CN111766697A - 一种基于红外和微光成像的融合型望远镜 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于红外和微光成像的融合型望远镜，包括：第一光学子系统定位在第一壳体中，包括第一物镜、第一成像器、检测器，第一成像器包括图像增强器，用于处理第一波长范围中的信息，第二光学子系统定位在第二壳体中，包括第二物镜、第二成像器、信号处理器，第二成像器包括热传感器，热传感器用于处理第二波长范围中的信息，热传感器电连接有信号处理器，信号处理器基于热传感器的探测图像剔除背景噪声；智能融合设备，用于将第一光学子系统和第二光学子系统探测到的不同波长的图像信息进行融合。

Description

一种基于红外和微光成像的融合型望远镜

技术领域

本发明涉及一种望远镜，特别涉及一种基于红外和微光成像的融合型望远镜。

背景技术

夜视系统包括图像增强，热成像以及融合式单筒望远镜，双筒望远镜和护物镜，无论是手持式，武器式还是头盔式。标准夜视系统通常配备一个或多个图像增强管，以使操作员能够看到辐射的波长。它们的工作原理是收集包括红外光谱的微小的光，这些光虽然存在但我们的眼睛可能看不见，因此利用具有夜视系统的望远镜将其放大到使操作员可以轻松观察图像的程度。士兵和执法人员使用这些设备在弱光条件下观看，例如在晚上或在洞穴和黑暗的建筑物中。这些设备会吸收环境光并将其放大到50以上。微光成像系统与主动红外成像系统相比最主要的优点是不用人工照明，而是靠夜天自然光照明景物，以被动方式工作，自身隐蔽性好。但由于系统工作时只靠夜天光照明而受自然照度影响大。

微光图像对比度差，灰度级有限，瞬间动态范围差，只敏感于目标场景的反射，与目标场景的热对比无关。而红外图像的对比度差，动态范围大，但其只敏感于目标场景的辐射，对场景的亮度变化不敏感。如果能综合两者的优势进行互补，能增强场景理解、突出目标，有利于在隐藏、伪装和迷惑的军用背景下更快、更精确地探测目标。而本申请通过融合系统能够向操作员提供基于红外和微光的成像设备。

发明内容

为了解决上述现有技术中的技术问题，本发明提出了一种基于红外和微光成像的融合型望远镜，其特征在于，包括：

第一光学子系统定位在第一壳体中，包括第一物镜、第一成像器、检测器，第一成像器包括图像增强器，用于处理第一波长范围中的信息，图像增强器包括光敏光电阴极元件、拜耳滤光片、微通道板、电容器板和图像传感器，少量光子进入图像增强器，先由前面的拜耳滤光片进行调制，再由光敏光电阴极元件发射的电子被微通道板放大，并被吸引到带正电的电容器板上，最后进入图像传感器；检测器包括用于收集入射到图像传感器前的部分被反射出来的会聚光学系统、用于将收集的光线转换为电信号的转换器，用于第一成像器的前后移动的移动机构、用于控制移动机构的前进和后退的驱动控制单元和运算处理部，运算处理部接受转换器的检测信号，进行目标物体位置判断，并将运算处理结果发送给驱动控制单元进而控制移动机构的前进和后退；

第二光学子系统定位在第二壳体中，包括第二物镜、第二成像器、信号处理器，第二成像器包括热传感器，热传感器用于处理第二波长范围中的信息，热传感器电连接有信号处理器，信号处理器基于热传感器的探测图像剔除背景噪声；

智能融合设备，用于将第一光学子系统和第二光学子系统探测到的不同波长的图像信息进行融合。

进一步地，拜耳滤光片由红绿蓝绿色的图案组成，图像传感器中在整个阵列上的每个像素与图案的颜色之间存在直接对应关系。

进一步地，第一壳体通过第一联接器联接至第三壳体，第一联接器有绕第一轴线旋转的第一铰链接头和绕第二轴线旋转的第二铰链接头，第一轴线与第二轴线间隔第一固定距离；第二壳体通过第二联接器联接到第三壳体，第二联接器具有绕第三铰链轴旋转的第三铰链接头和绕第四铰链轴旋转的第四铰链接头，第三铰链轴与第四铰链轴隔开第二固定距离。

进一步地，第一波长范围为4500um至900 um，第二波长范围为10um至450um。

进一步地，还具有一个或多个可调节挡块，以快速将第三外壳调整为使得第一和第二外壳适合目距。

进一步地，第一光学子系统探测到的第一波长范围的图像信号用绿色表示，第二光学子系统探测到的第而波长范围的图像信号用用红色表示。

进一步地，拜耳滤光片前增设电致变色元件，电致变色元件选择性地限制或控制在图像增强器的整个视场上均匀地入射的光的量或选择性地限制或控制所入射的光投射在图像传感器的选定部分。

