一種可尋址測(cè)量局域波前的成像探測(cè)芯片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于成像探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種可尋址測(cè)量局域波前的成像探測(cè)芯片。
【背景技術(shù)】
[0002]在日地或深空環(huán)境中，從地球、太陽(yáng)、星體、擾動(dòng)甚至欺騙性光源出射或激勵(lì)的光波，構(gòu)成了目標(biāo)所依存的背景光場(chǎng)。物體通過(guò)反射/折射/散射陽(yáng)光、月光、星光或人工光源出射光，將自身的結(jié)構(gòu)和形貌信息嵌入波動(dòng)光場(chǎng)中并被輸運(yùn)至成像探測(cè)結(jié)構(gòu)，通過(guò)光電轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)電子圖像數(shù)據(jù)生成。一般而言，輸運(yùn)目標(biāo)圖像信息的光波場(chǎng)在背景和人工光學(xué)環(huán)境中展現(xiàn)特定形貌波前及其移動(dòng)序列，呈現(xiàn)本證性的三維連續(xù)形態(tài)。由于大氣流場(chǎng)在密度、溫度、壓力和組份等方面常表現(xiàn)出復(fù)雜、無(wú)規(guī)、較強(qiáng)甚至劇烈變動(dòng)，無(wú)序運(yùn)動(dòng)的湍流，氣體分子的復(fù)雜物理化學(xué)行為如電離和放電效應(yīng)，典型的偽裝、隱身、欺騙、煙霧或沙塵等，又常驅(qū)使流場(chǎng)其介電屬性產(chǎn)生隨機(jī)改變，使光學(xué)折射率呈現(xiàn)復(fù)雜的時(shí)變、空變響應(yīng)，導(dǎo)致光波前在傳輸途徑中產(chǎn)生局域或整體性結(jié)構(gòu)形貌變動(dòng)甚至畸變，并最終通過(guò)光電成像探測(cè)植入電子圖像信息中，對(duì)圖像參量包括:(一)圖像分辨率、對(duì)比度和清晰度；(二)目標(biāo)成像位置及可能的偏移程度；(三)圖像抖動(dòng)或閃爍程度；(四)圖像扭曲、畸變或異化等產(chǎn)生影響，使成像探測(cè)效能降低甚至喪失。迄今為止，已出現(xiàn)多種兼顧光電成圖并同時(shí)獲取和調(diào)變波前的現(xiàn)代成像光學(xué)技術(shù)方案，主要包括以下幾類(lèi):(一)設(shè)置獨(dú)立的激光波束系統(tǒng)測(cè)量局域或狹窄空域內(nèi)的波前傳輸和演化屬性，用于對(duì)自適應(yīng)光學(xué)成像系統(tǒng)其成圖操作執(zhí)行基于波前調(diào)變的物理導(dǎo)引；(二)自適應(yīng)光學(xué)成像系統(tǒng)在執(zhí)行成像探測(cè)的同時(shí)對(duì)瞬時(shí)視場(chǎng)的全空域波前進(jìn)行測(cè)量和解算，基于目標(biāo)波場(chǎng)的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)合理銳化來(lái)導(dǎo)引波前調(diào)變以及引導(dǎo)數(shù)字圖像信息處理；(三)為成像系統(tǒng)增設(shè)波前模塊，通過(guò)測(cè)量波前以及解算點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)，基于先驗(yàn)知識(shí)或點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)合理銳化來(lái)處理數(shù)字圖像信息，高效執(zhí)行成圖操作。
[0003]迄今為止，基于波前測(cè)調(diào)的自適應(yīng)光學(xué)成像方案，在應(yīng)對(duì)復(fù)雜目標(biāo)和環(huán)境的成像探測(cè)方面仍存在若干缺陷，主要表現(xiàn)在以下方面:(一)基于獨(dú)立波束獲取波前傳輸屬性，對(duì)成像探測(cè)而言?xún)H適用于空間環(huán)境和目標(biāo)相對(duì)潔凈、穩(wěn)定、緩變或瞬時(shí)視場(chǎng)較小的光波場(chǎng)；(二)自適應(yīng)成像光學(xué)系統(tǒng)通常對(duì)瞬時(shí)視場(chǎng)執(zhí)行全域波前測(cè)調(diào)，難以將資源集中在僅需要執(zhí)行局部波前測(cè)調(diào)的空間區(qū)域；(三)基于所獲取的圖像信息通?？