高动态红外场景生成装置及方法与流程

1.本发明涉及半实物仿真、光电检测技术领域，具体地，涉及一种高动态红外场景生成装置及方法。


背景技术：

2.随着计算机和光电技术的融合发展，红外技术已然成为飞行器探测方面的一个重要的发展方向。当下飞行器前端探测系统的工作动态范围越来越高，为了能够在飞行器地面试验中较为准确地模拟跨强亮度和弱亮度的大动态红外场景，对红外场景生成器的能量动态范围提出了更高的需求。场景的动态范围越大，越能够拥有更广的能量域，并且其在亮处和暗处的细节更细腻的表现使得模拟出来的红外场景以及红外目标有着更多的立体感、真实感和层次感。故高动态范围的红外场景模拟对于仿真更加真实复杂的环境有着很重要的作用。
3.然而，目前的红外探测系统的相关技术已经较为成熟，具有很高的动态范围，现有红外场景模拟器设备已不能提供足够的动态范围，故针对半实物仿真的高动态范围红外场景模拟技术的研究应运而生。
4.专利文献cn113029525a(申请号：cn202110289257.3)公开了一种红外场景模拟系统，包括第一红外光路、第二红外光路以及合束镜；第一红外光路包括第一黑体和第一dmd子系统，第一dmd子系统以第一黑体为红外光源生成2n级灰度的图像；第二dmd子系统以第二黑体作为红外光源生成2n级灰度的图像；合束镜用于将第一红外光路和第二红外光路进行合束，用于形成灰度叠加后的图像；调节第一黑体和第二黑体的温度，使所述温度小于第一预设值并且足以模拟红外场景中温度值为第二预设值的目标。


