CN113810632A - 红外成像装置及夜视仪 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种红外成像装置及夜视仪，能够通过红外图像采集组件采集待观测物体辐射的红外光线进行分析，结合处理器进行图像处理得到待观测物体的红外图像，最终传输至显示器进行显示。同时，在红外成像装置以及夜视仪中，还设置有红外补光组件和补光调节器，通过红外补光组件向待观测物体发射红外光线，以保证待观测物体能够向红外图像采集组件辐射充足的红外光线，有效实现红外成像。通过补光调节器可以对处理器输出至红外补光组件的工作电压大小进行调节，从而使得红外补光组件根据实际使用需求发射不同强度的红外光线。故该方案可以在光线较强的环境中适当调低或者关闭红外补光组件，从而有效降低电能的消耗，延长红外成像的工作时间。

Description

红外成像装置及夜视仪

技术领域

本申请涉及微成像技术领域，特别是涉及一种红外成像装置及夜视仪。

背景技术

在夜晚，人眼对微光或者不发光物体无法进行有效的观察，但夜间人眼看不见的红外线却很丰富，为了便于观察，红外夜视仪应运而生。红外夜视仪可分为主动式和被动式两种，前者用红外探照灯照射目标，接收反射的红外辐射形成图像；后者不发射红外线，依靠目标自身的红外辐射形成“热图像”，故又称为“热像仪”。

然而，红外夜视仪在正常夜视情况下，需要开启一个红外探照灯，以及一个摄像头，导致红外夜视仪的功耗和工作温度高，难以长时间作业。

发明内容

基于此，有必要针对传统的红外夜视仪难以长时间作业的问题，提供一种红外成像装置及夜视仪。

一种红外成像装置，包括：红外图像采集组件，用于采集待观测物体辐射的红外光线，得到红外图像信息；处理器，连接所述红外图像采集组件，用于对所述红外图像信息进行图像处理，得到红外图像；显示器，连接所述处理器，用于显示处理后的红外图像；红外补光组件，连接所述处理器，用于向待观测物体发射红外光线；补光调节器，连接所述处理器，用于调节所述红外补光组件的发光强度。

在一个实施例中，所述红外图像采集组件包括物镜和图像采集器，所述物镜设置于所述图像采集器接收红外光线的一侧，所述图像采集器连接所述处理器。

在一个实施例中，所述红外图像采集组件还包括红外滤光片切换机构，所述红外滤光片切换机构设置于所述图像采集器与所述物镜之间。

在一个实施例中，所述红外图像采集组件还包括遮光板，所述遮光板可活动设置于所述图像采集器接收红外光线的一侧。

在一个实施例中，所述图像采集器为互补金属氧化物半导体图像采集器。

在一个实施例中，所述图像采集器为电荷耦合图像采集器。

在一个实施例中，所述红外补光组件包括聚光镜和红外灯管，所述聚光镜设置于所述红外灯管的发光侧，所述红外灯管连接所述处理器。

在一个实施例中，所述显示器为液晶显示器。

在一个实施例中，所述补光调节器为机械按键。

一种夜视仪，包括目镜和上述的红外成像装置，所述目镜设置于所述显示器的显示侧。

上述红外成像装置及夜视仪，在工作过程中，能够通过红外图像采集组件采集待观测物体辐射的红外光线进行分析，结合处理器进行图像处理得到待观测物体的红外图像，最终传输至显示器进行显示，实现夜间等状态下的红外成像操作。同时，在红外成像装置以及夜视仪中，还设置有红外补光组件和补光调节器，通过红外补光组件向待观测物体发射红外光线，以保证待观测物体能够向红外图像采集组件辐射充足的红外光线，有效实现红外成像。补光调节器与处理器相连接，通过补光调节器可以对处理器输出至红外补光组件的工作电压大小进行调节，从而使得红外补光组件根据实际使用需求发射不同强度的红外光线。故该方案可以在光线较强的环境中适当调低或者关闭红外补光组件，从而有效降低电能的消耗，延长红外成像的工作时间。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一实施例中红外成像装置结构示意图；

图2为另一实施例中红外成像装置结构示意图；

图3为又一实施例中红外成像装置结构示意图；

图4为一实施例中夜视仪结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。

请参阅图1，一种红外成像装置，包括：红外图像采集组件100，用于采集待观测物体辐射的红外光线，得到红外图像信息；处理器200，连接红外图像采集组件100，用于对红外图像信息进行图像处理，得到红外图像；显示器300，连接处理器200，用于显示处理后的红外图像；红外补光组件400，连接处理器200，用于向待观测物体发射红外光线；补光调节器500，连接处理器200，用于调节红外补光组件400的发光强度。

