CN105300175B - 一种红外及微光两相融合的夜视瞄准器 - Google Patents

Abstract

本发明属于瞄准器技术领域，具体涉及一种红外及微光两相融合的夜视瞄准器。所述夜视瞄准器包括一视场获取单元、一两相融合单元、一控制单元及一显示单元，所述夜视瞄准器中的两相融合单元能够将视场获取单元所获取的光学图像，进行红外与微光的融合处理，并在显示单元上显示，实现获得的图像稳定、轮廓清晰、分辨率高、对比度高、SNR高、胡椒和盐噪声低的夜视图像，保证了电子瞄准镜在夜间或亮度低的情况下的夜视瞄准。

Description

一种红外及微光两相融合的夜视瞄准器

技术领域

本发明属于瞄准器技术领域，具体涉及一种红外及微光两相融合的夜视瞄准器。

背景技术

通常传统意义上的瞄准器分为机械瞄准器和光学瞄准器，其中所述机械瞄准器泛指在机械上通过金属瞄准具，如表尺，准星和照门来实现瞄准；所述光学瞄准器是通过使用光学透镜成像，将目标影像和瞄准线重叠在同一个聚焦平面上，即可实现瞄准。

现有技术中，为了提高射击精度，及适应更多的射击环境，将更多的技术集成于电子瞄准器上。例如，当使用者在夜间进行狩猎或是射击时，将夜视功能应用于瞄准器上，瞄准器可以帮助使用者更准确的寻找被瞄准物，便于射击，现有技术中具有夜视功能的瞄准器大多应用至少一个物镜、光增强装置和目镜，物镜在增强装置的入口窗上形成外部景物的图像，光增强装置将光亮度提高，将光水平提高后的图像进行显示，提高夜视的能力，然而应用上述的夜视装置，显示屏幕上显示的图像由背景至被瞄准物亮度递增，导致被瞄准物图像边界的亮度与背景亮度区分不明显，被瞄准物的边界模糊，因此获得的夜视图像的边界模糊，使得射击者仅能获得被瞄准物的位置及方向，难以确定最佳瞄准点，需要使用者凭借射击经验来判断瞄准点，提高了射击的难度，也造成了射击精度的不稳定。

发明内容

为了有效解决上述问题，本发明提供一种夜视图像处理融合快、显示稳定、夜视图像边界清晰、调校简单、瞄准迅速准确、可人机交互、可实现双眼瞄准的的夜视瞄准器。

本发明提供一种红外及微光两相融合的夜视瞄准器，所述夜视瞄准器包括一壳体，所述壳体定义了一容纳空间，所述容纳空间包括视场获取单元、两相融合单元、控制单元及显示单元，所述夜视瞄准器中的两相融合单元能够将视场获取单元所获取的光学图像转换为红外数字图像及微光数字图像，并发送至控制单元，经由控制单元将红外数字图像与微光数字图像的融合处理，并在显示单元上显示，便于用户在亮度低的环境下进行瞄准。

进一步地，所述两相融合单元包括一分光装置，所述分光装置将视场获取单元获取的图像分两束光路，两束光路分别由红外探测装置及微光探测装置获得，所述红外探测装置及微光探测装置将获取的图像转换为红外数字信号图像及微光数字信号图像，所述红外探测装置及微光探测装置同时连接一控制电路，所述控制电路上设置控制单元，所述控制单元接收微光数字信号图像及红外数字信号图像，并对微光数字信号图像及红外数字信号图像进行图像配准、图像融合，完成两项融合，并将融合后的图像发送至显示单元进行显示。

进一步地，所述视场获取单元及测距单元固定在壳体的容纳空间内，所述测距单元包括一信号发射端及一信号接收端，所述视场获取单元包括光学图像获取端，所述信号发射端、信号接收端及光学图像获取端均设置在壳体前端处，并所述信号发射端与信号接收端对称分布于所述光学图像获取端上侧，所述光学图像获取端所组成的平面与枪支的垂直面成一定角度。

进一步地，所述信号发射端及与信号接收端均凸出于光学图像获取端。

进一步地，所述信号发射端及与信号接收端位于光学图像获取端上端或下端。

进一步地，所述壳体前端还设有保护单元。

进一步地，所述夜视瞄准器还包括三个视场调节单元(显示单元上，按键和设置在壳体上的按键)。

进一步地，所述壳体后端处设有显示单元，所述壳体的容纳空间内设有控制单元及电池组件，所述视场获取单元与显示单元通过控制单元连接，所述控制单元包括传感器组件，所述传感器组件包括多个传感器，所述多个传感器可分别为：加速度传感器、风速风向传感器、地磁传感器、温度传感器、气压传感器、湿度传感器等；所述电池组件对夜视瞄准器内的用电单元进行供电。

进一步地，所述壳体上设有按键单元，所述按键单元包括外置按键组件及插口组件，所述外置按键组件设置在便于用户使用、触按的位置处，所述插口组件通过外接线连接外接按键组件，所述外接按键组件连接有固定卡件，通过固定卡件固定在枪管或枪支便于用户触按位置处，所述按键单元均连接在控制单元上。

进一步地，所述控制电路包括接口板及核心板，所述控制单元集成在核心板上，所述视场获取单元的视场驱动电路、测距单元中的测距控制电路、按键单元的按键控制电路、电池组件的电池控制电路、及两相融合单元的输出端均通过接口板连接在核心板上，所述显示单元的显示驱动电路连接在核心板上。

