CN115356843A - 日夜两用望远镜 - Google Patents

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李静敏
张振学
高祥杰
张骁勇
王少龙
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    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract

本申请提供一种日夜两用望远镜，包括：图像采集模块，包括镜头模组及感应光线成像的图像传感器，镜头模组包括透镜和双带通滤光片，双带通滤光片允许第一波段的光和第二波段的光通过；图像处理模块，与图像传感器连接以接收图像传感器感应得到的图像信号；其中，第一波段为可见光波段，第二波段为红外光波段；在日间模式下，图像处理模块过滤第二波段的光的图像，仅保留第一波段的光的图像；在夜间模式下，图像处理模块同时保留第一波段的光和第二波段光的图像。本申请的日夜两用望远镜中采用双带通滤光片，日间模式滤掉红外光以获得清晰的图像，夜间模式下可感应红外光得到更低的照度，具有性价比高、体积小、结构简单、稳定性高的特点。

Description

日夜两用望远镜
技术领域
本申请涉及望远镜技术领域，特别涉及一种日夜两用望远镜。
背景技术
环境照度(亮度)通常以Lux(勒克斯)为单位来衡量，其值越小，说明环境越暗。下表为不同环境下的光照度：
环境 照度(Lux)
阳光直射 (1-1.3)×10<sup>-5</sup>
晴天室外(无阳光照射) (1-2)×10<sup>-4</sup>
阴天室外 500-1500
工作台 50-250
可阅读条件 20
晨昏蒙影 10
清晨昏蒙影 1
整圆明月 0.2
上下弦月 10<sup>-2</sup>
无月清空 10<sup>-3</sup>
无月阴空 10<sup>-4</sup>
一个完整的摄像设备由两部分组成，即镜头和摄像机，而摄像机又由感光器件(电荷耦合器件CCD传感器，或者互补金属氧化物半导体CMOS传感器)、复杂的信号处理电路、滤光片等组成。镜头作为摄像部件的重要组成部分，其作用是为摄像机的CMOS聚焦被摄物体的光线，使景物在CMOS上成像，其可摄取光线的多少直接决定了CMOS成像的清晰度。
摄像机的照度指标也用Lux为单位来衡量，其值越小，说明其灵敏度越高，越能看清暗处的物体。对于一些特殊场景，比如低光夜视、全天候的持久监视等工作环境，在这种工作环境下就不能单靠人眼去观察。此时，低照度相机应运而生。
低照度相机具有十分出色的感光灵敏度，可达到10-4LUX，相当于在无月阴空的环境下，也能正常工作。因此，照度的高低成为人们选择摄像机的一个重要参数。
低照度摄像机为得到更低的照度，除摄取可见光外，也需要摄取一些红外光，而不同波长的红外光都被摄取会对摄像机成像造成一定的影响，所以要采用可滤除不需要的红外光而保留需要的红外光的滤光片。
目前高端低照度摄像机会选用双滤光片，即白天采用不感应红外的滤光片以获得清晰的图像，夜间采用可感应红外的滤光片得到更低的照度。通常采用的方法是使用IR-CUT双滤镜，是指在摄像头镜头组里内置了一组滤镜，当镜头外的红外感应点侦测到光线的强弱变化后，内置的IR-CUT自动切换滤镜能够根据外部光线的强弱随之自动切换，使图像达到最佳效果。也就是说，在白天或黑夜下，双滤光片能够自动切换滤镜，因此不论是在白天还是黑夜下，都能得到最佳成像效果。
IR-CUT双滤光片切换器是由两片滤光片(一片红外截止或吸收滤光片和一片全透光谱滤光片)与动力部分(可以是电磁、电机或其他动力源)构成。IR-CUT双滤光片切换器在白天的光线充分时，红外截止滤光片工作，CCD或CMOS还原出真实彩色；当夜间光线不足时，红外截止/吸收滤光片自动移开，全透光谱滤光片开始工作，使CCD或CMOS充分利用到所有光线，从而大大提高了低照性能。由于IR-CUT双滤光片切换器的实现需要一个微电子电机驱动电路机构以及两片或多片滤光片，而且在实现上难度较大价格也更高，所以会导致产品的体积、重量、功耗以及性价比有所增加。