具体地，红外图像采集组件100即为具有光电转换功能的采集组件，在实际运行过程中，红外图像采集器能够采集物体辐射的红外光(具体可以是自身发出的红外光或者其反射的红外光)，经过光电转换得到相应的电信号，最终由处理器200对电信号进行处理，得到待观测物体的红外图像。在对待观测物体进行红外成像时，由于待观测物体所处环境不同，环境中红外光的数量并不相同，在某些环境下待观测物体自身辐射的红外光较少，无法清晰的进行红外成像，此时将需要红外补光组件400进行补光。红外补光组件400在处理器200的控制下，向红外补光组件400提供工作电压，使得红外补光组件400向待观测物体发射红外光线，从而保证红外图像采集组件100能够采集到足够多的、由观测物体辐射的红外光线，进而准确实现待观测物体的红外成像。

应当指出的是，通过补光调节器500进行红外补光组件400的发光强度调节的方式并不是唯一的，在一个实施例中，可以是通过调节处理器200输入至红外补光组件400的电压值大小，也即通过调节红外补光的工作电压大小。在该实施例中，通过处理器200可以向补光调节器500输出脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)方波，此时只需要对脉冲宽度调制方波的PWM值进行调节，即可实现向红外补光组件400输出不同大小的电压。

具体地，在一个实施例中，首先选定一定频率大小的PWM方波，也即对PWM方波频率设置一个初始值，之后结合实际使用过程中的红外补光组件400工作电压和亮度变化曲线，得到不同亮度下对应所需的电压大小值或者电压返回。之后建立不同电压大小或者不同电压范围与PWM值之间的对应关系，在实际调节过程中，只需要通过补光调节器500实现不同的PWM值输出，即可完成红外补光组件400的亮度调节操作。也就是说，在该实施例中，利用PWM定时器变化，改变PWM脉冲的占空比，最终引起电压变化达到红外灯管亮度控制的目的。

可以理解，红外补光组件400的亮度值以及对应电压等级的划分方式并不是唯一的，在一个实施例中，可将红外补光组件400的亮度划分为三个不同的等级，每一个等级对应一个输入电压范围，也即有相应的PWM范围。在该实施例中，将PWM值0-33％划分为低档亮度，PWM值33％-66％划分为中档亮度，而将PWM值66％-99％划分为高档亮度，在实际控制过程中，只需要通过拨动补光调节器500分别处于上述三个档位，即可分别实现红外补光组件400低档亮度、中档亮度以及高档亮度调节操作。

请结合参阅图2，在一个实施例中，红外图像采集组件100包括物镜110和图像采集器120，物镜110设置于图像采集器120接收红外光线的一侧，图像采集器120连接处理器200。

具体地，物镜110是由若干个透镜组合而成的一个透镜组。组合使用的目的是为了克服单个透镜的成像缺陷，提高物镜110的光学成像质量。本实施例通过在红外成像装置中设置物镜110，可对较远距离的待观测物体实现红外成像，从而扩大红外成像装置的应用范围。

物镜110设置于图像采集装置用来进行图像采集的一侧，从而经过物镜110收集的红外光线将会直接传输到图像采集器120的感光部件，利用光电转换实现红外图像信息的采集操作。

应当指出的是，物镜110以及图像采集器120的设置方式并不是唯一的，例如，在一个实施例中，可将物镜110以及图像采集器120设置于同一套筒内，物镜110固定设置与套筒的开口端，用以收集红外光线，而图像采集器120则设置于套筒的开口端相对的一侧(该侧可以封闭设计)，进而实现红外图像采集操作。

请结合参阅图2，在一个实施例中，红外图像采集组件100还包括红外滤光片切换机构130，红外滤光片切换机构130设置于图像采集器120与物镜110之间。

具体地，红外滤光片切换机构130(IR-CUT)是由:滤光片(一片红外截止或吸收滤光片和一片全透光谱滤光片)+动力部分(可以是电磁、电机或其他动力源)构成。该器件原理是通过一块电路控制板和切换器，当白天的光线充分时,电路控制板驱使切换器中切换到红外截止滤光片工作，使得图像采集器120可以还原出彩色图像，实现彩色图像的采集操作。当夜间光线不足时，红外截止滤光片自动移开，全光谱光学玻璃开始工作，能够感应晚上红外灯的辅光，使图像采集器120充分利用到所有光线，从而大大提高了图像采集器120的采集性能，整个画面清晰自然。