进一步地，所述核心板还连接一内存卡，所述内存卡内设置有子弹信息数据库、两个弹道计算模型系统，所述控制单元应用两个弹道计算模型系统进行弹道计算及两相融合及降噪处理；用户可根据传感器的设置选择这两种弹道模型，所述弹道模型分别为外弹道六自由度刚度模型或低伸弹道模型。

进一步地，所述本发明还提供一种夜视瞄准器射击过程中，为了实现准确射击的调校方法，所述该调校方法应用于上述实施例中的夜视瞄准器，所述调校方法为：在夜视瞄准器的视场内设定一目标靶，通过夜视瞄准器的测距单元测得夜视瞄准器到目标靶的距离；在通过按键单元调取一平面坐标加载在显示单元上，应用坐标中心进行瞄准；观察显示单元的视场，控制枪支，将坐标中心与目标靶对准；对准后，发射第一颗子弹，在目标靶上获得第一弹着点，所述显示单元截取具有第一弹着点的图像；并调整夜视瞄准器显示单元的视场，使得平面坐标的中心与第一弹着点重合；完成调校。

进一步地，所述上述调校方法，还可能包括在第一次射击调校前，增加模拟调校，所述模拟调校通过上述的弹道模型，模拟出弹着点。

进一步地，所述上述调校方法，还可能包括在第一次射击调校后，增加第二次射击调校，提高的调校的精准度。

结合附图，在以下对本发明各种实施例的详细描述中，将更详细地描述本发明的特征。

附图说明

图1为本发明实施例中夜视瞄准器的外观结构图；

图2为本发明实施例中两相融合单元的光路原理示意图；

图3为本发明实施例中两相融合单元的结构示意图；

图4为本发明实施例中红外数字信号图像及微光数字信号图像融合示意图；

图5为本发明实施例中夜视瞄准器的整体结构图；

图6为本发明实施例中夜视瞄准器的结构剖视图；

图7为本发明实施例中夜视瞄准器的壳体前端示意图；

图8为本发明实施例中夜视瞄准器的系统框图；

图9为本发明实施例中夜视瞄准器的传感器组件结构示意图；

图10为本发明实施例中夜视瞄准器的视场获取存储及反馈控制的系统示意图；

图11为本发明实施例中夜视瞄准器的测距仪工作示意图；

图12为本发明实施例中夜视瞄准器的传感器组件工作示意图；

图13为本发明实施例中夜视瞄准器应用外弹道六自由度刚度模型两种弹丸进行的弹道模拟对比示意图；

图14为本发明实施例中夜视瞄准器调校方法中调校前的显示单元示意图；

图15为本发明实施例中夜视瞄准器调校方法中具有第一弹着点的显示单元示意图；

图16为本发明实施例图15的局部放大图；

图17为本发明实施例中夜视瞄准器调校方法中第一次射击调校后的显示单元示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。

如图1所示，为本发明实施例的结构示意图，本发明实施例提供的一种红外及微光两相融合的夜视瞄准器，所述该夜视瞄准器包括一壳体1，所述壳体1内容设一视场获取单元31、一显示单元21、一两相融合单元6及一控制电路，所述视场获取单元31通过两相融合单元6及控制电路将获取的图像显示于所述显示单元21上。

所述两相融合单元6应用红外夜视及微光夜视技术，将获取的红外初级图像及微光初级图像转换为红外数字图像及微光数字图像，所述控制电路内设置的控制单元并对红外夜视数字图像及微光夜视数字图像进行融合处理，得到的图像清晰，稳定。

如图2所示，所述两相融合单元6包括一半透半反射镜61，所述半透半反射镜61设置在视场获取单元31一侧，具体为视场获取单元31相对于壳体1内部的一侧，所述半透半反射镜61相反于视场获取单元31的一侧设置第一图像传感器62，所述半透半反射镜61呈45°设置，所述半透半反射镜61底侧设置一反射镜64，所述反射镜64与所述半透半反射镜61平行放置，所述反射镜64相反于视场获取单元31的另一侧设置一第二图像传感器63，在具体实施例中，所述第一图像传感器62为一红外探测器，所述第二图像传感器63为一微光探测器，或所述第一图像传感器62为微光探测器，第二图像传感器63为红外探测器。

所述红外探测器所探测的窗口为8-14微米，所述微光探测器所探测的窗口为0.38-0.93微米，基本涵盖了0-14微米的波长范围，在大气中1-2.5微米，3-5微米和8-14微米的红外辐射能以较少的损耗顺利的通过大气而进行传输，因此本发明所提出的红外探测器所探测的窗口及微光探测器所探测的窗口能稳定获得，损耗小。

如图所3所示，所述红外探测器获取经由半透半反射镜61透射的初级红外图像，所述红外探测器包括一由多个微测辐射热计构成的平面阵列，所述平面阵列由320＊240个微测辐射热计构成，或包括由更多个微测辐射热计构成的平面阵列，当包含有景物温度分布信息的红外辐射经过光学系统成像于上面时，致使各个像元的温度产生变化，进而引起电阻发生变化，而通过扫描寻址和信号处理电路，就探测出相应的变化，从而探测出所接收辐射的空间信息，得到红外数字信号图像。其中当平面阵列所采用的微测辐射计越多，其成像效果就会越清晰。

