CN111458890A - 真彩双光夜视仪系统及实现方法 - Google Patents

Abstract

真彩双光夜视仪系统，包括前端共光路光学装置、后端光学装置，所后端光学装置包括红外成像单元、彩色图像成像单元和图像融合单元；所述前端光路光学装置接收到的光线通过红外分光片进入红外成像单元；经过红外分光片之后的光线通过后组可见光物镜后，采用红、绿、蓝分光片分光后方式增强并形成彩色图像。真彩双光夜视仪实现方法，包括：采集长波红外和可见光图像数据；将图像数据进行处理，并融合获得目标图像。真彩双光夜视仪系统及实现方法，继承了长波红外和可见光灰度图像融合的优点，兼顾了可见光波段对景物纹理、色彩的成像优势和长波红外对目标对比度的成像优势，使夜视仪可在夜间进行高对比度、纹理清晰度、高色彩还原度的成像。

Description

真彩双光夜视仪系统及实现方法

技术领域

本发明涉及双光夜视技术领域，更具体的说，特别涉及一种真彩双光夜视仪系统及实现方法。

背景技术

目前，纯粹的可见光或长波红外单波段夜视仪已经比较常见，可见光和红外融合的夜视仪在技术上虽不是很成熟，但在国内一些高校和科研机构也有研究。

但是，目前存在的主要问题有：1）都是灰度图像显示或伪彩显示，没有真彩显示，丢失目标色彩信息，不符合人眼习惯；2）双光融合夜视仪采用双镜头分别实现成像，使观察近距离目标时，由于存在视差，使得融合图像出现虚影，即使采用算法消除，但算法的时效性无法满足实时显示的观测需求，影响人眼感官。

因此，现有技术存在的问题，有待于进一步改进和发展。

发明内容

（一）发明目的：为解决上述现有技术中存在的问题，本文提出的一种真彩双光夜视仪系统及实现方法，夜视仪前端采用长波红外和可见光的共光路光学系统、光学系统后端进行四色分光（红、绿、蓝、长波红外），分光后的可见光各光路通过像增强器进行能量增强，通过像增强器后端光锥耦合的探测器进行成像，三个可见光探测器及红外探测器在控制电路上进行红外融合、真彩显示和投影。

（二）技术方案：为了解决上述技术问题，本技术方案提供真彩双光夜视仪系统，包括：

前端共光路光学装置，用于长波红外和可见光通过前组物镜共口径入射；

后端光学装置，包括红外成像单元、彩色图像成像单元和图像融合单元；

所述前端光路光学装置接收到的光线通过红外分光片进入红外成像单元；经过红外分光片之后的光线通过后组可见光物镜后，采用红、绿、蓝分光片分光后方式增强并形成彩色图像；

所述后端光学装置还包括图像融合单元，用于对红外成像和彩色图像融合并显示。

所述真彩双光夜视仪系统，其中，所述红外成像单元包括后组红外物镜和红外探测器，所述后组红外物镜、所述红外探测器沿红外光线传播方向设置。

所述真彩双光夜视仪系统，其中，所述彩色图像成像单元包括后组可见光物镜、可见光分光片、像增强器、光锥和探测器，

所述可见光分光片沿可见光传播方向设置在所述后组可见光物镜的中心轴线上；

所述像增强器、所述光锥、所述探测器分别沿所述可见光分光片反射光线的方向设置。

所述真彩双光夜视仪系统，其中，所述可见光分光片包括蓝光波段分光片、绿光波段分光片，所述蓝光波段分光片、所述绿光波段分光片沿可见光光线传播方向设置在所述后组可见光物镜的中心轴线上。

所述真彩双光夜视仪系统，其中，所述探测器为微光探测器。

所述真彩双光夜视仪系统，其中，所述图像融合单元包括像融合模块、图像显示模块，所述像融合模块与所述图像显示模块连接，所述像融合模块将红外成像和彩色图像融合，所述图像显示模块将融合后的图像显示。

所述真彩双光夜视仪系统，其中，像融合模块分别与红外探测器、探测器连接。

所述真彩双光夜视仪系统，其中，所述图像显示模块包括显示驱动电路、投影芯片和目镜，所述显示驱动电路与所述投影芯片连接，所述投影芯片将图像投影到所述目镜。

真彩双光夜视仪实现方法，包括以下步骤：

步骤一，前端共光路光学装置对长波红外和可见光图像数据进行采集；

步骤二，后端光学装置将接收到的光线通过红外分光片进入红外成像单元；经过红外分光片之后的光线通过后组可见光物镜后，采用红、绿、蓝分光片分光后方式增强并形成彩色图像；

