技术摘要：
本发明提供的一种超探测器分辨率红外无热化成像系统设计方法，所述方法将光学设计与图像处理结合，需要在常温时先优化成像质量接近光学衍射极限，为后续图像处理提供先验信息，再在系统的一次成像光阑处添加一块相位板，使系统在‑40℃～70℃下对热离焦不敏感，并通过  全部
背景技术：
军用红外成像系统对无热化范围要求比较严格，利用一些热性能好的红外材料进 行热补偿，镜片数较多，成本高昂。另外，用于红外成像的探测器价格昂贵，分辨率由探测器 像元大小决定，且分辨率越高，探测器价格越高。红外成像系统的光学分辨率可能受限于红 外探测器。因此，更好地消除系统由于温度变化而导致的热离焦，并且在固有探测器条件下 获得更高分辨率的图像，从而节约成本并获得更广阔的应用范围，成为了当前的研究热点 之一。 传统红外系统无热化设计方式多采用机械被动式无热化设计与光学被动式无热 化设计。机械无热化设计成本高，结构复杂，系统体积大。无热化效果有限。而光学被动式无 热化设计通过求解光焦度、消色差和消热差方程组。在部分情况下得不到合理的解，无法获 取系统设计的参数。 图像超分辨率处理技术通常可以分为两大类，基于多帧图像处理(序列图像重建) 和单帧图像重建(静态图像插值法)方法。多帧图像处理是由多帧低分辨率图像来重建高分 辨率理想图像，但对同一场景图像要求比较严格，低分辨率图像需要有亚像素的偏移，应用 比较受限。单帧图像重建技术是利用一帧探测器采集到的低分辨率图像的信息，结合图像 的先验知识，恢复图像的高频信息。通过重建算法提高图像分辨率，应用范围广，成像分辨 率高。
技术实现要素：
为了解决上述问题，本申请的目的在于提供一种超探测器分辨率红外无热化成像 系统设计方法，利用波前编码技术，同时实现红外成像系统-40℃～70℃无热化，并且成像 质量可突破探测器分辨率极限。该方法不改变系统原有的光学结构，几乎不增加重量，成本 低，无热化效果显著。经过图像计算后，重建图像像质突破探测器分辨率，接近光学衍射极 限分辨率。 为实现本发明的目的，本发明提供的一种超探测器分辨率红外无热化成像系统设 计方法，所述方法将光学设计与图像处理结合，需要在常温时先优化成像质量接近光学衍 射极限，为后续图像处理提供先验信息，再在系统的一次成像光阑处添加一块相位板，使系 统在-40℃～70℃下对热离焦不敏感，并通过后期图像计算的方式进行图像恢复，重建图像 在不同温度下的成像质量均可突破探测器极限分辨率。 其中，所述红外无热化成像系统整体设计为二次成像结构，相位板放置在系统一 次成像冷阑共轭处，同样起到光阑作用。 3 CN 111596458 A 说　明　书 2/4 页 其中，冷阑面设计为光阑面，保证冷阑效率100％。 其中，所述红外无热化成像系统的接收部分由探测器及图像复原单元组成，探测 器的输出信号经过图像复原单元，可获得不同温度下超探测器分辨率图像。 其中，添加相位板后，在-40℃～70℃温度范围内，系统成像调制传递函数MTF和点 扩散函数PSF一致。 其中，添加相位板后，光学传递函数幅值降低，点扩散函数支持域增加。由于点扩 散函数RMS值的显著增加，可以通过计算成像方式，获得更小的像元尺寸，便于恢复更高分 辨率的图像。 其中，所述相位板为一种由二次、三次和五次幂函数叠加而成的高阶相位板，该相 位板的相位分布函数表达式为： f(x，y)＝α(x2 y2) β(x3 y3) γ(x5 y5) 式中，α，β与γ为相位板的相位分布函数参数；x和y分别为二维孔径归一化坐标， 取值范围为[-1,1]。 与现有技术相比，本发明的有益效果为： (1)可以不改变已有红外成像系统结构，简单的在光阑处添加一块相位板进行波 前编码，就能达到很好的无热化效果，并且所得低分辨率图像通过图像计算后，成像分辨率 可以突破探测器分辨率极限。 (2)本技术打破了探测器像元大小对系统分辨率的制约，中间图像经过图像计算 后，成像质量可接近光学衍射极限，降低了探测器成本。 (3)红外成像材料的透过率普遍较低，因此要尽量减少光学系统的镜片数量，以降 低光场传输能量损耗，利用波前编码方式，仅用单个相位板实现系统无热化，并且达到超探 测器分辨率功能。成本低廉，能量利用率高。 (4)系统经过波前编码后，各个温度下不同视场PSF具有一致性，可以利用同一个 图像计算方法对不同温度下的离焦图像进行解码处理，解码算法简单高效。 附图说明 图1为本发明中超探测器分辨率红外无热化成像系统的设计结构图。 图1中，1-相位板，2-一次像面，3-冷阑，4-保护玻璃，5-焦平面阵列探测器。 图2为本发明未添加相位板时，不同温度MTF曲线图。 图3为本发明未添加相位板时，不同温度成像点列图。 图4为本发明所设计的相位板矢高图。 图5为添加相位板后，不同温度MTF曲线图。 图6为添加相位板后，不同温度成像点列图。 图7为添加相位板后，不同温度PSF一致性图。