CN106471801A - 夜视装置 - Google Patents

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Abstract

一种夜视装置，包括第一感光芯片，第一镜头组(101)，第一显示屏，影像处理系统，以及用于通过调整第一镜头组的光学变焦和/或影像处理系统的数码变焦倍数来调整第一感光芯片的成像范围的控制系统，还包括辅助照明模块(103)，其包括辅助光源和导光腔体，辅助光源至少能够发出红外光，辅助光源发出的光线通过导光腔体发射出去，导光腔体具有活动调节部件，用于采用手动的方式或由控制系统自动控制的方式调整发射光线的照射范围，该照射范围与第一感光芯片的成像范围相适配。依据本发明的夜视装置能够在硬件水平不变的情况下，提高夜视距离和成像质量。

Description

夜视装置 技术领域
本发明涉及光学技术领域，具体涉及一种夜视装置。
 背景技术
夜视装置在探险、野外勘探、军事等领域有广泛的应用。
早期的夜视装置不具有辅助光源，采用的是热成像的方法，利用对黑体辐射的波长的感应，获得热成像图像，并通过显示器转化为人眼可见的图像。这一时期的装置需要采用复杂的冷却手段，尺寸较大，夜视距离较短。
随着感光芯片技术和发光二极管（LED）照明技术的进步，已出现采用红外LED作为辅助光源的夜视装置。其一般采用望远镜头，利用感光芯片成像并显示在液晶显示屏（LCD）上，辅助光源一般采用固定的出光结构。如果希望改善夜视装置的成像质量，需要增加感光芯片的分辨率，但这通常会降低灵敏度，导致夜视距离的缩短。如果通过变焦来增加夜视距离，则辅助光源需要具有相应的照明距离，这需要增加灯的数量，以加大照明能量，但是当焦距变短时将会导致能量的浪费。
 发明内容
依据本发明提供一种夜视装置，包括至少能够感应红外光的第一感光芯片，用于成像到第一感光芯片上的第一镜头组，用于显示第一感光芯片采集的影像的第一显示屏，以及用于通过光学变焦和/或数码变焦调整第一感光芯片的成像范围的控制系统，还包括辅助照明模块，其包括辅助光源和导光腔体，辅助光源至少能够发出红外光，辅助光源发出的光线通过导光腔体发射出去，导光腔体具有活动调节部件，用于采用手动的方式或由控制系统自动控制的方式调整发射光线的照射范围，该照射范围与第一感光芯片的成像范围相适配。
依据本发明的夜视装置，由于通过手动或自动调整导光腔体的活动调节部件，将辅助光源的照射范围调整为与感光芯片的成像范围相适配，使得辅助光源的能量被充分而有效地利用在需要成像的景物上，能够在硬件水平（感光芯片的分辨率以及辅助光源的照明能力）不变的情况下，提高夜视距离和成像质量。
以下结合附图，对依据本发明的具体示例进行详细说明。
附图说明
图1是实施例1的夜视装置的正面示意图；
图2是实施例1的夜视装置的背面示意图；
图3是实施例1中辅助照明模块的一种结构示意图；
图4是实施例1中辅助照明模块的另一种结构示意图；
图5是实施例2的夜视装置的正面示意图；
图6是实施例2的夜视装置的背面示意图；
图7是实施例3的夜视装置的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
依据本发明的夜视装置的一种实施方式可参照图1和图2，包括第一感光芯片，第一镜头组101，第一显示屏102，影像处理系统，控制系统和辅助照明模块103。其中，第一感光芯片，影像处理系统和控制系统容纳于夜视装置的机体104中。
第一感光芯片至少能够感应红外光。例如，可采用普通的高分辨率感光芯片，即一般数码相机所使用的感光芯片，这种感光芯片能够感应宽泛的光谱范围，包括红外光和可见光，同时其高分辨率也使得数码变焦具有应用的价值。
第一镜头组用于成像到第一感光芯片上，可采用具有固定放大倍数的定焦镜头组，也可采用放大倍数可调的变焦镜头组。优选地，第一镜头组还可以具有自动对焦的能力，控制系统可以根据观察物的距离以及第一镜头组的变焦倍数自动调整第一镜头组与第一感光芯片之间的焦距。
