本发明属于激光照明、图像获取与处理等，具体涉及一种可有效去除激光散斑的光学成像照明装置
背景技术：
1、高速摄影是一种在极短时间内曝光获取物体瞬间图像的专门摄影技术，最常用于一些通常情况下人眼或普通相机无法识别的场景的拍摄。高速相机可以在很短的时间内完成对高速目标的快速、多次采样，当以常规速度放映时，可以呈现出所记录目标的变化过程。因此，高速摄影技术具有实时目标捕获、图像快速记录、即时回放、图像直观清晰等突出优点。
2、高速运动目标受到自然光的照射产生反射光，或者目标物体自身发光,这些光的一部分透过高速成像系统的成像物镜，后续经过一系列光电器件转换为带有图像的电荷信号存储在寄存器中。在拍摄高速运动的目标物体时，相机往往需要非常快的快门速度，若快门速度不够会造成拖影效果；但快门速度越快，在一定时间内通过快门的光通量就越少，即落在光电成像器件的像感面上的光越少，最终导致拍摄到的图像变暗，成像质量变差。因此，在某些情况下会采用人工辅助照明灯光进行补光，来获得较好的成像质量。
3、针对补光光源，通常会采用led进行补光，其具有价格低、体积小、寿命长等优点；对于一般景象或人物的摄影需求来说，可达到较好的补光性能。但普通的led光源功率往往较小、发散角大，经过传输损耗后能够进行有效补光的能量会降低许多。针对高速运动的目标物体，led补光的方法仍无法实现较好的补光效果。而激光光源具有高强度、高亮度、高单色性、高相干性的特性，其功率可以达到千瓦级别，因此采用激光光源对高速运动的目标物体进行补光操作更加具有实际意义。但激光具有较强的相干性，当相干光从粗糙表面反射或从含有散射物质的介质内部后向散射或透射时，会出现随机的斑点。这是由于粗糙表面和介质中的不规则分布的面元会导致相干光反射或散射产生不同光程差，当面元数量多且分布不规则时，光在空间中相遇会干涉，最终形成随机颗粒状的散斑图案。
4、目前的散斑抑制技术可有多种方式，如改变激光器本身结构、物理合束、光路中加入振动旋转的光学元件或染料溶液、采用mems微振镜、采用散斑抑制变形镜等，这些方式在一定程度上都可有效抑制激光散斑，但它们需要复杂的机械设计和精确的控制系统，增加了整个系统的制造成本和复杂性，且大多数会受到如振动、温度等环境因素的影响。如在光路中增加染料溶液，虽然利用激光激发荧光染料发光原理可有效抑制散斑，但染料的溶解度会随着周围温度的升降而变化，这种变化会导致透过不同浓度染料的光束波长发生改变，进而引发探测信号的测量误差；其次，高功率激光照射下的染料溶液容易发生沸腾，这不仅会导致光束在染料中的传输状态变得不稳定，还会引发溶液的挥发和泄漏问题，同时，若装置的密封性能不佳，也会加剧溶液的挥发和泄漏风险；此外，染料盒的放置会导致光路变得复杂，盒体及染料溶剂对光束的吸收会显著减弱出射光束的功率，从而给目标物体的补光效果带来不确定性。综上所述，虽然激光的补光功率高，但激光的相干性对成像图像会带来明显的电子散斑，激光散斑与目标物体上自身信息混合在一起，会造成测量误差且不易分辨；而现有技术存在结构复杂、精度要求高、安全性低、易受外界因素影响、功率损耗大等一系列问题，这给去除激光散斑带来挑战。
技术实现思路
1、针对上述问题，本发明旨在通过增加光学器件改变光束参数的方法，提出一种可有效去除激光散斑的光学成像照明装置。该装置针对高速运动目标物体可实现有效补光，满足高帧率补光的需求；同时，对于存在的激光散斑有明显的去除效果，可有效解决现有散斑抑制装置存在的结构复杂、成本高、安全性低、易受外界因素影响、功率损耗大的问题。
2、本发明的技术方案如下：
3、一种可有效去除激光散斑的光学成像照明装置，该系统依次包括：激光光源、光纤、准直镜、聚焦镜、扩束镜；激光光源产生激光束，经过光纤传输出射后，通过接在光纤出射处的准直镜，将发散光束准直为平行光束，以避免过多能量出射至系统外部造成损耗；准直后的平行光束能够以较好的准直性能照射至聚焦镜上，聚光镜将平行光束进行会聚，能够有效地将光束耦合到位于焦点处的光纤内部，光束在光纤内部进行传输；最后，在光纤出射端处接有扩束镜，改变光束尺寸，且根据目标区域调整光束大小，使得光束能够完成对目标区域的补光照明；在结构上，光纤、准直镜、聚焦镜通过装置盒实现组装连接，并具有一定的保护加固功能。
