專利名稱：尋址式高速贗熱光源的制備方法
技術領域：
本發明涉及贗熱光源，特別是一種尋址式高速贗熱光源的制備方法，可應用于強度關聯成像領域。
背景技術：
強度關聯成像，是將具有空間強度漲落的光場照射到目標上，只需多次采樣目標的回波能量就可恢復出目標清晰的像。由于真實的熱光場通常相干時間短、亮度低，一般探測器難以捕捉其強度的漲落。為克服上述缺陷，模擬真實熱光場統計特性的贗熱光源被引入到關聯成像中。由于強度關聯成像需要多次采樣，而采樣速度與贗熱光源激光散斑發射速度直接相關，因此贗熱光源的激光散斑發射速度一定程度上決定關聯成像的成像速度。在先技術I (中國專利，申請號201010573043.0)與在先技術2 (中國專利，申請號201010165061.5)使用液晶空間激光調制器對激光作特定調制產生贗熱光源，由于液晶材料的光損傷閾值低，不適宜使用在需要高激光能量的遙感探測中，而且由受到圖像傳輸帶寬的限制，該發明中贗熱光源發射的激光散斑幀率較低，導致成像速度難以提高，如在先技術2中就特別提到，其“液晶光閥控制系統在同一周期中，用于觸發脈沖式激光器的脈沖要比觸發液晶光閥的脈沖延遲至少20ms”，也就是說，該發明激光散斑發射速率小于50Frames/so在先技術3(中國專利，申請號200710036968.X)發明一種高亮度脈沖式贗熱光源，通過自由旋轉的毛玻璃對激光隨機調制產生空間漲落的激光散斑，由于該發明中激光對毛玻璃的掃描沒有路徑規劃和時序約束，從而激光脈沖照射到毛玻璃上區域是隨機的，導致毛玻璃后方出現的激光散斑也是隨機的，發出激光散斑序列不可重復利用，該發明應用在實際關聯成像中，需要利用參考臂實時采集激光散斑的強度漲落，導致成像速度受到于圖像采集及傳輸速度的限制。·
發明內容
為克服上述在先技術的不足，達到既實現贗熱光源激光散斑的高速發出，又同時省去實時探測激光散斑強度漲落的效果，本發明提出尋址式高速贗熱光源的制備方法，該贗熱光源發射的激光散斑與隨機相位板上預定掃描區域一一對應，只需預先采集預定掃描區域所對應的激光散斑序列并存儲下來，在之后隨機相位板的掃描過程中，該贗熱光源發射的激光散斑強度漲落可以通過尋址獲得，應用在關聯成像中，可省去參考光場的采集，實現高速成像。所述的尋址式高速贗熱光源，散斑發射幀率可達到5K Frames/s以上，可極大提聞關聯成像速度。本發明的技術解決方案如下:—種尋址式高速贗熱光源的制備方法，該贗熱光源組成包括脈沖式激光器、控制器、隨機相位板、電控二維轉臺和陣列探測器，上述元部件的位置關系如下:所述脈沖式激光器是單橫模脈沖式激光器，脈沖寬度納小于微秒級；沿該脈沖式激光器發出的激光光軸方向依次是所述的隨機相位板、電控二維轉臺和陣列探測器；所述的陣列探測器的中心位于脈沖式激光器發出的激光束光軸上，所述電控二維轉臺由電控旋轉臺和電控平移臺組成；所述的隨機相位板安裝在電控旋轉臺的旋轉軸上，所述的隨機相位板的中心與所述的光軸處于同一高度，所述的隨機相位板的平面與所述的光軸垂直；所述電控旋轉臺安裝有角度傳感器，以精密定位旋轉角度；所述電控平移臺安裝有位移傳感器，以精密定位平移距離；所述的控制器的輸出端與所述的脈沖式激光器的控制端相連，所述的控制器的輸入輸出端分別與所述的所述電控旋轉臺、所述電控平移臺和所述的陣列探測器相連，其特點在于:該尋址式高速贗熱光源的構建方法包括下列步驟:①預先對隨機相位板規劃出一定數量的預定掃描區域，該預定掃描區域由起點區域至終點區域呈阿基米德螺線排列；②脈沖式激光器發出激光照射到隨機相位板上，將脈沖式激光器發出的激光對準預定掃描區域的起點區 域，對準過程是:控制器同時驅動電控旋轉臺旋轉和電控平移臺平移，激光器發出的激光照射在隨機相位板的光點作螺線掃描運動，當激光照射到預定掃描區域起點區域時，停止電控二維轉臺的平移和旋轉和脈沖式激光器的觸發；③脈沖式激光器發出的激光對隨機相位板平面低速掃描，所述的控制器同步控制驅動電控旋轉臺的旋轉和電控平移臺的平移，脈沖式激光器和陣列探測器協同工作:所述的控制器同時驅動電控旋轉臺低速旋轉和電控平移臺低速平移，帶動安裝在電控旋轉臺轉軸上的隨機相位板運動，使所述的激光光軸落在隨機相位板上第i個預定掃描區域，控制器同步控制脈沖式激光器發出第i個脈沖激光，該脈沖激光照射在隨機相位板上第i個預定掃描區域，在所述的隨機相位板的后方空間呈現第i個激光散斑，所述的控制器觸發所述的陣列探測器同步記錄所述的第i個激光散斑，并采集電控旋轉臺角度傳感器編碼信號