步骤三，图像融合单元将红外成像和彩色图像融合，获得并显示目标图像。

所述真彩双光夜视仪实现方法，其中，所述步骤三包括：

步骤a3，图像融合单元将获取的红、绿、蓝图像进行融合，获取可见光真彩图像；

步骤b3，图像融合单元将获取红外成像与获取的可见光真彩图像融合，得到目标图像。

（三）有益效果：本发明提供真彩双光夜视仪系统及实现方法，继承了长波红外和可见光灰度图像融合的优点，兼顾了可见光波段对景物纹理、色彩的成像优势和长波红外对目标对比度的成像优势，使夜视仪可在夜间进行高对比度、纹理清晰度、高色彩还原度的成像。

附图说明

图1是本发明真彩双光夜视仪系统连接关系示意图；

图2是本发明真彩双光夜视仪实现方法实现步骤示意图；

图3是本发明一个优选实施例中真彩双光夜视仪系统共光路光学镜头光路图；

图4是本发明一个优选实施例中真彩双光夜视仪系统组成示意图；

100-前组物镜；101-红外分光片；200-后组红外物镜；201-红外探测器；300-后组可见光物镜；301-蓝光波段分光片；302-绿光波段分光片；303-像增强器；304-光锥；305-探测器；400-中枢控制电路；501-显示驱动电路；502-投影芯片；503-目镜；600-电源。

具体实施方式

下面结合优选的实施例对本发明做进一步详细说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是，本发明显然能够以多种不同于此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。

附图是本发明的实施例的示意图，需要注意的是，此附图仅作为示例，并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明的实际要求保护范围构成限制。

真彩双光夜视仪实现方法，如图2所示，包括以下步骤：

步骤一，前端共光路光学装置对长波红外和可见光图像数据进行采集；

步骤二，后端光学装置将接收到的光线通过红外分光片进入红外成像单元；经过红外分光片之后的光线通过后组可见光物镜后，采用红、绿、蓝分光片分光后方式增强并形成彩色图像；

步骤三，图像融合单元将红外成像和彩色图像融合，获得并显示目标图像。

所述真彩双光夜视仪实现方法的步骤三包括：

步骤a3，图像融合单元将获取的红、绿、蓝图像进行融合，获取可见光真彩图像；

步骤b3，图像融合单元将获取红外成像与获取的可见光真彩图像融合，得到目标图像。

下面结合本申请一种真彩双光夜视仪系统一个优选实施例进行说明。

真彩双光夜视仪系统，包括前端共光路光学装置和后端光学装置。所述前端共光路光学装置，用于长波红外和可见光通过前组物镜共口径入射。所述后端光学装置，包括红外成像单元、彩色图像成像单元和图像融合单元。

所述前端光路光学装置接收到的光线通过红外分光片进入红外成像单元；经过红外分光片之后的光线通过后组可见光物镜后，采用红、绿、蓝分光片分光后增强并形成彩色图像。

所红外成像单元用于获取红外成像；所述彩色图像成像单元用于获取可见光图像；所述图像融合单元用于对红外成像和彩色图像融合并显示。

所述前端共光路光学装置包括前端物镜100，长波红外和可见光通过前组物镜100入射到所述真彩双光夜视仪系统内。

所述前端物镜100沿光线传播方向的中心轴线上设有红外分光片101，所红外分光片101用于分离长波红外和可见光。长波红外通过所述红外分光片101反射，可见光透过所述红外分光片101继续传播。

所述红外成像单元包括后组红外物镜200和红外探测器201，所述后组红外物镜200、所述红外探测器201沿长波红外光线传播方向设置。具体的说，所述后组红外物镜200设置在所述红外分光片101将长波红外反射的方向上，所述红外分光片101反射的长波红外光线进入所述后组红外物镜200，长波红外光线继续传播到达所述红外探测器201。其中，所述红外探测器201的中心轴与所述后组红外物镜200的中心轴重合。