所述微光探测器获取经由半透半反射镜61及反射镜64反射的另一初级图像，并转换为微光数字信号图像。所述微光探测器包括一像增强器，通过增强器将图像进行降噪，及灰光增强，获得微光数字信号图像。所述像增强器还可能被替换为摄像管或电荷耦合成像器，均可实现上述像增强器的工作。

所述红外探测器及微光探测器的输出均同时连接夜视瞄准器的控制电路上，所述控制电路的控制单元设有一图像处理单元，所述图像处理单元接收上述红外数字信号图像及微光数字信号图像，并将红外数字信号图像和微光数字信号图像进行图像配准、图像融合及视频合成。

如图4所示，在对初级图像转换为红外数字信号图像的过程中，包含有景物温度分布信息的初级图像成像于由多个微测辐射热计构成的平面阵列上，导致各个像元的温度产生变化，进而引起各自的电阻发生变化，而通过扫描寻址和信号处理电路就可以探测出它们的变化，从而可以探测出所接收辐射的空间信息，达到成像的目的。

所述微测辐射热计探测响应率可表示为：

其中a为电阻温度系数，定义a＝(1/R_b)(dR_b/dT)；η为探测器的发射率；I为偏置电流，R_b和R_L分别为探测器的电阻和负载电阻，G为探测器的热导，f辐射信号和调制频率，τ为探测器的热响应时间；定义τ＝C/G，其中C为热容。

在将初级图像转换为微光数字信号图像的过程后，主要对微光数字信号图像进行降噪处理，本发明的降噪处理为利用相邻两帧图像之间高相关性和噪声的随机性进行加权平均，达到降噪的目的，具体采用如下公式：

K′_n＝(1-M)K_n+MK′_n-1

其中，所述K′_n为经过n次递归处理后的输出图像帧，K_n是当前输入图像帧，K′_n-1是K′_n的前一个图像帧，M是递归滤波系数。上式中，当系数M的数值过大时，为图像中存在较少的活动物体，或瞄准镜不产生移动，即为定位瞄准，降噪效果好，但图像拖影现象严重(即为，一旦物体运动，则严重影响图像微光成像效果)，因此，本发明通过对M的应用自动选择。

所述M的选择符合分段函数，应用为误差概率p来调整M的分段函数，所述误差概率为并所述M符合下述分段性函数：

M₁ p≤p₁

M₂ p₂≤p≤1

当被观察目标运动缓慢，帧间变化小，M取较大的系数M₁，当目标在高速运动时，为了避免出现拖影，M取较小的系数M₂，所述p在p₁和p₂之间时，M在M₁和M₂之间呈线性变化。经过长期试验测量，在p₁的取值范围为0.3-0.4；p₂的取值范围为0.65-0.7；M₁的取值范围为0.7-0.8；M₂的取值范围为0.3-0.5下，其降噪效果最佳。

将上述获得红外数字图像及微光数字图像依次经过图像配准、图像融合，所述完成红外及微光两相融合，获得轮廓清晰、分辨率高、对比度高、SNR高、胡椒和盐噪声低的夜视图像。

所述将红外图像及微光图像进行配准，因红外图像及微光图像通过同一半透半反射镜获取的图像，所以可将图像直接叠加配比。

随后进行红外图像及微光图像的融合，在融合过程中，在lαβ空间利用微光图像的颜色统计信息作为基准对红外图像进行标准化，实现将微光图像的颜色特征传递给红外图像，完成融合。

具体为：先将红外图像的RGB色彩空间变换为LMS空间：

对LMS空间做对数变换，降低LMS空间数据的偏斜程度：

最后对logLMS空间进行正交化处理，从而变换到lαβ空间：

对lαβ进行逆变，依次经由一次逆变换、对logLMS空间作10为底的指数变换、二次逆变换从LMS空间变换回RGB空间，得到：

式中lαβ空间色彩的融合方法，为按照直线映射法，将不同光谱图像映射到RGB空间，产生直接映射色彩融合图像；

其次将上述的红外RGB空间数据转到lαβ空间，同时将微光图像转换到lαβ空间，分别计算红外源图像和微光图像在lαβ空间的均值和标准方差；然后在lαβ空间进行色彩传递：

式中，σ和μ分别为标准方差和均值，下标ref为微光图像，下标为s表示为红外源图像，下标为t表示目标融合图像，对目标融合图像的lαβ空间数据进行在lαβ空间的逆变换，获得目标融合图像的RGB空间数据，即为最终融合图像数据。

通过上述的图像处理及融合，获得的图像稳定、轮廓清晰、分辨率高、对比度高、SNR高、胡椒和盐噪声低的夜视图像，并输出给电子瞄准镜的显示部件进行显示。

如图5所示所述视场获取单元31设置在夜视瞄准器壳体1的壳体前端3，所述视场获取单元31可能为物镜、或一体化摄像机，所述视场获取单元31具有放大功能的物镜、或具有放大摄像功能的其他光学设备；所述具有放大功能的物镜或光学设备安装在视场获取单元前端，增加视场获取单元的放大倍率。

