CN114251977A - 多光融合瞄准镜以及多光融合方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多光融合瞄准镜以及多光融合方法，所述多光融合瞄准镜包括壳体以及设置于所述壳体中的可见光成像组件、红外热成像组件、分划组件和棱镜组件，所述可见光成像组件包括可见光通道，所述可见光通道内设置有分光镜，所述红外热成像组件和分划组件分别设置于所述棱镜组件的两侧，所述棱镜组件对所述红外热成像组件的红外图像形成透射、对所述分划组件的分划图像形成折射，使得所述红外图像、分划图像在经过所述棱镜组件后融合；所述分光镜对所述可见光成像组件的可见光图像形成透射、对所述红外图像和/或分划图像形成反射，使得所述可见光图像、红外图像和/或分划图像在经过所述分光镜后融合，能够满足用户全天候的使用需求。

Description

多光融合瞄准镜以及多光融合方法

技术领域

本发明涉及瞄准镜技术领域，特别是涉及一种多光融合瞄准镜以及多光融合方法。

背景技术

市场上现有的多光融合瞄准镜大多为单一光路的白光或微光多光融合瞄准镜，在一定照度下能够获取目标物清晰的可见光图像，但是在一些恶劣环境，如浓烟、浓雾、夜晚等环境下则难以获取目标物的可辨认图像，难以满足用户特别是士兵、猎户等全天候的使用需求。

发明内容

有鉴于此，提供一种可以全天候使用且能有效保证瞄准精度的多光融合瞄准镜以及多光融合方法。

一种多光融合瞄准镜，包括壳体以及设置于所述壳体中的可见光成像组件、红外热成像组件、分划组件和棱镜组件，所述可见光成像组件包括可见光通道，所述可见光通道内设置有分光镜，所述红外热成像组件包括红外光通道；所述红外热成像组件和所述分划组件分别设置于所述棱镜组件的两侧，所述棱镜组件对所述红外热成像组件的红外图像形成透射、对所述分划组件的分划图像形成折射，使得所述红外图像、所述分划图像在经过所述棱镜组件后在所述红外光通道内融合；所述分光镜对所述可见光成像组件的可见光图像形成透射、对所述红外图像和/或所述分划图像形成反射，使得所述可见光图像、所述红外图像和/或所述分划图像在经过所述分光镜后在所述可见光通道内融合。

进一步地，所述分光镜包括分别朝向所述可见光通道的前后两端的透光面和反光面，所述透光面和所述反光面均为平面且相对于所述可见光通道倾斜设置，所述透光面上形成有透光膜、所述反光面上形成有反光膜，所述红外图像和/或所述分划图像被所述反光膜反射后向所述可见光通道的后端传播，所述可见光图像通过所述透光膜后向所述可见光通道的后端传播。

进一步地，所述红外图像的光谱为B，所述分划图像的光谱为C，所述透光膜对光谱在B和C之外的可见光进行透射且透光率不小于97％、对光谱为B或C的可见光进行反射；所述反光膜对光谱为B或C的可见光进行反射且反射率不小于97％、对光谱在B和C之外的可见光进行透射。

进一步地，所述分划图像的光谱C在所述红外图像的光谱B的范围内，所述反光膜的各膜层为同种材料；或者，所述分划图像的光谱C在所述红外图像的光谱B的范围外，所述反光膜包括至少两种不同材料的膜层。

进一步地，所述红外热成像组件包括设置于所述红外光通道内的显示器，所述显示器的显示屏面向所述棱镜组件并位于所述棱镜组件的前侧，所述分划组件设置于所述棱镜组件的上侧，所述棱镜组件包括相对于所述红外光通道倾斜设置的膜层，所述膜层对所述红外图像透射、对所述分划图像折射，使得所述红外图像和所述分划图像经过所述棱镜组件后在所述红外光通道内融合。

进一步地，所述分划组件包括设置于所述棱镜组件上方的分划板和向下照射所述分划板的光源。

进一步地，还包括准直组件，所述准直组件设置于所述棱镜组件和所述分光镜之间的光路上。

进一步地，所述准直组件包括第一透镜、第二透镜和反光镜，所述第一透镜设置于所述棱镜组件的正后方，所述第二透镜设置于所述分光镜的正下方，所述反光镜设置于所述第一透镜的正后方并位于所述第二透镜的正下方，所述第一透镜和所述第二透镜的轴线相互垂直，所述反光镜相对于所述红外光通道倾斜设置。

