CN113031367A - 一种多光谱镜头和多光谱摄像机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多光谱镜头及多光谱摄像机，所述镜头包括：镜头壳体，所述镜头壳体为具有中空腔体的筒形；第一镜片组和第二镜片组，所述第一镜片组装设于所述镜头壳体的前端，第二镜片组装设于所述中空腔体内；光圈组件，所述光圈组件装设于所述第一镜片组和第二镜片组之间，光线自所述第一镜片组透射后、经由所述光圈组件穿射至所述第二镜片组；其中，所述光圈组件包括用于透射第一波长范围的光线的第一光圈和用于透射第二波长范围的光线的第二光圈，所述第一光圈和第二光圈形成于同一平面内，所述第一波长范围内的波长大于所述第二波长范围内的波长，且所述第一光圈的面积小于第二光圈的面积。

Description

一种多光谱镜头和多光谱摄像机

技术领域

本发明涉及摄像装置领域，特别涉及一种多光谱镜头和多光谱摄像机。

背景技术

随着监控市场日趋高清化、网络化，摄像机的应用范围也越来越广泛，很多监控条件差、光线昏暗的地方也要求安装功能多样的摄像机，尤其是低照度摄像机，以满足全天候24小时监控的需求。目前，低照度摄像机已广泛用于金融、楼宇、住宅小区等领域。目前低照度摄像机的主要方案是采用感光度好的感光芯片，配合大光圈镜头。

镜头的光圈越大，采集到的光线越多，则摄像机夜晚使用时采集的图像会更亮，但镜头光圈越大，摄像机的景深越小，则不容易符合监控的拍摄范围要求。因此，一味的增加镜头光圈，不仅镜头成本会上升，也牺牲了摄像机景深，不能满足拍摄要求。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提供一种多光谱镜头和多光谱摄像机，其同时为不同波长的光线提供大小不同的光圈，通过将不同景深和亮度的图像融合而解决景深和光圈的矛盾。

在一个实施例中提供了一种多光谱镜头，包括：

镜头壳体，所述镜头壳体为具有中空腔体的筒形；

第一镜片组和第二镜片组，所述第一镜片组装设于所述镜头壳体的前端，第二镜片组装设于所述中空腔体内；

光圈组件，所述光圈组件装设于所述第一镜片组和第二镜片组之间，光线自所述第一镜片组透射后、经由所述光圈组件穿射至所述第二镜片组；

其中，所述光圈组件包括用于透射第一波长范围的光线的第一光圈和用于透射第二波长范围的光线的第二光圈，所述第一光圈和第二光圈形成于同一平面内，所述第一波长范围内的波长大于所述第二波长范围内的波长，且所述第一光圈的面积小于第二光圈的面积。

在一个实施例中，所述光圈组件包括：

光圈；和

多光谱滤光片，所述多光谱滤光片与所述光圈贴合，

所述多光谱滤光片具有用于透射第一波长范围和第二波长范围的光线的第一滤光区域、以及用于透射第二波长范围的光线的第二滤光区域，所述第一滤光区域与所述光圈组合形成所述第一光圈，所述第一滤光区域、第二滤光区域与所述光圈组合形成所述第二光圈。

在一个实施例中，所述多光谱滤光片为具有第一直径的圆形，其包括位于所述多光谱滤光片中心的圆形的第一滤光区域和环绕所述第一滤光区域的第二滤光区域；

所述第一滤光区域的直径为第二直径，其与所述多光谱滤光片同心，且第二直径小于等于第一直径。

在一个实施例中，所述第一滤光区域由透射所述第一波长范围和第二波长范围的光线的第一材料制造，所述第二滤光区域由吸收第一波长范围的光线、且透射第二波长范围的光线的第二材料制造，所述第一滤光区域和第二滤光区域粘合形成圆形。