4、进一步的，所述装置盒包括：标尺刻度筒、连接筒、外部保护壳，所述标尺刻度筒内部固定准直镜，外壁设置有刻度线；标尺刻度筒一端设置光纤接口，另一端开口，开口端伸入连接筒一端的内部，连接筒的另一端设置光纤接口，连接筒内设置聚焦镜；连接筒的端面所指处的标尺刻度筒外壁刻度线表示准直镜和聚焦镜的距离；所述外部保护壳为内部中空的管状结构，两端开口，用于通过光纤。
5、进一步的，所述外部保护壳包括两部分，每部分都为底部开口的圆柱形杯状结构，一部分开口处分别设置内螺纹，另一部分开口处设置外螺纹，通过内、外螺纹啮合，将两部分组合到一起，保护其内部的标尺刻度筒和连接筒。
6、进一步的，所述标尺刻度筒的长度为3cm，外筒直径1.8cm，筒的外壁上标有0-20mm刻度线；连接筒的长度为3.7cm，外筒直径为2.5cm。
7、进一步的，所述标尺刻度筒、连接筒的光纤接口为sma905接头光纤接口。
8、进一步的，所述准直镜与聚焦镜所采用的材料和尺寸均相同，材料为紫外熔融石英，镜片尺寸直径为5mm，镜片焦距为10mm。
9、进一步的，所述外部保护壳材料为铝，长度为9cm，直径为3.5cm。
10、根据上述内容，本发明涉及一种可有效去除激光散斑的光学成像照明装置，该装置具备诸多显著优势。首先，led光源功率较小、发散角大，经过光学元件传输后损耗增加，能够进行有效补光能量降低，无法满足较高的补光需求，而激光光源方向性好、功率高，对于一定距离下的高速运动的目标物体可实现较好补光性能，可提升拍摄图像的明暗度。其次，该去除激光散斑的光学成像照明装置的光路简单，在准直镜与聚焦镜间无其他光学元件，光束耦合后在光学元件内部散射，使得出射光束的参数发生变化，在降低出射光束的相干性的同时，保证了光路中产生的光束损耗最小，具有较大出射功率。此外，装置盒实现了对光路的保护，防止外部环境光对准直出射的光束进行干扰，操作结果更加具有可信度；装置盒两端设有常用光纤接口，可方便外部元件更换而不改变内部参数；装置盒内的准直镜与聚焦镜间的距离可调，且距离值可通过标尺刻度进行读取，能够满足不同情况下补光照明的需求，并在可见光源和红外光源下均可有效工作，适用性更强；装置盒在体积小巧的基础上，依旧能够完成有效去除激光散斑的实验目的。综上所述，本发明提供了一种体积小、结构简单、安全性能高、可有效去除激光散斑的光学成像照明装置，能满足对高速运动目标物体的成像需求，能够通过补光提升图像明亮度，同时去除激光产生的电子散斑。
1.一种可有效去除激光散斑的光学成像照明装置，该系统依次包括：激光光源、光纤、准直镜、聚焦镜、扩束镜；激光光源产生激光束，经过光纤传输出射后，通过接在光纤出射处的准直镜，将发散光束准直为平行光束，聚光镜将平行光束进行会聚，能够有效地将光束耦合到位于焦点处的光纤内部，光束在光纤内部进行传输；最后，在光纤出射端处接有扩束镜，改变光束尺寸，且根据目标区域调整光束大小，使得光束能够完成对目标区域的补光照明；在结构上，光纤、准直镜、聚焦镜通过装置盒实现组装连接。
2.如权利要求1所述的一种可有效去除激光散斑的光学成像照明装置，其特征在于，所述装置盒包括：标尺刻度筒、连接筒、外部保护壳，所述标尺刻度筒内部固定准直镜，外壁设置有刻度线；标尺刻度筒一端设置光纤接口，另一端开口，开口端伸入连接筒一端的内部，连接筒的另一端设置光纤接口，连接筒内设置聚焦镜；连接筒的端面所指处的标尺刻度筒外壁刻度线表示准直镜和聚焦镜的距离；所述外部保护壳为内部中空的管状结构，两端开口，用于通过光纤。
3.如权利要求1所述的一种可有效去除激光散斑的光学成像照明装置，其特征在于，所述外部保护壳包括两部分，每部分都为底部开口的圆柱形杯状结构，一部分开口处分别设置内螺纹，另一部分开口处设置外螺纹，通过内、外螺纹啮合，将两部分组合到一起，保护其内部的标尺刻度筒和连接筒。
4.如权利要求1所述的一种可有效去除激光散斑的光学成像照明装置，其特征在于，所述标尺刻度筒的长度为3cm，外筒直径1.8cm，筒的外壁上标有0-20mm刻度线；连接筒的长度为3.7cm，外筒直径为2.5cm。
5.如权利要求1所述的一种可有效去除激光散斑的光学成像照明装置，其特征在于，所述标尺刻度筒、连接筒的光纤接口为sma905接头光纤接口。
6.如权利要求4所述的一种可有效去除激光散斑的光学成像照明装置，其特征在于，所述准直镜与聚焦镜所采用的材料和尺寸均相同，材料为紫外熔融石英，镜片尺寸直径为5mm，镜片焦距为10mm。
7.如权利要求4所述的一种可有效去除激光散斑的光学成像照明装置，其特征在于，所述外部保护壳材料为铝，长度为9cm，直径为3.5cm。