白天由于红外及各种光线的对图像采集器120的参杂，干扰了色彩还原，图像采集器120采集到的待观测物体颜色与人眼直接看到的颜色就变样了，产生彩色失真，如人眼看到绿色，通过图像采集器120则变成蓝色，鲜艳的色彩变灰淡；而夜晚则可正常进行红外图像的采集。IR-CUT双滤光片专为图像采集器120修正偏色、失焦的问题，促使撷取影像画面不失焦、不偏色，红外夜视图像更通透，避免红外成像装置受日夜图像偏色的影响，能够过滤强光让画面色彩纯美更柔和、达到与人眼视觉色彩一致，这也就很好的解决了色差的问题。

进一步地，在一个实施例中，红外图像采集组件100还包括遮光板，遮光板可活动设置于图像采集器120接收红外光线的一侧(图未示)。

具体地，红外成像装置一般工作在微光环境下，如果突遇强光会造成摄像头发生过曝致盲反应，无法正常进行观测。故在该实施例中，通过在图像采集器120的前端额外配置了一个遮光板，在夜视模式下取下遮光板增加光通量，实现更明亮的微光夜视，当光线较强时，盖上遮光板减小光通量防止过曝。通过该方案，可以进一步增强红外成像装置的工作可靠性，拓宽实用范围。

可以理解，图像采集器120的具体类型并不是唯一的，在一个实施例中，图像采集器120为互补金属氧化物半导体图像采集器。

具体地，CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)也即互补金属氧化物半导体，主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体，使其在CMOS上共存着带N(带-电)和P(带+电)级的半导体，这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片记录和解读成影像，因此往往将CMOS经过加工作为图像采集器。CMOS图像采集器获得广泛应用的一个前提是其所拥有的较高灵敏度、较短曝光时间和日渐缩小的像素尺寸。像素灵敏度的一个衡量尺度是填充因子(感光面积与整个像素面积之比)与量子效率(由轰击屏幕的光子所生成的电子的数量)的乘积。在CMOS图像采集器中，人们给CMOS图像采集器装配上了有源像素传感器(APS)，导致填充因子降低，原因是像素表面相当大的一部分面积被放大器晶体管所占用，留给光电二极管的可用空间较小。当今CMOS图像采集器被广泛应用在摄像机等电子设备中进行图像采集操作。

在另一个实施例中，图像采集器120为电荷耦合图像采集器。

具体地，电荷耦合图像采集器也即CCD(Charge Coupled Device)图像采集器，它能够将光线变为电荷并将电荷存储及转移，也可将存储之电荷取出使电压发生变化，因此是理想的图像采集器件，以其构成的图像采集器具有体积小、重量轻、不受磁场影响、具有抗震动和撞击之特性而被广泛应用。CCD上植入的微小光敏物质称作像素(Pixel)，一块CCD上包含的像素数越多，其提供的画面分辨率也就越高。CCD的作用就像胶片一样，但它是把图像像素转换成数字电信号。CCD上有许多排列整齐的电容，能感应光线，并将影像转变成数字电信号。经由外部电路的控制，每个小电容能将其所带的电荷转给它相邻的电容。在实际使用过程中，具体采用何种类型器件作为红外成像装置中的图像采集器120可由用户结合实际需求进行不同选择，无论是CMOS类型的图像采集器还是CCD类型的图像采集器均可实现红外图像采集操作。

请结合参阅图2，在一个实施例中，红外补光组件400包括聚光镜420和红外灯管410，聚光镜420设置于红外灯管410的发光侧，红外灯管410连接处理器200。

具体地，红外补光组件400的类型并不是唯一的，只要是能够根据不同的电压大小等输出不同强度的红外光线的组件均可。在该实施例中采用红外灯管410(IR LED)作为红外光线的光源，同时在红外灯管410的发光侧设置一聚光镜420，将红外灯管410发射的红外光线聚集并发射至待观测物体的表面，进而对观测物体反射回来的红外光线实现红外图像采集。

同样的，红外灯管410与聚光镜420的设置方式并不是唯一的，在一个实施例中，可将聚光镜420以及红外灯管410设置于相同的套筒，该套筒的开口侧设置有聚光镜420，而与开口侧相对的一侧(可以封闭设置)则设置有红外灯管410，从而红外灯管410发射的红外光线可通过聚光镜420的聚合，由开口侧照射至待观测物体的表面。

