一種液晶基圖像與波前雙模電調(diào)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，涉及一種基于時(shí)序電信號(hào)控制液晶微光學(xué)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)波前測(cè)量與高像質(zhì)成像的探測(cè)芯片。
【背景技術(shù)】
[0002]波前是用于表征傳輸態(tài)光波的一個(gè)基本參量，與光波的空間傳播行為、能量輸運(yùn)效能及波動(dòng)光場(chǎng)的能量空間關(guān)聯(lián)分布形態(tài)等密切相關(guān)。對(duì)基于獲取目標(biāo)光場(chǎng)其能量輸運(yùn)空間差異性分布的成像系統(tǒng)而言，像質(zhì)的優(yōu)劣受制于多個(gè)因素，包括目標(biāo)光場(chǎng)屬性、環(huán)境介質(zhì)中的波束傳輸行為、光學(xué)系統(tǒng)的能量差異性收集能力、光電轉(zhuǎn)換與電子學(xué)再現(xiàn)效能等。光波前的形態(tài)演化貫穿上述因素及其變動(dòng)過(guò)程始終，關(guān)聯(lián)揭示光能流在介質(zhì)空間和人工光學(xué)環(huán)境中的傳輸和壓縮分布形態(tài)及其變動(dòng)屬性?；谏鲜鑫锢硖卣鳎F(xiàn)代高性能成像光學(xué)系統(tǒng)均附加可探測(cè)關(guān)聯(lián)目標(biāo)波前的功能組件或模塊。主要技術(shù)方案包括:(一)設(shè)置獨(dú)立的波前測(cè)調(diào)系統(tǒng)，通過(guò)測(cè)量預(yù)設(shè)波束在環(huán)境介質(zhì)中的波前變動(dòng)，引導(dǎo)成像系統(tǒng)通過(guò)調(diào)變波前自適應(yīng)快捷達(dá)成目標(biāo)成圖及去抖動(dòng)、去模糊、去閃爍、擺脫失真并至清晰化，以及補(bǔ)償或修正成像位置偏移等；(二)在執(zhí)行成像探測(cè)的同時(shí)測(cè)量相應(yīng)的成像波前，基于點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)銳化引導(dǎo)數(shù)字圖像處理，給圖像快速去噪并至清晰化；(三)通過(guò)測(cè)量和調(diào)變波前，在一定程度上克服典型的偽裝、隱身、干擾、欺騙、煙霧、沙塵或雨雪等極端行為或天候?qū)Τ上裉綔y(cè)的影響；(五)通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及調(diào)變波前，對(duì)波束傳輸行為或其空間展布進(jìn)行評(píng)估、約束、預(yù)測(cè)甚至校正；(六)通過(guò)檢測(cè)和分析波前，對(duì)難以識(shí)別或區(qū)分的目標(biāo)圖像特征進(jìn)行判讀、凝結(jié)或追綜；(七)基于波前測(cè)量與微調(diào)，對(duì)特征圖像進(jìn)行快速檢錄、識(shí)別、研判和歸類以及執(zhí)行圖像的波前歸檔等。目前的典型技術(shù)特征包括:(一)成像與波前測(cè)調(diào)由兩個(gè)獨(dú)立光學(xué)系統(tǒng)執(zhí)行，波前數(shù)據(jù)用于對(duì)數(shù)字圖像信息進(jìn)行功能化處理；(二)成圖與波前測(cè)量共光學(xué)孔徑，但基于雙獨(dú)立通道實(shí)施后續(xù)光電轉(zhuǎn)換；(三)成像光學(xué)系統(tǒng)融合波前測(cè)調(diào)功能，通過(guò)對(duì)執(zhí)行成圖光電轉(zhuǎn)換的光場(chǎng)其波前進(jìn)行測(cè)量和調(diào)變，導(dǎo)引光電轉(zhuǎn)換和成圖操作，構(gòu)建功能性圖像信息。