所述显示单元21可能同时显示视场获取单元31采集经由两相融合单元6及控制单元处理后的视频或图像信息及用于瞄准的十字分划线、及用于显示辅助射击的信息及功能信息；所述用于辅助射击的信息包括：距离信息、水平角度信息及竖直仰角信息等传感器所获得的信息，所述功能信息包括功能菜单、倍率调节、电池电量、及剩余录像时间。

在一个实施例中，同时壳体前端3配有UV镜和镜头盖34，所述镜头盖34可实现270度翻转，将壳体前端3完全覆盖。保护视场获取单元不受伤害，保护镜头并方便清洁。

如图6、7所示，在上述实施例中，所述夜视瞄准器包括一测距仪，所述该测距仪为激光测距仪，该激光测距仪置于所述壳体1内部，所述该激光测距仪为脉冲式激光测距仪；

所述该激光测距仪包括一激光发射端及一激光接收端33，所述激光发射端32及激光接收端33均设置在壳体1前端，并对称分布在一体化摄像机的摄像头上侧，整体构成等边倒三角形，或等腰倒三角形；所述激光发射端32及激光接收端33均凸出于所述壳体1前端，并所述激光发射端32、激光接收端33与所述视场获取单元31的镜头存在的一定高度差，所述本发明应用将激光发射端32、及激光接收端33凸出于所述壳体前端3，缩小了激光测距仪所占用的壳体内部空间，将所述激光发射端32、及激光接收端33长的部分凸出于壳体前端3外部，实现了壳体1内部空间的高度集成，使得夜视瞄准器更加小型化，使得夜视瞄准器更加灵活、轻便；另外，由于一般视场获取单元的物镜厚度要高于激光发射端和接收端的镜头厚度，此设计可以减小激光测距的误差。

在上述实施中提出的镜头盖34在覆盖视场获取单元的同时，也将激光测距仪的前端同时覆盖，保护激光测距仪不受伤害。

所述激光发射端32内具有一激光源，所述激光源在夜视瞄准器控制电路的控制下，对夜视瞄准器的视场内发射一或多个激光光束脉冲，激光接收端33接收一个或多个激光光束脉冲的反射光束，传送给夜视瞄准器的控制电路；所述激光发射端32发射出的激光经被测量物体反射后被激光接收端33接收，激光测距仪同时记录激光光束脉冲往返的时间，光速和往返时间的乘积的一半，就是测距仪和被测量物体之间的距离。

上述实施例的激光测距仪的工作原理为：所述驱动电路驱动激光发射端32中的激光源发射脉冲激光信号，脉冲激光信号的小部分通过反射镜进行取样后，被用于开启门控电路，使计数器开始对参考信号的时钟脉冲进行计数，其余的脉冲激光信号发射到被测物体，经过被测物体的反射后被光电探测器接收，再经过放大整形成为电信号后，关闭计数器完成一次计数任务。可以得出待测目标物的距离为：

所述f₀为参考时钟的脉冲频率，N为计数脉冲的个数；通过上式可实现

本发明实施例的激光测距仪，采用工作波长为905纳米和1540纳米的半导体激光，首先避免了激光对人体的伤害，同时光电探测器能够准确地判断出激光脉冲的起止点及准确地测量出激光的飞行时间，通过控制参考时钟脉冲的频率在1.5GHz以上，实现了减小误差。

所述设置在壳体1内用于连接视场获取单元31及显示单元21的控制单元包括CPU核心板41及接口板42，所述接口板42与所述CPU核心板41连接，具体为CPU核心板41的输入输出通过接口板42底侧的串口实现连接，并所述CPU核心板41置于所述显示单元21显示屏相对于壳体1内部的一侧上，所述接口板42置于所述CPU核心板41相反于显示屏的一侧，所述显示屏、CPU核心板41及接口板42均相互平行设置，所述一体化摄像机及测距仪均分别通过接线与连接在接口板42上，再通过接口板42传送至CPU核心板41上，经由所述CPU核心板41将信息显示在显示屏上；所述CPU核心板即为夜视瞄准器的核心处理设备。

所述CPU核心板41可通过接口板42连接一内存卡，或直接连接一内存卡，在本发明实施例中，在所述CPU核心板41顶部位置处设置内存卡槽，所述内存卡插接在内存卡槽中，所述内存卡内可存储信息，存储的信息被提供给CPU核心板41用于弹道方程补偿，内存卡也可以存储CPU核心板41发送反馈的信息。

在所述CPU核心板顶部内存卡槽边侧还设置有一USB接口，通过所述USB接口可将CPU核心板的信息输出、或对CPU核心板内设置的软件程序进行升级优化。

如图8、9所示，所述夜视瞄准器还包括多个传感器，具体可为加速度传感器、风速风向传感器、地磁传感器、温度传感器、气压传感器、湿度传感器等，其中加速度传感器和地磁传感器集成在CPU核心板41上，所述加速度传感器为集成陀螺仪和加速度计的芯片MPU-6050，所述地磁传感器为三轴磁力计MAG3110，所述风速风向传感器外设于夜视瞄准器，并连接在接口板42上，其他所述温度传感器、气压传感器及湿度传感器可集成在CPU核心板上或通过接口板连接于所述CPU核心板，上述传感器均采用ICC接口。

