CN108134897A - 一种微光夜视成像结构及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微光夜视成像结构及其应用，包括壳体以及设置在壳体内部的物镜、红外截止滤光片切换器、快速切换控制器、成像芯片、图像处理器、显示屏、目镜；所述物镜、红外截止滤光片切换器与成像芯片沿光线入射方向依次设置在同一光轴上；物镜采用可见与近红外共焦的镜头，且物镜的每一个镜片上都镀设有可见与近红外宽带增透膜；快速切换控制器与红外截止滤光片切换器、成像芯片电性相连；成像芯片与图像处理器电性相连，图像处理器能将从彩色成像图像中取得的图像各个点的色彩信息渲染至红外黑白成像图像中进而得到合成图像；图像处理器与显示屏电性相连，用以将合成图像传输至显示屏上进行显示。本发明能够采集到清晰度高的图像。
Description
技术领域
本发明涉及微光夜视成像结构领域，特别是一种微光夜视成像结构及其应用。
背景技术
现有主流的微光夜视仪如图1所示，图中，101为物镜，102为图像增强器、103为高压包、104为电池、105为目镜，其主要是核心部件是微光图像增强器，它是一种砷化镓负电子亲和势光电阴极、电子光光学部件、显示装置组成的光电真空器件。微光夜视仪的物镜将景物反射的微弱光汇聚到图像增强器的光电阴极上，光电阴极激向外发射电子，并经高压放大后在显示面形成图像，然后人眼通过目镜看图像增强器显示面的图像。这种微光图像增强器需要高真空、高电压技术，技术复杂，成本高，且图像清晰度不高，对比度低，且不是彩色的。还有一个致命弱点是当有稍强的光进入物镜时，会造成图像增强器烧坏，或经过图像增强器增强的图像过亮而损伤观察者的眼睛。
其次，还有一种微光夜视仪如图2所示，图中，201为物镜，202为CCD，203为图像处理器、204为显示屏、205为目镜，该夜视仪是采用制冷CCD成像然后再经信号放大，电子处理后显示的微显示屏上，人眼再通过目镜看显示屏上的图像。如专利：CN200810051438.7.这种方式，图像采集只有可见光，如果在照度很低的环境下，本身物镜成像在CCD上的图像信号就非常弱，图像信号增强放大的有限。对于较低照度的环境，不能很好有效观察到，且成像的清晰度，对比度不高。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提出一种微光夜视成像结构及其应用，能够采集到清晰度高的夜视图像。
本发明采用以下方案实现：一种微光夜视成像结构，包括壳体以及分别安装在壳体上的物镜、红外截止滤光片切换器、快速切换控制器、成像芯片、图像处理器、显示屏和目镜；
所述物镜、红外截止滤光片切换器与成像芯片沿光线入射方向依次设置在同一光轴上；
所述物镜采用可见与近红外共焦的镜头，且所述物镜的每一个镜片上都镀设有可见与近红外宽带增透膜，使得所述物镜能够同时采集可见光与近红外光；
所述快速切换控制器与所述红外截止滤光片切换器电性相连，用以控制所述红外截止滤光片切换器快速切换滤镜使得通过红外截止滤光片切换器的光线交替为经过滤掉近红外光的可见光或未经过滤的近红外光与可见光；所述快速切换控制器与成像芯片电性相连，使得成像芯片接收通过所述红外截止滤光片切换器的光线后快速交替形成彩色成像图像和红外黑白成像图像；
所述成像芯片与所述图像处理器电性相连，所述图像处理器能将从彩色成像图像中取得的图像各个点的色彩信息渲染至与彩色成像图像紧邻时刻拍摄的红外黑白成像图像中进而得到合成图像；所述图像处理器与所述显示屏电性相连，用以将所述合成图像传输至显示屏上进行显示；
所述显示屏的显示面设置在所述目镜的入光方向上，并与所述目镜位于同一光轴上。
进一步地，所述成像芯片为CMOS成像芯片，能生成彩色成像图像或红外黑白成像图像。
在本发明中，将物镜设计成可见和近红外(800-1100nm)共焦的镜头，且物镜的每一个镜片都镀上了可见与近红外宽带增透膜，物镜同时采集可见和近红外光，且可见和近红外光分别成像在成像芯片上，因此成像芯片能够得到的红外黑白成像图像可以成黑白、亮度高、图像细节清晰的图像，而可见光很弱时可以在成像芯片成很暗的彩色成像图像。同时，本发明采用可见+近红外一体的成像芯片(现在常的CMOS成像芯片都具备此功能)，特别是采用低照度效果好的芯片，如Sony的IMX291,IMX185,IMX377等，在成像芯片前再加上能快速切换的红外截止滤光片切换器(IR-Cut切换器)，通过快速切换控制器控制的红外截止滤光片切换器(IR-Cut切换器)过滤近红外光或不工作，同时也控制成像芯片在彩色模式与黑白模式之间切换，使得成像芯片采集到的图像能够在彩色图像和红外黑白图像之间快速切换；而在图像处理器中，采用现有的图像处理算法从彩色成像图像取得图像各个点的色彩信息，然后在红外成的黑白成像图像上渲染出彩色的效果，以得到亮度高，清晰度好的合成图像，并输出到显示屏，最后通过目镜看到亮度高、清晰度好的图像。
