一種復(fù)眼與高像質(zhì)單眼時序電調(diào)成像探測芯片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于成像探測技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于時序電信號控制液晶微光學(xué)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)復(fù)眼成像以及高像質(zhì)單眼成像的復(fù)眼與高像質(zhì)單眼時序電調(diào)成像探測芯片。
【背景技術(shù)】
[0002]經(jīng)過億萬年的自然進化，多種昆蟲已獲得獨特的復(fù)眼成像能力，可基于數(shù)量巨大的陣列化的小/微型光敏視覺結(jié)構(gòu)進行并行成像探測。在超大視場內(nèi)敏銳感知、追綜或鎖定目標，并有效提升時間分辨率。通過可調(diào)變的生物光學(xué)自聚焦效應(yīng)，對運動目標執(zhí)行高效探測、識別及自身航跡選擇與優(yōu)化。盡管基于復(fù)眼的成像空間分辨率遠低于目前基于高像質(zhì)單眼的光學(xué)成像探測架構(gòu)，但在近距離目標感知及運動目標觀察方面顯示出明顯優(yōu)勢。迄今為止，人類所發(fā)展的科研和商用光學(xué)/光電成像系統(tǒng)主要基于獲取高圖像分辨率的單眼成像模式，具有觀察距離相對較遠且可調(diào)變范圍大、空間分辨率高、成圖相對清晰、輻射接受能力強等特點。但對快速機動或高超聲速運動目標的成像探測能力明顯不足，常需匹配電子學(xué)或精密機械隨動裝置以及較為復(fù)雜的圖像識別、處理和顯示算法，設(shè)備體積、質(zhì)量、功耗和成本相對較高，難以有效應(yīng)對復(fù)雜背景環(huán)境中的弱小目標以及快速運動或變動目標。綜上所述，所呈現(xiàn)的基本特征為:(一)復(fù)眼可在寬大視場內(nèi)成像探測靜止/緩變/快速運動目標，但其觀察距離有限，表現(xiàn)為近視；(二)基于高像質(zhì)單眼的光學(xué)成像系統(tǒng)在探測遠距離目標方面展現(xiàn)優(yōu)勢，但其視場相對有限，快響應(yīng)并穩(wěn)定跟蹤快速機動甚至高超聲速運動目標的能力明顯不足。生物復(fù)眼和常規(guī)高像質(zhì)單眼的成像探測模態(tài)呈現(xiàn)明顯的互補性。
[0003]迄今為止，國內(nèi)外均發(fā)展了多種基于功能化微光學(xué)結(jié)構(gòu)耦合光敏芯片的復(fù)眼成像架構(gòu)，并用于提高光學(xué)/光電系統(tǒng)的成像效能。典型進展包括:(一)將曲面輪廓固化的折射或衍射微透鏡陣列與光敏陣列耦合或集成，實現(xiàn)基于微透鏡陣列劃分的單芯片復(fù)眼視覺架構(gòu)及視角與景深極大化；(二)通過拼接復(fù)眼圖像或視頻信息，構(gòu)成超寬視場探測形態(tài)；(三)構(gòu)造復(fù)眼視覺結(jié)構(gòu)與高像質(zhì)單眼成像結(jié)構(gòu)混合并行的探測體制，構(gòu)建大視場粗跟蹤與小視場高像質(zhì)精細判讀并行；(四)通過機械切換，將置于成像光學(xué)系統(tǒng)焦面處的復(fù)眼式光敏芯片與高像質(zhì)單眼式光敏芯片，時序構(gòu)建成基于復(fù)眼的窄視場目標方位判讀或飛行軌跡識別，以及基于高像質(zhì)單眼的視場鎖定；(五)通過機械加載或移除置于成像光學(xué)系統(tǒng)焦面處的與光敏芯片耦合的微透鏡陣列，實現(xiàn)復(fù)眼中的窄視場成像與寬視場高像質(zhì)單眼成像的時序匹配；(六)采用基于電濕形變效應(yīng)的電控液體微透鏡陣列或者基于梯度折射率分布的平面折射或衍射微透鏡陣列與面陣光敏結(jié)構(gòu)耦合，構(gòu)建復(fù)眼與高像質(zhì)單眼的時序電調(diào)成像探測架構(gòu)?？傊瑢ふ铱梢约嫒輳?fù)眼與高像質(zhì)單眼的成像探測架構(gòu)方案，為光學(xué)/光電成像設(shè)備的小型和高效能化提供有益的設(shè)計自由度和解決思路，融合復(fù)眼與高像質(zhì)單眼的成像探測優(yōu)勢，是目前著力構(gòu)建先進光學(xué)/光電成像探測技術(shù)的熱點，受到廣泛關(guān)注和重視。
[0004]—般而言，基于微納光學(xué)微透鏡陣列來匹配耦合面陣光敏器件這一方式，仍受多種技術(shù)因素制約，其波束變換能力在短期內(nèi)難以再有質(zhì)的突破，主要缺陷有:(一)耦合或集成平面或曲面或可形變輪廓的折/衍射微透鏡陣列的復(fù)眼，在執(zhí)行成像探測操作時將無法去除復(fù)眼所營造的子成像孔徑；(二)耦合或集成電濕液體微透鏡陣列的復(fù)眼，由于起折光匯聚作用的微液滴一般具有相對較大的形變慣性，難以靈敏響應(yīng)快速機動目標或高超聲速運動目標；(三)耦合或集成基于梯度折射率分布的微透鏡陣列的復(fù)眼，由于起折光作用的折射率梯度分布形態(tài)已固化，同樣無法在執(zhí)行成像探測操作過程中去除復(fù)眼所約束的子成像孔徑；(四)在成像探測過程中通過加載或移除微透鏡陣列，或者切換執(zhí)行復(fù)眼成像的光敏結(jié)構(gòu)與執(zhí)行高像質(zhì)單眼成像的光敏芯片，需要配置精密復(fù)雜的機械移動/轉(zhuǎn)動裝置，從而帶來設(shè)備體積、成本和性能等諸多內(nèi)稟性問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷，本發(fā)明提供了一種復(fù)眼與高像質(zhì)單眼時序電調(diào)成像探測芯片，其通過加載時序電控信號建立電控復(fù)眼成像探測模態(tài)，同時捕獲目標的多視角/多視距/多姿態(tài)序列圖像，通過切斷電控信號建立高像質(zhì)單眼成像探測模態(tài)，獲得特定距離及方位的目標的高像質(zhì)平面圖像。