在一个实施例中，所述多光谱滤光片由透射所述第一波长范围和第二波长范围的光线的第一材料制造，所述第二滤光区域的表面贴附吸收和/或反射第一波长范围的光线的膜层。

在一个实施例中，所述光圈包括：

光圈板，其上开设通光孔，所述通光孔的一侧进一步包括环绕所述通光孔的沉台，所述多光谱滤光片固定于所述沉台。

在一个实施例中，所述光圈进一步包括：

光圈叶片，所述光圈叶片自所述通光孔的周缘沿径向伸缩，以遮蔽至少一部分第二光圈、或者遮蔽全部第二光圈和至少一部分第一光圈。

在一个实施例中，进一步包括：

分光装置，所述分光装置将自所述第二镜片组透射的光线分离为包括第一波长范围的光线的第一光束和包括第二波长范围的光线的第二光束。

在一个实施例中，所述分光装置包括：

相互拼合的第一子棱镜和第二子棱镜，

分光膜，所述分光膜设置于所述第一子棱镜和第二子棱镜拼合的交界面，自所述第二镜片组透射的光线经由分光膜分离为自所述第一子棱镜出射的第一光束和自所述第二子棱镜出射的第二光束。

本发明的另一实施例还提供了一种多光谱摄像机，包括：

如上所述的多光谱镜头；

所述多光谱镜头进一步包括：分光装置，所述分光装置将自所述第二镜片组透射的光线分离为包括第一波长范围的光线的第一光束和包括第二波长范围的光线的第二光束；

第一感光芯片，所述第一感光芯片将第一光束形成第一影像；

第二感光芯片，所述第二感光芯片将第二光束形成第二影像；

图像融合芯片，所述图像融合芯片将所述第一影像和第二影像融合。

本发明的第一实施例提供了一种多光谱镜头，其光圈组件针对不同波长的光线提供不同大小的光圈，以针对同一拍摄对象提供不同亮度和对应景深的成像。具体地，本发明的一个实施例可应用于同时利用可见光和近红外光进行成像的摄像装置中。

其中，第一波长范围的光线可指代近红外光，第一波长范围可为660nm～900nm，近红外光成像的特点是景深大、亮度高、光圈小，但是图像是非彩色的。而第二波长范围的光线可指代可见光，第二波长范围可为420nm～580nm，可见光成像的特点是景深小、亮度低、光圈大，图像为彩色。则将两种光线的成像融合后，可得到高亮、彩色、大景深的图像。从而解决了光圈和景深的矛盾，最终提升了摄像机的低照度性能。

附图说明

以下附图仅对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。

图1是本发明的多光谱镜头的第一实施例的结构示意图。

图2是图1中的多光谱滤光片的结构示意图。

图3a和图3b是图2中多光谱滤光片的第一滤光区域和第二滤光区域的透过率的曲线示意图。

图4a和图4b是本发明中的多光谱滤光片的不同实施例的剖视图。

图5是本发明中的光圈组件的结构示意图。

图6是本发明的多光谱镜头的第二实施例的结构示意图。

图7是图6中的分光装置的结构示意图和光学线路图。

图8是本发明的多光谱摄像机的结构示意图。

具体实施方式

为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同的部分。

在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。

为使图面简洁，各图中的只示意性地表示出了与本发明相关部分，而并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。

在本文中，“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等仅用于表示相关部分之间的相对位置关系，而非限定这些相关部分的绝对位置。

在本文中，“第一”、“第二”等仅用于彼此的区分，而非表示重要程度及顺序、以及互为存在的前提等。

在本文中，“相等”、“相同”等并非严格的数学和/或几何学意义上的限制，还包含本领域技术人员可以理解的且制造或使用等允许的误差。除非另有说明，本文中的数值范围不仅包括其两个端点内的整个范围，也包括含于其中的若干子范围。

