CN106019560A - 一种视频监测用高清透雾光电校靶镜头 - Google Patents

一种视频监测用高清透雾光电校靶镜头 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种视频监测用高清透雾光电校靶镜头，所述高清透雾光电校靶镜头的物镜组焦距为205.778mm,目镜组焦距为15.2mm,放大率为13.5倍，视场为5.6°，光轴与机械轴的平行度为25〃，工作距离为500m‑1500m，镜头的光学系统工作波段为0.45μm‑0.95μm，分辨率为6〃；所述高清透雾光电校靶镜头的光学系统中沿入射方向依次设置有保护玻璃、双楔形镜组、物镜组和目镜组，双楔形镜组包括前楔形镜组与后楔形镜组，物镜组和目镜组之间还设置有分划板。本发明稳定可靠，可在雨、雾等不同天气条件下对不同距离物体依然具有较高的图像对比度和清晰度，并对物体进行精确的校正。

Description

一种视频监测用高清透雾光电校靶镜头
技术领域
本发明属于光电技术领域，具体涉及一种视频监测用高清透雾光电校靶镜头。
背景技术
运用光学技术而研发的光学瞄准镜，已经具有相当完整的理论和比较成熟的技术，其检定装置都是采用人工测量方式，即费时又费力，在获取信息方面局限性及仅局限在单人观测，尤其在能见度较低的雾、霾天气及大自然中风、空气对流、手的抖动等影响，对不同距离上物体的监测和校靶精度不高，已无法满足实际使用的要求。基于这样的实际情况，以提高目标监测与识别概率为出发点视频监测用高清透雾光电校靶镜头是今后发展的重要方向。目前国内可见光观测仪器在实际使用时有很多局限性，使用繁琐和测试精度低，适应性、稳定性、可靠性差。
发明内容
本发明的目的是提供一种视频监测用高清透雾光电校靶镜头，该镜头稳定可靠，可在雨、雾等不同天气条件下对不同距离物体依然具有较高的图像对比度和清晰度，并对物体进行精确的校正。
本发明所采用的技术方案是：一种视频监测用高清透雾光电校靶镜头，所述高清透雾光电校靶镜头的物镜组焦距为205.778mm,目镜组焦距为15.2mm,放大率为13.5倍，视场为5.6°，光轴与机械轴的平行度为25〃，工作距离为500m-1500m，镜头的光学系统工作波段为0.45μm-0.95μm，分辨率为6〃；所述高清透雾光电校靶镜头的光学系统中沿入射方向依次设置有保护玻璃、双楔形镜组、物镜组和目镜组，双楔形镜组包括前楔形镜组与后楔形镜组，物镜组和目镜组之间还设置有分划板。
作为本发明一种视频监测用高清透雾光电校靶镜头的进一步优化，所述保护玻璃与双楔形镜组之间的空气间隔为3mm,前楔形镜组与后楔形镜组之间的空气间隔为3.5mm。
作为本发明一种视频监测用高清透雾光电校靶镜头的进一步优化，所述物镜组沿光轴方向依次包括物镜胶合组、双凸透镜、双凹透镜和分划板。
作为本发明一种视频监测用高清透雾光电校靶镜头的进一步优化，所述后楔形镜组与物镜胶合组之间空气间隔为5mm，物镜胶合组与双凸透镜之间空气间隔为69.5mm，双凸透镜与双凹透镜之间空气间隔为10.8mm，双凹透镜与分划板之间空气间隔为 25.47mm。
作为本发明一种视频监测用高清透雾光电校靶镜头的进一步优化，所述目镜组沿光轴方向依次包括前胶合组、双凸透镜和后胶合组。
作为本发明一种视频监测用高清透雾光电校靶镜头的进一步优化，所述分划板与前胶合组之间空气间隔为6.09mm，前胶合组与双凸透镜之间空气间隔为1mm，双凸透镜与后胶合组之间空气间隔为1mm。
作为本发明一种视频监测用高清透雾光电校靶镜头的进一步优化，所述保护玻璃由H-K9L光学材料制成，双楔形镜组由H-K9L和H-ZF1光学材料制成。
作为本发明一种视频监测用高清透雾光电校靶镜头的进一步优化，所述物镜组包括的物镜胶合组由H-BaK2和F3光学材料制成，双凸透镜由H-K9L光学材料制成，双凹透镜由H-ZF6光学材料制成，分划板由H-L9L光学材料制成。
作为本发明一种视频监测用高清透雾光电校靶镜头的进一步优化，所述目镜组包括的前胶合组由H-ZF5和H-K9L光学材料制成，双凸透镜由H-K9L光学材料制成，后胶合组由H-K9L和H-ZF6光学材料制成。
与现有技术相比，本发明至少具有下述优点及有益效果：