应当指出的是，显示器300的类型并不是唯一的，在一个实施例中，显示器300为液晶显示器。

具体地，液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)是一种借助于薄膜晶体管(TFT)驱动的有源矩阵液晶显示器，它主要是以电流刺激液晶分子产生点、线、面配合背部灯管构成画面。IPS、TFT、SLCD都属于LCD的子类。液晶显示器的工作原理是：在电场的作用下，利用液晶分子的排列方向发生变化，使外光源透光率改变(调制)，完成电一光变换，再利用R、G、B三基色信号的不同激励，通过红、绿、蓝三基色滤光膜，完成时域和空间域的彩色重显。

可以理解，在其他实施例中，显示器300还可以是其他类型的显示器，例如OLED(Organic Light-Emitting Diode，有机电致发光显示器)等，同样能实现红外图像的显示操作。在其他实施例中，红外成像装置还可以设置有存储器件，该存储器件与处理器200相连接，通过红外图像采集组件100可将实时采集得到的红外图像输出至显示器300进行显示或者输出至存储器件进行存储，从而实现红外图像采集。

在一个实施例中，补光调节器500为机械按键。

具体地，请结合参阅图3，本实施例将补光调节器500设置为机械按键，该机械按键直接与处理器200连接，通过机械按键可以调节处理器200输出的PWM脉冲的PWM值，从而实现为红外补光组件400提供不同大小的供电电压。

在一个实施例中，可通过简单的加减按键对红外补光组件400实现不同强度的光源输出控制，也即需要调大红外光线的强度，按下加按键；而需要调小红外光线的强度，按下减按键即可。

可以理解，补光调节器500并不限于本实施例中的机械按键，还可以是触摸按键、调节轮盘等多种不同形式的器件，只要便于用户进行不同强度红外光线的输出控制均可。

上述红外成像装置，在工作过程中，能够通过红外图像采集组件100采集待观测物体辐射的红外光线进行分析，结合处理器200进行图像处理得到待观测物体的红外图像，最终传输至显示器300进行显示，实现夜间等状态下的红外成像操作。同时，在红外成像装置以及夜视仪中，还设置有红外补光组件400和补光调节器500，通过红外补光组件400向待观测物体发射红外光线，以保证待观测物体能够向红外图像采集组件100辐射充足的红外光线，有效实现红外成像。补光调节器500与处理器200相连接，通过补光调节器500可以对处理器200输出至红外补光组件400的工作电压大小进行调节，从而使得红外补光组件400根据实际使用需求发射不同强度的红外光线。故该方案可以在光线较强的环境中适当调低或者关闭红外补光组件400，从而有效降低电能的消耗，延长红外成像的工作时间。

请结合参阅图4，一种夜视仪，包括目镜600和上述的红外成像装置，目镜600设置于显示器300的显示侧。

具体地，红外成像装置的具体结构如上述各个实施例以及附图所示，红外图像采集组件100即为具有光电转换功能的采集组件，在实际运行过程中，红外图像采集器120能够采集物体辐射的红外光(具体可以是自身发出的红外光或者其反射的红外光)，经过光电转换得到相应的电信号，最终由处理器200对电信号进行处理，得到待观测物体的红外图像。在对待观测物体进行红外成像时，由于待观测物体所处环境不同，环境中红外光的数量并不相同，在某些环境下待观测物体自身辐射的红外光较少，无法清晰的进行红外成像，此时将需要红外补光组件400进行补光。红外补光组件400在处理器200的控制下，向红外补光组件400提供工作电压，使得红外补光组件400向待观测物体发射红外光线，从而保证红外图像采集组件100能够采集到足够多的、由观测物体辐射的红外光线，进而准确实现待观测物体的红外成像。

应当指出的是，通过补光调节器500进行红外补光组件400的发光强度调节的方式并不是唯一的，在一个实施例中，可以是通过调节处理器200输入至红外补光组件400的电压值大小，也即通过调节红外补光的工作电压大小。在该实施例中，通过处理器200可以向补光调节器500输出脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)方波，此时只需要对脉冲宽度调制方波的PWM值进行调节，即可实现向红外补光组件400输出不同大小的电压。

具体地，在一个实施例中，首先选定一定频率大小的PWM方波，也即对PWM方波频率设置一个初始值，之后结合实际使用过程中的红外补光组件400工作电压和亮度变化曲线，得到不同亮度下对应所需的电压大小值或者电压返回。之后建立不同电压大小或者不同电压范围与PWM值之间的对应关系，在实际调节过程中，只需要通过补光调节器500实现不同的PWM值输出，即可完成红外补光组件400的亮度调节操作。也就是说，在该实施例中，利用PWM定时器变化，改变PWM脉冲的占空比，最终引起电压变化达到红外灯管410亮度控制的目的。