现在将参照附图更完全地描述各示例实施例。

为了解决现有技术中问题，本发明提供一种多光谱镜头和多光谱摄像机，其同时为不同波长的光线提供大小不同的光圈，通过将不同景深和亮度的图像融合而解决景深和光圈的矛盾。

如图1所示，本发明的一个实施例提供一种多光谱镜头1，包括：

镜头壳体10，镜头壳体10为具有中空腔体的筒形；

第一镜片组21和第二镜片组22，第一镜片组21装设于镜头壳体10的前端，第二镜片组22装设于中空腔体内；

光圈组件30，光圈组件30装设于第一镜片组21和第二镜片组22之间，光线自第一镜片组20透射后、经由光圈组件30穿射至第二镜片组22；

其中，光圈组件30包括用于透射第一波长范围的光线的第一光圈和用于透射第二波长范围的光线的第二光圈，第一光圈和第二光圈形成于同一平面内，第一波长范围内的波长大于第二波长范围内的波长，且第一光圈的面积小于第二光圈的面积。

本发明的第一实施例提供了一种多光谱镜头，其光圈组件针对不同波长的光线提供不同大小的光圈，以针对同一拍摄对象提供不同亮度和对应景深的成像。具体地，本发明的一个实施例可应用于同时利用可见光和近红外光进行成像的摄像装置中。

其中，第一波长范围的光线可指代近红外光，第一波长范围可为660nm～900nm，近红外光成像的特点是景深大、亮度高、光圈小，但是图像是非彩色的。而第二波长范围的光线可指代可见光，第二波长范围可为420nm～580nm，可见光成像的特点是景深小、亮度低、光圈大，图像为彩色。则将两种光线的成像融合后，可得到高亮、彩色、大景深的图像。从而解决了光圈和景深的矛盾，最终提升了摄像机的低照度性能。

其中，近红外光成像可特别适用于夜间成像，借助于近红外灯补光，近红外光成像可采集到高亮度、大景深的图片。而可见光成像可采集到小景深、彩色图片，将两路图片融合成一幅高亮、大景深、彩色图片，从而实现既提升了摄像机夜晚低照度性能，又解决了大光圈与景深的矛盾。

在以下描述中，以第一波长范围内的光线为红外光、第二波长范围内的光线为可见光为例进行描述。

在一个优选实施例中，如图1所示，光圈组件30包括：

光圈31；和

多光谱滤光片32，多光谱滤光片32与光圈31贴合，

多光谱滤光片具有用于透射第一波长范围和第二波长范围的光线的第一滤光区域、以及用于透射第二波长范围的光线的第二滤光区域，第一滤光区域与光圈31组合形成第一光圈，第一滤光区域、第二滤光区域与光圈31组合形成第二光圈。

在本实施例中，光圈组件30不是一个新建的组件，而是利用一个新的多光谱滤光片与现有光圈31的结合而产生新的用于多光谱成像的光圈组件，从而便利地实现对现有镜头的改造以及降低换新成本。

其中，在多光谱滤光片上，第一滤光区域既可透射红外光、又可透射可见光，而第二滤光区域仅可透射可见光、而红外光截止，则用于透射可见光的第二光圈由第一滤光区域、第二滤光区域与光圈31的组合形成，其面积必然大于由第一滤光区域与光圈31组合形成的用于透射红外光的第一光圈的面积。

在本实施例中，多光谱滤光片上的滤光区域采用了公用的设置，即用于透射红外光的第一滤光区域同时也可透射可见光，而用于透射可见光的第二滤光区域仅可透射可见光，对红外光是截止的，通过这样的设置方式，与第一滤光区域对应的第一光圈的面积必然小于与第一和第二滤光区域对应的第二光圈的面积。

在一个优选实施例中，如图2所示，多光谱滤光片32为具有第一直径D的圆形，其包括位于多光谱滤光片32中心的圆形的第一滤光区域321和环绕第一滤光区域321的第二滤光区域322；

第一滤光区域321的直径为第二直径d，其与多光谱滤光片32同心，且第二直径d小于等于第一直径D。

由图2可知，用于透射可见光的第二光圈的面积对应于整个多光谱滤光片32的面积，而用于透射红外光的第一光圈的面积对应于位于多光谱滤光片32的中心的第一滤光区域321的面积。这种同心圆的设置方式不仅与光圈31的形状对应，而且最大限度地减小了多光谱滤光片的结构复杂度。