进一步地，图像增强器通过在光敏光电阴极元件和微通道板之间引入屏蔽电极，防止由于正常的照明水平而造成损坏。

附图说明

附图1为本发明融合型望远镜的外观结构示意图；

附图2为本发明融合型望远镜的图像增强器的结构示意图；

附图3为本发明融合型望远镜的检测器的结构示意图；

附图4为本发明融合型望远镜的内部光学结构示意图。

具体实施方式

融合型望远镜具有第一壳体1，该第一壳体1具有用于处理第一波长范围内的信息的第一成像器10，以及用于处理第一波长范围内的信息的检测器30，第二壳体2具有用于处理第二波长范围的信息的第二成像器20。第一壳体1通过第一联接器6联接至第三壳体3，第一联接器6具有可绕第一轴线旋转的第一铰链接头4和可绕第二轴线旋转的第二铰链接头5，第一轴线与第二轴线间隔第一固定距离。第二壳体2可通过第二联接器7联接到第三壳体3，第二联接器7具有可绕第三铰链轴旋转的第三铰链接头8和可绕第四铰链轴旋转的第四铰链接头9，第三铰链轴与第四铰链轴隔开第二固定距离。融合型望远镜可以具有一个或多个可调节挡块9，以允许操作员将系统设置为允许操作员快速将第一和第二外壳相对于适合其目距A的第三外壳返回到所需位置。

第一成像器10包括图像增强器，用于处理第一波长范围（例如4500um至900 um）中的信息。

第二成像器20包括热传感器，用于处理第二波长范围（例如10um至450um）中的信息。

第一成像器10定位在第一壳体1中，以将增强来自第一物镜40的图像，第一壳体中的第一成像器10与第一物镜40对准，第一物镜用于将环境信息投影到第一成像器的增强的场景信息中。

第二成像器20定位在第二壳体2中，以将接收来自第二物镜50的图像，第二壳体中的第二成像器20与第二物镜50对准，第二物镜用于将环境中的热红外信息投影到第二成像器20的场景信息中。第二成像器20是热传感器，该热传感器用于主要威胁检测和提示，热传感器后面电连接有信号处理器60，基于热传感器的探测图像剔除背景噪声，有助于减少高度混乱的场景中的虚假威胁的数量。在黑暗的情况下，系统有效地提供了较高的态势感知分辨率和功能。随着光照条件的恶化，信号强度的信噪比减小，因此作为图像增强器的第一成像器10的贡献减小。在这种情况下融合型望远镜系统将热信息分配给能够热成像的第二成像器20，以保持向用户提供连续的光线信息，通过利用来自热传感器的态势感知数据来填补性能差距，从而保持融合型望远镜系统的高分辨率和功能。

参考附图4，第一物镜40、第一成像器10、检测器30构成了第一光学子系统；第二物镜50、第二成像器20、信号处理器60构成了第二光学子系统；第一光学子系统和第二光学子系统探测到的不同波长的图像信息通过智能融合设备70进行融合，将第一光学子系统探测到的第一波长范围的图像信号通常用绿色表示，第二光学子系统探测到的第而波长范围的图像信号通常用用红色表示，此种表示目的在于更加简化和/或更有意义且更易于分析图像。

第一物镜或第二物镜可以包括一个或多个简单透镜或者一个或多个复合透镜或者单个玻璃或聚碳酸酯透镜。还可以包括提供一个或多个放大倍率的多个透镜。

参考附图2为图像增强器的结构示意图，包括光敏光电阴极元件11、拜耳滤光片12、微通道板13、电容器板14和图像传感器15，当少量代表各种颜色的各种振动的光子进入图像增强器，首先撞击光敏光电阴极元件的光子由前面的拜耳滤光片进行调制，由光敏光电阴极元件发射的电子被微通道板放大，并被吸引到带正电的电容器板上。随着电子的收集，极板失去电荷。在每个积分周期结束时，将板重置为正电压。测得的光与输出信号成反比，该输出信号在拜耳-真彩色转换中得到了校正。通过在光敏光电阴极元件11的前面增加拜耳滤光片12大大增强了微光水平成像效果，能够在非常低的光照水平条件下产生真彩色图像。