Θ i和電控平移臺位移傳感器編碼信號Ri,將采集的角度傳感器編碼信號Θ i和位移傳感器編碼信號Ri作為陣列探測器采集的相應第i個激光散斑的地址，配對存儲在控制器的存儲單元中；④重復步驟③共N次，i = I N，直至脈沖式激光器發出的激光脈沖照射到隨機相位板的終點區域，即的第N個掃描區域時，掃描完成，在所述的控制器的存儲單元中完整地存儲第I N個激光散斑及相應的激光散斑地址(Ri, θ ρ。所述的陣列探測器是CXD相機或CMOS相機；所述的所述隨機相位板是中心有通孔的圓盤狀的噴砂玻璃或磨砂玻璃；所述的控制器是工控機、高檔微機或嵌入式控制設備，配置有微處理器控制單元、存儲單元及輸入輸出單元。按上述方式，所述尋址式贗熱光源制備完成，在具體的應用中，所述尋址式高速贗熱光源工作方式是:首先，控制器觸發脈沖式激光器發出激光脈沖，同時驅動電控旋轉臺的旋轉和電控平移臺的平移，脈沖式激光器發出的激光在隨機相位板上掃描，將激光對準隨機相位板預定掃描區域起點后，停止激光器的觸發和電控二維轉臺的運動；然后，控制器協同驅動電控平移臺高速平移和電控旋轉臺高速旋轉，電控旋轉臺旋轉的速度和電控平移臺的平移速度恒定，控制器控制脈沖式激光器發出激光的時刻，使激光脈沖每次都照射隨機相位板預定掃描區域，當激光脈沖照射到預定掃描區域終點時，再次執行先前的回到掃描起點的過程，重新開始下一輪掃描，如此不斷循環掃描；在上述掃描過程中，脈沖式激光器每次發出激光時，控制器僅采集電控平移臺位移傳感器信號和電控旋轉臺角度傳感器信號，此二維編碼坐標信號作為地址，從控制器預先存儲的激光散斑序列中尋址即可得到當前出現在隨機板后方空間的激光散斑的強度漲落。本發明的技術效果是:本發明尋址式高速贗熱光源實現了利用隨機相位板上預定掃描區域對激光脈沖作預定相位調制，既達到了激光散斑高速率發出的目標，又創造性地利用尋址方式獲取激光散斑的強度漲落，替代傳統的利用陣列探測器實時采集的方式。所述的尋址式高速贗熱光源具有如下優勢:1、本發明比與液晶空間光調制器產生的贗熱光源，具有激光散斑發射速度快、可應用于高能量遙感探測領域的優勢；2、本發明比與毛玻璃自由旋轉產生的贗熱光源，本發明贗熱光源散斑序列強度漲落可通過尋址獲得，無需實時采集。3、本發明應用于強度關聯成像中，發射的激光散斑序列可預先存儲在控制器中，成像過程可省去參考光場的采集，只需通過尋址即可得到當前激光散斑強度漲落；掃描速度越快，成像速度越高，所述的尋址式高速贗熱光源散斑發射速率可達到5K Frames/s以上，可極大提高成像速度。
圖1是本發明尋址式高速贗熱光源結構示意2是本發明尋址式贗熱光源實施例1中時序控制示意3是實施例1隨機相位板預定掃描區域規劃示意4是實施例2隨機相位板預定掃描區域規劃示意圖
具體實施例方式下面結合實施例和附圖對本發明做進一步說明，但不應限制本發明的保護范圍。請參閱圖1，圖1是本發明尋址式高速贗熱光源的結構示意圖，也是本發明的一個優選實施例的結構示意圖。從圖中可以看出，本發明尋址式高速贗熱光源，包括脈沖式激光器1、控制器2，相位板3、電控二維轉臺4和陣列探測器5。