望远镜可适用于户外探险、狩猎、安全防护、科学研究等众多领域，其对于产品的体积、重量、功耗、便捷性有很高的要求。因此，若要望远镜能够实现日夜切换实现低照度，IR-CUT双滤光切换器的方式显然不适合望远镜，因此，亟需提供一种适用于望远镜的实现低照度的方式。
发明内容
基于此，为解决上述术问题，本申请提供一种日夜两用望远镜，能够实现低照度从而兼容日夜使用模式。
本申请实施例提供一种日夜两用望远镜，包括：
图像采集模块，包括用于聚焦光线的镜头模组及感应光线成像的图像传感器，所述镜头模组包括透镜和双带通滤光片，所述双带通滤光片允许第一波段的光和第二波段的光通过；
图像处理模块，与所述图像传感器连接以接收所述图像传感器感应得到的图像信号；
其中，所述第一波段为可见光波段，所述第二波段为红外光波段，所述日夜两用望远镜具有日间模式和夜间模式；在所述日间模式下，所述图像处理模块过滤来自所述图像传感器的图像信号中第二波段的光的图像，仅保留第一波段的光的图像；在所述夜间模式下，所述图像处理模块同时保留第一波段的光的图像和第二波段光的图像。
在其中一个实施例中，所述第一波段为420～660nm，所述第二波段为930～970nm。
在其中一个实施例中，所述双带通滤光片对所述第一波段的光的通过率为50％以上，对所述第二波段的光的通过率为85％以上。
在其中一个实施例中，所述双带通滤光片具有镀膜，所述镀膜对不同波段的光的通过率如下：
420～620nm的光：最小通过率Tmin≥85％，平均通过率Tave≥90％；
650±10nm的光：通过率T＝50％；
700～850nm的光：通过率T＜3％；
930～970nm的光：通过率T＞85％；
1100～1200nm的光：最大通过率Tmax≤4％。
在其中一个实施例中，所述图像处理模块通过感测光线明暗变化的光传感器判断为所述日间模式或所述夜间模式，并在处于所述日间模式时接收到的来自所述图像传感器的图像信号中的所述第二波段的光的图像过滤掉。
在其中一个实施例中，所述日夜两用望远镜的外壳上通过手电筒安装件可拆卸地安装有红外手电筒。
在其中一个实施例中，所述红外手电筒安装在所述外壳的底部且位于所述镜头模组的下方。
在其中一个实施例中，所述红外手电筒内部设有电池，所述红外手电筒采用940nm的红外发射管且在通电后沿平行于所述镜头模组的光轴方向发出红外光。
在其中一个实施例中，所述手电筒安装件包括抱箍及连接板，所述抱箍绕设在所述红外手电筒的外围，所述连接板的一端与所述抱箍连接固定，所述连接板的另一端可通过紧固件固定到外壳的底部。
在其中一个实施例中，还包括图像显示模块，所述图像显示模块包括显示屏及目镜模组，所述显示屏连接至所述图像处理模块以显示所述图像处理模块处理得到的图像信号，所述目镜模组设置在所述显示屏的后端以对所述显示屏上的图像进行缩放。
本申请的日夜两用望远镜至少具有以下有益效果：本申请的日夜两用望远镜中采用双带通滤光片来替换IR-CUT双滤光片切换器，日间模式图像处理模块滤掉红外光的图像以获得清晰的图像，夜间模式下可感应红外光得到更低的照度，具有性价比高、体积小、结构简单、稳定性高的特点，能够提高夜间彩色成像的效果，保证光学成像质量。
附图说明
图1为本申请一实施例的日夜两用望远镜的结构示意图；
图2为图1中的日夜两用望远镜的镜头模组的轴向剖视图；
图3为图2中的双带通滤光片的带通示意图；
图4为本申请一实施例的日夜两用望远镜的立体结构示意图；
图5为图4中的红外手电筒及的立体结构示意图；
图6为图4中的日夜两用望远镜在日间模式、夜间模式、夜间加红外模式下的拍摄效果示例图。
图中各元件标号如下：
图像采集模块10(其中，镜头模组11、图像传感器12；镜头筒111、透镜112、双带通滤光片113、隔圈114、密封圈115、压圈116)；
图像处理模块20；
图像显示模块30(其中，显示屏31、目镜模组32)；
外壳40；
红外手电筒50；
手电筒安装件60(其中，抱箍61、连接板62)。