拜耳滤光片由红绿蓝绿色的图案或与这些相同颜色的某种变色组成，图像传感器中在整个阵列上的每个像素重复拜耳滤光片图案的一种颜色，像素与其颜色之间存在直接对应关系。

在优选实施例中，拜耳滤光片前可以增设电致变色元件，电致变色元件可以选择性地限制或控制在图像增强器的整个视场上均匀地入射的光的量。一个或多个电致变色元件可以并排设置，选择性地限制或控制所入射的光投射在图像传感器的选定部分。例如，一个或多个电致变色元件可以限制夜间场景中接近照明路灯的局部区域中的光量。

在优选实施例中，图像增强器通过在光敏光电阴极元件和微通道板之间引入屏蔽电极，以防止由于正常的照明水平而造成损坏。

参考图3，检测器30包括用于收集入射到图像传感器前的部分被反射出来的会聚光学系统31、用于将收集的光线转换为电信号的转换器32，用于控制第一成像器10的前后移动的移动机构33、驱动控制单元34、运算处理部35；驱动控制单元34用于控制移动机构33的前进和后退；运算处理部35，接收转换器32的检测信号，进行目标物体位置判断，并将运算处理结果发送给驱动控制单元34进而控制移动机构33的前进和后退，实现第一成像器10位置的微调。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想 到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或 者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims (8)

1.一种基于红外和微光成像的融合型望远镜，其特征在于，包括：

第一光学子系统定位在第一壳体中，包括第一物镜、第一成像器、检测器；第一成像器包括图像增强器，用于处理第一波长范围中的信息，图像增强器包括光敏光电阴极元件、拜耳滤光片、微通道板、电容器板和图像传感器，少量光子进入图像增强器，先由前面的拜耳滤光片进行调制，再由光敏光电阴极元件发射的电子被微通道板放大，并被吸引到电容器板上，最后进入图像传感器；检测器包括用于收集入射到图像传感器前被反射元件反射出来的会聚光学系统、用于将会聚光学系统出射的光线转换为电信号的转换器，用于第一成像器的前后移动的移动机构、用于控制移动机构的前进和后退的驱动控制单元和运算处理部，运算处理部接收转换器的检测信号，进行目标物体位置判断，并将运算处理结果发送给驱动控制单元进而控制移动机构的前进和后退；

第二光学子系统定位在第二壳体中，包括第二物镜、第二成像器、信号处理器；第二成像器包括热传感器，热传感器用于处理第二波长范围中的信息，热传感器电连接有信号处理器，信号处理器基于热传感器探测到的图像剔除背景噪声；

智能融合设备，用于将第一光学子系统和第二光学子系统探测到的不同波长的图像信息进行融合。

2.根据权利要求1所述的一种基于红外和微光成像的融合型望远镜，其特征在于，拜耳滤光片由红绿蓝绿色的图案组成，图像传感器中在整个阵列上的每个像素与图案的颜色之间存在直接对应关系。

3.根据权利要求1所述的一种基于红外和微光成像的融合型望远镜，其特征在于，第一壳体通过第一联接器联接至第三壳体，第一联接器有绕第一轴线旋转的第一铰链接头和绕第二轴线旋转的第二铰链接头，第一轴线与第二轴线间隔第一固定距离；第二壳体通过第二联接器联接到第三壳体，第二联接器具有绕第三铰链轴旋转的第三铰链接头和绕第四铰链轴旋转的第四铰链接头，第三铰链轴与第四铰链轴隔开第二固定距离。

4.根据权利要求1所述的一种基于红外和微光成像的融合型望远镜，其特征在于，第一波长范围为4500um至900 um，第二波长范围为10um至450um。

5.根据权利要求1所述的一种基于红外和微光成像的融合型望远镜，其特征在于，还具有一个或多个可调节挡块，以快速将第三外壳调整为使得第一和第二外壳适合目距。

6.根据权利要求1所述的一种基于红外和微光成像的融合型望远镜，其特征在于，智能融合设备将第一光学子系统探测到的第一波长范围的图像信号用绿色表示，第二光学子系统探测到的第而波长范围的图像信号用用红色表示。

7.根据权利要求1所述的一种基于红外和微光成像的融合型望远镜，其特征在于，拜耳滤光片前增设电致变色元件，电致变色元件选择性地限制或控制在图像增强器的整个视场上均匀地入射的光的量或选择性地限制或控制所入射的光投射在图像传感器的选定部分。

8.根据权利要求1所述的一种基于红外和微光成像的融合型望远镜，其特征在于，图像增强器通过在光敏光电阴极元件和微通道板之间引入屏蔽电极，防止由于正常的照明水平而造成损坏。

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