可以理解，红外补光组件400的亮度值以及对应电压等级的划分方式并不是唯一的，在一个实施例中，可将红外补光组件400的亮度划分为三个不同的等级，每一个等级对应一个输入电压范围，也即有相应的PWM范围。在该实施例中，将PWM值0-33％划分为低档亮度，PWM值33％-66％划分为中档亮度，而将PWM值66％-99％划分为高档亮度，在实际控制过程中，只需要通过拨动补光调节器500分别处于上述三个档位，即可分别实现红外补光组件400低档亮度、中档亮度以及高档亮度调节操作。

该夜视仪在显示器300的显示一侧还设置有目镜600，目镜600是用来观察前方显示器所呈现图像的目视光学器件，主要作用是将所得的实像再次放大，目镜600通常由若干个透镜组合而成，具有较大的视场和视角放大率。通过目镜600的设置，当红图像在显示器300进行显示之后，用户通过目镜600即可清楚观测到红外图像。可以理解，为了观察舒适，在一个实施例中，可将目镜600的数量设置为两个，分别对应用户的左右眼。

进一步地，在一个实施例中，夜视仪还设置有壳体700，通过壳体700将上述红外图像采集组件100、处理器200、显示器300、红外补光组件400以及目镜600等固定，而补光调节器500则设置于壳体700的外表面，形成完整的夜视仪。更进一步地，在一个实施例中，还可在壳体700上设置手柄等手持部件，便于用户手持使用夜视仪。更进一步地，在一个实施例中，还将壳体700做成头盔形式并设置系带部件，变成头戴式夜视仪，解放双手可进行其他操作。

上述夜视仪，在工作过程中，能够通过红外图像采集组件100采集待观测物体辐射的红外光线进行分析，结合处理器200进行图像处理得到待观测物体的红外图像，最终传输至显示器300进行显示，实现夜间等状态下的红外成像操作。同时，在红外成像装置以及夜视仪中，还设置有红外补光组件400和补光调节器500，通过红外补光组件400向待观测物体发射红外光线，以保证待观测物体能够向红外图像采集组件100辐射充足的红外光线，有效实现红外成像。补光调节器500与处理器200相连接，通过补光调节器500可以对处理器200输出至红外补光组件400的工作电压大小进行调节，从而使得红外补光组件400根据实际使用需求发射不同强度的红外光线。故该方案可以在光线较强的环境中适当调低或者关闭红外补光组件400，从而有效降低电能的消耗，延长红外成像的工作时间。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种红外成像装置，其特征在于，包括：

红外图像采集组件，用于采集待观测物体辐射的红外光线，得到红外图像信息；

处理器，连接所述红外图像采集组件，用于对所述红外图像信息进行图像处理，得到红外图像；

显示器，连接所述处理器，用于显示处理后的红外图像；

红外补光组件，连接所述处理器，用于向待观测物体发射红外光线；

补光调节器，连接所述处理器，用于调节所述红外补光组件的发光强度。

2.根据权利要求1所述的红外成像装置，其特征在于，所述红外图像采集组件包括物镜和图像采集器，所述物镜设置于所述图像采集器接收红外光线的一侧，所述图像采集器连接所述处理器。

3.根据权利要求2所述的红外成像装置，其特征在于，所述红外图像采集组件还包括红外滤光片切换机构，所述红外滤光片切换机构设置于所述图像采集器与所述物镜之间。

4.根据权利要求2或3所述的红外成像装置，其特征在于，所述红外图像采集组件还包括遮光板，所述遮光板可活动设置于所述图像采集器接收红外光线的一侧。

5.根据权利要求2或3所述的红外成像装置，其特征在于，所述图像采集器为互补金属氧化物半导体图像采集器。

6.根据权利要求2或3所述的红外成像装置，其特征在于，所述图像采集器为电荷耦合图像采集器。

7.根据权利要求1-3任一项所述的红外成像装置，其特征在于，所述红外补光组件包括聚光镜和红外灯管，所述聚光镜设置于所述红外灯管的发光侧，所述红外灯管连接所述处理器。

8.根据权利要求1-3任一项所述的红外成像装置，其特征在于，所述显示器为液晶显示器。

9.根据权利要求1-3任一项所述的红外成像装置，其特征在于，所述补光调节器为机械按键。

10.一种夜视仪，其特征在于，包括目镜和权利要求1-9任一项所述的红外成像装置，所述目镜设置于所述显示器的显示侧。

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