第一显示屏用于显示第一感光芯片采集的影像。感光芯片感应人眼不可见或弱视的红外光并生成图像数据，再通过显示屏以黑白图像的形式显示出来，从而实现夜视功能。本实施例中，第一显示屏可采用二维液晶显示屏，若仅用于实现夜视，可采用黑白显示屏。
影像处理系统用于处理第一感光芯片采集的影像数据，本实施例中，影像处理系统与第一镜头组中的至少一者具有变焦能力，其中第一镜头组可具有光学变焦能力，影像处理系统可具有数码变焦能力。当然，如所周知，也可以同时具备两种变焦能力。
控制系统包括实现控制功能的逻辑处理器件及其周边电路，通过执行指令来控制夜视装置中的各个组件。本领域技术人员熟知如何配置软件和硬件来实现夜视装置所需要的一般控制功能，例如，控制感光芯片的图像采集以及显示屏的显示，控制电源模块对需要的部件进行供电等。构成控制系统的部件单元可以集中布置在同一物理位置，也可以分散在机体的不同位置，可以由单一的处理器完成全部控制功能，也可以由多个处理器协同完成控制功能。
本实施例中，控制系统至少具有调整光学变焦倍数或数码变焦倍数的控制能力，以调整感光芯片的成像范围。当然，在使用光学变焦时需要第一镜头组具有相应的功能，在使用数码变焦时，需要影像处理系统具有相应的功能。控制系统也可以同时控制光学变焦和数码变焦，以对感光芯片的成像范围进行更大幅度地调整。所称成像范围是指用来显示在显示屏上的有效影像所对应的景物的范围，可以用视场角来描述该范围的大小。如所周知，感光芯片的视场角与焦距（包括光学焦距和数码焦距）负相关，焦距越长，视场角就越小。
辅助照明模块包括能够发出红外光的辅助光源和用于将辅助光源发出的光线引导并发射出去的导光腔体。依据本发明的导光腔体具有活动调节部件，用于采用手动的方式或由控制系统自动控制的方式调整发射光线的照射范围，该照射范围与感光芯片的成像范围相适配。根据前述分析可知，对应于不同的变焦倍数，感光芯片具有不同的成像范围（视场角），因此，通过调整辅助光源的照射范围，使其与成像范围相适配，能更有效地利用辅助光源的能量。所称照射范围与成像范围相适配是指照射范围与成像范围一致或接近一致。例如，在变焦倍数较大时，观察的是视场角较小的远距离物体，可以适当聚焦发出的光线，使该远距离物体被更好地照明。在变焦倍数较小时，观察的是视场角较大的近距离物体，可以适当散开发出的光线，以覆盖整个观察范围。本领域技术人员容易理解，根据已有的调整光路的知识，可以设计不同的活动调节部件来变化导光腔体的光学结构以调整出射光线的照射范围。对导光腔体的结构调整可以通过手动调整活动调节部件来实现，也可以由控制系统在进行变焦或自动对焦控制时，根据当前焦距同步自动调整活动调节部件来实现。
辅助光源可采用例如红外LED，产生的红外光包括可见的红外光和不可见的红外光。所称可见的红外光通常是指波长在800nm到920nm之间的红外光，不可见的红外光是指波长在920nm以上的红外光。在某些实施例中，辅助光源也可用于产生可见光。
对于大多数实际的应用而言，当辅助照明模块与镜头的横向（即垂直于光轴的方向）距离远小于与所观测的对象之间的距离时，可以近似地认为辅助照明模块所发出的光线的光轴与感光芯片的光轴是一致的，因此，在一种实施方式中，可以通过调整光线的发散角，使之与感光芯片在不同焦距下的视场角相匹配，来实现光线的照射范围与成像范围的匹配。本实施例中示出的一种依据本发明的辅助照明模块的具体结构可参考图3，包括用作辅助光源的LED灯板1031和导光腔体。LED灯板上设置有多个红外LED1032。导光腔体内壁具有反光特性，这种反光特性可以通过采用反光材料来制作内壁或在内壁上进行反光镀膜来实现。导光腔体包括连通的集光部1033和导管1034。LED灯板封闭在集光部中，经过与集光部连通的导管向外发射光线。导管用作活动调节部件，其长度能够伸缩。导管的伸缩部分1035可以通过手动方式进行调整，例如，伸缩部分以螺纹耦合方式与固定部分配合，可以通过手动旋转来调节其长度；又如，伸缩部分以紧配合的方式套设在固定部分之内或之外，通过手动拉出或压入来调节其长度。导管的伸缩部分也可以由控制系统进行自动控制，优选地，可采用多面体超声电机来驱动导管的伸缩。