CN102768398B - 光路融合装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种光路融合装置及其方法，包括基准光路装置和倍率调节光路装置。其中基准光路装置包括第一物镜和第一传感器，第一波段的光经过第一物镜成像到第一传感器上。倍率调节光路装置包括第二物镜、第二传感器和倍率调整装置，第二波段的光先经过第二物镜，再经过倍率调整装置，成像到第二传感器上。倍率调整装置根据基准光路装置的光放大倍率，调整倍率调节光路装置的光放大倍率。采用了本发明的技术方案，可实现融合中的一个通道倍率调节，从而确保双通道倍率一致。调整过程方便快捷，准确可靠；未采用后期图像处理校正倍率，保证了系统实时性和图像质量。

Description

光路融合装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种双光路成像系统，更具体地说，涉及一种能够调整图像融合中双光路倍率一致性的光学系统。

背景技术

图像融合技术是指通过不同类型传感器获取同一目标和场景的图像数据，采用一定的算法，将各传感器通道的信息有机结合起来，并产生新图像的技术。

在双波段图像融合中，为了实现像素级匹配，确保两路图像融合效果，需要调整双光路的倍率一致。目前的双波段融合中，两个通道一般都各由物镜和传感器组成。如图1所述，在第一通道中，第一波段的光1进入第一物镜2成像到第一传感器3后输出；在第二通道中，第二波段的光4经过第二物镜5成像到第二传感器6后输出。虽然初始设计两组物镜时保证双光路倍率一致，但由于光学加工调校的误差引起倍率偏差约±2％，如果光路中缺乏倍率调整环节，就会导致融合效果不佳。如果通过后期图像处理调整倍率，则会导致实时性差、图像质量降低、资源消耗大等后果。

在具有微光通道的双波段图像融合中，微光电视的传感器一般采用像增强器光锥耦合面阵电荷耦合器件（光锥耦合ICCD），如图2所示，白光7（450nm～900nm）经微光物镜8进入像增强器9的阴极面，像增强器将微弱的光信号放大并成像到荧光屏上，再由光锥10成像到CCD11上。微光通道的倍率主要由物镜和光锥的加工装配决定，缺乏调整环节。双光路倍率的误差最终会影响图像融合中的融合效果。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种光路融合装置及其方法，来解决现有技术中存在的各种不足。

根据本发明，提供一种光路融合装置，包括基准光路装置和倍率调节光路装置。其中基准光路装置包括第一物镜和第一传感器，第一波段的光经过第一物镜成像到第一传感器上。倍率调节光路装置包括第二物镜、第二传感器和倍率调整装置，第二波段的光先经过第二物镜，再经过倍率调整装置，成像到第二传感器上。倍率调整装置根据基准光路装置的光放大倍率，调整倍率调节光路装置的光放大倍率。

根据本发明的一实施例，倍率调整装置为单组单片透镜或多组多片透镜。

根据本发明的一实施例，第二物镜为白光物镜，第二传感器为面阵电荷耦合器件，第二波段的光为白光。

根据本发明的一实施例，第二物镜为微光物镜，第二传感器为面阵电荷耦合器件，第二波段的光为微光，微光物镜和倍率调整装置之间还包括像增强器。微光先经过微光物镜，成像到像增强器的阴极面上，像增强器将微光信号放大，经过倍率调整装置，成像到面阵电荷耦合器件上。

根据本发明的一实施例，第一物镜为红外物镜，第一传感器为热像机芯，第一波段的光为红外光。

根据本发明的一实施例，第一物镜为微光物镜，第一传感器为面阵电荷耦合器件，微光物镜和面阵电荷耦合器件之间包括像增强器和光锥，第一波段的光为微光。微光先经过微光物镜，成像到像增强器的阴极面上，像增强器将微光信号放大，经过光锥，成像到面阵电荷耦合器件上。

根据本发明的一实施例，第一物镜为白光物镜，第一传感器为电荷耦合器件，第一波段的光为白光。

根据本发明的另一方面，提供一种光路融合方法，包括基准光路和倍率调节光路。其中，在基准光路上设置第一物镜和第一传感器，接收第一波段的光，并且将第一波段的光经过第一物镜成像到第一传感器上。在倍率调节光路上设置第二物镜、第二传感器和倍率调整装置，接收第二波段的光，并且将第二波段的光先经过第二物镜，再经过倍率调整装置，成像到第二传感器上。根据基准光路的光放大倍率，调整倍率调节光路的光放大倍率，使基准光路和倍率调节光路的倍率一致。

