CN104780306A - 可调节不同距离上光斑与视场中心对准的激光夜视仪及方法 - Google Patents

Abstract

本发明的可调节不同距离上光斑与视场中心对准的激光夜视仪，包括成像摄像机、激光照明器和控制模块；其特征在于：所述激光夜视仪上设置有电动调节及位置反馈模块；激光夜视仪上设置有用于测量视场内目标距离的测距机；使用时，通过电动调节及位置反馈模块的调节以实现激光光斑中心与视场中心的重合。本发明的调节方法，包括：a).变倍至最小视场角位置；b).计算初始角度；c).对于目标进行测距；d).计算当前角度；e).计算偏移角度；f).调节激光光斑。本发明的激光夜视仪及调节方法，在视场变化的每个距离上，均可实现激光照明光斑中心与视场中心的重合，有利于获取目标的清晰图像，有益效果显著，便于应用推广。

Description

可调节不同距离上光斑与视场中心对准的激光夜视仪及方法

技术领域

本发明涉及一种可调节不同距离上光斑与视场中心对准的激光夜视仪及方法，更具体的说，尤其涉及一种通过视场中目标距离以及摄像机与激光照明器之间距离计算出激光光斑方向的激光夜视仪及方法。

背景技术

现有激光夜视产品，尤其是远距离激光夜视产品通常都具有光斑对准视场中心调节功能，传统的是手动调节，在产品出厂以前对最小光斑与最小视场的中心进行调校。但是由于激光夜视仪为照明器与成像分立的结构形式，即照明器的中心轴线与成像摄像机的轴线间隔一定距离进行设置，因此补光和成像中心轴线是存在一定夹角的。

为了弥补分立设置造成的中心偏离，通常需要最小激光光斑在标定的夜视距离上可以与视场中心对准。但是在不同距离上光斑与视场的中心则是存在一定偏离程度的，尤其是当照明器镜头与成像镜头之间间距较大时。如图2所示，在目标1上最小光斑中心与最小视场中心对准后，观测距离依次递减的目标2、目标3时，就会存在光斑中心偏向激光照明器一侧的偏离程度依次增大的现象。

    本发明则通过在传统激光夜视仪上增加目标激光测距功能，确定观测目标与夜视仪的距离，然后通过设定好的程序自动调节光斑在特定距离上出光光轴与视场中心轴线相交，从而保证光斑中心与视场中心重合。

发明内容

本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种可调节不同距离上光斑与视场中心对准的激光夜视仪及方法。

本发明的可调节不同距离上光斑与视场中心对准的激光夜视仪，包括用于图像采集的成像摄像机、用于产生激光光斑的激光照明器以及控制整个激光夜视仪工作的自动控制模块；其特别之处在于：所述激光夜视仪上设置有对激光照明器发出的激光光斑的照射方向进行调节和测量的电动调节及位置反馈模块；激光夜视仪上设置有用于测量视场内目标距离的测距机；

使用时，首先利用测距机测得视场内目标距离成像摄像机的距离，再利用激光照明器与成像摄像机之间的距离，计算出激光光斑的轴线方向，通过电动调节及位置反馈模块驱使激光照明器转动至计算出的轴线方向位置，以实现激光光斑中心与视场中心的重合。

本发明的可调节不同距离上光斑与视场中心对准的激光夜视仪，所述电动调节及位置反馈模块由驱使激光照明器在水平面内转动的水平驱动电机和测量激光照明器转动角度的角位移反馈电位器组成。

本发明的可调节不同距离上光斑与视场中心对准的激光夜视仪的调节方法，其特别之处在于，通过以下步骤来实现：

a).变倍至最小视场角位置，当夜晚激光照明器开启时，自动控制模块控制成像摄像机变倍至最大倍率，即具有最小视场角的位置，同时激光照明器也会随动到最小光斑，此时最小光斑的中心与最小视场角的中心重合；b).计算初始角度，设成像摄像机的中心轴线与激光照明器中心轴线之间的距离为                                                ，根据成像摄像机标定的最远观测距离，根据公式计算出最小视场下激光光斑轴线，与成像摄像机的中心与激光照明器中心连线之间的夹角：

        (1)

c).对于目标进行测距，当成像摄像机的视场发生变化时，自动控制模块利用测距机测得变化后视场中的目标距离成像摄像机的距离，设为；d).计算当前角度，利用像摄像机的中心轴线与激光照明器中心轴线之间的距离为，根据公式计算出当前视场下激光光斑的轴线，与成像摄像机的中心与激光照明器中心连线之间的夹角：