进一步地，所述快速切换控制器为受到外部触发能够同时控制红外截止滤光片切换器与图像处理器工作的触发控制器，可以采用市场上能够买到的标准件；所述图像处理器的型号包括Hi3518、Hi3519或者TI公司的图像处理芯片等。
进一步地，所述壳体外还设置有用以增强红外黑白成像图像的成像效果的红外光源。例如在夜晚进行图像采集时采用940nm光源，这个波长的光肉眼是看不到的，但对红外成像是可以作照明的，使得成像芯片能够采集到清晰度更好的夜视图像。
进一步地，所述壳体外还设置有用来测量被观察物离物镜距离的激光测距仪，所述激光测距仪与所述图像处理器电性相连，用以通过数据接口协议将距离测量数据传输至图像处理器，并在显示屏上进行显示。通过将距离测量数据在显示屏上进行显示，使用者就能够同时通过目镜看到测距仪所测得被观察物离观察者的距离。
进一步地，所述壳体内还设置有与所述图像处理器电性相连的用以接收并存储所述图像处理器传输来的图像存储卡。
进一步地，所述壳体内还设置有与所述图像处理器电性相连的无线传输模块，所述无线传输模块还与所述后台终端通信相连，用以将所述图像处理器中的图像信息传输至所述后台终端或接收后台终端发送来的文字或图像信息，并将其显示在所述显示屏上。当使用者通过该结果采集图像并传输到控制指挥控制中心后，指挥控制中心也可通过无线传输发送信息并在显示屏上显示出来，使用者就可接收看到指挥控制中心传来的图像和文字信息和指令。
进一步地，所述壳体外套设有用以在壳体掉落时起到减震缓冲作用的气囊层。当使用者在户外或野外进行观察作业时，由于外壳设置了气囊层，能够防止壳体掉落惊扰到观察对象。
进一步地，所述气囊层为可充气气囊层，所述可充气气囊层内部设置有MCU以及与其电性相连的三轴加速度传感器、微型充气泵，用以当MCU接收到三轴加速度传感器检测到的壳体的三轴加速度超过预设的阈值时控制所述微型充气泵对可充气气囊层进行充气。
进一步地，所述图像处理器的型号包括Hi3518、Hi3519或者TI公司的图像处理芯片。
本发明还采用以下方案实现：一种基于上述的微光夜视成像结构的应用，所述微光夜视成像结构能够应用于微光夜视仪。
本发明还采用以下方案实现：一种基于上述的微光夜视成像结构的应用，所述微光夜视成像结构能够应用于微光夜视枪瞄。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：
1、本发明在微光夜视结构中采用可见+近红外一体的CMOS成像芯片，在成像芯片前再加上能快速切换的红外截止滤光片切换器，通过快速切换控制器控制的红外截止滤光片切换器过滤近红外光或不工作，使得成像芯片采集到的图像能够在彩色成像图像和红外黑白成像图像之间快速切换，而在图像处理器中，采用现有的图像处理算法从彩色成像图像取得图像各个点的色彩信息，然后在红外成的黑白成像图像上渲染出彩色的效果，以得到亮度高，清晰度好的合成图像，并输出到显示屏，最后通过目镜看到亮度高、清晰度好的图像。
2、本发明在壳体外还设置有红外光源，用以增强红外黑白成像图像的成像效果，使得成像芯片能够采集到清晰度更好的夜视图像。
3、本发明在壳体外还设置有激光测距仪，其能够通过数据接口协议将距离测量数据传输至图像处理器，并在显示屏上进行显示，通过将距离测量数据在显示屏上进行显示，使用者就能够同时通过目镜看到测距仪所测得被观察物离观察者的距离。
4、本发明在壳体外套设有气囊层，用以在壳体掉落时起到减震缓冲作用，当使用者在户外或野外进行观察作业时，由于外壳设置了气囊层，能够防止壳体掉落惊扰到观察对象。
附图说明
图1为现有技术中的微光夜视仪的示意图1。
图2为现有技术中的微光夜视仪的示意图2。
图3为本发明的微光夜视结构的示意图。
图4为本发明实施例中气囊层工作示意图。
图5为本发明的电路原理示意图。
图中：1为物镜，2为目镜，3为壳体，4为气囊层，5为红外截止滤光片切换器，6为成像芯片，7为图像处理器，8为显示屏，9为快速切换控制器；