所述彩色图像成像单元包括后组可见光物镜300、可见光分光片、像增强器303、光锥304和探测器305。

所述可见光分光片包括有两个，以保证将透过所述红外分光片101的可见光分为蓝光波段光线、绿光波段光线、红光波段光线。所述两个可见光分光片沿光线传播方向，设置在所述后组可见光物镜300的中心轴线上。

所述像增强器303、所述光锥304和所述探测器305包括有三组，分别沿光线方向设置，三组所述像增强器303、所述光锥304、所述探测器305分别用于蓝光波段光线、绿光波段光线、红光波段光线的成像。

所述可见光分光片可以是绿光波段分光片、蓝光波段分光片、红光波段分光片中的任意两个，且其具体分离各分光波段的先后顺序也不做具体限制。这里以蓝光波段光线、绿光波段光线、红光波段光线分离顺序进行说明。

所述后组可见光物镜300与所述前组物镜100中心轴线重合。所述红外分光片101设置在，所述前组物镜100与所述后组可见光物镜300之间的中心轴线上。

所述后组可见光物镜300远离所述红外分光片101一侧设有蓝光波段分光片301、绿光波段分光片302。所述蓝光波段分光片301、所述绿光波段分光片302分别沿可见光光线传播方向，设置在所述后组可见光物镜300的中心轴线上。

所述蓝光波段分光片301反射的蓝光波段光线方向上依次设有像增强器303、光锥304和探测器305。所述蓝光波段分光片301反射的蓝光波段光线依次通过所述像增强器303、所述光锥304、所述探测器305，所述蓝光波段分光片301处设置的所述像增强器303、所述光锥304和所述探测器305将所述蓝光波段分光片301反射的蓝光波段光线进行能量增强和成像。所述探测器305采用微光探测芯片，优选的使用SCMOS微光探测器。

所述绿光波段分光片302反射的绿光波段光线方向上依次设有像增强器303、光锥304和探测器305。所述绿光波段分光片302反射的绿光波段光线依次通过所述像增强器303、所述光锥304、所述探测器305，所述绿光波段分光片302处设置的所述像增强器303、所述光锥304和所述探测器305将所述绿光波段分光片302反射的绿光波段光线进行能量增强和成像。所述探测器305采用微光探测芯片，优选的使用SCMOS微光探测器。

所述绿光波段分光片302远离所述后组可见光物镜300一侧由近及远依次设有像增强器303、光锥304和探测器305，其中所述像增强器303、所述光锥304、所述探测器305的中心轴，分别与所述后组可见光物镜300的中心轴重合。此处的所述像增强器303、所述光锥304、所述探测器305将经过所述蓝光波段分光片301、所述绿光波段分光片302的红光波段光线进行能量增强和成像。所述探测器305采用微光探测芯片，优选的使用SCMOS微光探测器。

所述像增强器303通过所述光锥304耦合微光探测器，使红、绿、蓝三色波段光能量和探测能力大幅提升，保证了分光后对微光探测的灵敏度。

所述图像融合单元包括像融合模块、图像显示模块，所述像融合模块与所述图像显示模块连接，所述像融合模块将红外成像和彩色图像融合，所述图像显示模块将融合后的图像显示。

所述像融合模块包括中枢控制电路400，所述中枢控制电路400分别与所述红外探测器201、所述的三个探测器305连接。所述的三个所述探测器305分别将经所述像增强器303、所述光锥304、所述探测器305对能量放大后的成像传输至所述中枢控制电路400。所述红外探测器201将获取的长波红外成像传输至所述中枢控制电路400。

所述中枢控制电路400将能量放大后的成像色彩融合，形成真彩图像。将长波红外成像与真彩图像的融合，获取目标图像。

所述图像显示模块包括显示驱动电路501、投影芯片502和目镜503，所述显示驱动电路501与所述投影芯片502连接，所述投影芯片502将图像投影到所述目镜503，将目标图像进行呈现显示。

所述的真彩双光夜视仪系统还包括电源600，所述电源600与所述中枢控制电路400连接，所述电源600为所述的真彩双光夜视仪系统提供电能。

夜视仪采用的共光路光学系统，如图3所示，红外光和可见光均通过前组物镜100共口径入射，在成像后端分光，从原理上消除了视差，无需通过算法处理，即可使红外光图像和可见光图像无重影模糊，保证融合实时性。

