CN106164740A - 具有可变光场的光电监视系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光电监视系统，其包括包含被安装在变焦镜(3)之后的至少一个传感器(2)的获取单元(1)以及控制单元(10)，所述变焦镜具有以会聚射线定义了至少一个第一空间(6)的在前的一组可移动的透镜(4)以及在后的一组固定透镜(5)，所述控制单元被连接到获取单元(1)和旋转光学元件(11)，所述旋转光学元件被这样安排以便围绕第一轴(A1)旋转并被固定到由控制单元(10)控制的驱动部件，以便独立于获取单元(1)围绕所述第一轴的移动地来修改由传感器(2)察觉到的场。所述光学元件是安装在第一空间(6)中以便围绕第一轴旋转的第一透明板，而所述驱动部件被安排成在两个对向的方向中旋转所述第一板。
Description
本发明涉及日间或夜间视觉观测仪器的领域，且具体而言，涉及在可见或红外范围中的光电监视系统。
这样的光电监视系统尤其被用于监控载体(特别是车辆或船舶)周围的空间，，以便检测在正被监控的区域中障碍物、另一载体、或抛射物的出现。为此，该光电监视系统被安排为将正被监控的空间的图像提供给操作者并且处理这些图像以便在有入侵到正被监控的空间中的事件的情况下自动发出警报。
光电监视系统通常包括获取单元，该获取单元包括安装在具有基本上水平的视线的变焦镜之后的至少一个传感器。所述获取单元被安装成围绕基本上垂直的轴转动并被连接到控制单元，该控制单元被安排成用于控制获取单元以便在该获取单元围绕垂直轴旋转期间在运行中捕捉图像。随后，这些图像将被聚合以便形成环境的全景图像。这使得要围绕获取单元在360°上扫掠视界成为可能。
看起来获取单元的旋转速度更高，这些系统就更加有效。然而，由于传感器的积分时间的原因，所述旋转速度是受限的，积分时间是指获取来自场景的图像信号所需的时间并等同于摄影术中的曝光时间。因此，如果旋转速度过高，则图像就受到移动模糊性的影响。这对于在寒冷的地理区域中使用的红外获取单元来说更是如此。
为了弥补该缺陷，已知在变焦镜前面放置被安装成围绕与获取部件的旋转轴平行的轴旋转的反射型光学元件。该反射型光学元件是多边形的形式，其平行于旋转轴的诸面是反射性的，并且其在与获取单元的旋转方向对向的方向上以等于获取单元的旋转速度一半的速度来旋转。由此，该反射型光学元件与获取单元的对向的旋转使得要将视线在所观测的场景的空间中保持基本上固定长达大于传感器的积分时间的时间成为可能。这些设备是沉重和体积大的。
本发明的一个目的在于要提议一种替代已知监视系统的监视系统，其在具有良好性能的同时还是相对轻量化和紧凑的。
为此，根据本发明，提供了一种光电监视系统，包括包含被安装在变焦镜之后的至少一个传感器的获取单元以及控制单元，所述变焦镜具有以会聚射线定义了至少一个第一空间的在前的一组可移动的透镜以及在后的一组固定透镜，所述控制单元被连接到获取单元和旋转光学元件，所述旋转光学元件被这样安排以便围绕第一轴旋转并被固定到由控制单元控制的驱动部件，以便独立于获取单元围绕所述第一轴的移动地来修改由传感器察觉到的场。所述光学元件是安装在第一空间中以便围绕第一轴旋转的第一透明板，而所述驱动部件被安排成以便在两个对向的方向中旋转所述第一光学板。
所述可移动透镜组形成可变焦光学设备，而所述固定透镜组形成成像设备，其放大倍数取决于所使用的透镜。光学元件仅仅是一种透明板，该透明板具有放置在固定透镜组中的平行面以便防止在这些透镜与该板之间的干扰。对透明板的相对于光线方向的位置的修改引起了穿过该透明板的光线的平移以及由此带来了这些束在传感器上所瞄准的点的角度移动。在传感器侧上的所述移动相对于光线在该板中的移动而被放大达位于所述板与所述传感器之间的透镜的放大倍数。所述板被旋转，以便在无需获取单元移动的情况下修改传感器所见的场。这使得对获取单元围绕第一轴的移动进行补偿并且因此拥有更多时间来获取一个或多个图像成为可能。