所使用的超声电机可采用公开号为CN1873455A，名称为“一种一体化光学设备调焦/变焦系统”的中国专利中所描述的原理和结构。采用超声电机驱动导管，具有精度高，功耗低，无噪声等优点。导管的固定部分可充当超声电机的定子，导管的伸缩部分可充当超声电机的动子或者由动子驱动，导管的伸缩部分采用螺旋运动方式或径向固定轴向运动的方式进行伸缩。控制系统通过控制超声电机的旋转方向即可控制导管的伸长或缩短。显然，若导管伸长，则射出的光线的发散角减小，可用于匹配较小的视场角，若导管缩短，则射出的光线的发散角增大，可用于匹配较大的视场角。优选地，第一镜头组的自动对焦也可采用多面体超声电机来驱动。
本实施例中示出的另一种依据本发明的辅助照明模块的具体结构可参考图4，与图3所示的结构相比，区别在于还包括两个聚光镜头组，其中第一聚光透镜组1036设置在导管的伸缩部分内，第二聚光透镜组1037则固定设置在第一聚光透镜组之前的光路上，例如固定设置在集光部连通导管的位置处。与图3中的结构类似，导管的伸缩同样可采用手动或自动控制的方式。随着导管的伸缩运动，两个透镜组之间产生相对位置变化从而改变出射光线的会聚程度。与图3所示结构相比，由于增加使用了两个透镜组，使得调整光线出射角度的能力更强，能够实现高性能的辅助照明。
本实施例中，第一显示屏采用黑白LCD，在其他实施例中，第一显示屏也可采用彩色LCD，第一感光芯片还能够感应可见光。在这种情况下，夜视装置还可包括活动式红外滤光片，其设置于第一感光芯片与第一镜头组之间，能够在垂直于第一镜头组的光轴的方向上移动，使得在光线适合的情况下，夜视装置也可用于获取彩色影像，以扩展适用的场景。例如，在白天或光强足够时（可由控制系统通过测光元件进行判断），控制红外滤光片置于感光芯片与镜头组之间，此时夜视装置处于彩色工作模式，获得并显示彩色图像；而在晚上或光强不够时，控制红外滤光片从第一镜头组的光路上移开，此时夜视装置处于红外工作模式，获得并显示黑白图像。
在某些实施例中，夜视装置还可包括存储模块，用于储存感光芯片采集的影像。例如可采用可插拔的闪存存储器，硬盘存储器以及磁记忆体存储器等。
在某些实施例中，夜视装置还可包括无线通信模块，以通过各种适当的无线通信方式与远程实体进行数据传输，例如传输感光芯片采集的影像或者与影像有关的信息等。所称无线通信方式包括但不限于2G/GPRS/3G/4G、WiFi、蓝牙、2.4G、WiMax等标准或专用通信方式。
实施例2
依据本发明的夜视装置的另一种实施方式可参照图5和图6，与实施例1相比，主要区别在于具有两套镜头组和感光芯片。实施例1可看作一种单筒夜视装置，本实施例则提供一种双筒夜视装置，具体包括第一感光芯片，第二感光芯片，第一镜头组201，第二镜头组205，第一显示屏202，第二显示屏206，第三显示屏207，影像处理系统，控制系统和辅助照明模块203。其中，第一感光芯片，第二感光芯片，影像处理系统和控制系统容纳于夜视装置的机体204中。
本实施例中，与第一感光芯片，第一镜头组，第一显示屏，影像处理系统及辅助照明模块相关的描述可参考实施例1，与第二感光芯片，第二镜头组及第二显示屏相关的描述与第一感光芯片，第一镜头组及第一显示屏类似。第三显示屏为立体显示屏，用于将第一感光芯片和第二感光芯片采集的影像合成为立体影像进行显示。本实施例中的控制系统除了执行实施例1中描述的功能以外，还用于同步调整第一感光芯片和第二感光芯片的成像范围，并执行与三维(3D)成像相关的计算和控制功能。由于具有二维和三维两套显示屏，本实施例夜视装置可具有两种不同的使用模式，即头戴使用模式和手持使用模式。在头戴使用模式下，控制系统打开第一显示屏和第二显示屏，关闭第三显示屏，这种情况下，夜视装置可以佩戴在使用者头部（夜视装置可具有类似于头套的外形），使用者将第三显示屏向上掀起，双眼分别观看第一显示屏和第二显示屏，通过双眼的视觉产生立体影像，这种使用模式可用于野外或水下活动。在手持使用模式下，使用者将第三显示屏放下，控制系统关闭第一显示屏和第二显示屏，打开第三显示屏，直接显示3D影像。
