CN108120990B - 一种提高距离选通夜视仪测距精度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种可提高距离选通激光夜视仪测距精度的方法，所述方法结合图像框选区域灰度进行，将目标相同灰度时出现在画面中的最近距离和最远距离之间的时间差换算成照明宽度，然后结合距离调节过程中灰度对称分布，将框选区域目标距离进行进一步精确处理以得到目标的精确距离，提高了选通设备观察目标同时的测距精度，降低了测距对准难度，是一种有效的提高距离选通设备自带测距功能测距精度的有效方法。

Description

一种提高距离选通夜视仪测距精度的方法
技术领域
本发明涉及一种提高距离选通夜视仪测距精度的方法，属于激光夜视仪成像加目标测距系统领域。
背景技术
目前用于激光夜视仪的测距方法主要有两种，一种是采用外置专门的测距设备；另一种是采用脉冲激光照明成像的距离选通设备，因为是采用脉冲激光照明因此也具有一定的测距能力。第一种测距设备由于是专门的测距仪，因此测距精度较好，测量距离最远可到几十公里，但是由于是外置设备，因此与激光夜视仪的成像设备分属于两个系统，测距仪的 激光波长范围通常为近红外1000nm波段以上，而且是脉冲激光，因此激光夜视仪成像部分无法观测到该波段，而且是单脉冲或几个脉冲光测距，即使成像能够覆盖该波段，测距脉冲激光也无法保证足够的能量使成像设备在视场中观测到该测距光斑，因此无法判断测距目标是否正确。通常条件下，只能调节到在一定距离上测距仪的中心与成像设备的视场中心对准，而且通常测距仪的测距光斑要远小于成像视场范围，因此不能够保证不同距离上的目标测距数据的准确性，同时有多个不同距离目标同时存在于视场中时，也不能保证测距光斑一定是对准在希望的目标上。
第二种距离选通激光夜视仪由于采用脉冲激光照明，因此在兼顾照明成像的同时，还具有一定的测距能力，但是由于要保证远距离目标返回的光能够保证成像，一是光斑会比较大，要尽可能的覆盖视场范围，另一个是激光脉冲宽度会比较宽，尤其在远距离观测目标时需要几百米到上千公里的脉冲宽度以保证足够的亮度，这就相当于距离选通夜视仪的测距标尺的精度在几百米到上千公里，因此在很多场合无法满足对精确测距的要求。
激光距离选通技术是脉冲激光补光照明，成像采用门控电子快门选通摄像机配合成像，如图1所示为激光脉冲与选通门示意图，脉冲激光与门控摄像机重复频率相同均为T，激光脉冲宽度与门控摄像机电子快门宽度相同t1，通过调节脉冲激光发射与电子快门开启之间的时间差ΔT，来获得不同距离上目标物反射光，从而对不同距离目标选择成像的一种技术。
图中ΔT为激光出射到激光返回所用时间，众所周知，由于光速约为定值C，因此目标距离=
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE001
；假设目标距离为15km，光速约为3×108m/s，那么延迟时间即为100μs。
选通的测距精度：激光距离选通夜视仪通常是不同距离连续可调的。根据实际需要近距离监控约为几百米，距离选通能够消除后向散射成像，主要是门控摄像机开门时，非目标上的反射激光不被成像设备所接收，因此脉冲宽度要远比与目标之间的距离小才能达到较好的效果。脉冲激光受限于目前电源及激光器，峰值功率上千瓦的人眼不可见半导体激光器的脉冲激光的上升沿通常为500ns以上，考虑到照明需要在峰值保持一段时间，最少也要为500ns，那么脉冲宽度即为1μs，即激光脉冲宽度为300米。如果观测距离为十几公里，那么脉冲宽度还要增加，才能有足够的返回激光能量以保证正常激光照明成像。也即是目标测距精度最高约为300米。