优选地，所述获取单元被安装成以便在第二旋转方向上围绕与第一轴平行的第二轴转动，并且控制单元被安排以便于控制获取单元，从而在获取单元围绕第二轴和驱动部件旋转期间在运行中捕捉图像，因而在获取至少一个图像的时间期间保持传感器所察觉到的场的恒定。
当所述轴是垂直的时，该监视系统提供了全景观察。在这个应用中，确定了对场的修改以便于允许获取单元的相对高的旋转速度(场越大，旋转速度就可以越高)或捕捉多个图像以便将这些图像加在一起并因而提高信/噪比。
根据一特定实施例，固定透镜组通过会聚射线限界了至少一第二空间，在其中至少一个第二透明板被安装成以便围绕第三轴转动并且被固定到驱动部件，所述驱动部件被安排为在两个对向方向中旋转第二透明刀片并由控制单元进行控制以便独立于获取单元围绕第三轴的移动地来修改由传感器察觉到的场，所述第三轴基本上垂直于所述第二轴。
所述第二板的使用是尤其有利的，因为这使得(例如在全景观察的情形中)在另一个方向上修改该场成为可能，从而对第二轴的非垂直定位进行了补偿或提供了目标的稳定化。
有利地，控制单元可以被安排以便控制所述板和传感器的旋转，从而捕捉相同场景部分的至少两个接连图像并将这些图像相加，以获得具有与这些接连图像相同的分辨率的重构图像。
将图像相加提高了信噪比，并且因而提高了图像的质量。
在一变体中，控制单元被安排以便控制所述板和传感器的旋转，从而捕捉相同场景部分的接连图像。
随后，就可能对这些图像进行处理以便将这些图像的像素相加，从而获得具有比这些接连图像低的分辨率的重构图像。分辨率上的这种减少并不一定成为问题，因为在许多应用中，图像数据的体量如此之大使得有必要压缩数据以使得它们能被显示。分辨率上的减少将因而在任何情况下起作用。
在阅读了下面的对本发明的特定非限定性实施例的描述之后，本发明的其他特征以及优点将显现。
现在参见附图，在附图中：
-图1是从根据本发明的光电系统的视角的示意图；
-图2是从垂直于光轴的那侧的看出去的根据本发明的光电系统的示意图。
参考附图，该光电监视系统包括包含了至少一个传感器2的获取单元1，所述传感器2被安装在变焦镜3之后，该变焦镜3在前有可移动透镜组4并且在后有固定透镜组5，所述可移动透镜组4和固定透镜组5以会聚射线限定了至少一个第一空间6并且以会聚射线限定了至少一个第二空间7。在可移动透镜组4中的一些透镜以本身已知的方式与用于调整焦点的放大率和位置的驱动设备8相关联。
获取单元1被安装以便在围绕在此垂直延伸的轴A1的框架上枢轴式转动。驱动设备9被安装在该框架上以便使获取单元1围绕轴A1旋转。
所述系统包括被连接到传感器2和驱动设备8、9以便控制它们的控制单元10。
监视系统包括安装在第一空间6中的第一光学板11以便围绕轴A2转动，以及安装在第二空间7中的第二光学板12以便围绕轴A3转动轴A3基本上垂直于轴A2。每个光学板11、12被固定于驱动电机13、14的输出杆，以便在围绕轴A2、A3的两个对向的方向上旋转光学板11、12。
控制单元10被连接到驱动电机13、14以便控制它们。
控制单元10被安排以便控制获取单元1，从而在获取单元1围绕轴A1旋转期间在运行中捕捉图像。
控制单元10被安排以便控制驱动单元13，从而独立于获取单元1围绕轴A2的移动来修改传感器2所察觉到的场。控制单元10在此被更加精准地安排以便控制驱动电机13，从而在至少一个图像的获取时间期间且在获取单元1围绕轴A1的旋转期间保持传感器2所察觉到的场恒定。
控制单元10被安排以便独立于获取单元1围绕轴A3的移动地来修改传感器2所察觉到的场。更准确地说，当轴A1不是完全垂直的(在其上安装了所述光电系统的载体处于例如斜坡上)且需要水平扫描时，控制单元10被安排以便针对仰角来调整视线，这样视线可以在基本上水平的平面上行进。
在正常操作中，驱动板11的电机13被控制以便在图像的获取时间期间在固定空间方向中锁定目标(随后在与获取单元1的旋转方向对向的旋转方向上驱动板11)，并且随后重新定位板11以获取后续的图像(随后在与获取单元1相同的旋转方向上但更加快地驱动板11)。
如果载体在斜坡上，则需要相机绕所确定的仰角轴来被指向，以便在围绕轴A1的方位上的旋转期间对该斜坡进行补偿。围绕轴A1控制第一板11以便对目标围绕轴A1的移动进行补偿。围绕轴A3控制第二板12以便对目标围绕所确定的仰角轴的移动进行补偿。