在其他实施例中，可以只设置两个二维显示屏而省去立体(stereo)显示屏，两个二维显示屏分别用于显示第一感光芯片和第二感光芯片采集的影像，在此情况下，夜视装置也可具有不同的使用方式，即头戴式使用和手持式使用。在其他实施例中，也可以只设置一个立体显示屏，用于将第一感光芯片和第二感光芯片采集的影像合成为立体影像进行显示。
为扩展夜视装置的使用价值，优选地，控制系统还可以具有空间计算功能，即用于根据第一感光芯片和第二感光芯片采集的影像之间的关系，计算影像点相对于夜视装置的空间位置。进一步优选地，夜视装置还可包括卫星定位模块，例如GPS定位模块，用于获取夜视装置自身的位置信息，控制系统还用于根据夜视装置自身的位置信息以及影像点相对于夜视装置的空间位置，计算影像点的位置信息。通过将三维测距与卫星定位相结合，可实现通过夜视装置远程测量被观察物的位置坐标，具有广阔的应用价值，例如可用于航空拍摄，地图标示，野外营救，空降等。
本实施例中的夜视装置同样可具有存储模块及通信模块等扩展功能，不再赘述。
实施例3
依据本发明的夜视装置的另一种实施方式可参照图7，与实施例1相比，主要区别在于具有外接的望远镜头。本实施例夜视装置包括第一感光芯片，第一镜头组301，第一显示屏(未图示)，影像处理系统，控制系统，辅助照明模块303，连接套筒308和望远镜头309。其中，第一感光芯片，影像处理系统和控制系统容纳于夜视装置的机体304中。
本实施例中，与第一感光芯片，第一镜头组，第一显示屏，影像处理系统，控制系统及辅助照明模块相关的描述可参考实施例1。连接套筒可采用橡皮或塑胶制成，用于将望远镜头连接在第一镜头组上以增加变焦倍数。连接套筒套接望远镜头的一端可配置为不同的尺寸，以便于将不同规格或不同用途的望远镜头连接在第一镜头组上，从而扩展夜视装置的使用范围。所使用的望远镜头例如可以是普通望远镜，或者天文望远镜，或者枪瞄望远镜等，不仅可以用于辅助夜间的瞄准，也可用于辅助白天的瞄准。本实施例中，第一镜头组优选具有高精度的自动对焦能力，以适应套接望远镜头后的对焦精度要求，采用多面体超声电机驱动的自动对焦将能满足这一需求。
本实施例夜视装置进一步优选包括激光测距器，激光测距器的激光发射导管310设置于望远镜头中，激光的光轴与望远镜头的光轴平行，该激光测距器用于测量影像中心点与夜视装置之间的距离。激光测距器的激光检测器可设置于夜视装置的机体内，从激光发射导管发出的激光可标识出瞄准点，并经目标物体反射后被激光检测器检测到，夜视装置的控制系统可以根据激光发射和接收的时间差计算出夜视装置与激光标识出的瞄准点之间的距离。在某些应用中，了解目标的距离将有利于进行弹道的计算。
需要说明的是，本实施例夜视装置外接的望远镜头以及激光测距器也可以与实施例2中的夜视装置配合，相应地将单筒连接套筒更换为双筒连接套筒即可（激光测距器可仅设置一个），以扩展双筒夜视装置的变焦倍数和望远距离，同时，将双筒夜视装置与激光测距器相结合，可以更好地确定观测点的位置和距离。
以上应用具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，应该理解，以上实施方式只是用于帮助理解本发明，而不应理解为对本发明的限制。依据本发明的夜视装置可以被配置为各种不同的形态和用途，例如作为普通夜视镜，枪瞄夜视镜，消防用夜视镜、采矿用夜视镜，军用夜视仪等，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，可以对上述具体实施方式进行变化。

Claims (13)

  1. 一种夜视装置，其特征在于，包括，
    第一感光芯片，至少能够感应红外光；
    第一镜头组(101,201,301)，用于成像到第一感光芯片上；
    第一显示屏(102,202)，用于显示第一感光芯片采集的影像；
    影像处理系统，用于处理第一感光芯片采集的影像数据；所述影像处理系统具有数码变焦能力，和/或，第一镜头组具有光学变焦能力；