所述壳体1内还设有一电池仓12，所述电池仓12内设有一电池组件43，所述电池仓12内内设置有滑道，便于所述电池组件43的插拔，所述电池仓12设置在壳体1内中部底侧，通过壳体1侧边可打开电池仓盖实现更换电池组件43，为了防止同一型号的电池大小有细微偏差，在电池仓盖内侧设置一层海绵(或是泡沫、泡沫棉)，所述电池仓盖内侧设置的海绵结构还可以防止枪射击的震动产生的电池不稳情况。

所述电池组件43上侧设有电池电路板，所述电池组件43通过电池电路板对夜视瞄准器各个元器件进行供电使用，同时所述电池电路板通过接口板与所述CPU核心板连接。

在一个实施例中，所述电池组件43具体采用电压为7.2-7.4V；容量为3900-5700mAh；电功为28.08Wh-42.2Wh；重量为100-152g。

所述壳体1外侧近显示单元21的一侧设有外置按键，所述按键通过壳体1内侧的按键控制板连接在接口板42上，通过触按上述外置按键可实现对显示单元21上的信息进行控制选取及修改，所述外置按键具体位置在近显示单元5-10cm处。

并具体置于瞄准方向的右侧，上述外置按键的具体设置位置并不仅限于上述位置，但其需设置在便于用户使用、触按的位置处，用户通过外置按键控制CPU核心板，所述CPU核心板驱动显示屏实现显示，所述外置按键可控制在显示单元显示的观察区域中选择一个射击目标、或控制夜视瞄准器启动激光测距仪、或控制夜视瞄准器的摄像单元调整瞄准镜焦距等。

如图10-图12，在另一实施例中，所述外置按键的按键控制板可能设有无线连接单元，通过无线连单元连接外设装置，所述外设装置包括智能手机、平板电脑等，进而通过外设装置加载的程序，可控制在显示单元显示的观察区域中选择一个射击目标、或控制夜视瞄准器启动激光测距仪、或控制夜视瞄准器的摄像单元调整瞄准镜焦距等；

所述壳体1外侧还设置有一外接插口槽111，所述外接插口槽111置于壳体内侧的部分连接按键控制板，所述外接插口槽111置于壳体外侧的部分连接外接线112，所述外接线112连接外接按键113，用户通过所述外接按键113可控制在显示单元2显示的观察区域中选择一个射击目标、或控制夜视瞄准器启动激光测距仪、或控制夜视瞄准器的摄像单元调整瞄准镜焦距等。

所述外接线112还可连接其他操作设备、或辅助射击设备、或视频显示设备、或通过外接线将信息及视频传输，所述其他操作设备包括外界控制按键、智能手机、平板电脑等；所述外接线112一端插接在外接插口槽111内，另一端设有一″U″型卡件，通过所述″U″型卡件，卡接在枪管上，实现将外接线固定，避免影响射击，在一个实施例中，可能通过外接线112连接的操作设备在观察区域中选择一个目标、启动激光测距仪、或调整瞄准镜焦距等，″U″型卡件为无支架的枪支提供了简便的变焦对焦操作。

所述显示单元21为LCD显示屏，可在LCD显示屏上实现触摸操作，所述显示屏大小可根据实际需求而定，本发明中的显示屏大小采用3.5寸。

在一个实施例中，所述LCD显示屏分辨率为320＊480，工作温度为-20～+70度，背光电压为2.9v，液晶屏与CPU接口电压为1.8v，触摸屏为电容式触摸屏。

所述显示屏上显示的十字分划线(准星)与视场获取单元采集的视频信息相互叠加，通过十字分划线用于瞄准射击，同时在显示屏上还显示用于辅助射击的、由上述各种传感器传输的辅助射击信息及工作指示信息；

所述辅助射击信息包括环境信息、距离信息及角度信息；

所述环境信息包括风速数据、温度数据、气压数据及磁场数据，所述风速数据置于显示屏上侧一端处，所述磁场数据置于显示屏下侧中部，所述温度数据及气压数据置于上侧另一端处；

所述距离信息置于温度数据及气压数据上侧；

所述角度信息包括高低角数据，及方位角数据，所述高低角数据置于风速数据下侧，所述方位角数据置于上侧中部。

所述工作指示信息包括电池电量信息、无线信号信息、剩余录制时间、倍率信息、切换键及菜单键；

所述电池电量信息置于所述高低角数据下侧，所述剩余录制时间、倍率信息及无线信号信息依次设置在温度数据下侧，所述切换键及菜单键分别置于显示屏下侧两端。

上述实施例中的辅助射击的信息，其部分被应用于弹道公式中，其部分被用于显示提醒用户。

所述夜视瞄准器还可能包含一个或多个端口、无线收发单元，所述一个或多个端口、无线收发单元可能与智能手机或其他终端设备通过有线或无线连接进行通信。

所述其他信息包括wifi信号、电池、状态切换键、菜单按键、剩余录像时间、录像按键及当前倍数。本发明所提出的LCD显示屏可实现昼/夜工作模式的切换，夜工作模式通过红外补光实现。

在上述夜视瞄准器的结构基础上，其CPU核心板41还连接一内存卡，所述内存卡内设置有子弹信息数据库、及两个弹道计算模型系统；用户可根据传感器的设置选择这两种弹道模型中的一种，所述弹道模型分别为外弹道六自由度刚度模型或低伸弹道模型，通过两种弹道模型实现夜视瞄准器精准定位。

