光学识别系统小型化设计

　　1 引 言

　　随着光电成像器件和计算机技术的飞速发展，光学相关探测器件由最初的纯光学的匹配滤波器发展到光电混合联合变换相关器，它以灵活性好、识别精度高等优点广泛地应用到军事、航空航天、智能化等领域。为了满足军用仪器设备体积小、质量轻、机动灵活的需要，光学识别系统向着高灵敏度、小型化的方向发展。目前我国已研制出的体积最小的反射式新型联合变换相关器[1]( 230 mm × 160 mm) ，虽然体积减小了，但是因其分辨率低、噪声大而不能运用到实战当中。针对其缺陷，本文设计的小型化光学识别系统选用了高性能的透射式电寻址液晶，从而改善了反射式结构噪声大的缺陷，增强了信噪比，提高了系统的探测精度。

　　随着超大规模集成电路制作工艺的发展，衍射光学元件因其具有轻型化、集成化、价格低廉、便于压膜复制等优点[2]广泛地应用于光学仪器领域。

　　本文设计的小型化光学识别系统将二元衍射元件与传统光学元件相结合，改进后的装置结构紧凑、质量轻、体积较小( 130 mm × 90 mm) ，推动了光学识别系统的小型化发展。

　　2 小型化透射式光学识别系统总体结构

　　在保证系统高性能的前提下，为了实现体积小、质量轻、布局合理的小型化系统。我们选用了体积较小的半导体泵浦 YAG 倍频激光器( 15 mm ×45 mm × 35 mm，λ = 532 nm) 作为光源，并且选用了分辨率高、噪声小的透射式电寻址液晶，整体结构如图 1 所示。

　　准直物镜与会聚物镜及针孔构成准直扩束系统，激光器发出的光经准直扩束系统形成准直扩束平行光，平行光被反射镜 1 反射到半反半透镜后分成两路。其中一路用于获得联合变换功率谱; 探测器 CCD1 实时摄取的目标图像与事先存贮在微处理器 1 中的参考图像一起输入到电寻址液晶 1 中，联合图像经傅里叶透镜组 1 后，由探测器 CCD2 进行探测得到联合变换功率谱。另一路用于获得相关峰图像，联合变换功率谱经微处理器 2 后输入到电寻址液晶 2 中，经傅里叶透镜组 2 进行傅里叶逆变换后，由探测器 CCD3 摄取目标图像与参考图像的联合变换相关点，实现了相关探测[3]。

　　为了实现整体装置的小型化，设计思路是在保证系统总体性能要求的前提下减小光学系统的筒长、简化光学系统的结构。相对于传统折射透镜，二元衍射元件具有较大的设计自由度[2]，可通过改变环带的位置、槽宽和槽深最大程度地缩短系统的光学筒长; 并且在材料选择上也具有更大的灵活性，可达到轻量化、简洁化、集成化和低成本的要求[4]。