进一步地，所述可见光通道的前后两端分别密封连接有透明保护窗。

一种多光融合方法，包括以下步骤：获取红外图像、可见光图像以及分划图像；通过棱镜组件透射所述红外图像并折射所述分划图像，将所述红外图像、所述分划图像在红外光通道内融合；以及，通过分光镜反射融合的所述红外图像和所述分划图像并透射所述可见光图像，将所述可见光图像与所述红外图像、所述分划图像在可见光通道内融合。

相较于现有技术，本发明多光融合瞄准镜通过棱镜组件实现分划图像与红外图像的融合，再通过分光镜实现可见光图像和分划图像、红外图像的融合，使得用户可以根据使用环境选择适当的使用方式，满足用户全天候的使用需求，同时通过分划图像的叠加用户可以准确的瞄准目标，提高射击精度。

附图说明

图1为本发明多光融合瞄准镜一实施例的结构示意图。

图2为图1所示多光融合瞄准镜的光路示意图。

图3为图1所示多光融合瞄准镜的图像增强原理图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中示例性地给出了本发明的一个或多个实施例，以使得本发明所公开的技术方案的理解更为准确、透彻。但是，应当理解的是，本发明可以以多种不同的形式来实现，并不限于以下所描述的实施例。

本发明附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本发明提供一种多光融合瞄准镜，优选地应用于枪支上，辅助用户瞄准射击，提高射击的精准度。图1为本发明多光融合瞄准镜的一具体实施例，所述多光融合瞄准镜包括壳体10以及设置于壳体10中的可见光成像组件20、红外热成像组件30、分划组件40和棱镜组件50等。

壳体10作为整个多光融合瞄准镜的承载机构，内部形成有空间用于各个组件的安装。壳体10的底部设置有减震支架12，用于多光融合瞄准镜与其它器械，特别是枪支等的装配。枪支在使用过程中，射击所形成的后坐力通过减震支架12的缓冲基本不会传递至多光融合瞄准镜，避免影响多光融合瞄准镜的性能进而影响最终的射击精度。壳体10的尾端(即使用时靠近用户的一端)形成有电池仓，电池仓中放置有充电电池14对红外热成像组件30、分划组件40等供电。相应地，壳体10上形成有充电接口，如Type-C接口等，用于连接外部电源对电池14充电。壳体10的尾端在其端面或者侧面设置有操作部件，如开/关机键、模式选择旋钮、分划位置旋钮等，方便用户操作。

可见光成像组件20用于获取目标物的可见光图像，可见光图像高频成分多、含有丰富的光谱信息，在足够照度下能较好的反映场景的细节。红外热成像组件30用于获取目标物的红外图像，红外图像是热辐射图像，灰度由目标物与背景的温差决定，在照度不佳的情况下对目标也可以有比较好的反映。本发明多光融合瞄准镜同时配置可见光成像组件20和红外热成像组件30，用户可以根据环境照度选择适当的使用模式，进行可见光和/或红外成像，满足全天候的使用需求。分划组件40为反射式结构，将光点、光圈或者十字线等瞄准标记叠加在所形成的可见光和/或红外图像上，当瞄准标记与目标物重叠即完成对目标物的瞄准，有效提高瞄准精度。

可见光成像组件20包括一可见光通道22，可见光通道22沿前后方向延伸，其前端(即图1中右端)朝向所要瞄准的目标物，后端(即图1中左端)即为人眼观测位。较佳地，可见光通道22的前后两端分别设置有保护窗23。保护窗23为透明结构，在基本不影响可见光传播的前提下对可见光通道22进行密封，起到防水、防雾、防尘的作用，避免壳体10内的电子器件、光学器件等受到外部环境的影响。本实施例中，用户通过可见光成像组件20所能看到的可见光图像没有经过透镜的缩放，与用户直接观测目标物所看到的图像大小一致。在一些实施例中，如在观测远距离目标物时，为提高图像的清晰度，可以在可见光通道22内设置透镜对目标物的图像进行一定比例的缩放。