采用了本发明的技术方案，可实现融合中的一个通道倍率调节，从而确保双通道倍率一致。调整过程方便快捷，准确可靠；未采用后期图像处理校正倍率，保证了系统实时性和图像质量。

附图说明

在本发明中，相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：

图1是传统的图像融合双光路结构示意图，倍率不可调；

图2是像增强器光锥耦合面阵电荷耦合器件（光锥耦合ICCD）的结构示意图；

图3是本发明的光路融合装置的结构示意图；

图4为本发明的光路融合装置的融合方案示意图；

图5为白光倍率可调，白光红外融合的方案；

图6为白光倍率可调，白光微光融合的方案；

图7为微光倍率可调，微光白光融合的方案；

图8为微光倍率可调，微光红外融合的方案。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

如图3所示，本发明的光路融合装置A0包括2个光路通道装置，分别是基准光路装置A01和倍率调节光路装置A02。其中基准光路装置A01包括第一物镜2和第一传感器3，第一波段的光1经过第一物镜2成像到第一传感器3上，并且可以据此测得基准光路装置A01的放大倍率。倍率调节光路装置A02包括第二物镜5、第二传感器6，与现有技术不同的是，在第二物镜5和第二传感器6之间还包括一个倍率调整装置12，第二波段的光1先经过第二物镜5，再经过倍率调整装置12，最后成像到第二传感器6上，同时，也可以据此测得倍率调节光路装置A02的放大倍率。倍率调整装置根据基准光路装置的光放大倍率，调整倍率调节光路装置的光放大倍率。

在本发明中，倍率调整装置12可以是单组单片透镜，也可以是多组多片透镜。如果基准光路装置A01的倍率大于倍率调节光路装置A02，则可以沿光轴向靠近物镜的方向移动倍率调整装置12，同时沿光轴微调第二传感器6至成像清晰。而如果基准光路装置A01的倍率小于倍率调节光路装置A02，则按上述步骤反向移动倍率调整装置12。如此，重复进行调校，直至双通道放大倍率一致，可以保证融合效果良好。

在本发明中，第一波段的光1和第二波段的光4分别可以是各种波长的光，下面通过几个实施例来说明本发明的光路融合装置及其运作，以白光、微光和红外光为例，但并不仅限于这几种光及其组合。

如图4所示，下面的4个实施例大体上分为2类，即白光倍率可调和微光倍率可调，每一种融合方式有分为2种，分别是白光红外融合、白光微光融合、微光红外融合和微光白光融合。

实施例1

图5所示为白光倍率可调，白光红外融合的方案。

在本实施例中，第二物镜为白光物镜14，第二传感器为面阵电荷耦合器件11（CCD），第二波段的光为白光13，第一物镜为红外物镜16，第一传感器为热像机芯17，第一波段的光为红外光15。

基准光路装置A01为红外通道，倍率调节光路装置A02为白光通道。红外光15进入红外物镜16成像到热像机芯17后输出，可测得红外通道的放大倍率。以红外通道的倍率为基准，通过倍率调整装置12调整白光通道的倍率，最终达到双通道倍率一致。

实施例2

图6所示为白光倍率可调，白光微光融合的方案。

在本实施例中，第二物镜为白光物镜14，第一传感器、第二传感器均为面阵电荷耦合器件11（CCD），第二波段的光为白光13，第一物镜为微光物镜，第一波段的光为微光7。

微光物镜8、像增强器9、光锥10、面阵电荷耦合器件11依次设置。微光7先经过微光物镜8，成像到像增强器9的阴极面上，像增强器9将微光7信号放大，经过光锥10，成像到面阵电荷耦合器件11上。以微光通道的倍率为基准，通过倍率调整装置12调整白光通道的倍率，达到双通道倍率一致。

实施例3

图7所示为微光倍率可调，微光白光融合的方案。

在本实施例中，倍率调节光路装置A02为微光通道，微光7经微光物镜8成像到像增强器9的阴极面上，像增强器9将微光7信号增强放大后成像在荧光屏上，图像再经倍率调整装置12成像到CCD11上，通过检测获得微光通道放大倍率。以基准光路装置A01的倍率为基准，调整倍率调节光路装置A02的倍率。倍率调整装置12沿着光轴移动，同时CCD11也沿着光轴微调至图像清晰。重复进行调校，直至双通道放大倍率一致。

实施例4

图8所示为微光倍率可调，微光红外融合的方案。

在本实施例中，基准光路装置A01为红外通道，红外光15进入红外物镜16成像到热像机芯17后输出，可测得红外通道的放大倍率。与实施例3相同，以基准光路装置A01的倍率为基准，调整倍率调节光路装置A02的倍率。倍率调整装置12沿着光轴移动，同时CCD11也沿着光轴微调至图像清晰。重复进行调校，直至双通道放大倍率一致。