如图4所示，真彩双光夜视仪系统在所述后组可见光物镜300后，采用红、绿、蓝分光片分光方式，将各分光波段分别通过像增强器303+光锥304+探测器305进行能量增强和成像。将本来由于红、绿、蓝波段分光，会造成的能量衰弱，但经像增强器和微光探测器对能量放大成像，使系统对红绿蓝波段的灵敏度大幅提高，进而通过后端红、绿、蓝色彩融合后，形成真彩图像。然后将长波红外成像与真彩图像的融合，得到目标图像。

得到的目标图像继承了长波红外和可见光灰度图像融合的优点，兼顾了可见光波段对景物纹理、色彩的成像优势和长波红外对目标对比度的成像优势，使夜视仪可在夜间进行高对比度、纹理清晰度、高色彩还原度的成像。

真彩双光夜视仪系统是一款全新的，红外、可见双波段成像系统，是兼顾了微光适应性、夜间景物细节和对比度的夜视仪，其夜视能力综合性能大幅度，在达到0.001lux微光成像性能的同时，色彩感官、细节清晰度和对比度相对普通夜视仪有大幅提升。

以上内容是对本发明创造的优选的实施例的说明，可以帮助本领域技术人员更充分地理解本发明创造的技术方案。但是，这些实施例仅仅是举例说明，不能认定本发明创造的具体实施方式仅限于这些实施例的说明。对本发明创造所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干简单推演和变换，都应当视为属于本发明创造的保护范围。

Claims (10)

1.真彩双光夜视仪系统，其特征在于，包括：

前端共光路光学装置，用于长波红外和可见光通过前组物镜共口径入射；

后端光学装置，包括红外成像单元、彩色图像成像单元和图像融合单元；

所述前端光路光学装置接收到的光线通过红外分光片进入红外成像单元；经过红外分光片之后的光线通过后组可见光物镜后，采用红、绿、蓝分光片分光后方式增强并形成彩色图像；

所述后端光学装置还包括图像融合单元，用于对红外成像和彩色图像融合并显示。

2.根据权利要求1所述真彩双光夜视仪系统，其特征在于，所述红外成像单元包括后组红外物镜和红外探测器，所述后组红外物镜、所述红外探测器沿红外光线传播方向设置。

3.根据权利要求1所述真彩双光夜视仪系统，其特征在于，所述彩色图像成像单元包括后组可见光物镜、可见光分光片、像增强器、光锥和探测器，

所述可见光分光片沿可见光传播方向设置在所述后组可见光物镜的中心轴线上；

所述像增强器、所述光锥、所述探测器分别沿所述可见光分光片反射光线的方向设置。

4.根据权利要求3所述真彩双光夜视仪系统，其特征在于，所述可见光分光片包括蓝光波段分光片、绿光波段分光片，所述蓝光波段分光片、所述绿光波段分光片沿可见光光线传播方向设置在所述后组可见光物镜的中心轴线上。

5.根据权利要求3所述真彩双光夜视仪系统，其特征在于，所述探测器为微光探测器。

6.根据权利要求1所述真彩双光夜视仪系统，其特征在于，所述图像融合单元包括像融合模块、图像显示模块，所述像融合模块与所述图像显示模块连接，所述像融合模块将红外成像和彩色图像融合，所述图像显示模块将融合后的图像显示。

7.根据权利要求2、3或6所述真彩双光夜视仪系统，其特征在于，像融合模块分别与红外探测器、探测器连接。

8.根据权利要求6所述真彩双光夜视仪系统，其特征在于，所述图像显示模块包括显示驱动电路、投影芯片和目镜，所述显示驱动电路与所述投影芯片连接，所述投影芯片将图像投影到所述目镜。

9.真彩双光夜视仪实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，前端共光路光学装置对长波红外和可见光图像数据进行采集；

步骤二，后端光学装置将接收到的光线通过红外分光片进入红外成像单元；经过红外分光片之后的光线通过后组可见光物镜后，采用红、绿、蓝分光片分光后方式增强并形成彩色图像；

步骤三，图像融合单元将红外成像和彩色图像融合，获得并显示目标图像。

10.根据权利要求9所述真彩双光夜视仪实现方法，其特征在于，所述步骤三包括：

步骤a3，图像融合单元将获取的红、绿、蓝图像进行融合，获取可见光真彩图像；

步骤b3，图像融合单元将获取红外成像与获取的可见光真彩图像融合，得到目标图像。

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