红外热成像组件30在横向位于可见光通道22的前侧、在纵向上位于可见光通道22的下方，红外热成像组件包括与可见光通道平行的红外光通道(以图1为例，可见光通道与红外光通道均为水平方向)。红外热成像组件30还包括由前向后顺序布置在红外光通道内的红外物镜32、红外机芯34、图像处理器36以及显示器38，其中红外物镜32优选地采用无热化红外镜头，用于接收和汇聚来自目标场景的红外辐射；红外机芯34接收红外物镜32所汇聚的红外辐射并转化为相应的电信号；图像处理器36根据红外机芯34的电信号将目标场景的温度分布转换为人眼可见的红外图像并发送至显示器38；显示器38优选地为LED显示器，其显示屏朝向壳体10的尾端。较佳地，图像处理器36还可以对红外图像进行增强处理，增强处理包括热像极性、热像融合、热像轮廓等，突出目标显示细节，满足不同场景下对发掘更多目标细节特征的需求。

如图2所示，显示器38的后方设置有棱镜组件50，棱镜组件50对显示器38所呈现的红外图像具有透射作用，红外图像经过棱镜组件50透射后继续向后传播。在一些实施例中，可以通过棱镜组件50或者图像处理器36来调节红外图像的大小，使得最终在人眼观测处的红外图像和可见光图像大小比例一致。分划组件40设置于棱镜组件50的上方，包括分划板42和向下照射分划板42的光源44，如LED等。优选地，光源44为红光LED或者绿光LED，其中红光LED的光线的波长约为650nm、绿光LED的光线的波长约为550nm。棱镜组件50设置有倾斜的膜层52，如析光膜等，光源44的光线通过分划板42然后在棱镜组件50上形成圆点(或者圆圈、十字线)并向后折射，使得分划图像与红外图像在棱镜组件50的出光侧，即棱镜组件50的后方相融合。

较佳地，棱镜组件50的出光侧设置有准直组件60，准直组件60包括第一透镜62、第二透镜64和反光镜66。第一透镜62位于棱镜组件50的正后方，其轴线方向水平延伸，将红外图像、分划图像转化为近乎平行的光线；反光镜66位于第一透镜62的正后方，相对于水平方向倾斜45度设置，由第一透镜62射出的光线以大约45度的入射角射向反光镜66，在反光镜66的作用下以45度左右的出射角竖直向上射出，使得分划图像、红外图像的光线产生90度的转向；第二透镜64设置于反光镜66的正上方并位于可见光通道22的底部，其轴线方向竖直延伸，将分划图像、红外图像转化为准直光柱，垂直向上射入至可见光通道22中。

可见光通道22在正对第二透镜64的位置处设置有分光镜24，分光镜24为半透半反结构，对经过棱镜组件50、准直组件60后的红外图像、分划图像的光线具有反射作用，对此之外的可见光则具有透射作用。分光镜24相对于可见光通道22的轴线方向(即水平方向)倾斜45°度设置，具有朝向可见光通道22的前端的透光面26和朝向可见光通道22的后端的反光面28。分光镜24为平面镜，其透光面26、反光面28均为平面且倾斜45°。红外图像、分划图像的光线垂直向上射向分光镜24的反光面28而形成45°的入射角，如此经过分光镜24反射后的光线恰好沿水平方向向后传播，使得红外图像、分划图像和可见光图像可以在人眼观测位叠加。

如图3所示，若可见光的光谱范围为A(如420-700nm)，红外图像的光谱范围为B(如620-640nm)，分划图像的光谱范围为C(如550nm或650nm)，分光镜24的反光面28作为红外图像、分划图像的光线的反射面，形成有单层或多层反光膜29，反光膜29对光谱范围在B或C内的光线具有高反射效果且反射率不小于97％，对光谱范围在B、C之外的可见光，即光谱范围为D，D＝A-(B+C)的光线具有高透射效果；分光镜24的透光面26作为可见光图像的光线的入射面，形成有单层或者多层透光膜27，透光膜27对光谱范围在B、C之外的光线具有高透射效果且透光率不小于97％，对光谱范围在B或C内的光线具有高反射效果。

根据用户的需求，图像处理器36可以使用不同的调色板对红外图像进行调色，使得显示器38所显示的红外图像颜色更鲜亮，细节更清晰。应当理解地，根据显示器38所呈现的红外图像的颜色的不同，其对应的光谱B不同，相应地反光膜29可以有不同的结构和材料。在一具体实施例中，红外图像的光谱范围B为620-650nm，此时若分划组件40所使用的光源44为红光LED，其光谱范围C与红外图像的光谱范围B重叠，反光膜29所要反射的光线的光谱为620-650nm，其各个膜层侧材料可以相同；若分划组件40所使用的光源44为绿光LED，其光谱范围C与红外图像的光谱范围B不同，反光膜29至少有两层不同材料的膜层，其中一种材料的膜层反射光谱为620-650nm的光线、另一种材料的膜层反射光谱为515-550nm的光线。