本发明的视频监测用高清透雾光电校靶镜头，一方面，采用光学技术中的校色差双楔形镜组，它是由两个光楔组组成的旋转光楔机构,来确保校靶镜的零位（即瞄准基线）稳定性，排除并解决了长期困扰瞄准镜瞄准精度的问题；另一方面，镜头光学件膜系设计完全和传感器光谱范围相吻合，有利于杂散光和鬼影的消除，这样大大提高了镜头的分辨率，而且提高了镜头反差能力，其反差越高，所检测到的靶点轮廓光鲜、边缘锐利、层次丰硕、质感强烈，并且该镜头可在雨雾等恶劣的天气条件下，依然具有较高的图像对比度和清晰度，并且具有结构紧凑、重量轻、可靠性强的特点。
附图说明
图1为本发明的工作状态示意图；
图2为本发明的镜头在光学传递函数在截止频率为33LP/mm达到0.3-0.5的几何光学曲线图；
图3为本发明中双楔形镜组的调整范围图；
图4为本发明中双楔形镜组中光楔的光线偏转图一；
图5为本发明中双楔形镜组中光楔的光线偏转图二；
图6为本发明中双楔形镜组中光楔的光线偏转图三；
附图标记：1、保护玻璃，2、双楔形镜组，3、物镜组，4、分划板，5、目镜组，6、CCD摄像机，7、监控装置，8、双楔形镜组调整范围，9、分划板中心点。
具体实施方式
为使本发明的内容更明显易懂，以下结合具体实施例，对本发明进行详细描述。
如图1所示，一种视频监测用高清透雾光电校靶镜头，所述高清透雾光电校靶镜头的物镜组焦距为205.778mm,目镜组焦距为15.2mm,放大率为13.5倍，视场为5.6°，光轴与机械轴的平行度为25〃，工作距离为500m-1500m，镜头的光学系统工作波段为0.45μm-0.95μm，分辨率为6〃；所述高清透雾光电校靶镜头的光学系统中沿入射方向依次设置有保护玻璃、双楔形镜组、物镜组和目镜组，双楔形镜组包括前楔形镜组与后楔形镜组，物镜组和目镜组之间还设置有分划板。
为了本发明具有更好的实施效果，所述保护玻璃与双楔形镜组之间的空气间隔为3mm,前楔形镜组与后楔形镜组之间的空气间隔为3.5mm。所述物镜组沿光轴方向依次包括物镜胶合组、双凸透镜、双凹透镜和分划板，后楔形镜组与物镜胶合组之间空气间隔为5mm，物镜胶合组与双凸透镜之间空气间隔为69.5mm，双凸透镜与双凹透镜之间空气间隔为10.8mm，双凹透镜与分划板之间空气间隔为 25.47mm。所述目镜组沿光轴方向依次包括前胶合组、双凸透镜和后胶合组，分划板与前胶合组之间空气间隔为6.09mm，前胶合组与双凸透镜之间空气间隔为1mm，双凸透镜与后胶合组之间空气间隔为1mm。
作为本发明的优选实施方式，所述保护玻璃由H-K9L光学材料制成，双楔形镜组由H-K9L和H-ZF1光学材料制成。所述物镜组包括的物镜胶合组由H-BaK2和F3光学材料制成，双凸透镜由H-K9L光学材料制成，双凹透镜由H-ZF6光学材料制成，分划板由H-L9L光学材料制成。所述目镜组包括的前胶合组由H-ZF5和H-K9L光学材料制成，双凸透镜由H-K9L光学材料制成，后胶合组由H-K9L和H-ZF6光学材料制成。
在高清透雾光电校靶镜头中，因成像光学系统是信息传递系统，从物面到像面，输出图像质量完全取决于光学系统传递特性。几何光学是在空域研究光学系统成像规律，其实与空域相平行还可以在频域中分析光学系统成像质量，即用传递函数来研究系统空间频率传递特性，这是一种能全面评价光学系统成像质量的好方法。而镜头高清晰度的两大重要指标包括分辨力和反差，而分辨力是指光电校靶镜头再现被摄物体细节能力，而反差则是指再现被摄物体低反差细节，所以镜头的设计中必须连同保护玻璃、双楔形镜组、物镜组一起设计校正像差，运用ZEMAX光学设计软件设计物镜系统并进行优化，在0.707带校正了二级光谱，使其光学传递函数在截止频率为33LP/mm达到0.3-0.5，如图2所示：使镜头的分辨率显著提高，达到百万像素，使其传函达到可与高清晰的摄像机适配，使高像素感光元配以高分辨率的镜头，使高清摄像机能力得以体现，提高了摄像系统在雨、薄雾等阴霾气候条件下对不同距离目标的探测能力，并且有结构紧凑、重量轻、可靠性强的特点。
高清透雾光电校靶镜头，在校靶时所选择的远方瞄准点，经过校靶镜的物镜组成像在校靶镜的分划面上，然后通过目镜组及CCD摄像物镜将瞄准点的像及分划板的分划线同时成在CCD摄像机成像面上，经过CCD将光学图像转换为电信号并通过系统电缆传送到显示器上，采用图样采集和图像处理并行的工作方式，通过分划板对比，进行实时图像判读，由于数值化图像传感器克服了人眼分辨力的不足，简化了校靶过程，大大提高了监测精度，直观快速达到检定要求。