对于很多应用场合，不仅需要激光距离选通能够看的远，而且要得到目标的更加精确的距离信息。目前常用的方法是在选通夜视仪上额外添加一套测距设备，测距设备的激光束通常较小，在选通夜视仪成像画面中测距光斑较小时，存在对准困难的问题，因为测距激光能量较弱，成像上无法观测到测距光斑的位置，另外由于是两个不同的系统，选通成像视场中心与测距设备光斑中心的对准只能在一定距离上来保证，同时，由于需要事先调节两个中心的对准，因此也会存在失去对准的可能。多个目标同时存在于视场中，并且在同一画面中间隔距离不是很远时，要想区分其距离就比较困难。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种提高距离选通夜视仪测距精度的方法，该方法可以提高距离选通夜视仪的测距精度和测距易用性。
为了解决所述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种提高距离选通夜视仪测距精度的方法，包括以下步骤：S01）、基于距离选通夜视仪的可调节延迟时间来得到目标成像的距离范围，延迟时间与选通距离的关系为：L=
Figure 697903DEST_PATH_IMAGE001
，式中L为选通距离，单位为米，ΔT为延迟时间，单位为秒，C为光速，单位为米每秒，延迟时间有一个可以调节的范围，所以延迟时间对应了目标成像的距离范围；S02）、选定需要测距的目标；S03）、在目标成像的距离范围内逐渐调节距离选通夜视仪的选通距离，并在调节过程中分析测距目标的图像灰度值，获取多组点对，每组点对包括两个图像灰度值相同的点，获取这两个点对应的选通距离并求取此两个点对应选通距离的中值，以此类推，求取其余点对对应的选通距离的中值，求取中值的平均值，此平均值即为需要测距目标的精确距离值。
本发明所述提高距离选通夜视仪测距精度的方法，通过在距离选通夜视仪的视频画面中框选需要测距的目标。
本发明所述提高距离选通夜视仪测距精度的方法，步骤S03中，在目标成像的距离范围内按从小到大的方向调节距离选通夜视仪的选通距离。
本发明所述提高距离选通夜视仪测距精度的方法，本方法基于距离选通夜视仪实现，该距离选通夜视仪激光发生器的脉冲宽度小于目标距离。
本发明的有益效果：本发明所述测距方法通过分析图像灰度确定目标的距离，可以提高距离选通夜视仪的测距精度，同时避免了采用专门的激光测距仪的测距复杂性，提高测距易用性。
附图说明
图1为激光脉冲与选通门示意图；
图2为距离选通夜视仪不同距离目标选择成像截图；
图3为选通距离调节过程中测距目标的灰度变化图；
图4为照明范围覆盖示意图；
图中：1、激光，2、观测目标。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的限定。
基于脉冲激光照明的距离选通夜视仪，可以选择同一画面中的不同距离上的可视目标的反射光线成像，如图2所示，因此具备了一定的测距能力。画面中场景中的主动发光目标“灯”在画面中的位置不变，都是位于图像左下角的圆形发光点，说明为同一个可视画面。当调节距离不同时（图2中左上角最下面一行第一项就是画面中最亮目标的大约距离），画面中不同距离上的目标会显现在视场画面中，不在该距离上的非发光目标则不会出现在画面中。图中脉冲激光照明范围为1200m，左侧的塔可以在光斑中心移动3600米到4600米范围内始终存在于画面中，因此可以在很大一段范围内观测到有塔，而当距离为6300米左右时，脉冲激光的范围已经无法覆盖到4000米左右的塔，因此塔就不会再显现在画面中。
由此可以看出距离选通夜视仪基于脉冲激光和延时成像可以通过延时推算距离，而且画面中看到目标即表示目标在该距离范围内，比传统测距和成像分开的系统更加直观，方便。但是激光宽度范围较大，测距精度不是很精确。
基于此，本实施例提出一种提高距离选通夜视仪测距精度的方法，包括以下步骤：S01）、基于距离选通夜视仪的可调节延迟时间来得到目标成像的距离范围，延迟时间与选通距离的关系为：L=
Figure 349464DEST_PATH_IMAGE002
，式中L为选通距离，单位为米，ΔT为延迟时间，单位为秒，C为光速，单位为米每秒，延迟时间有一个可以调节的范围，所以延迟时间对应了目标成像的距离范围；S02）、选定需要测距的目标；S03）、在目标成像的距离范围内逐渐调节距离选通夜视仪的选通距离，并在调节过程中分析测距目标的图像灰度值，获取多组点对，每组点对包括两个图像灰度值相同的点，获取这两个点对应的选通距离并求取此两个点对应选通距离的中值，以此类推，求取其余点对对应的选通距离的中值，求取中值的平均值，此平均值即为需要测距目标的精确距离值。
