場掃描紅外光線聚焦至大視場掃描探測器;將凝視紅外光線聚焦至凝視紅外探測器；同時將剩余光線聚焦至紅外寬光譜測譜單元進行測譜;大視場掃描探測器對目標區域進行大視場紅外成像，紅外圖像進A/D轉換后，傳送至數據處理單元;凝視紅外探測器對目標區域進行凝視紅外成像，紅外圖像進A/D轉換后，傳送至數據處理單元;紅外非成像寬光譜測譜單元，對目標進行測譜分析，然后將目標紅外光譜數據，傳送至數據處理單元;數據處理單元對目標大視場掃描紅外圖像數據、凝視紅外圖像數據、紅外寬光譜數據進行融合處理;控制單元依據數據處理單元融合數據處理結果，通過伺服系統控制掃描反射鏡跟蹤動目標和動態現象的運動。
[0038]進一步地，所述共口徑多視場主光學系統，包含卡氏反射鏡組、寬光譜中繼鏡、第一透鏡組、第二透鏡組、第三透鏡組、第四透鏡組、第五透鏡組、第一分光鏡及第二分光鏡；
[0039]進一步地，所述卡氏反射鏡組鏡將大視場二維掃描轉鏡反射的光線反射至寬光譜中繼鏡；寬光譜中繼鏡將光線聚焦至第一透鏡組;第一分光鏡將來自第一透鏡組的光線部分透射至第二透鏡組，并由第二透鏡組聚焦至大視場焦平面，剩余光線反射至第三透鏡組；第二分光鏡將來自第三透鏡組的光部分透射至第四透鏡組，