在设计中为解决系统的稳定而采用的校色差双楔形镜组是由两个光楔组成的旋转光楔机构,光线穿过光楔时,射出的光线总是偏向光楔厚边一方，如图4所示,当两个光楔构成的旋转光楔机构时,若两光楔的厚边和厚边相对(薄边和薄边相对)时,射出的偏向角最大如图5所示,当一个光楔的厚边与一个光楔的薄边相对时,射出的偏向角为零，如图6所示。利用此特性，采用校色差双楔形镜组来用于校靶镜的光轴调校，当转动调校蜗杆时就能驱使带框楔形镜转动，从而引起光轴偏移，它是靠两个光楔互为反方向运动来实现的。这两个光楔围绕一个公共轴线可转动180度以上，它们在工作时，一个光楔朝顺时针方向转动，另一个光楔就会同时朝反时针方向运动一个角度。由两个校色差双光楔组合而成的光楔组件可用于瞄准线的补偿和光轴的调整。双楔形镜组的调整范围在规定的圆圈内（见图3）利用这一特性，利用双光楔进行光轴调整，以达到光电校靶镜在震动的情况下稳定光学系统的目的。
为实现镜头的高清，在镜头的光学零件表面膜系设计中，其光谱范围则和传感器的光谱要完全匹配，目前传感器的光谱响应范围在0.4μm-1.2μm，镜头的光学件膜系设计（包括保护玻璃）要完全和传感器光谱范围相吻合，其多层的膜系，可抑制双重图像和反射光斑，色调平衡，消除到达像面的非成像光束，增加透过率，提高对比度，增强了系统再现被摄物体细节能力及物体低反差细节，其反差越高，画面物体轮廓光鲜，边缘锐利，层次丰硕，质感强烈，影调明朗，从而获得高对比度，鲜明锐利的表现力，实现了在雨雾等恶劣的天气条件下，依然具有较高的图像对比度和清晰度。
而高清、稳定、透雾镜头和清晰明亮百万像素的CCD摄像机，是以光电测量技术为主体的新一代实时光电测量系统，而其CCD摄像机的屏幕上显示图像的原始像素应不低于100万像素，与之匹配的传输、存储、显示等都需达到高清，这样，百万像素摄像机配以高分辨率光电校靶镜头，才能使高清摄像机的能力得以体现。这样来使其测量方式由人工测量转向了自动化、智能化的非接触式测量，把光、机、电、充分结合起来。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而己，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种视频监测用高清透雾光电校靶镜头，其特征在于：所述高清透雾光电校靶镜头的物镜组焦距为205.778mm,目镜组焦距为15.2mm,放大率为13.5倍，视场为5.6°，光轴与机械轴的平行度为25〃，工作距离为500m-1500m，镜头的光学系统工作波段为0.45μm-0.95μm，分辨率为6〃；
所述高清透雾光电校靶镜头的光学系统中沿入射方向依次设置有保护玻璃、双楔形镜组、物镜组和目镜组，双楔形镜组包括前楔形镜组与后楔形镜组，物镜组和目镜组之间还设置有分划板。
2.如权利要求1所述的一种视频监测用高清透雾光电校靶镜头，其特征在于：所述保护玻璃与双楔形镜组之间的空气间隔为3mm,前楔形镜组与后楔形镜组之间的空气间隔为3.5mm。
3.如权利要求1所述的一种视频监测用高清透雾光电校靶镜头，其特征在于：所述物镜组沿光轴方向依次包括物镜胶合组、双凸透镜、双凹透镜和分划板。
4.如权利要求3所述的一种视频监测用高清透雾光电校靶镜头，其特征在于：所述后楔形镜组与物镜胶合组之间空气间隔为5mm，物镜胶合组与双凸透镜之间空气间隔为69.5mm，双凸透镜与双凹透镜之间空气间隔为10.8mm，双凹透镜与分划板之间空气间隔为 25.47mm。
5.如权利要求1所述的一种视频监测用高清透雾光电校靶镜头，其特征在于：所述目镜组沿光轴方向依次包括前胶合组、双凸透镜和后胶合组。
6.如权利要求5所述的一种视频监测用高清透雾光电校靶镜头，其特征在于：所述分划板与前胶合组之间空气间隔为6.09mm，前胶合组与双凸透镜之间空气间隔为1mm，双凸透镜与后胶合组之间空气间隔为1mm。
7.如权利要求1所述的一种视频监测用高清透雾光电校靶镜头，其特征在于：所述保护玻璃由H-K9L光学材料制成，双楔形镜组由H-K9L和H-ZF1光学材料制成。
8.如权利要求3所述的一种视频监测用高清透雾光电校靶镜头，其特征在于：所述物镜组包括的物镜胶合组由H-BaK2和F3光学材料制成，双凸透镜由H-K9L光学材料制成，双凹透镜由H-ZF6光学材料制成，分划板由H-L9L光学材料制成。
9.如权利要求5所述的一种视频监测用高清透雾光电校靶镜头，其特征在于：所述目镜组包括的前胶合组由H-ZF5和H-K9L光学材料制成，双凸透镜由H-K9L光学材料制成，后胶合组由H-K9L和H-ZF6光学材料制成。
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