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实施方式。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方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本申请的公开内容理解的更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。当一个元件被认为是“耦合”另一个元件，它可以是直接耦合到另一个元件或者可能同时存在居中元件，本文所谓的“接合”是指两个元件具有动力传输的联接。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上方”、“下方”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式，应理解的是，这些与空间相关的术语旨在除了附图中描绘的取向之外还涵盖设备在使用中或在操作中的不同取向，例如，如果设备在附图中被翻转，则描述为在其他元件或特征“下方”或“之下”的元件或特征将被取向为在其他元件或特征“上方”。因此，示例术语“下方”可以包括上方和下方两种取向。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”和“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1，本申请一实施例的日夜两用望远镜包括图像采集模块10、与图像采集模块10连接的图像处理模块20以及与图像处理模块20连接的显示组件30。其中，图像采集模块10主要用于采集图像并基于所采集的图像输出图像信号。图像处理模块20与图像采集模块10连接，并实时接收图像信号输出至图像显示模块30。
具体地，本实施例的图像采集模块10包括用于聚焦光线的镜头模组11以及感应光线成像的图像传感器12，图像传感器12设置在镜头模组11的后端，图像传感器12可根据经过镜头模组11透射的光线获取到图像从而生成相应的图像信号，并将所生成的图像信号传输至图像处理模块20。
请结合参阅图2，镜头模组11包括镜头筒111以及设置在镜头筒111内的透镜112和双带通滤光片113，多个透镜112和双带通滤光片113沿光轴布置，相邻的透镜112之间、透镜112与双带通滤光片113之间设有隔圈114，以将相邻的镜片隔离。最前端的透镜112设有密封圈115和压圈116，将透镜112密封在镜头筒111内。多个透镜112形成透镜组将光线进行聚焦并经镜片透射。双带通滤光片113对来自前端透镜112的光进行过滤后射向图像传感器12。
双带通滤光片113为具备两个带通的单个滤光片，只用一片滤光片实现两个特定波段的截取，能够选择两个或以上区域范围内的波段通过。请结合参阅图3，双带通滤光片113允许部分可见光波段(第一波段)以及部分红外光波段(第二波段)通过。第一波段为可见光波段420～660nm，通过率T为50％以上；第二波段为红外光波段930～970nm，通过率T为85％以上。双带通滤光片113通过镀膜实现双带通，双带通滤光片113的镀膜要求详细参数如下：
420～620nm：最小通过率Tmin≥85％，平均通过率Tave≥90％；
650±10nm：通过率T＝50％；
700～850nm：通过率T＜3％；
930～970nm：通过率T＞85％；
1100～1200nm：最大通过率Tmax≤4％。
双带通滤光片113对进入图像传感器12的光线进行滤光使特定波段的可见光和红外光通过。
图像处理模块20与图像采集模块10中的图像传感器12连接，并实时接收图像传感器12输出的图像信号。图像处理模块20对前端图像传感器12传输过来的图像信号进行白平衡处理、曝光处理以及颜色校正等。
双带通滤光片113与图像处理模块20一同可实现双带通切换，以适应日间模式与夜间模式。具体地，在日间模式下(日间使用时)，第一波段(650nm波段范围)和第二波段(940nm波段范围)的光都会通过双带通滤光片113，被图像传感器12感测，图像处理模块20收到图像信号后通过图像算法会把第二波段的光滤掉，仅保留第一波段的光的图像，避免第二波段的光影响图像的色彩还原度；在夜间模式下(夜间使用时)，第一波段的光在夜间几乎没有，通过双带通滤光片113的基本只有第二波段的光，图像处理模块20在处理收到图像信号时不过滤第一波段的光的图像。