总结上述多种实施方案，由于双光路倍率差异主要是由两种物镜的焦距误差导致的，在初始设计中保证两物镜焦距匹配，但由于光学加工调校误差引起物镜焦距偏差约±1％，会导致两个光路倍率误差约±2％。因此，本发明的光路融合装置A0提出如下的光路融合方法：

首先，在基准光路上设置第一物镜和第一传感器，接收第一波段的光，并且将第一波段的光经过第一物镜成像到第一传感器上。

其次，在倍率调节光路上设置第二物镜、第二传感器和倍率调整装置，接收第二波段的光，并且将第二波段的光先经过第二物镜，再经过倍率调整装置，成像到第二传感器上。

最后，根据基准光路的光放大倍率，调整倍率调节光路的光放大倍率，使基准光路和倍率调节光路的倍率一致。

在调节时，以基准光路的倍率为基准，调节倍率调节光路确保倍率一致。倍率调节光路的放大倍率等于第二物镜的放大倍率与倍率调整组放大倍率的乘积，其中第二物镜的倍率由加工装配决定，可调的是倍率调整组的放大倍率。沿着光轴方向调节倍率调节光路的倍率调整组，同时微调传第二传感器使成像清晰，实现倍率调节光路倍率的调整，最终达到双通道倍率一致。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的说明书仅是本发明众多实施例中的一种或几种实施方式，而并非用对本发明的限定。任何对于以上所述实施例的均等变化、变型以及等同替代等技术方案，只要符合本发明的实质精神范围，都将落在本发明的权利要求书所保护的范围内。

Claims (9)

1.一种光路融合装置，包括基准光路装置和倍率调节光路装置，其特征在于：

所述基准光路装置包括第一物镜和第一传感器，第一波段的光经过所述第一物镜成像到所述第一传感器上；

所述倍率调节光路装置包括第二物镜、第二传感器和倍率调整装置，第二波段的光先经过所述第二物镜，再经过所述倍率调整装置，成像到所述第二传感器上；

所述倍率调整装置根据所述基准光路装置的光放大倍率，调整所述倍率调节光路装置的光放大倍率。

2.如权利要求1所述的光路融合装置，其特征在于：

所述倍率调整装置为单组单片透镜或多组多片透镜。

3.如权利要求1所述的光路融合装置，其特征在于：

所述第二物镜为白光物镜，所述第二传感器为面阵电荷耦合器件，所述第二波段的光为白光。

4.如权利要求1所述的光路融合装置，其特征在于：

所述第二物镜为微光物镜，所述第二传感器为面阵电荷耦合器件，所述第二波段的光为微光，所述微光物镜和所述倍率调整装置之间还包括像增强器；

所述微光先经过所述微光物镜，成像到所述像增强器的阴极面上，所述像增强器将所述微光信号放大，经过所述倍率调整装置，成像到所述面阵电荷耦合器件上。

5.如权利要求3所述的光路融合装置，其特征在于：

所述第一物镜为红外物镜，所述第一传感器为热像机芯，所述第一波段的光为红外光。

6.如权利要求3所述的光路融合装置，其特征在于：

所述第一物镜为微光物镜，所述第一传感器为面阵电荷耦合器件，所述微光物镜和所述面阵电荷耦合器件之间包括像增强器和光锥，所述第一波段的光为微光；

所述微光先经过所述微光物镜，成像到所述像增强器的阴极面上，所述像增强器将所述微光信号放大，经过所述光锥，成像到所述面阵电荷耦合器件上。

7.如权利要求4所述的光路融合装置，其特征在于：

所述第一物镜为白光物镜，所述第一传感器为电荷耦合器件，所述第一波段的光为白光。

8.如权利要求4所述的光路融合装置，其特征在于：

所述第一物镜为红外物镜，所述第一传感器为热像机芯，所述第一波段的光为红外光。

9.一种光路融合方法，包括基准光路和倍率调节光路，其特征在于，该方法包括以下步骤：

A，在所述基准光路上设置第一物镜和第一传感器，接收第一波段的光，并且将所述第一波段的光经过所述第一物镜成像到所述第一传感器上；

B，在所述倍率调节光路上设置第二物镜、第二传感器和倍率调整装置，接收第二波段的光，并且将所述第二波段的光先经过所述第二物镜，再经过所述倍率调整装置，成像到所述第二传感器上；

C，根据所述基准光路的光放大倍率，调整所述倍率调节光路的光放大倍率，使所述基准光路和所述倍率调节光路的倍率一致。