图3a和图3b是图2中多光谱滤光片的第一滤光区域和第二滤光区域的透过率的曲线示意图。如图2、图3a和图3b所示，第一滤光区域321的形状为圆形，其通光口径为d，在此区域内，可见光可以透过，当波长420nm～580nm时，平均透过率≥95％(越高越优)；近红外光可以透过，当波长660nm～900nm时，平均透过率≥95％(越高越优)。第二滤光区域322为环形，其通光口径为D，在此区域内，可见光可以透过当波长420nm～550nm时，平均透过率≥90％(越高越优)；近红外光截止，当波长660nm～900nm时，平均透过率≤1％(越低越优)。

多光谱滤光片的形成方式可以有多种，如图4a所示，在一个实施例中，第一滤光区域321由透射第一波长范围和第二波长范围的光线的第一材料制造，第二滤光区域322由吸收第一波长范围的光线、且透射第二波长范围的光线的第二材料制造，第一滤光区域321和第二滤光区域322粘合形成圆形。

具体地，例如，第一滤光区域321的玻璃基材为H-K9L，物方侧(前侧)和像方侧(后侧)均镀宽带增透膜，可见光和近红外光都可透过。第二滤光区域322的玻璃基材为蓝玻璃QB56，其可吸收近红外光，其物方侧和像方侧的其中一侧镀可见增透膜，可见光透过，另一侧镀近红外截止膜，可见透过近红外光截止。第一滤光区域321和第二滤光区域322通过胶水黏连。

如图4b所示，在一个实施例中，多光谱滤光片32由透射第一波长范围和第二波长范围的光线的第一材料制造，第二滤光区域322的表面贴附吸收和/或反射第一波长范围的光线的膜层。

具体地，例如，第一滤光区域321和第二滤光区域322的玻璃基材均为H-K9L，在第一滤光区域321中，物方和像方侧均镀宽带增透膜，可见光和近红外光都可透过。在第二滤光区域322中，物方和像方其中一侧涂布蓝玻璃，另一侧镀近红外截止膜，可见透过近红外光截止。

可选地，例如，第一滤光区域321和第二滤光区域322的玻璃基材均为H-K9L，在第一滤光区域321中，物方和像方侧均镀宽带增透膜，可见光和近红外光都可透过。在第二滤光区域322中，物方和像方其中一侧镀近红外截止膜，可见透过近红外光截止，另一侧镀宽带增透膜，可见光透过。

图5是本发明中的光圈组件的结构示意图。如图5所示，在一个优选实施例中，光圈31包括：

光圈板311，其上开设通光孔312，通光孔312的一侧进一步包括环绕通光孔312的沉台313，多光谱滤光片32固定于沉台313。

其中，沉台313可位于通光孔312的物方侧或者像方侧。沉台313用于限定多光谱滤光片32的位置。进一步地，沉台313的周缘可设置多个点胶槽315，以用于在多光谱滤光片32安装于沉台313处时通过点胶固定。

可选地，光圈31进一步包括：

光圈叶片314，光圈叶片314在光圈电机316的带动下自通光孔312的周缘沿径向伸缩，以遮蔽至少一部分第二光圈、或者遮蔽全部第二光圈和至少一部分第一光圈。

图6是本发明的多光谱镜头的第二实施例的结构示意图。如图6所示，本发明提供了一种多光谱镜头1，包括：

镜头壳体10，镜头壳体10为具有中空腔体的筒形；

第一镜片组21和第二镜片组22，第一镜片组21装设于镜头壳体10的前端，第二镜片组22装设于中空腔体内；

光圈组件30，光圈组件30装设于第一镜片组21和第二镜片组22之间，光线自第一镜片组20透射后、经由光圈组件30穿射至第二镜片组22；

其中，光圈组件30包括用于透射第一波长范围的光线的第一光圈和用于透射第二波长范围的光线的第二光圈，第一光圈和第二光圈形成于同一平面内，第一波长范围内的波长大于第二波长范围内的波长，且第一光圈的面积小于第二光圈的面积；

