五通道红外全景光学系统设计

　　0 引 言

　　目前，红外搜索与跟踪系统能够提供全景监视能力，但是大多数仍然采用扫描体制，存在许多固有的局限性。 为了保证所需的扫描速率，每个像素上的驻留时间仅为几十微秒，从而导致信噪比较低，进而造成探测和目标判决之间的显著延迟;此外，由于这些扫描系统固有的刷新率较低，削弱了高分辨率成像带来的益处[1]。

　　特别是捕获高速运动的目标时，扫描系统达不到搜索跟踪目标的能力，会损失对有用的实时目标信息的探测。 与扫描式系统相比，红外全景系统克服了观瞄低效、实时性差等缺点，其成像速度快，提高了识别目标的感知能力和搜索跟踪的速率，确保了探测目标的准确度;其探测灵敏度高，识别在夜间或恶劣环境条件下各种伪装和多层次、多角度目标的威胁，实现了全方位、远距离目标的实时探测。 红外全景系统第一时间提供了关于环境和对象的全方位信息，为后续的图像处理和分析赢得了时间[2]， 并带来了全新的真实现场感和交互感。 其体积、结构、质量、性价比、可靠性等方面的优点突出。 目前，红外全景系统在多目标捕获、运动目标跟踪等应用环境中具有极大的优势和重要的应用价值。

　　文中设计了一种五通道红外全景光学系统，其主要特点是：构建了五通道图像采集系统，弥补了扫描体制导致的信噪比低、 分辨率差等不足 ; 使用一个探测器对多目标实现了高速实时图像的采集。 该系统在25 m~4.4 km 范围内 ， 可将全方位信息经光学系统成像到红外焦平面阵列上，通过图像处理方法，最终显示出实时、有效的全景图像。1 总体设计

　　1.1 工作原理

　　红外全景成像是指采用特殊的成像装置获得水平或者垂直方向上的大于180° 的半球视场或者 360°的视场信息[3]。为了获得方位全部红外图像信息和顶视红外图像信息，考虑到红外全景光学系统工作于运动场合会带来某些帧频信息的丢失[4]， 因此文中设计的多通道全景系统采用空间分布多个镜头分别捕捉不同角度的空间场景，将360° 的全方位视场分割成几个视场，每个视场由一个红外镜头接收图像信息，且相邻两个镜头的视场略有交叠，以确保空间覆盖，即目标从任何角度进入识别范围都会被探测到。

　　红外全景光学系统由红外物镜前组、转像系统、红外物镜后组和多镜头公用的单个探测器组成。其工作方式是：在水平方位 4 个不同方向分别放置一个大于90°的红外镜头(红外物镜前组)，及在仰角 90°方向上放置一个红外镜头( 红外物镜前组 )， 接收由大气衰减的目标信息，再经转向系统和红外物镜后组将这 5个方向的图像信息汇合成一路，到达红外焦平面阵列上，利用图像拼接等技术手段，最终在显示设备上显示出红外全景图像。 这种设计方式的各方向镜头的光心重合，光路等光程，保证了系统采集到的每帧图像照度相同，使获取高分辨率、高帧频的全景图像成为了可能。 其工作原理框图如图 1 所示。