技术实现要素：

5.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种高动态红外场景生成装置及方法。
6.根据本发明提供的高动态红外场景生成装置，包括：激光光源、准直扩束匀光光学系统、第一微镜阵列及其调节装置、第一照明光学系统、合束镜、第二照明光学系统、黑体、第二微镜阵列及其调节装置和投影系统；
7.所述激光光源发出的红外光线在传播路径上依次经过准直扩束匀光光学系统、第一微镜阵列及其调节装置、第一照明光学系统、合束镜后到达第二微镜阵列及其调节装置；
8.黑体发出的红外光线在传播路径上经过第二照明光学系统、合束镜后到达第二微镜阵列及其调节装置；
9.所述投影系统将经过第二微镜阵列及其调节装置的光束进行投影。
10.优选的，所述合束镜包括表面镀膜的半反半透镜。
11.优选的，还包括第一全内反射棱镜和第二全内反射棱镜；
12.所述第一全内反射棱镜位于准直扩束匀光光学系统后，用于将整形匀光后的激光
光束输入第一微镜阵列及其调节装置中；
13.所述第二全内反射棱镜位于合束镜后，用于将合束后的光束输入第二微镜阵列及其调节装置中。
14.优选的，所述第一微镜阵列及其调节装置和第二微镜阵列及其调节装置为二维微镜阵列，在二维微镜阵列中，单个微镜连接有偏转角度控制结构。
15.优选的，第一微镜阵列及其调节装置通过控制各个微镜的翻转状态，实现二值图像的显示，第二微镜阵列及其调节装置进行灰度调制，实现8bit图像的显示。
16.优选的，所述激光光源包括激光器出射和光纤输出形式。
17.优选的，所述第一照明光学系统包括对称远心光路转像照明结构。
18.优选的，所述第二照明光学系统包括柯勒照明和临界照明结构。
19.根据本发明提供的高动态红外场景生成方法，包括如下步骤：
20.步骤s1：将激光光源进行准直、扩束、匀光，并照明第一微镜阵列及其调节装置；
21.步骤s2：对第一微镜阵列及其调节装置的入射光束进行选通，获得所需干扰光束，经过第一照明光学系统后，照射到合束镜上；
22.步骤s3：将黑体发出的红外光线经第二照明光学系统后，照射到合束镜上；
23.步骤s4：通过合束镜反射来自第一照明光学系统的光束，同时透射来自第二照明光学系统的光束，完成对两个光束的合束；
24.步骤s5：通过第二微镜阵列及其调节装置对合束后的光线进行灰度调制；
25.步骤s6：通过投影系统对经过第二微镜阵列及其调节装置调制后的光束进行投射。
26.优选的，采用电子方法控制微反射镜的偏转角度，从而控制第一微镜阵列及其调节装置和第二微镜阵列及其调节装置的入射光线的反射方向，进行固定入射方向的光学选通或调制。
27.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
28.(1)本发明采用激光光源与黑体双光源，分别选通或调制目标场景光束与干扰光束，进而实现了高动态范围的红外场景生成；
29.(2)本发明采用dmd调制dmd的串联方式，最大程度避免了激光光束照射带来的图像对比度较差的现象；
30.(3)在本发明的二维微镜阵列中，可通过芯片控制微反射镜的偏转角度，从而控制入射光线的反射方向，操作简单；且本发明使用较多反射镜元件，进而使装置结构紧凑。
附图说明
31.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
32.图1为本发明提供的可应用于高动态红外场景生成装置的示意性结构图；
33.图2为二维微镜阵列结构及工作原理示意图；
34.图3为本发明提供的可应用于高动态红外场景生成装置的示意性结构图；
35.图中示出：
36.激光光源1
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黑体7
37.准直、扩束、匀光光学系统2
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第二微镜阵列及其调节装置8
38.第一微镜阵列及其调节装置3
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投影系统9
39.第一照明光学系统4
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第一全内反射棱镜10
40.合束镜5
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第二全内反射棱镜11
41.第二照明光学系统6
具体实施方式
42.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
43.实施例：
44.如图1所示，本发明提供的高动态红外场景生成装置，包括激光光源1、准直、扩束、匀光光学系统2、第一照明光学系统4和第二照明光学系统6、投影系统9、黑体7以及第一微镜阵列及其调节装置3和第二微镜阵列及其调节装置8；激光光源1发出的红外光线在传播路径上依次经过准直、扩束、匀光光学系统2、第一微镜阵列及其调节装置3、第一照明光学系统4。黑体7发出的红外光线在传播路径上经过第二照明光学系统6。红外光源还包含合束镜5，红外光线在传播路径上经过合束镜5后到达第二微镜阵列及其调节装置8中。第一微镜阵列及其调节装置3和第二微镜阵列及其调节装置8的结构及工作原理如图2所示。
45.本发明还提供了一种高动态红外场景生成方法，包括以下步骤：
46.步骤s1：将红外激光光源准直、扩束、匀光，照明第一微镜阵列及其调节装置；
47.步骤s2：第一微镜阵列及其调节装置对入射光束进行选通，获得所需干扰光束，经过第一照明光学系统后，照射到合束镜上；
48.步骤s3：黑体发出的红外光线经第二照明光学系统后，照射到合束镜上，使用半反半透镜进行两路光束合束；
49.步骤s4：合束镜反射来自第一照明光学系统的光束，同时透射来自第二照明光学系统的光束，完成对两个光束的合束；
50.步骤s5：第二微镜阵列及其调节装置对合束后的光线进行灰度调制；
51.步骤s6：经过第二微镜阵列及其调节装置调制后的光束通过投影系统投射至无穷远。
52.第一微镜阵列及其调节装置3和第二微镜阵列及其调节装置8采用半导体加工技术制作而成，其硅基面上制备精密的二维金属微反射镜阵列，采用电子方法控制微反射镜的偏转角度，从而控制入射光线的反射方向。通过设计入射光束和出射光束方向，控制不同位置的微反射镜偏转方向，可实现固定入射方向的光学选通或调制。
53.如图3所示，高动态红外场景生成装置还包括第一全内反射棱镜10和第二全内反射棱镜11。
54.所述第一全内反射棱镜10位于准直、扩束、匀光光学系统2后，用于将整形匀光后的激光光束输入第一微镜阵列及其调节装置3；
55.所述第二全内反射棱镜11位于合束镜5后，用于将合束后的光束输入第二微镜阵
列及其调节装置8。
56.本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
57.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。