为准确预测弹着点的位置，根据各个传感器所采集的数据，以及存储器中存储的子弹数据，采用外弹道六自由度刚体模型对弹着点进行预测。

弹丸在空中飞行时，作用于弹丸的力和力矩主要是地球的作用力和空气动力，通常可以将弹丸的运动分解为质心运动和围绕质心运动(绕心运动)两部分，分别由动量定律和动量矩定律描述。

所述的六自由度刚体弹道模型，空间运动的弹丸被看成是刚体，考虑弹丸质心的三个自由度以及绕质心转动的三个自由度，考虑全部的作用在弹丸上的力和力矩。

在上述模型中，需要输入的参数的量包括1)大气条件：风速风向、气温、气压、湿度；2)射击位置：射击点的经纬度和高程坐标；3)射击条件：子弹出口的初始速度大小和方向，其中方向用枪管的高低角和方位角表示；3)弹目距离：通过激光测距仪获得；4)子弹的数据(存储在数据库中)：弹丸的质量，弹丸的截面积，弹丸质量偏心(或转动惯量)，阻力系数等。

图13是分别对M16 233Rem，55g，PSP弹丸和AK47(7.62×39mm)，125g，PSP弹丸进行仿真计算，仿真仅进行垂向，暂时忽略侧向。环境假设条件：弹目距离200m，射高0.001m，高度500m，温度50华氏度。从图中可以看出，为命中同一距离目标，二者的初始射高不同，通过依据气象测量的约束条件，解算出所需的射高和射向，可以调整使其命中某一特定距离上的目标。

六自由度模型考虑的因素的较全，在实际应用中，可以根据传感器的不同的组合对模型进行简化。

在另一种情况下，如果风力风速不大时，横风的作用力很小，则考虑采用低伸弹道模型(低伸模型可以在不设置风速风力传感器时使用，气温、气压也可以不考虑或者以标准气象值计)。

在低伸弹道模型中，可认为弹丸在空气中的运动主要受到重力和空气阻力的影响。其中空气阻力是有弹丸相对空气运动产生的，主要的影响因素有：空气特性(气温、密度、粘性等)，弹丸特性(形状、大小、重量等)，相对运动的特性(相对速度、弹轴方位等)。

空气阻力R的一般表达式为：

其中，R为空气阻力，

ρ空气密度，单位kg·s²/m⁴

为弹丸定心部横断面积，单位m²，d为弹径，单位m

v为弹丸相对空气的速度，单位m/s

a为音速，表示了空气的可压缩性，单位m/s

为阻力系数，无量纲，它是马赫数的函数。

在上式中C_x0表示弹轴与速度的方向夹角(称为攻角或章动角)为0。

弹丸所受的阻力和重力那么弹丸受合力为：

以时间t为自变量，建立弹丸的质心运动方程：

X轴方向：

Y轴方向为：

且有：

空气阻力加速度为J，初始条件：t＝0时满足，u＝u₀＝v₀ cosθ₀，w＝w₀＝v₀ sinθ₀，x＝y＝0，θ₀为初始射击高低角。

上述公式为直角坐标系下的方程，通过坐标转换，可以换算到其他坐标系下。

在空气下的弹道位置(x，y，t)由弹道系数c、弹丸相对于空气的速度v、射击高低角θ确定：

其中弹道系数c反应的是弹丸特征，H(y)反应空气特性与高度y之间的关系，F(v)，vG(v)反应相对运动特性对弹丸运动的影响。

本发明还提出其他实施例，所述其他实施例用于解决以下问题，当用户在准备测定一个特定目标的距离时，人体自身的振动会引起枪支的振动，进而使得改变激光光束的瞄准点与特定目标产生偏移，因此，会产生在视场内不同物体的多个距离数值，距离数据的反馈过盛，或不停的获取距离数据及反馈距离数据，会提高处理设备的运算量，增加负担，在本发明的一个实施例中，夜视瞄准器对激光源射出的激光光束配置一个方向值，所述方向值为以该夜视瞄准器为中心基点，及视场外、或视场内的另一特定点(不在中心基点的竖直方向上)、及中心基点的竖直方向构建三维坐标系统中的特定方向值，在该方向值的基础上，其该方向值上的距离值已被准确确定，将不需要再对此方向值进行测距，避免了激光测距仪不停地获取距离数据，并反馈距离数据，同时方向值及距离值可以被记录储存至夜视瞄准器的储存卡中、或通过无线/有线发送至外置终端设备/智能手机上、或上传至外置后台控制系统，用于随时被检索访问。

如图14-图17所示，本发明还提供一种夜视瞄准器射击过程中，为了实现准确射击的调校方法，所述该调校方法应用于上述实施例中的夜视瞄准器，所述调校方法包括以下步骤：

1、在夜视瞄准器的视场5内设定一目标靶51，通过夜视瞄准器的激光测距仪测得夜视瞄准器到目标靶的距离；

2、在通过外部按键调取一平面坐标52，将平面坐标52加载在显示屏幕上，所述坐标中心53与分划中心重合；

3、观察夜视瞄准器显示屏的视场5，控制枪支，将坐标中心53与视场内的目标靶对准重合；

4、对准重合后，发射第一颗子弹，在目标靶上获得第一弹着点54，所述显示屏截取具有第一弹着点54的图像；

5、记录第一弹着点在平面坐标的横坐标及竖坐标的数值，例如为x₁、y₁，并调整夜视瞄准器显示屏的视场，横坐标方向移动-x₁；竖坐标方向移动-y₁，使得平面坐标的中心与第一弹着点重合；