101为图1中的物镜，102为图1中的图像增强器、103为图1中的高压包、104为图1中的电池、105为图1中的目镜；
201为图2中的物镜，202为图2中的CCD，203为图2中的图像处理器、204为图2中的显示屏、205为图2中的目镜。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
如图3至图5所示，本实施例提供了一种微光夜视成像结构，包括壳体3以及设置在壳体内部的物镜1、红外截止滤光片切换器5、快速切换控制器9、成像芯片6、图像处理器7、显示屏8、目镜2；
所述物镜1、红外截止滤光片切换器5与成像芯片6沿光线入射方向依次设置在同一光轴上；
所述物镜1采用可见与近红外共焦的镜头，且所述物镜1的每一个镜片上都镀设有可见与近红外宽带增透膜，使得所述物镜能够同时采集可见光与近红外光；
所述快速切换控制器9与所述红外截止滤光片切换器5电性相连，用以控制所述红外截止滤光片切换器快速切换滤镜使得通过红外截止滤光片切换器的光线交替为经过滤掉近红外光的可见光或未经过滤的近红外光与可见光；所述快速切换控制器9与成像芯片6电性相连，使得成像芯片6接收通过所述红外截止滤光片切换器5的光线后快速交替形成彩色成像图像和红外黑白成像图像；
所述成像芯片6与所述图像处理器7电性相连，所述图像处理器7能将从彩色成像图像中取得的图像各个点的色彩信息渲染至与彩色成像图像紧邻时刻拍摄的红外黑白成像图像中进而得到合成图像；所述图像处理器7与所述显示屏8电性相连，用以将所述合成图像传输至显示屏8上进行显示；
所述显示屏8的显示面设置在所述目镜2的入光方向上，并与所述目镜2位于同一光轴上。
在本实施例中，所述成像芯片6为CMOS成像芯片，能生成彩色成像图像或红外黑白成像图像。
在本实施例中，将物镜设计成可见和近红外(800-1100nm)共焦的镜头，且物镜的每一个镜片都镀上了可见与近红外宽带增透膜，物镜同时采集可见和近红外光，且可见和近红外光分别成像在成像芯片上，因此成像芯片能够得到的红外黑白成像图像可以成黑白、亮度高、图像细节清晰的图像，而可见光很弱时可以在成像芯片成很暗的彩色成像图像。同时，本发明采用可见+近红外一体的成像芯片(现在常的CMOS成像芯片都具备此功能)，特别是采用低照度效果好的芯片，如Sony的IMX291,IMX185,IMX377等，在成像芯片前再加上能快速切换的红外截止滤光片切换器(IR-Cut切换器)，通过快速切换控制器控制的红外截止滤光片切换器(IR-Cut切换器)过滤近红外光或不工作，同时也控制成像芯片在彩色模式与黑白模式之间切换，使得成像芯片采集到的图像能够在彩色图像和红外黑白图像之间快速切换；而在图像处理器中，采用现有的图像处理算法从彩色成像图像取得图像各个点的色彩信息，然后在红外成的黑白成像图像上渲染出彩色的效果，以得到亮度高，清晰度好的合成图像，并输出到显示屏，最后通过目镜看到亮度高、清晰度好的图像。
在本实施例中，所述快速切换控制器为受到外部触发能够同时控制红外截止滤光片切换器与图像处理器工作的触发控制器，可以采用市场上能够买到的标准件；所述图像处理器的型号包括Hi3518、Hi3519或者TI公司的图像处理芯片等。
在本实施例中，所述壳体3外还设置有用以增强红外黑白成像图像的成像效果的红外光源。例如在夜晚进行图像采集时采用940nm光源，这个波长的光肉眼是看不到的，但对红外成像是可以作照明的，使得成像芯片6能够采集到清晰度更好的夜视图像。
在本实施例中，所述壳体3外还设置有用来测量被观察物离物镜1距离的激光测距仪，所述激光测距仪与所述图像处理器7电性相连，用以通过数据接口协议将距离测量数据传输至图像处理器7，并在显示屏8上进行显示。通过将距离测量数据在显示屏8上进行显示，使用者就能够同时通过目镜2看到测距仪所测得被观察物离观察者的距离。
在本实施例中，所述壳体3内还设置有与所述图像处理器7电性相连的用以接收并存储所述图像处理器7传输来的图像的存储卡。
在本实施例中，所述壳体3内还设置有与所述图像处理器7电性相连的无线传输模块，所述无线传输模块还与所述后台终端通信相连，用以将所述图像处理器7中的图像信息传输至所述后台终端或接收后台终端发送来的文字或图像信息，并将其显示在所述显示屏8上。当使用者通过该结果采集图像并传输到控制指挥控制中心后，指挥控制中心也可通过无线传输发送信息并在显示屏8上显示出来，使用者就可接收看到指挥控制中心传来的图像和文字信息和指令。