分光装置40，分光装置40将自第二镜片组22透射的光线分离为包括第一波长范围的光线的第一光束51和包括第二波长范围的光线的第二光束52。

分光装置40用于将镜头采集到的光束分离为可见光及近红外光，从而实现两种光线的独立成像。

其中，如图7所示，分光装置40包括：

相互拼合的第一子棱镜41和第二子棱镜42，

分光膜43，分光膜43设置于第一子棱镜41和第二子棱镜42拼合的交界面，自第二镜片组22透射的光线经由分光膜43分离为自第一子棱镜41出射的第一光束51和自第二子棱镜42出射的第二光束52。

分光棱镜包括第一子棱镜41和第二子棱镜42，第一子棱镜41的第一斜面411与第二子棱镜42的第二斜面421相对，且之间设置有分光膜43。光束由第一直角面412射入第一子棱镜41，光线经过分光膜43后，被分离为可见光51及近红外光52。可见光51由第二直角面422射出第二子棱镜42，并汇聚到摄像机可见光感光芯片；近红外光52由第三直角面413射出第一子棱镜41，并汇聚到近红外光感光芯片。

如图8所示，本发明的另一实施例还提供了一种多光谱摄像机2，包括：

如图1或图6所示的的多光谱镜头1；

多光谱镜头1进一步包括：分光装置40，分光装置40将自第二镜片组22透射的光线分离为包括第一波长范围的光线的第一光束51和包括第二波长范围的光线的第二光束52；

第一感光芯片61，第一感光芯片61将第一光束51形成第一影像；

第二感光芯片62，第二感光芯片62将第二光束52形成第二影像；

图像融合芯片70，图像融合芯片70将第一影像和第二影像融合。

在本实施例中提供了一种多光谱摄像机，其镜头的光圈组件针对不同波长的光线提供不同大小的光圈，以针对同一拍摄对象提供不同亮度和对应景深的成像。具体地，本发明的一个应用场景为同时利用可见光和近红外光进行成像的摄像装置。

其中，第一波长范围的光线可指代近红外光，第一波长范围可为660nm～900nm，近红外光成像的特点是景深大、亮度高、光圈小，但是图像是非彩色的。而第二波长范围的光线可指代可见光，第二波长范围可为420nm～580nm，可见光成像的特点是景深小、亮度低、光圈大，图像为彩色。则将两种光线的成像融合后，可得到高亮、彩色、大景深的图像。从而解决了光圈和景深的矛盾，最终提升了摄像机的低照度性能。

其中，近红外光成像可特别适用于夜间成像，借助于近红外灯补光，近红外光成像可采集到高亮度、大景深的图片，而可见光成像可采集到小景深、彩色图片，进一步地，本实施例的摄像机通过分光装置将可见光和近红外光分离为两个光束，以分别通过对应的感光芯片成像，将两路图片融合成一幅高亮、大景深、彩色图片，从而实现既提升了摄像机夜晚低照度性能，又解决了大光圈与景深的矛盾。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，而并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方案或变更，如特征的组合、分割或重复，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多光谱镜头(1)，其特征在于，包括：

镜头壳体(10)，所述镜头壳体(10)为具有中空腔体的筒形；

第一镜片组(21)和第二镜片组(22)，所述第一镜片组(21)装设于所述镜头壳体(10)的前端，第二镜片组(22)装设于所述中空腔体内；

光圈组件(30)，所述光圈组件(30)装设于所述第一镜片组(21)和第二镜片组(22)之间，光线自所述第一镜片组(20)透射后、经由所述光圈组件(30)穿射至所述第二镜片组(22)；