6、完成调校。

在上述实施例的第一调校射击之前，经常会出现第一次射击偏移过大，弹着点未落入视场内的目标靶上，因此为了避免上述情况发生，本发明的一个实施例中提出，通过上述实施例中的弹道模型，对步骤1中的视场内的目标靶进行模拟射击，找到模拟弹着点，随后，根据模拟弹着点进行模拟调校，随后可能选择进行第一次射击调校，这样可有效保证第一次射击的弹着点落在目标靶上。

本实施例提供的调校方法，核心控制器实时接收信息传感器采集的环境值、激光测距装置测得的瞄准器到被瞄准物的距离及存储器提供的子弹信息，弹道模型根据实时变化的环境值、连续非离散的距离信息及子弹信息计算出子弹的弹道曲线，获得模拟的弹着点，并实时地应用计算的弹着点确立并调节分划，实现夜视瞄准器瞄准任意连续非离散的距离、任意环境下的瞄准物时，均可实时地根据弹道曲线计算模型对分划进行实时调节，使分划中心接近实际弹着点，达到无极分划的效果。

在一个实施例中，在第一次调校射击完成后，为进一步提高精准度，可能会进行第二次射击调校，具体包括以下步骤：

步骤1-5与上述实施例相同，再次将不再赘述；

6、进行第二次射击，发射第二颗子弹，在目标靶上获得第二弹着点，所述显示屏截取具有第一弹着点、第二弹着点的图像；

7、记录第二弹着点在平面坐标的横坐标及竖坐标的数值，例如为x₂、y₂，并调整夜视瞄准器显示屏的视场，横坐标方向移动-x₂；竖坐标方向移动-y₂，使得平面坐标的中心与第二弹着点重合；

8、完成调校

在一个实施例中，所述显示屏通过获得CPU核心板发送的指令信号，进行截取图像，所述内存卡缓存有多种型号、多种枪支射击子弹时候产生的振动参数，所述振动参数可能包括振动频率、振动幅度、振动时长，所述CPU核心板可能连接一获取振动参数的传感器，所述该传感器为已经技术种类的振动传感器，通过将获取的振动参数与内存卡缓存的振动参数进行匹配，若匹配成功了，则确认为射击振动，因此核心控制板向显示屏发送截屏指令信号，控制显示屏截屏。

本发明提供的调校方法，通过具体射击进行将分划与弹着点重合，实现了在当前环境值下的准确校准。

Claims (10)

1.一种红外及微光两相融合的夜视瞄准器，所述夜视瞄准器可被安装在各类枪械上，其特征在于，所述夜视瞄准器包括：

一视场获取单元，获取瞄准视场内的图像信息，具有一光学图像获取端；

一两相融合单元，获取图像信息的红外数字图像及微光数字图像；

一控制单元，所述控制单元设置在控制电路中，能够进行微光数字图像的降噪处理以及将红外数字图像及微光数字图像配准和融合；

一显示单元，显示分划及两相融合后的图像信息；

一测距单元，所述测距单元测量被瞄准物到夜视瞄准器的距离信息；所述测距单元包括一信号发射端、一信号接收端；

所述视场获取单元包括一光学图像获取端，所述信号发射端、信号接收端及光学图像获取端均设置在壳体前端处，所述显示单元设置在壳体后端处；所述信号发射端与信号接收端对称分布于所述光学图像获取端；所述信号发射端及与信号接收端均凸出于光学图像获取端；所述信号发射端、信号接收端及光学图像获取端所组成的平面与所述夜视瞄准器的垂直面成一定角度；

所述控制电路中连接有内存卡，所述内存卡内设置有子弹信息数据库、两个弹道计算模型系统，所述弹道模型分别为外弹道六自由度刚度模型或低伸弹道模型。

2.根据权利要求1所述的一种红外及微光两相融合的夜视瞄准器，其特征在于，所述两相融合单元包括：

一分光装置，将所述图像信息分成红外初级图像及微光初级图像；

一第一图像获取单元，所述第一图像获取单元获取图像信息的红外初级图像并转换为红外数字信号图像；

及一第二图像获取单元，所述第二图像获取单元获取图像信息的微光初级图像并转换为微光数字信号图像。

3.根据权利要求2所述的一种红外及微光两相融合的夜视瞄准器，其特征在于，所述第一图像获取单元及第二图像获取单元分别为红外探测装置及微光探测装置，所述红外探测装置获取红外初级图像，并将红外初级图像转换为红外数字信号图像，所述微光探测器获取微光初级图像，并将微光初级图像转换为微光数字信号图像。

4.根据权利要求3所述的一种红外及微光两相融合的夜视瞄准器，其特征在于，所述夜视瞄准器包括一控制电路，所述控制单元为设置在控制电路内的CPU，所述控制电路连接所述两相融合单元，所述控制单元接收所述两相融合单元输出的红外数字信号图像及微光数字信号图像，并将所述红外数字信号图像及微光数字信号图像配准及融合；