本实施例中，多光融合瞄准镜包括四种使用模式：可见光模式、红外模式、融合模式以及轮廓模式，用户可以通过模式选择旋钮方便地进行使用模式的切换：

在环境照度比较好的情况下，可以选用可见光模式，此时可见光图像经过分光镜24的透光膜27向后传播，用户通过可见光通道22直接观测目标物的可见光图像。在可见光模式下，用户可以开启分划组件40使其光源44照亮分划板42，分划图像经过棱镜组件50以及准直组件60后转换为竖直向上的平行光柱，以45°的入射角射向分光镜24的反光膜29并被反光膜29反射，使得分划图像叠加在可见光图像上。

在环境照度不佳的夜晚或者烟雾环境下，用户可以使用红外模式，启动红外热成像组件30来获取红外图像。此时，目标物的红外辐射通过红外物镜32进行汇聚，红外机芯34将汇聚的红外辐射转化为电信号，图像处理器36根据红外机芯34的电信号经过一系列图像算法处理后，将红外辐射转化为可视红外图像在显示器38上进行显示。显示器38所显示的红外图像经过棱镜组件50以及准直组件60后转换为竖直向上的平行光柱，以45°的入射角射向分光镜24的反光膜29并被反光膜29反射后向后传播，如此用户在人眼观测处可以看到红外图像。

在红外模式下，用户同样可以启动分划组件40，此时分划图像和红外图像经过棱镜组件50后相融合，之后再经过组件60转换为竖直向上的平行光柱，以45°的入射角射向分光镜24的反光膜29并被反光膜29反射，使得用户可以同时看到红外图像和叠加在红外图像上的瞄准标记。

在环境照度比较好的情况下，也可以使用融合模式或轮廓模式，此时可见光成像组件20和红外热成像组件30同时启动，可见光图像经过分光镜24透过分光镜24向后传播、红外图像经过分光镜24的反射后向后传播，可见光图像和红外图像经过分光镜24后传播方向一致，用户在人眼观测处可以看到叠加的可见光图像和红外图像。不同于融合模式的是，在轮廓模式下红外热成像组件30的图像处理器36只抓取红外图像的轮廓特征，用户看到的只是红外图像的轮廓效果。应当理解地，在融合模式和轮廓模式下，用户也可以开启分划组件40使得分划图像能够叠加在所呈现的图像上。

本发明还提供一种多光融合瞄准方法，包括以下步骤：获取目标物的可见光图像和红外图像，获取分划图像；通过棱镜组件将红外图像和分划图像进行融合；通过分光镜将可见光图像与红外图像、分划图像进行融合。在一具体实施例中，分划组件40和红外热成像组件30分别设置于棱镜组件50相邻的两侧，分划图像经过棱镜组件50后产生90度的转向，与红外图像在棱镜组件50的出光侧融合；之后，准直组件60将红外图像、分划图像进行90度的转向使其垂直射入至可见光通道22中，分光镜24对可见光图像形成透射作用，对红外图像、分划图像形成反射作用，如此红外图像、分划图像在分光镜24的作用下再次转向，与透过分光镜24之后的可见光图像融合，使得用户可以看到相叠加的可见光图像、红外图像以及瞄准标记。

本发明设置可见光成像组件20、红外热成像组件30以及分划组件40，用户可以根据需要启动相应的组件，满足全天候的使用需求。红外热成像组件30以及分划组件40的图像通过棱镜组件50进行融合，之后通过准直组件60进行转向后进入可见光通道22，与可见光成像组件20的图像通过分光镜24进行融合，进一步方便用户瞄准你目标物。分光镜24为半透半反结构，其透光面26和反光面28均为平面且分别镀有透光膜27和反光膜29，利用透光膜对可见光成像组件20的成像进行透射，有效避免应用析光镜进行融合时其曲面所引起的视差问题，使得用户在大角度观测位置时所看到的图像和正视位置时看到的图像没有偏差，方便用户的使用、确保瞄准的精准度。