沿脈沖式激光器I發出的激光束方向依次放置有隨機相位板3、電控二維轉臺4和陣列探測器5 ;陣列探測器5的中心位于脈沖式激光器I發出的激光束中心軸線上，隨機相位板3中心與脈沖式激光器I發出的激光束中心軸線處于同一高度；所述的電控二維轉臺4由電控旋轉臺401和電控平移臺402組成，電控旋轉臺401安裝在電控平移臺402上；電控旋轉臺401的旋轉平面與電控平移臺402的平移方向平行，電控旋轉臺401旋轉平面、電控平移臺402平移方向與脈沖式激光器I發出的激光束方向垂直；電控平移臺402平移行程處于脈沖式激光器I發出的激光束中心軸線方向的一側；所述的隨機相位板3安裝在電控旋轉臺401上，隨機相位板3平面平行于電控旋轉臺401的旋轉平面，且與脈沖式激光器I發出的激光束方向垂直；所述的控制器2與脈沖式激光器1、電控二維轉臺4和陣列探測器相連5相連，以同步控制脈沖式激光器I激光脈沖的觸發、電控二維轉臺2的運動和陣列探測器5圖像的米集；所述的脈沖式激光器I為單橫模激光器，激光脈沖寬度小于50ns,觸發頻率100 20K Hz，可內觸發或外部TTL電平觸發；所述的隨機相位板3是磨砂玻璃，外徑65mm，內徑15mm ;所述的電控平移臺402最高速度50mm/s,行程60mm,內置位移傳感器為光柵尺,光柵尺絕對定位精度I微米；電控旋轉臺401最高速度3000r/min，內置角度傳感器為12位單圈絕對值式編碼器；所述的陣列探測器5是CCD工業相機。所述的控制器2是工控機，夕卜圍設備包括輸入鍵盤、LED顯示屏、高速存儲器和輸入輸出接口 ；所述尋址式高速贗熱光源構建遵循如下步驟:首先，對隨機相位板3平面規劃出N個預定掃描區域，預定掃描區域從起點區域到終點區域呈阿基米德螺線排列，具體規劃實施例見圖3和圖4 ;然后，控制器2觸發脈沖式激光器I發出激光，同時驅動電控平移臺402平移和電控旋轉臺401旋轉，激光在隨機相位板3上掃描，當激光對準預定掃描區域起點區域，停止電控二維轉臺4的運動和脈沖式激光器I的觸發；此后，控制器2驅動電控平移臺402低速平移和電控旋轉臺401低速旋轉，電控平移臺402平移速度與電控旋轉臺401旋轉角速度恒定，安裝在電控二維轉臺4上的隨機相位板3以阿基米德螺線路徑掃描，在掃描過程中，當所述光軸對準隨機相位板第i個掃描區域時，控制器2控制脈沖式激光器I發出第i個激光脈沖，并利用陣列探測器5同步采集隨機相位板3后方出現第i個激光散斑和此時電控平移臺402的位移編碼信號Ri和電控旋轉臺401的角度編碼信號Θ i，將(Ri, Θ J作為第i個激光散斑的地址，與第i個激光散斑一起配對存儲在控制器2的存儲單元中；持續掃描，i從I到N變化，當激光脈沖照射到隨機相位板第N個掃描區域時，停止掃描，脈沖式激光器I停止觸發，電控二維轉臺4停止平移和旋轉，控制器2完整地存儲了第I N個激光斑斑及其對應的預定掃描區域坐標；在上述掃描過程中，為保證脈沖式激光器I發出的激光每次都照射到隨機相位板3的預定掃描區域，脈沖式激光器I的觸發、電控二維平臺4的運動和陣列探測器5圖像采集滿足嚴格的時序關系 ，如圖2所示，控制器2實時采集電控旋轉臺401的編碼器信號與電控平移臺402的光柵尺信號，每次即將到達預定掃描區域中心時，發出二維掃描同步信號，同時控制器2向脈沖式激光器I發出觸發信號，隨后脈沖激光發出，控制器2同時向陣列探測器5發出觸發信號，使脈沖激光剛好在陣列探測器5曝光時間內。根據所述隨機相位板3預定掃描區域規劃的不同，控制器2對電控二維轉臺4的驅動速度和脈沖式激光器I激光脈沖觸發時間間隔也不相同，以下是優選的兩個具體實施例:從脈沖式激光器I發出激光的方向觀察隨機位相板3，在隨機位相板3平面以隨機相位板3中心建立絕對式極坐標系，極軸方向與電控平移臺402平移方向平行，角坐標增加方向與電控旋轉臺401旋轉方向相反；脈沖式激光器I發出的激光照射到隨機相位板3區域的中心坐標可由電控平移臺402的平移編碼R和電控旋轉臺401的角度編碼Θ唯一定義；圖3是所述隨機相位板3預定掃描區域規劃的實施例1，預定掃描區域中心坐標位置如下，
權利要求
