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光学博览
新技术:非制冷红外偏振焦平面探测器

1、探测器简介

据麦姆斯咨询报道,北方广微科技有限公司联合西北工业大学赵永强教授研究团队推出一款具有偏振探测性能的非制冷红外焦平面探测器,适用于长波红外偏振成像,能够在红外热成像基础上获得热辐射的偏振信息。

北方广微联合西工大推出非制冷红外偏振焦平面探测器

光是一种横波,在与光的传播方向垂直的二维空间中光矢量可能有各种振动状态,称之为光的偏振态。按照光矢量端点轨迹的不同,光的偏振态可分为五种,即自然光、部分偏振光、线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光。

北方广微联合西工大推出非制冷红外偏振焦平面探测器

光的五种偏振态

图中红色箭头表示光矢量,黑色箭头表示光矢量末端运动方向

红外偏振探测是在红外强度探测基础上,通过获得每一点的偏振信息而增加信息维度的一种技术,不仅能获得目标二维空间的红外强度信息,而且能获得图像上每一点偏振信息。利用增加的偏振维度,可增强伪装、暗弱等目标与背景的差异,提高目标探测与识别能力。

当前常见的红外偏振探测方法包括分时法、分振幅法、分孔径法和焦平面阵列法。前三种方法涉及复杂的光学系统,体积大、成本高,而且需要外置偏振片,外置偏振片与红外探测器之间存在相当的距离,经过偏振片的光线在红外探测器焦平面的不同像元上会形成串扰。本探测器采用内置集成焦平面阵列法,将微偏振阵列直接集成到像元上,只需一个探测器即可实现实时偏振信息获取,且无像元间串扰问题,相比分时法、分振幅法、分孔径法具有明显优势。

1.1 技术参数

该探测器和相应机芯组件的主要技术参数如下表:

北方广微联合西工大推出非制冷红外偏振焦平面探测器

1.2 特征介绍

本探测器采用直接在像元上生长金属光栅的方式实现微偏振阵列与焦平面的集成。目前,本次研制的偏振探测器有两种超像元规格,每个超像元由4个像元组成,这四个像元彼此不等价,每个像元代表一种透偏特性。

北方广微联合西工大推出非制冷红外偏振焦平面探测器

超像元中的灰色箭头表示透偏方向。其中A类超像元中的数字1、2、3、4分别代表90°、45°、0°、135°透偏方向,B类超像元中的数字1、2、3分别代表90°、45°、0°透偏方向,4表示无偏振结构的空白像元。两种超像元对应的焦平面阵列示意图如下:

北方广微联合西工大推出非制冷红外偏振焦平面探测器


2、偏振图像与视频展示

红外偏振探测已在多个领域获得了广泛的应用,限于实验条件,研究团队仅对若干生活场景进行了数据采集和处理,取得了良好的效果,下面展示几组偏振图像。

(1)良好的可视化效果:偏振度高的区域用彩色显示,更符合人眼的视觉习惯。

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(2)识别隐藏目标:隐藏在树下和墙边的车辆在偏振图像中被凸显出来。

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(3)识别表面轮廓:强度图像中不可分辨的轮廓在偏振图像中清晰可辨。图中左侧为红外强度图像,中间和右侧为采用两种融合方案的偏振图像。

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(4)识别路面:柏油路面具有很高的偏振度,在偏振图像中与周围环境具有明显的对比度,偏振探测器有望应用于辅助驾驶。

北方广微联合西工大推出非制冷红外偏振焦平面探测器

(5)抗干扰:偏振探测能够识别强度图像中无法辨别的伪装目标并将之消除。下图中真实目标通过偏振处理用彩色突出显示。

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