[0003]—般而言，分離執(zhí)行成圖和波前測(cè)調(diào)這一方式，在應(yīng)對(duì)復(fù)雜目標(biāo)和環(huán)境的成像探測(cè)能力方面，短期內(nèi)難以再有質(zhì)的突破，主要缺陷如下:(一)廣泛用于觀測(cè)自然和天文現(xiàn)象的基于波前測(cè)調(diào)的自適應(yīng)成像系統(tǒng)，其光學(xué)裝置的體積、質(zhì)量和功耗較大，成圖效能相對(duì)較低，設(shè)備昂貴，成圖成本高；(二)通過(guò)小/微型化成像設(shè)備應(yīng)對(duì)人工活動(dòng)所引導(dǎo)、誘發(fā)或激勵(lì)的圖像降質(zhì)、扭曲、畸變、失真或消失等效應(yīng)，由于基于另行配置的波前測(cè)量設(shè)備獲得波前及其演化數(shù)據(jù)，無(wú)法用于實(shí)時(shí)圖像信息的校正性捕獲和處理；(三)在對(duì)設(shè)備體積和功耗有嚴(yán)格約束這一條件下，由于成圖與波前測(cè)調(diào)分離執(zhí)行，難以準(zhǔn)確實(shí)時(shí)獲取圖像的關(guān)聯(lián)波前以用于圖像的功能化處理，如典型的難以基于現(xiàn)有波前測(cè)調(diào)手段，靈敏響應(yīng)和調(diào)整航跡或攻擊路徑的稠密大氣中飛行的圖像/末/制導(dǎo)高超聲速飛行器、快速機(jī)動(dòng)目標(biāo)或高超聲速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)等；(四)難以基于波前測(cè)調(diào)對(duì)工作在中低軌道上的遙感成像衛(wèi)星的成像觀察與監(jiān)視進(jìn)行靈活響應(yīng)與調(diào)變；(五)對(duì)生物化學(xué)分子其飛秒級(jí)化學(xué)物理過(guò)程的圖像化檢測(cè)，展現(xiàn)昂貴和相對(duì)低效的成像觀測(cè)效能；(六)共光學(xué)孔徑執(zhí)行成圖與波前測(cè)調(diào)的成像光學(xué)系統(tǒng)，需要加載波前測(cè)調(diào)子系統(tǒng)，從而帶來(lái)設(shè)備體積、成本和性能等諸多內(nèi)稟性問(wèn)題；(七)基于波前測(cè)調(diào)的成像系統(tǒng)尚難以小/微型化。目前急需關(guān)鍵技術(shù)突破，尋找到新的波前測(cè)量和成圖操作兼容的功能性微納光學(xué)/光電架構(gòu)，達(dá)到基于實(shí)時(shí)測(cè)試、分析和調(diào)變波前，實(shí)現(xiàn)成圖的功能性增強(qiáng)以及具有目標(biāo)和環(huán)境的強(qiáng)適應(yīng)和高分辨這一目標(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)明提供了一種液晶基圖像與波前雙模電調(diào)成像探測(cè)芯片，其目的在于，通過(guò)時(shí)序加載電控信號(hào)建立測(cè)量波前模態(tài)，捕獲目標(biāo)的出射波束波前，通過(guò)時(shí)序切斷電控信號(hào)建立成像模態(tài)，獲得特定距離及方位的目標(biāo)的常規(guī)平面圖像，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)成圖與波前測(cè)量的兼容性時(shí)序捕獲，且具有探測(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)明提供了一種液晶基圖像與波前雙模電調(diào)成像探測(cè)芯片，包括液晶微光學(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，所述液晶微光學(xué)結(jié)構(gòu)在時(shí)序加電態(tài)下為面陣電控液晶微透鏡，所述面陣可見(jiàn)光探測(cè)器依照面陣電控液晶微透鏡的陣列規(guī)模，被劃分成多個(gè)陣列分布的子面陣可見(jiàn)光探測(cè)器，每個(gè)子面陣可見(jiàn)光探測(cè)器包括數(shù)量和排布方式相同的多個(gè)陣列分布的光敏元，所述面陣電控液晶微透鏡與所述面陣可見(jiàn)光探測(cè)器匹配耦合，每單元電控液晶微透鏡與一個(gè)子面陣可見(jiàn)光探測(cè)器對(duì)應(yīng)，二者構(gòu)成波前測(cè)量模態(tài)下的一個(gè)子平面波前測(cè)量單元，所述面陣電控液晶微透鏡用于將目標(biāo)光波離散成多個(gè)傾斜程度各異的子平面波前，并被進(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)器用于將匯聚在各子面陣可見(jiàn)光探測(cè)器的相應(yīng)光敏元上的聚焦光波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，所述驅(qū)控預(yù)處理模塊用于將各子面陣可見(jiàn)光探測(cè)器的光敏元的光電信號(hào)進(jìn)行量化和校準(zhǔn)，并通過(guò)解算