1.一種尋址式高速贗熱光源的制備方法，該贗熱光源組成包括脈沖式激光器(I)、控制器(2)、隨機相位板(3)、電控二維轉臺(4)和陣列探測器(5)，上述元部件的位置關系如下 所述脈沖式激光器(I)是單橫模脈沖式激光器，脈沖寬度納小于微秒級；沿該脈沖式激光器(I)發出的激光光軸方向依次是所述的隨機相位板(3)、電控二維轉臺(4)和陣列探測器(5);所述的陣列探測器(5)的中心位于脈沖式激光器(I)發出的激光束光軸上，所述電控二維轉臺(4 )由電控旋轉臺(401)和電控平移臺(402 )組成；所述的隨機相位板(3 )安裝在電控旋轉臺(401)的旋轉軸上，所述的隨機相位板(3)的中心與所述的光軸處于同一高度，所述的隨機相位板(3)的平面與所述的光軸垂直；所述電控旋轉臺(401)安裝有角度傳感器，以精密定位旋轉角度；所述電控平移臺(402)安裝有位移傳感器，以精密定位平移距離；所述的控制器(2)的輸出端與所述的脈沖式激光器(I)的控制端相連，所述的控制器(2)的輸入輸出端分別與所述的所述電控旋轉臺(401)、所述電控平移臺(402)和所述的陣列探測器(5)相連，其特征在于 該尋址式高速贗熱光源的構建方法包括下列步驟 ①預先對隨機相位板(3)規劃出一定數量的預定掃描區域，該預定掃描區域由起點區域至終點區域呈阿基米德螺線排列； ②脈沖式激光器(I)發出激光照射到隨機相位板上(3)，將脈沖式激光器(I)發出的激光對準預定掃描區域的起點區域，對準過程是控制器(2)同時驅動電控旋轉臺(401)旋轉和電控平移臺(402)平移，激光器(I)發出的激光照射在隨機相位板(3)的光點作螺線掃描運動，當激光照射到預定掃描區域起點區域時，停止電控二維轉臺(4)的平移和旋轉和脈沖式激光器(I)的觸發； ③脈沖式激光器(I)發出的激光對隨機相位板(3)平面低速掃描，所述的控制器(2 )同步控制驅動電控旋轉臺(401)的旋轉和電控平移臺(402)的平移，脈沖式激光器(I)和陣列探測器(5)協同工作所述的控制器(2)同時驅動電控旋轉臺(401)低速旋轉和電控平移臺(5)低速平移,帶動安裝在電控旋轉臺(401)轉軸上的隨機相位板(3)運動,使所述的激光光軸落在隨機相位板(3)上第i個預定掃描區域，控制器(2)同步控制脈沖式激光器(I)發出第i個脈沖激光，該脈沖激光照射在隨機相位板(3)上第i個預定掃描區域，在所述的隨機相位板(3)的后方空間呈現第i個激光散斑，所述的控制器(2)觸發所述的陣列探測器(5)同步記錄所述的第i個激光散斑，并采集電控旋轉臺(401)角度傳感器編碼信號Θ i和電控平移臺(402)位移傳感器編碼信號Ri,將采集的角度傳感器編碼信號Θ i和位移傳感器編碼信號Ri作為陣列探測器(5)采集的相應第i個激光散斑的地址，配對存儲在控制器(2)的存儲單元中； ④重復步驟③共N次，i= I N，直至脈沖式激光器(I)發出的激光脈沖照射到隨機相位板(3)的終點區域，即的第N個掃描區域時，掃描完成，在所述的控制器(2)的存儲單元中完整地存儲第I N個激光散斑及相應的激光散斑地址(Ri, Θ J。
2.根據權利要求I所述的尋址式高速贗熱光源的制備方法，其特征在于所述的陣列探測器(5)是CXD相機或CMOS相機。
3.根據權利要求I所述的尋址式高速贗熱光源的制備方法，其特征在于所述的所述隨機相位板(3)是中心有通孔的圓盤狀的噴砂玻璃或磨砂玻璃。
4.根據權利要求I所述的尋址式高速贗熱光源的制備方法，其特征在于所述的控制器(2)是工控機、高檔微機或嵌入式控制設備，配置有微處理器控制單元、存儲單元及輸入輸出單元。
全文摘要
一種尋址式高速贗熱光源的制備方法，其構成包括，脈沖式激光器，控制器，隨機相位板，電控二維轉臺和陣列探測器，所述電控二維轉臺驅動隨機相位板以預定路徑掃描，控制器控制脈沖式激光器發出激光脈沖的時刻，激光脈沖每次都照射到隨機相位板預定掃描區域，發出的激光散斑序列與預定掃描區域一一對應。本發明尋址式贗熱光源發出的激光散斑具有可尋址、發射速度快等特點，應用在強度關聯成像中可實現高速成像。
文檔編號F21S2/00GK103256503SQ201310139398
公開日2013年8月21日 申請日期2013年4月19日 優先權日2013年4月19日
發明者焦佳, 趙成強, 崔麗君, 徐文東 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所