實現(xiàn)目標成圖與觀察視角/視距/目標姿態(tài)等參量的兼容測量，并且探測效能高，使用方便，易與常規(guī)成像光學(xué)系統(tǒng)耦合。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種復(fù)眼與高像質(zhì)單眼時序電調(diào)成像探測芯片，包括液晶微光學(xué)結(jié)構(gòu)、面陣可見光探測器和驅(qū)控預(yù)處理模塊，其中，液晶微光學(xué)結(jié)構(gòu)在時序加電態(tài)下為面陣電控液晶微透鏡；面陣可見光探測器包括多個陣列分布的子面陣可見光探測器，每個子面陣可見光探測器包括數(shù)量和排布方式相同的多個陣列分布的光敏元；面陣電控液晶微透鏡與所述面陣可見光探測器匹配耦合，每單元電控液晶微透鏡與一個子面陣可見光探測器對應(yīng)，構(gòu)成電控復(fù)眼成像探測模態(tài)下的一個成像單眼；面陣電控液晶微透鏡用于將不同方向上的目標光束離散化排布，并定向匯聚在與各單元電控液晶微透鏡對應(yīng)的子面陣可見光探測器的相應(yīng)光敏元上，將同方向目標光束定向匯聚在多個子面陣可見光探測器相同位置的光敏元上；面陣可見光探測器用于將匯聚在多個子面陣可見光探測器上的匯聚光波轉(zhuǎn)換成電信號；驅(qū)控預(yù)處理模塊用于將一個子面陣可見光探測器的各光敏元的電信號歸屬到一個單眼的成像操作，通過對子面陣可見光探測器的光電信號進行量化和校準處理，得到目標基于觀察視角、視距、或姿態(tài)的序列子圖像數(shù)據(jù)；驅(qū)控預(yù)處理模塊還用于將面陣可見光探測器的各光敏元的電信號歸屬到一個高像質(zhì)單眼的成像操作，通過對面陣可見光探測器的光電信號進行量化和校準處理，得到目標的高像質(zhì)平面圖像數(shù)據(jù)。
[0007]優(yōu)選地，所述面陣電控液晶微透鏡與所述子面陣可見光探測器均為MXN元，其中，M、N均為大于1的整數(shù)。
[0008]優(yōu)選地，所述子面陣可見光探測器為PXQ元，其中，P、Q均為大于1的整數(shù)。
[0009]優(yōu)選地，所述面陣可見光探測器為RXS元，其中，R = MXP，S = NXQ。
[0010]優(yōu)選地，所述液晶微光學(xué)結(jié)構(gòu)通過時序加電或斷電操作，完成復(fù)眼與高像質(zhì)單眼成像探測模態(tài)間的切換。
[0011]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光探測器、液晶微光學(xué)結(jié)構(gòu)提供驅(qū)動和調(diào)控信號，驅(qū)動所述面陣可見光探測器和液晶微光學(xué)結(jié)構(gòu)工作，并對所述液晶微光學(xué)結(jié)構(gòu)進行功能轉(zhuǎn)換的電信號進行調(diào)控。
[0012]優(yōu)選地，本發(fā)明的復(fù)眼與高像質(zhì)單眼時序電調(diào)成像探測芯片還包括陶瓷外殼，其中，所述液晶微光學(xué)結(jié)構(gòu)、面陣可見光探測器和驅(qū)控預(yù)處理模塊同軸順序置于陶瓷外殼內(nèi)，所述面陣可見光探測器位于所述驅(qū)控預(yù)處理模塊的前方，所述液晶微光學(xué)結(jié)構(gòu)位于所述面陣可見光探測器的前方且其光入射面通過所述陶瓷外殼的面部開孔裸露在外。
[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)備向可見光探測器與液晶微光學(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光探測器和液晶微光學(xué)結(jié)構(gòu)的驅(qū)動和調(diào)控信號；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)。
[0014]優(yōu)選地，所述面陣可見光探測器上設(shè)有第二端口和第四端口，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光探測器的驅(qū)控信號，所述第四端口用于輸出所述面陣可見光探測器提供給所述驅(qū)控預(yù)處理模塊的光電信號。
[0015]優(yōu)選地，所述液晶微光學(xué)結(jié)構(gòu)上設(shè)有第三端口，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。
[0016]通過本發(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:
[0017]1、電控切換復(fù)眼與高像質(zhì)單眼，本發(fā)明通過對液晶微光學(xué)結(jié)構(gòu)進行時序加電或斷電操作，實現(xiàn)復(fù)眼成像探測模態(tài)以及高像質(zhì)單眼