梢宰R(shí)別出異常圖像液晶微光學(xué)塊包括其粗略方位，但難以通過(guò)常規(guī)波前測(cè)調(diào)架構(gòu)執(zhí)行局域異常成像液晶微光學(xué)塊所對(duì)應(yīng)的波前的精準(zhǔn)測(cè)調(diào)；(四)無(wú)法快速實(shí)施波前空變檢錄以初始化、核實(shí)或持續(xù)更新波前序列，以及尋找異常的局部波前區(qū)域并預(yù)測(cè)方位、擾動(dòng)類(lèi)別或變動(dòng)態(tài)勢(shì)；(五)瞬時(shí)視場(chǎng)的全域波前測(cè)調(diào)需要占用大量電子資源，在隨機(jī)電子資源配置有限情形下，對(duì)快速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)或瞬態(tài)物理化學(xué)過(guò)程難以展開(kāi)實(shí)時(shí)波前數(shù)據(jù)測(cè)量、解算與波前構(gòu)建。目前急需關(guān)鍵技術(shù)突破，尋找到新的可對(duì)成像視場(chǎng)執(zhí)行波前掃描測(cè)量、局域波前凝視或調(diào)變，將成像和可檢錄的局域波前測(cè)量相兼容的功能性微納光學(xué)/光電架構(gòu)，達(dá)到可尋址的實(shí)時(shí)測(cè)量、分析和調(diào)變波前，實(shí)現(xiàn)成像探測(cè)效能增強(qiáng)以及對(duì)目標(biāo)的細(xì)部特征和環(huán)境特性進(jìn)行智能化分析、取舍或利用這一目標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷，本發(fā)明提供了一種可尋址測(cè)量局域波前的成像探測(cè)芯片。通過(guò)可尋址時(shí)序加載電控信號(hào)建立波前測(cè)量模態(tài)，捕獲目標(biāo)光波的局域或整體波前;通過(guò)可尋址時(shí)序切斷電控信號(hào)建立成像探測(cè)模態(tài)，獲得目標(biāo)的常規(guī)平面圖像，該圖像也包含了與所測(cè)量的局域波前對(duì)應(yīng)的圖像清晰度降低后的局域目標(biāo)圖像。實(shí)現(xiàn)目標(biāo)成圖與可尋址波前測(cè)量的兼容性時(shí)序捕獲。具有探測(cè)效能高，使用方便，易與常規(guī)成像光學(xué)系統(tǒng)耦合的優(yōu)點(diǎn)。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種可尋址測(cè)量局域波前的成像探測(cè)芯片，包括可尋址加電液晶微光學(xué)結(jié)構(gòu)、面陣可見(jiàn)光探測(cè)器和驅(qū)控預(yù)處理模塊，其中，所述可尋址加電液晶微光學(xué)結(jié)構(gòu)被劃分成多個(gè)陣列分布的液晶微光學(xué)塊，在時(shí)序加電態(tài)下為液晶微透鏡陣列塊，在時(shí)序斷電態(tài)下為液晶相移板塊，所述可尋址加電液晶微光學(xué)結(jié)構(gòu)依照其被劃分的液晶微光學(xué)塊規(guī)模和形態(tài)，將與其對(duì)應(yīng)的面陣可見(jiàn)光探測(cè)器劃分成同等面形和規(guī)模的面陣可見(jiàn)光探測(cè)器塊，各面陣可見(jiàn)光探測(cè)器塊包括數(shù)量和排布方式相同的多個(gè)陣列分布的探測(cè)元，每個(gè)液晶微光學(xué)塊與一個(gè)面陣可見(jiàn)光探測(cè)器塊對(duì)應(yīng)，在加電態(tài)下的一個(gè)液晶微透鏡陣列塊與一個(gè)面陣可見(jiàn)光探測(cè)器塊構(gòu)成一個(gè)波前測(cè)量塊，在斷電態(tài)下的一個(gè)液晶相移板塊與一個(gè)面陣可見(jiàn)光探測(cè)器塊構(gòu)成一個(gè)常規(guī)成像探測(cè)塊，所述液晶微透鏡陣列塊用于將目標(biāo)的局域光波前離散成多個(gè)傾斜程度各異的子平面波前，并進(jìn)一步聚焦在與各液晶微透鏡對(duì)應(yīng)的子面陣可見(jiàn)光探測(cè)器的相應(yīng)光敏元上，所述面陣可見(jiàn)光探測(cè)器用于將匯聚在各探測(cè)器上的匯聚光波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并經(jīng)過(guò)后續(xù)的量化和校準(zhǔn)，以及通過(guò)解算各子面陣可見(jiàn)光探測(cè)器的光電信號(hào)所歸屬的探測(cè)元位置數(shù)據(jù)，得到所對(duì)應(yīng)的子平面波前的傾角數(shù)據(jù)，綜合各子平面波前的傾角數(shù)據(jù)及成像光學(xué)系統(tǒng)的折光匯聚數(shù)據(jù)，構(gòu)建出局域波前數(shù)據(jù)并輸出，所述面陣可見(jiàn)光探測(cè)器還用于將進(jìn)行波前測(cè)量的光電信號(hào)匯總，以構(gòu)建出成圖數(shù)據(jù)并輸出，所述液晶相移板塊用于延遲目標(biāo)光束相位并與面陣可見(jiàn)光探測(cè)器塊耦合，以構(gòu)成成像探測(cè)模態(tài)下的微光學(xué)/光電成像探測(cè)塊。
[0006]優(yōu)選地，所述面陣可見(jiàn)光探測(cè)器塊塊為mXn元，其中，m、n均為大于1的整數(shù)。
[0007]優(yōu)選地，所述子面陣可見(jiàn)光探測(cè)器為pXq元，其中，p、q均為大于1的整數(shù)。