其中，所述光圈组件(30)包括用于透射第一波长范围的光线的第一光圈和用于透射第二波长范围的光线的第二光圈，所述第一光圈和第二光圈形成于同一平面内，所述第一波长范围内的波长大于所述第二波长范围内的波长，且所述第一光圈的面积小于第二光圈的面积。

2.根据权利要求1所述的多光谱镜头(1)，其特征在于，所述光圈组件(30)包括：

光圈(31)；和

多光谱滤光片(32)，所述多光谱滤光片(32)与所述光圈(31)贴合，

所述多光谱滤光片具有用于透射第一波长范围和第二波长范围的光线的第一滤光区域、以及用于透射第二波长范围的光线的第二滤光区域，所述第一滤光区域与所述光圈(31)组合形成所述第一光圈，所述第一滤光区域、第二滤光区域与所述光圈(31)组合形成所述第二光圈。

3.根据权利要求2所述的多光谱镜头(1)，其特征在于，所述多光谱滤光片(32)为具有第一直径(D)的圆形，其包括位于所述多光谱滤光片(32)中心的圆形的第一滤光区域(321)和环绕所述第一滤光区域(321)的第二滤光区域(322)；

所述第一滤光区域(321)的直径为第二直径(d)，其与所述多光谱滤光片(32)同心，且第二直径(d)小于等于第一直径(D)。

4.根据权利要求3所述的多光谱镜头(1)，其特征在于，所述第一滤光区域(321)由透射所述第一波长范围和第二波长范围的光线的第一材料制造，所述第二滤光区域(322)由吸收第一波长范围的光线、且透射第二波长范围的光线的第二材料制造，所述第一滤光区域(321)和第二滤光区域(322)粘合形成圆形。

5.根据权利要求3所述的多光谱镜头(1)，其特征在于，所述多光谱滤光片(32)由透射所述第一波长范围和第二波长范围的光线的第一材料制造，所述第二滤光区域(322)的表面贴附吸收和/或反射第一波长范围的光线的膜层。

6.根据权利要求2所述的多光谱镜头(1)，其特征在于，所述光圈(31)包括：

光圈板(311)，其上开设通光孔(312)，所述通光孔(312)的一侧进一步包括环绕所述通光孔(312)的沉台(313)，所述多光谱滤光片(32)固定于所述沉台(313)。

7.根据权利要求6所述的多光谱镜头(1)，其特征在于，所述光圈(31)进一步包括：

光圈叶片(314)，所述光圈叶片(314)自所述通光孔(312)的周缘沿径向伸缩，以遮蔽至少一部分第二光圈、或者遮蔽全部第二光圈和至少一部分第一光圈。

8.根据权利要求2所述的多光谱镜头(1)，其特征在于，进一步包括：

分光装置(40)，所述分光装置(40)将自所述第二镜片组(22)透射的光线分离为包括第一波长范围的光线的第一光束(51)和包括第二波长范围的光线的第二光束(52)。

9.根据权利要求8所述的多光谱镜头(1)，其特征在于，所述分光装置(40)包括：

相互拼合的第一子棱镜(41)和第二子棱镜(42)，

分光膜(43)，所述分光膜(43)设置于所述第一子棱镜(41)和第二子棱镜(42)拼合的交界面，自所述第二镜片组(22)透射的光线经由分光膜(43)分离为自所述第一子棱镜(41)出射的第一光束(51)和自所述第二子棱镜(42)出射的第二光束(52)。

10.一种多光谱摄像机(2)，包括：

如权利要求1至9中任一权利要求所述的多光谱镜头(1)；

所述多光谱镜头(1)进一步包括：分光装置(40)，所述分光装置(40)将自所述第二镜片组(22)透射的光线分离为包括第一波长范围的光线的第一光束(51)和包括第二波长范围的光线的第二光束(52)；

第一感光芯片(61)，所述第一感光芯片(61)将第一光束(51)形成第一影像；

第二感光芯片(62)，所述第二感光芯片(62)将第二光束(52)形成第二影像；

图像融合芯片(70)，所述图像融合芯片(70)将所述第一影像和第二影像融合。

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