所述控制单元10被进一步安排以便执行旨在聚合所捕捉的图像的图像处理操作，从而形成对应于围绕轴A1的360°全景的图像带，该图像带随后可以被显示在合适的屏幕上。以适用于致使图像彼此的边际交叠的频度来捕捉图像，以便该交叠可被控制单元10检测到并被用于在获取单元1转圈时将这些图像彼此相连。
在本发明的第一实施例中，控制单元10被安排以便控制所述板1和传感器2的旋转，从而捕捉场景的同一部分的至少两个接连图像并将这些图像相加，从而获得具有相同的分辨率的重构图像。这些接连捕捉操作在获取单元1的完整转圈上执行以便获得充足的重构图像。接着从这些重构图像形成图像带。因此，完成帧的累积，这使得改善信噪比成为可能。
在本发明的第二实施例中，控制单元10被安排以控制所述板11和传感器2的旋转，从而捕捉同一场景部分的接连图像并将这些图像的像素相加，从而获得具有较低分辨率的重构图像。例如，对于在获取之后的处理操作，重构的图像的每个像素是接连图像的4个像素相加的结果。这些操作在获取单元1的完整转圈上执行以便获得充足的重构图像。接着，从这些重构图像形成图像带(称为E-bining方法)。
优选地，控制单元10被安排以便根据这两个实施例起作用，并例如根据摄影条件选择所述实施例。当积分时间很长时(例如当温度低时在红外中)使用这些实施例。
当然，本发明不限于所描述的实施例，而是涵盖落在由所附权利要求限定的本发明的范围内的任何变型。
具体而言，光电系统可以包括仅一个旋转板。
本发明适用于任何光电监视系统，无论波长如何，例如在可见域和红外中。
有利地，所述这些板还被用于提供变焦镜的光学稳定化。
所述变焦镜可具有比图2所示的变焦镜更加复杂或更加简单的光学方案。
Claims (5)
1.一种光电监视系统，包括包含被安装在变焦镜之后的至少一个传感器的获取单元、以及控制单元，所述变焦镜具有以会聚射线定义了至少一个第一空间的在前的一组可移动的透镜以及在后的一组固定透镜，所述控制单元被连接到所述获取单元和旋转光学元件，所述旋转光学元件被安排成围绕第一轴旋转并被固定到由所述控制单元控制的驱动部件，以便独立于所述获取单元的围绕所述第一轴的移动地来修改由所述传感器察觉到的场，其中，所述光学元件是安装在所述第一空间中以便围绕所述第一轴旋转的第一透明板，并且所述驱动部件被安排成在两个对向的方向中旋转所述第一光学板，所述获取单元被安装成在第二旋转方向上围绕与所述第一轴平行的第二轴转动，并且所述控制单元被安排成控制所述获取单元，从而在所述获取单元围绕所述第二轴和所述驱动部件旋转期间在运行中捕捉图像，因而在获取至少一个图像的时间期间保持所述传感器所察觉到的场的恒定。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一和第二轴是基本上垂直的。
3.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述一组固定透镜以会聚射线限界了至少第二空间，在所述第二空间中至少一个第二透明板被安装以便围绕第三轴转动并且被固定到驱动部件，所述驱动部件被安排为在两个对向的方向上旋转所述第二透明刀片并由所述控制单元进行控制以便独立于所述获取单元围绕所述第三轴的移动地来修改由所述传感器察觉到的场，所述第三轴基本上垂直于所述第二轴。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制单元被安排成控制所述板和所述传感器的旋转，从而捕捉同一场景部分的至少两个接连图像并将这些图像相加，从而获得具有与所述接连图像相同的分辨率的重构图像。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制单元被安排成控制所述板和所述传感器的旋转，从而捕捉同一场景部分的接连图像。
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