将红外数字信号图像及微光数字信号图像叠加配准，随后将红外数字信号图像及微光数字信号图像的融合，在融合过程中，在lαβ空间利用微光图像的颜色统计信息作为基准对红外图像进行标准化，将微光图像的颜色特征传递给红外图像，完成融合；

所述红外探测器所探测的窗口为8-14微米，所述微光探测器所探测的窗口为0.38-0.93微米；

所述分光装置为一半透半反射镜。

5.根据权利要求4所述的一种红外及微光两相融合的夜视瞄准器，其特征在于，所述半透半反射镜设置在视场获取单元相对与夜视瞄准镜内部一侧，所述半透半反射镜相反于视场获取单元的一侧设置微光探测器，所述半透半反射镜垂直方向设置一平行的反射镜，所述反射镜相反于视场获取单元的一侧设置有红外探测器；

述红外探测器与微光探测器位置可置换。

6.根据权利要求1-5之一所述的一种红外及微光两相融合的夜视瞄准器，其特征在于，所述夜视瞄准器包括一壳体；

所述壳体内侧为一容纳空间，所述视场获取单元、显示单元、两相融合单元、测距单元及控制电路均设置在同一容纳空间内；

所述夜视瞄准器还包括一无线传输模块，所述无线传输模块通过无线连接方式连接一外置设备，所述无线传输模块将显示单元上所显示的分划、图像及信息，同步显示到外置设备上；

所述无线连接方式为wifi连接或无线网络连接，所述外置设备为智能手机或其他智能终端设备。

7.根据权利要求1-5之一所述的一种红外及微光两相融合的夜视瞄准器，其特征在于，所述夜视瞄准器还包括三个视场调节单元，一视场调节单元设置在显示单元上、一个视场调节单元设置壳体上，另一视场调节单元连接在壳体上；

所述设置在显示单元上的视场调节单元通过触摸显示单元实现对视场的调节，所述设置在壳体上的视场调节单元包括外置按键，所述连接在壳体上的视场调节单元包括一外接插口槽、一外接线及一或多个外接按键，所述外接按键均通过外接线连接在外接插口槽上；

所述外接线一端连接在外接插口槽上，另一端包括一个或多个端部分支，每一个端部分支连接一外接按键；

所述外接线上可固定或滑动设置一固定卡件的一端，所述固定卡件的另一端可固定在枪械上或其他可固定处；

所述固定卡件为“U”型卡件。

8.根据权利要求1-5之一所述的一种红外及微光两相融合的夜视瞄准器，其特征在于，所述控制电路还集成了传感器组合，所述组合中的传感器种类可根据用户的需要进行选择；

所述传感器包括加速度传感器、风速风向传感器、地磁传感器、温度传感器、气压传感器、湿度传感器中的全部或者几种的组合；

所述控制电路还包括接口板及核心板，所述控制单元设置在核心板上，所述视场获取单元的视场驱动电路、测距单元中的测距控制电路、及两相融合单元的输出端均通过接口板连接在核心板上，所述显示单元的显示驱动电路连接在核心板上；

所述核心板还连接一内存卡，所述内存卡内设置有子弹信息数据库、两个弹道计算模型系统，用户可根据传感器的设置选择这两种弹道模型，所述弹道模型分别为外弹道六自由度刚度模型或低伸弹道模型。

9.根据权利要求8所述的一种红外及微光两相融合的夜视瞄准器，其特征在于，所述外弹道六自由度刚度模型中输入的参数的量包括：

1)大气条件：风速风向、气温、气压、湿度；

2)射击位置：射击点的经纬度和高程坐标；

3)射击条件：子弹出口的初始速度大小和方向，其中方向用枪管的高低角和方位角表示；

4)弹目距离：通过所述测距仪获得；

5)子弹的数据：弹丸的质量，弹丸的截面积，弹丸质量偏心或转动惯量以及阻力系数，所述子弹的数据存储在所述子弹信息数据库中；

在所述低伸弹道模型中，在标准气象条件下，空气密度函数为1，音速为常数，阻力系数为弹速的函数，在此模型中弹丸在空气中的运动主要受到重力和空气阻力的影响。

10.一种红外及微光两相融合的夜视瞄准器的调校方法，应用上述权利要求1-9之一所述的一种红外及微光两相融合的夜视瞄准器，其特征在于，所述方法为：在完成初始准备后，进行手动调校和/或进行自动模拟调校；

所述自动模拟调校为通过上述的弹道模型之一，模拟出弹着点，并将分划与模拟出的弹着点重合；

所述手动调校包括以下步骤：

A)在视场获取单元的视场内设定一目标靶，通过测距单元测得夜视瞄准器到目标靶的距离；

B)在通过按键单元调取一平面坐标，将平面坐标加载在显示单元的显示单元上，应用坐标中心进行瞄准；

C)观察显示单元的视场，将坐标中心与视场内的目标靶对准；

D)对准重合后，发射第一颗子弹，在目标靶上获得第一弹着点，所述显示单元截取具有第一弹着点的图像；

E)记录第一弹着点在平面坐标的横坐标及竖坐标的数值，并根据坐标值调整夜视瞄准器显示单元的视场，使平面坐标的中心与第一弹着点重合；

F)完成手动调校。