        (2)

e).计算偏移角度，通过公式可以计算出：成像摄像机由前一视场变换至当前视场时，激光照明器的光斑轴线相对于成像摄像机的轴线应偏移的角度为：

-       （3）

其中，为：当前视场下激光光斑的轴线，与成像摄像机的中心与激光照明器中心连线之间的夹角；为：前一视场下激光光斑的轴线，与成像摄像机的中心与激光照明器中心连线之间的夹角；f).调节激光光斑，根据步骤e)中计算出的角度，如果为正值，则通过水平驱动电机驱使激光照明器背离成像摄像机转动角度；如果为负值，则通过水平驱动电机驱使激光照明器朝向成像摄像机转动角度，以使转动后的激光照明器发出的激光光斑中心与视场中心重合，达到夜间获取目标清晰图像的目的。

本发明的有益效果是：本发明的激光夜视仪及调节方法，通过在激光夜视仪上设置可对视场内目标进行距离测量的测距机，以及可对激光照明器的光斑照射方向进行调节和测量的电动调节及位置反馈模块；在夜间使用激光照明的情况下，首先通过测距机测得视场中目标与成像摄像机之间的距离，然后再根据激光照明器与成像摄像机之间的距离，计算出若要使激光光斑中心与视场中心重合时，激光光斑轴线的方向，然后通过电动调节及位置反馈模块驱使激光照明器运动，实现激光光斑中心与视场中心的重合，以获取目标的清晰图像。

本发明的激光夜视仪及调节方法，在视场变化的每个距离上，均可实现激光照明光斑中心与视场中心的重合，避免了以往仅仅在最小视场时光斑中心与视场中心重合，所带来的其他视场条件下光斑中心与视场中心偏离的现象，更有利于获取目标的清晰图像，有益效果显著，便于应用推广。

附图说明

图1为现有激光夜视仪采用最小光斑中心与最小视场中心对准时，在其他观测距离时激光光斑中心偏向一侧的原理图；

图2为本发明的激光夜视仪的组成原理图；

图3为本发明的激光夜视仪中激光照明器的工作原理图；

图4为本发明中激光照明光斑中心与视场中心对准调节的原理图。

图中：1激光夜视仪，2电动调节及位置反馈模块，3激光照明器，4测距机，5成像摄像机，6自动控制模块，7水平驱动电机，8角位移反馈电位器。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，给出了现有激光夜视仪采用最小光斑中心与最小视场中心对准时，在其他观测距离时激光光斑中心偏向一侧的原理图，对于现有的激光夜视仪来说，由于仅在最小视场时，激光光斑中心与视场中心重合，在观测距离依次递减的目标2、目标3时，就会存在光斑中心偏向激光照明器一侧的偏离程度依次增大的现象，可能会发生视场中目标不能完全被照明现象的发生，不利于对目标的全面观察。

如图2所示，给出了本发明的激光夜视仪的组成原理图，所示的激光夜视仪1由成像摄像机5、激光照明器3、自动控制模块6、电动调节及位置反馈模块2、测距机4组成，成像摄像机5用于采集视场内目标物体的图像，激光照明器3对视场内目标进行照明，以便在夜间亦可获取目标的清晰图像。自动控制模块6用于对整个激光夜视仪1进行控制，保证整个激光夜视仪1的工作。电动调节及位置反馈模块2可对激光照明器3发出的激光光斑的轴线方向进行调节，并且还可采集激光照明器的转动角度，以实现对激光照明器3所发出的激光光斑的方向进行调节和控制。测距机4用于测量视场内的目标与成像摄像机5之间的距离。

如图3所示，给出了本发明的激光夜视仪中激光照明器的工作原理图，所示的电动调节及位置反馈模块2由水平驱动电机7和角位移反馈电位器8组成，通常情况下，成像摄像机5和激光照明器3均处于水平方向，水平驱动电机7用于驱使激光照明器3在水平面内转动，角位移反馈电位器8用于测量激光照明器3的转动角度，并将其反馈至自动控制模块6中。通过水平驱动电机7和角位移反馈电位器8对激光照明器3的控制和角度反馈，可有效地控制激光光斑中心与视场中心重合。

工作时，首先通过测距机4测量出视场内目标距离成像摄像机5的距离，然后根据成像摄像机5中心与激光照明器3中心之间的距离，得出激光光斑中心与视场中心重合时激光光斑轴线的方向，然后通过电动调节及位置反馈模块2对激光照明器3的驱使，即可达到激光光斑中心与视场中心重合的目的，以获取目标的清晰图像。

如图4所示，给出了本发明中激光照明光斑中心与视场中心对准调节的原理图，其通过以下步骤来实现：

a).变倍至最小视场角位置，当夜晚激光照明器3开启时，自动控制模块6控制成像摄像机5变倍至最大倍率，即具有最小视场角的位置，同时激光照明器也会随动到最小光斑，此时最小光斑的中心与最小视场角的中心重合；

b).计算初始角度，设成像摄像机5的中心轴线与激光照明器3中心轴线之间的距离为，根据成像摄像机标定的最远观测距离，根据公式（1）计算出最小视场下激光光斑轴线，与成像摄像机的中心与激光照明器中心连线之间的夹角：