各子面陣可見(jiàn)光探測(cè)器的光電信號(hào)所歸屬的光敏元位置數(shù)據(jù)，得到所對(duì)應(yīng)的子平面波前的傾角數(shù)據(jù)，綜合各子面陣可見(jiàn)光探測(cè)器的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)建出目標(biāo)波前數(shù)據(jù)并輸出，所述液晶微光學(xué)結(jié)構(gòu)在時(shí)序斷電態(tài)下為延遲入射波束的液晶相位板，所述液晶相位板用于延遲目標(biāo)光束相位并與面陣可見(jiàn)光探測(cè)器匹配耦合，構(gòu)成成像模態(tài)下的微光學(xué)/光電成像探測(cè)結(jié)構(gòu)，所述面陣可見(jiàn)光探測(cè)器用于將通過(guò)液晶相位板后最終匯聚在面陣可見(jiàn)光探測(cè)器上的聚焦光波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，所述驅(qū)控預(yù)處理模塊還用于將面陣可見(jiàn)光探測(cè)器的光敏元的光電信號(hào)歸屬到一個(gè)成像探測(cè)操作，通過(guò)對(duì)面陣可見(jiàn)光探測(cè)器的光電信號(hào)進(jìn)行量化和校準(zhǔn)處理，以得到目標(biāo)的平面圖像數(shù)據(jù)并輸出。
[0006]優(yōu)選地，通過(guò)對(duì)所述液晶微光學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行時(shí)序加電或斷電操作，完成測(cè)量波前模態(tài)與成像模態(tài)間的切換。
[0007]優(yōu)選地，所述面陣電控液晶微透鏡與所述子面陣可見(jiàn)光探測(cè)器均為MXN元，其中，M、N均為大于I的整數(shù)。
[0008]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I的整數(shù)。
[0009]優(yōu)選地，所述面陣可見(jiàn)光探測(cè)器為RXS元，其中，R=MXP，S = NXQ。
[0010]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)行功能切換的電信號(hào)進(jìn)行調(diào)控。
[0011]優(yōu)選地，所述驅(qū)控預(yù)處理模塊上固化了專用算法，用于解算各子面陣可見(jiàn)光探測(cè)器的光電信號(hào)所歸屬的光敏元的位置數(shù)據(jù)，解算所對(duì)應(yīng)的子平面波前的傾角數(shù)據(jù)，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)建出目標(biāo)波前數(shù)據(jù)并輸出；
[0012]優(yōu)選地，還包括陶瓷外殼，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。
[0013]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，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，所述第一端口用于接入電源線以連接外部電源，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)，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)，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)，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)，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)，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)。
[0014]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，具有以下有益效果:
[0015]1、電控切換測(cè)量波前模態(tài)與成像模態(tài)，本發(fā)明通過(guò)對(duì)液晶微光學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行時(shí)序加電或斷電操