在本实施例中，所述壳体3外套设有用以在壳体3掉落时起到减震缓冲作用的气囊层4。当使用者在户外或野外进行观察作业时，由于外壳设置了气囊层4，能够防止壳体3掉落惊扰到观察对象。
在本实施例中，所述气囊层4为可充气气囊层，所述可充气气囊层内部设置有MCU以及与其电性相连的三轴加速度传感器、微型充气泵，用以当MCU接收到三轴加速度传感器检测到的壳体3的三轴加速度超过预设的阈值时控制所述微型充气泵对可充气气囊层进行充气。
本实施例还提供了一种基于上述的微光夜视成像结构的应用，所述微光夜视成像结构能够应用于微光夜视仪。
本实施例还提供了一种基于上述的微光夜视成像结构的应用，所述微光夜视成像结构能够应用于微光夜视枪瞄。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (10)
1.一种微光夜视成像结构，其特征在于：包括壳体(3)以及分别安装在壳体(3)上的物镜(1)、红外截止滤光片切换器(5)、快速切换控制器(9)、成像芯片(6)、图像处理器(7)、显示屏(8)和目镜(2)；
所述物镜(1)、红外截止滤光片切换器(5)与成像芯片(6)沿光线入射方向依次设置在同一光轴上；
所述物镜(1)采用可见与近红外共焦的镜头，且所述物镜(1)的每一个镜片上都镀设有可见与近红外宽带增透膜，使得所述物镜(1)能够同时采集可见光与近红外光；
所述快速切换控制器(9)与所述红外截止滤光片切换器(5)电性相连，用以控制所述红外截止滤光片切换器快速切换滤镜使得通过红外截止滤光片切换器的光线交替为经过滤掉近红外光的可见光或未经过滤的近红外光与可见光；所述快速切换控制器(9)与成像芯片(6)电性相连，使得成像芯片(6)接收通过所述红外截止滤光片切换器(5)的光线后快速交替形成彩色成像图像和红外黑白成像图像；
所述成像芯片(6)与所述图像处理器(7)电性相连，所述图像处理器(7)能将从彩色成像图像中取得的图像各个点的色彩信息渲染至与彩色成像图像紧邻时刻拍摄的红外黑白成像图像中进而得到合成图像；所述图像处理器(7)与所述显示屏(8)电性相连，用以将所述合成图像传输至显示屏(8)上进行显示；
所述显示屏(8)的显示面设置在所述目镜(2)的入光方向上，并与所述目镜(2)位于同一光轴上。
2.权利要求1所述的一种微光夜视成像结构，其特征在于：所述成像芯片(6)为能生成彩色成像图像或红外黑白成像图像的CMOS成像芯片(6)。
3.根据权利要求1所述的一种微光夜视成像结构，其特征在于：所述壳体(3)外还设置有用以增强由近红外光形成的红外黑白成像图像的成像效果的红外光源。
4.根据权利要求1所述的一种微光夜视成像结构，其特征在于：所述壳体(3)外还设置有用来测量被观察物离物镜(1)距离的激光测距仪，所述激光测距仪与所述图像处理器(7)电性相连，用以通过数据接口协议将距离测量数据传输至图像处理器(7)，并在显示屏(8)上进行显示。
5.根据权利要求1所述的一种微光夜视成像结构，其特征在于：所述壳体(3)内还设置有与所述图像处理器(7)电性相连的用以接收并存储所述图像处理器(7)传输来的图像的存储卡。
6.根据权利要求1所述的一种微光夜视成像结构，其特征在于：所述壳体(3)内还设置有与所述图像处理器(7)电性相连的无线传输模块，所述无线传输模块还与所述后台终端通信相连，用以将所述图像处理器(7)中的图像信息传输至所述后台终端或接收后台终端发送来的文字或图像信息，并将其显示在所述显示屏(8)上。
7.根据权利要求1所述的一种微光夜视成像结构，其特征在于：所述壳体(3)外套设有用以在壳体(3)掉落时起到减震缓冲作用的气囊层(4)。
8.根据权利要求7所述的一种微光夜视成像结构，其特征在于：所述气囊层(4)为可充气气囊层，所述可充气气囊层内部设置有MCU以及与其电性相连的三轴加速度传感器、微型充气泵，用以当MCU接收到三轴加速度传感器检测到的壳体(3)的三轴加速度超过预设的阈值时控制所述微型充气泵对可充气气囊层进行充气。
9.一种基于权利要求1-8任一项所述的微光夜视成像结构的应用，其特征在于：所述微光夜视成像结构能够应用于微光夜视仪。
10.一种基于权利要求1-8任一项所述的微光夜视成像结构的应用，其特征在于：所述微光夜视成像结构能够应用于微光夜视枪瞄。
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