[0008]優(yōu)選地，面陣可見(jiàn)光探測(cè)器為r Xs元，其中，r=mXp，s = nXq。
[0009]優(yōu)選地，所述驅(qū)控預(yù)處理模塊還用于為所述面陣可見(jiàn)光探測(cè)器和液晶微光學(xué)結(jié)構(gòu)提供驅(qū)動(dòng)和調(diào)控信號(hào)，驅(qū)動(dòng)所述面陣可見(jiàn)光探測(cè)器和液晶微光學(xué)結(jié)構(gòu)工作，并對(duì)所述液晶微光學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行可尋址加電和斷電的電信號(hào)進(jìn)行調(diào)控。
[0010]優(yōu)選地，所述的一種可尋址測(cè)量局域波前的成像探測(cè)芯片，其特征在于，所述驅(qū)控預(yù)處理模塊上固化了專(zhuān)用算法，用于解算波前測(cè)量模態(tài)下的各子面陣可見(jiàn)光探測(cè)器的光電信號(hào)所歸屬的探測(cè)元的位置數(shù)據(jù)，還用于解算所對(duì)應(yīng)的子平面波前的傾角數(shù)據(jù)，還用于解算綜合成像光學(xué)系統(tǒng)的折光匯聚數(shù)據(jù)后的子平面波前的傾角修正數(shù)據(jù)，以及構(gòu)建出局域目標(biāo)波前數(shù)據(jù)并輸出。
[0011]優(yōu)選地，還包括陶瓷外殼;其中，所述液晶微光學(xué)結(jié)構(gòu)、面陣可見(jiàn)光探測(cè)器和驅(qū)控預(yù)處理模塊同軸順序置于陶瓷外殼內(nèi)，所述面陣可見(jiàn)光探測(cè)器位于所述驅(qū)控預(yù)處理模塊的前方，所述液晶微光學(xué)結(jié)構(gòu)位于所述面陣可見(jiàn)光探測(cè)器的前方且其光入射面通過(guò)所述陶瓷外殼的面部開(kāi)孔裸露在外。
[0012]優(yōu)選地，所述驅(qū)控預(yù)處理模塊上設(shè)有第一端口、第五端口和指示燈。
[0013]優(yōu)選地，所述面陣可見(jiàn)光探測(cè)器上設(shè)有第二端口和第四端口，所述液晶微光學(xué)結(jié)構(gòu)上設(shè)有第三端口。
[0014]優(yōu)選地，所述第一端口用于接入電源線(xiàn)以連接外部電源，還用于接收外部設(shè)備向可見(jiàn)光探測(cè)器與液晶微光學(xué)結(jié)構(gòu)輸入的工作指令，還用于輸出所述驅(qū)控預(yù)處理模塊提供給所述面陣可見(jiàn)光探測(cè)器和液晶微光學(xué)結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)和調(diào)控信號(hào)。
[0015]優(yōu)選地，所述第一指示燈用于指示所述驅(qū)控預(yù)處理模塊是否處在正常工作狀態(tài)。
[0016]優(yōu)選地，所述第二端口用于輸入所述驅(qū)控預(yù)處理模塊提供給所述面陣可見(jiàn)光探測(cè)器的驅(qū)控信號(hào)。
[0017]優(yōu)選地，所述第三端口用于輸入所述驅(qū)控預(yù)處理模塊提供給所述液晶微光學(xué)結(jié)構(gòu)的驅(qū)控信號(hào)。
[0018]優(yōu)選地，所述第四端口用于輸出所述面陣可見(jiàn)光探測(cè)器提供給所述驅(qū)控預(yù)處理模塊的光電信號(hào)。
[0019]優(yōu)選地，所述第五端口用于輸入所述面陣可見(jiàn)光探測(cè)器提供給所述驅(qū)控預(yù)處理模塊的光電信號(hào)。
[0020]總體而言，通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，通過(guò)將液晶微光學(xué)結(jié)構(gòu)劃分成可獨(dú)立時(shí)序加電和斷電的多個(gè)液晶微光學(xué)塊并將其與面陣可見(jiàn)光探測(cè)器耦合，構(gòu)造可尋址執(zhí)行局域波前測(cè)量以及執(zhí)行常規(guī)成像探測(cè)的芯片架構(gòu)。在上述體制下，目標(biāo)的局域波前測(cè)量精度，由單元電控液晶微透鏡的光聚焦效能以及所對(duì)應(yīng)的子面陣可見(jiàn)光探測(cè)器的數(shù)量決定，即探測(cè)器的陣列規(guī)模越大，子平面波前的匯聚能力越強(qiáng)，波前測(cè)量精度越高；目標(biāo)的常規(guī)成像探測(cè)空間分辨率，由面陣可見(jiàn)光探測(cè)器的陣列規(guī)模決定，即陣列規(guī)模越大，空間分辨率/成像分辨率越高。電控液晶微透鏡的陣列規(guī)模決定了與其對(duì)應(yīng)的子面陣可見(jiàn)光探測(cè)器的數(shù)量或者子平面波前測(cè)量塊數(shù)量。
[0021]通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)