之前的选通测距方法中，选定测距目标然后调节选通距离，选通距离为从近到远，让目标开始近距离出现到远距离光斑移出，目标亮度会经历一个从暗到亮再到暗的过程，当调节选通距离使其与测距目标到夜视仪的实际距离相等时，目标亮度最大，因此找出亮度最大的点，然后获取其对应的选通距离即可。本实施例中，是通过图像灰度分析亮度，目标亮度最大时，其成像为白茫茫一片，无法进行灰度分析，因此不能直接得出亮度最大的点。本方法利用灰度图像对称分布的事实，如图3所示，为选通距离调节过程中，测距目标的灰度变化图；点P为亮度最大点，其灰度值也最大，点P两边的点以点P所在的竖直线为对称轴对称分布，我们只需要在点P两边取一组对称分布的点对，求取点对应选通距离的中值，该中值即为需要测距目标的精确距离值。为了精确，可以在点P两边取多组对称分布的点对，求取多组点对应选通距离中值的平均值，该平均值即为需要测距目标的精确距离值。
本实施例中，通过在距离选通夜视仪的视频画面中框选需要测距的目标。步骤S03中，在目标成像的距离范围内按从小到大的方向调节距离选通夜视仪的选通距离。
本实施例中，本方法基于距离选通夜视仪实现，该距离选通夜视仪激光发生器的脉冲宽度小于目标距离。
灰度图像是一种具有从黑到白256级灰度色阶或等级的单色图像。该图像中的每个像素用8位数据表示，因此像素点值介于黑白间的256种灰度中的一种。该图像只有灰度等级，而没有颜色的变化。
如图4所示，激光为发散状脉冲光段，激光刚与目标物接触为t1，当光段离开为t2，那么激光覆盖目标的宽度为t2-t1。根据图像灰度等级为256，可以对画面分256×2段，那么脉冲激光宽度可以被分为512个段，忽略激光脉冲上升沿和下降沿的影响，假设脉冲宽度为768米，那么激光在灰度分级后可以将脉冲宽度细分为512份，每份为1.5米，那么测距精度即可以从768米提高到1.5米。考虑到图像细分可能带来的误差，至少可以到十米左右的精度。对于可以观测十公里的距离选通夜视仪来说，目标测距精度在十米左右，误差为±0.1%已经完全可以替代外加测距系统。可以降低测距成本，同时提高测距易用性，可以实现对可视目标的精确测距。
以上描述的仅是本发明的基本原理和优选实施例，本领域技术人员根据本发明作出的改进和替换，属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种提高距离选通夜视仪测距精度的方法，其特征在于：包括以下步骤：S01）、基于距离选通夜视仪的可调节延迟时间来得到目标成像的距离范围，延迟时间与选通距离的关系为：L=
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，式中L为选通距离，单位为米，ΔT为延迟时间，单位为秒，C为光速，单位为米每秒，延迟时间有一个可以调节的范围，所以延迟时间对应了目标成像的距离范围；S02）、选定需要测距的目标；S03）、在目标成像的距离范围内逐渐调节距离选通夜视仪的选通距离，并在调节过程中分析测距目标的图像灰度值，获取多组点对，每组点对包括两个图像灰度值相同的点，获取这两个点对应的选通距离并求取此两个点对应选通距离的中值，以此类推，求取其余点对对应的选通距离的中值，求取中值的平均值，此平均值即为需要测距目标的精确距离值。
2.根据权利要求1所述的提高距离选通夜视仪测距精度的方法，其特征在于：通过在距离选通夜视仪的视频画面中框选需要测距的目标。
3.根据权利要求1所述的提高距离选通夜视仪测距精度的方法，其特征在于：步骤S03中，在目标成像的距离范围内按从小到大的方向调节距离选通夜视仪的选通距离。
4.根据权利要求1所述的提高距离选通夜视仪测距精度的方法，其特征在于：本方法基于距离选通夜视仪实现，该距离选通夜视仪激光发生器的脉冲宽度小于目标距离。
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