    控制系统，用于通过调整第一镜头组的光学变焦和/或影像处理系统的数码变焦倍数来调整第一感光芯片的成像范围；
    所述夜视装置还包括，
    辅助照明模块(103,203,303)，包括辅助光源和导光腔体，所述辅助光源至少能够发出红外光，所述辅助光源发出的光线通过所述导光腔体发射出去，所述导光腔体具有活动调节部件，用于采用手动的方式或由所述控制系统自动控制的方式调整发射光线的照射范围，所述照射范围与第一感光芯片的成像范围相适配。
  2. 如权利要求1所述的夜视装置，其特征在于，
    第一镜头组还具有自动对焦能力，所述控制系统还用于根据观察物的距离以及第一镜头组的变焦倍数自动调整第一镜头组与第一感光芯片之间的焦距。
  3. 如权利要求1所述的夜视装置，其特征在于，
    所述导光腔体内壁具有反光特性，所述导光腔体包括连通的集光部(1033)和导管(1034)，所述辅助光源封闭在所述集光部中，经过与集光部连通的导管向外发射光线，所述导管用作所述活动调节部件，其长度能够伸缩。
  4. 如权利要求3所述的夜视装置，其特征在于，
    所述导管的伸缩部分(1035)内还设置有第一聚光透镜组(1036)，第一聚光透镜组之前的光路上还设置有固定的第二聚光透镜组(1037)。
  5. 如权利要求2或3或4所述的夜视装置，其特征在于，
    所述导管的伸缩采用多面体超声电机驱动。
  6. 如权利要求1所述的夜视装置，其特征在于，
    还包括活动式红外滤光片，设置于第一感光芯片与第一镜头组之间，能够在垂直于第一镜头组的光轴的方向上移动；
    第一感光芯片还能够感应可见光。
  7. 如权利要求1所述的夜视装置，其特征在于，还包括，
    第二感光芯片，至少能够感应红外光；
    第二镜头组(205)，用于成像到第二感光芯片上；
    所述控制系统同步调整第一感光芯片和第二感光芯片的成像范围；
    第一显示屏为立体显示屏，用于将第一感光芯片和第二感光芯片采集的影像合成为立体影像进行显示。
  8. 如权利要求1所述的夜视装置，其特征在于，还包括，
    第二感光芯片，至少能够感应红外光；
    第二镜头组(205)，用于成像到第二感光芯片上；
    所述控制系统同步调整第一感光芯片和第二感光芯片的成像范围；
    第一显示屏(202)为二维显示屏，所述夜视装置还包括第二显示屏(206)，第二显示屏为二维显示屏，用于显示第二感光芯片采集的影像。
  9. 如权利要求8所述的夜视装置，其特征在于，
    所述夜视装置还包括第三显示屏(207)，第三显示屏为立体显示屏，用于将第一感光芯片和第二感光芯片采集的影像合成为立体影像进行显示，
    所述夜视装置具有头戴使用模式和手持使用模式，所述控制系统在头戴使用模式下，控制打开第一显示屏和第二显示屏，关闭第三显示屏，在手持使用模式下，控制关闭第一显示屏和第二显示屏，打开第三显示屏。
  10. 如权利要求7或8或9所述的夜视装置，其特征在于，
    所述控制系统还用于根据第一感光芯片和第二感光芯片采集的影像之间的关系，计算影像点相对于所述夜视装置的空间位置。
  11. 如权利要求10所述的夜视装置，其特征在于，
    还包括卫星定位模块，用于获取所述夜视装置自身的位置信息；
    所述控制系统还用于根据所述夜视装置自身的位置信息以及影像点相对于所述夜视装置的空间位置，计算影像点的位置信息。
  12. 如权利要求1所述的夜视装置，其特征在于，还包括连接套筒(308)和望远镜头(309)，所述连接套筒用于将望远镜头连接在镜头组上以增加变焦倍数。
  13. 如权利要求12所述的夜视装置，其特征在于，还包括激光测距器，所述激光测距器的激光发射导管(310)设置于所述望远镜头中，激光的光轴与所述望远镜头的光轴平行，所述激光测距器用于测量影像中心点与所述夜视装置之间的距离。
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