另外，本发明根据红外热成像组件30、分划组件40的图像的光谱来设置分光镜的透光膜27和反光膜29，使得反光膜29对光谱B、C范围内的红外图像、分划图像具有高反效果、对其它光谱范围内的光线则有高透效果，这样红外图像和分划图像经过分光镜24后几乎没有能量损耗，高反射进入人眼使得人眼可以看到红外图像和分划图像；同时，透光膜27对光谱B、C范围内的光线具有高反效果使其不能进入光学系统，仅光谱D范围内的光线可以透过分光镜24进入人眼使得人眼看到可见光图像。本发明通过分光镜24实现可见光和红外的融合并通过在分光镜24上的镀膜27、29实现光学滤波，有效增强可见光和红外融合的成像效果。

需要说明的是，本发明并不局限于上述实施方式，根据本发明的创造精神，本领域技术人员还可以做出其他变化，这些依据本发明的创造精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种多光融合瞄准镜，其特征在于，包括壳体以及设置于所述壳体中的可见光成像组件、红外热成像组件、分划组件和棱镜组件，所述可见光成像组件包括可见光通道，所述可见光通道内设置有分光镜，所述红外热成像组件包括红外光通道；所述红外热成像组件和所述分划组件分别设置于所述棱镜组件的两侧，所述棱镜组件对所述红外热成像组件的红外图像形成透射、对所述分划组件的分划图像形成折射，使得所述红外图像、所述分划图像在经过所述棱镜组件后在所述红外光通道内融合；所述分光镜对所述可见光成像组件的可见光图像形成透射、对所述红外图像和/或所述分划图像形成反射，使得所述可见光图像、所述红外图像和/或所述分划图像在经过所述分光镜后在所述可见光通道内融合。

2.如权利要求1所述的多光融合瞄准镜，其特征在于，所述分光镜包括分别朝向所述可见光通道的前后两端的透光面和反光面，所述透光面和所述反光面均为平面且相对于所述可见光通道倾斜设置，所述透光面上形成有透光膜、所述反光面上形成有反光膜，所述红外图像和/或所述分划图像被所述反光膜反射后向所述可见光通道的后端传播，所述可见光图像通过所述透光膜后向所述可见光通道的后端传播。

3.如权利要求2所述的多光融合瞄准镜，其特征在于，所述红外图像的光谱为B，所述分划图像的光谱为C，所述透光膜对光谱在B和C之外的可见光进行透射且透光率不小于97％、对光谱为B或C的可见光进行反射；所述反光膜对光谱为B或C的可见光进行反射且反射率不小于97％、对光谱在B和C之外的可见光进行透射。

4.如权利要求3所述的多光融合瞄准镜，其特征在于，所述分划图像的光谱C在所述红外图像的光谱B的范围内，所述反光膜的各膜层为同种材料；或者，所述分划图像的光谱C在所述红外图像的光谱B的范围外，所述反光膜包括至少两种不同材料的膜层。

5.如权利要求1所述的多光融合瞄准镜，其特征在于，所述红外热成像组件包括设置于所述红外光通道内的显示器，所述显示器的显示屏面向所述棱镜组件并位于所述棱镜组件的前侧，所述分划组件设置于所述棱镜组件的上侧，所述棱镜组件包括相对于所述红外光通道倾斜设置的膜层，所述膜层对所述红外图像透射、对所述分划图像折射，使得所述红外图像和所述分划图像经过所述棱镜组件后在所述红外光通道内融合。

6.如权利要求5所述的多光融合瞄准镜，其特征在于，所述分划组件包括设置于所述棱镜组件上方的分划板和向下照射所述分划板的光源。

7.如权利要求5所述的多光融合瞄准镜，其特征在于，还包括准直组件，所述准直组件设置于所述棱镜组件和所述分光镜之间的光路上。

8.如权利要求7所述的多光融合瞄准镜，其特征在于，所述准直组件包括第一透镜、第二透镜和反光镜，所述第一透镜设置于所述棱镜组件的正后方，所述第二透镜设置于所述分光镜的正下方，所述反光镜设置于所述第一透镜的正后方并位于所述第二透镜的正下方，所述第一透镜和所述第二透镜的轴线相互垂直，所述反光镜相对于所述红外光通道倾斜设置。

9.如权利要求1-8任一项所述的多光融合瞄准镜，其特征在于，所述可见光通道的前后两端分别密封连接有透明保护窗。

10.一种多光融合方法，包括以下步骤：

获取红外图像、可见光图像以及分划图像；

通过棱镜组件透射所述红外图像并折射所述分划图像，将所述红外图像、所述分划图像在红外光通道内融合；以及

通过分光镜反射融合的所述红外图像和所述分划图像并透射所述可见光图像，将所述可见光图像与所述红外图像、所述分划图像在可见光通道内融合。

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