        (1)

c).对于目标进行测距，当成像摄像机的视场发生变化时，自动控制模块6利用测距机4测得变化后视场中的目标距离成像摄像机的距离，设为；

d).计算当前角度，利用像摄像机的中心轴线与激光照明器中心轴线之间的距离为，根据公式（2）计算出当前视场下激光光斑的轴线，与成像摄像机的中心与激光照明器中心连线之间的夹角：

        (2)

e).计算偏移角度，通过公式（3）可以计算出：成像摄像机由前一视场变换至当前视场时，激光照明器的光斑轴线相对于成像摄像机的轴线应偏移的角度为：

-       （3）

其中，为：当前视场下激光光斑的轴线，与成像摄像机的中心与激光照明器中心连线之间的夹角；为：前一视场下激光光斑的轴线，与成像摄像机的中心与激光照明器中心连线之间的夹角；

该步骤中，如果前一视场为最小视场，则=；

f).调节激光光斑，根据步骤e)中计算出的角度，如果为正值，则通过水平驱动电机7驱使激光照明器3背离成像摄像机5转动角度；如果为负值，则通过水平驱动电机7驱使激光照明器3朝向成像摄像机5转动角度，以使转动后的激光照明器发出的激光光斑中心与视场中心重合，达到夜间获取目标清晰图像的目的。

通常情况下，成像摄像机5和激光照明器3均为水平方向设置，如图4所示，在水平面内，如果规定激光照明器3位于成像摄像机5的上方位置，当计算出的为负值时，应驱使激光照明器3顺时针转动角度；如果计算出的为正值时，应驱使激光照明器3逆时针转动角度。

Claims (3)

1.一种可调节不同距离上光斑与视场中心对准的激光夜视仪，包括用于图像采集的成像摄像机（5）、用于产生激光光斑的激光照明器（3）以及控制整个激光夜视仪（1）工作的自动控制模块（6）；其特征在于：所述激光夜视仪上设置有对激光照明器（3）发出的激光光斑的照射方向进行调节和测量的电动调节及位置反馈模块（2）；激光夜视仪上设置有用于测量视场内目标距离的测距机（4）；

使用时，首先利用测距机（4）测得视场内目标距离成像摄像机的距离，再利用激光照明器与成像摄像机之间的距离，计算出激光光斑的轴线方向，通过电动调节及位置反馈模块驱使激光照明器转动至计算出的轴线方向位置，以实现激光光斑中心与视场中心的重合。

2.根据权利要求1所述的可调节不同距离上光斑与视场中心对准的激光夜视仪，其特征在于：所述电动调节及位置反馈模块（2）由驱使激光照明器（3）在水平面内转动的水平驱动电机（7）和测量激光照明器转动角度的角位移反馈电位器（8）组成。

3.一种基于权利要求1所述的可调节不同距离上光斑与视场中心对准的激光夜视仪的调节方法，其特征在于，通过以下步骤来实现：

a).变倍至最小视场角位置，当夜晚激光照明器（3）开启时，自动控制模块（6）控制成像摄像机（5）变倍至最大倍率，即具有最小视场角的位置，同时激光照明器也会随动到最小光斑，此时最小光斑的中心与最小视场角的中心重合；

b).计算初始角度，设成像摄像机（5）的中心轴线与激光照明器（3）中心轴线之间的距离为                                               ，根据成像摄像机标定的最远观测距离，根据公式（1）计算出最小视场下激光光斑轴线，与成像摄像机的中心与激光照明器中心连线之间的夹角：

        (1)

c).对于目标进行测距，当成像摄像机的视场发生变化时，自动控制模块（6）利用测距机（4）测得变化后视场中的目标距离成像摄像机的距离，设为；

d).计算当前角度，利用像摄像机的中心轴线与激光照明器中心轴线之间的距离为，根据公式（2）计算出当前视场下激光光斑的轴线，与成像摄像机的中心与激光照明器中心连线之间的夹角：

        (2)

e).计算偏移角度，通过公式（3）可以计算出：成像摄像机由前一视场变换至当前视场时，激光照明器的光斑轴线相对于成像摄像机的轴线应偏移的角度为：

-       （3）

其中，为：当前视场下激光光斑的轴线，与成像摄像机的中心与激光照明器中心连线之间的夹角；为：前一视场下激光光斑的轴线，与成像摄像机的中心与激光照明器中心连线之间的夹角；

f).调节激光光斑，根据步骤e)中计算出的角度，如果为正值，则通过水平驱动电机（7）驱使激光照明器（3）背离成像摄像机（5）转动角度；如果为负值，则通过水平驱动电机（7）驱使激光照明器（3）朝向成像摄像机（5）转动角度，以使转动后的激光照明器发出的激光光斑中心与视场中心重合，达到夜间获取目标清晰图像的目的。