图像处理模块20可通过光传感器(图未示)感应外部场景的光线明暗变化判断外部场景是属于日间场景还是夜间场景，从而判断是否需要将收到的来自图像传感器12的图像信号中的第二波段的光滤掉。
图像显示模块30包括显示屏31及目镜模组32，显示屏31与图像处理模块20连接，图像处理模块20处理得到的图像信号传送至显示屏31上显示。目镜模组32设置在显示屏31的后端，使用者通过目镜模组32可观看显示屏31上的图像。显示屏31可采用OLED屏，目镜模组32能够对显示屏31上的图像进行缩放，从而达到望远观测的效果。
为了提升夜间模式下彩色成像效果，可通过增加红外光源来增强光线照度。具体地，请结合参阅4和图5，日夜两用望远镜的外壳40上通过手电筒安装件60可拆卸地安装有红外手电筒50。红外手电筒50安装在外壳40的底部且位于镜头模组11的下方。
外手电筒50中采用红外发射管发出红外光。红外发射管的波长主要有850nm和940nm，由于850nm的红外发射管存在在工作时出现目视可见的红点的红爆现象，因此，外手电筒50宜选用没有红爆现象的940nm的红外发射管。红外手电筒50为IR 940nm补光手电筒，在通电后沿平行于镜头模组11的光轴方向向目标方向发出940nm的红外光，增强夜间使用时的光线照度。红外手电筒50为独立部件/配件，可使用自身的电源，不占用日夜两用望远镜内部的电源供电，不影响日夜两用望远镜的续航能力；而且，红外手电筒50可从日夜两用望远镜上拆卸，不占用日夜两用望远镜内部的空间，也能在不需要使用时拆下以减轻重量。
手电筒安装件60包括抱箍61及连接板62，抱箍61绕在红外手电筒50的外围，将红外手电筒50固定；连接板62的一端与抱箍61连接固定，连接板62的另一端可通过紧固件固定到外壳40的底部。通过手电筒安装件60可使红外手电筒50可拆卸地安装到日夜两用望远镜的外壳40上。
日间模式下，白天使用日夜两用望远镜即可达到最佳的成像效果，在夜间模式下照明不足的情况下，可以安装上红外手电筒50增强照度，从而观察到清晰的彩色图像。红外手电筒50也可以通过自行拆装更换不同功耗的红外手电筒，通过照射距离不同以适应不同的场景使用。
请参阅6，(a)为日间模式自然光拍摄的图片示例，(b)为夜间模式下夜光拍摄的图片示例，(c)为夜间模式下打开红外手电筒50拍摄的图片示例。图6(a)所示的日间模式自然光拍摄的图片，滤掉红外光后，图片的亮度、清晰度高，且能够还原出拍摄物的真实彩色；图(b)所示的夜间模式下夜光拍摄的图片，充分利用夜间所有光线成像获得拍摄图片，提高了低照性能；图(c)所示的夜间模式下打开红外手电筒50拍摄的图片，通过红外手电筒50补光，增强夜间使用时的光线照度，图片的亮度得到提升。采用上述日夜两用望远镜在日间模式和夜间模式下，均能获得较高质量的图像，保证成像质量。
本申请提供一种采用日夜型滤光片和红外手电实现的日夜两用望远镜，采用双带通滤光片和红外手电筒，再使用图像处理模块中图像处理算法来使可见光成像效果最佳。本申请的日夜两用望远镜用双带通滤光片来替换IR-CUT双滤光片切换器，白天采用双带通滤光片和图像处理模块中图像处理算法过滤掉红外光以获得清晰的图像，夜间采用双带通滤光片可得到更低的照度；为了提升夜间彩色成像效果，可同时使用红外手电筒来增强光线照度、补充光线。本申请的日夜两用望远镜具有性价比高、体积小、结构简单、稳定性高、拆装重复性好等特点，能够提高夜间彩色成像的效果，保证光学成像质量。
本申请的日夜两用望远镜可适用于户外探险、狩猎、安全防护、科学研究等各个领域，能够实现在0.003Lux的低照度下连续清晰成像，产品的体积、重量、功耗、便捷性均能达到较高的要求。
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发明专利范围的限制。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)

1.一种日夜两用望远镜，其特征在于，包括：
图像采集模块(10)，包括用于聚焦光线的镜头模组(11)及感应光线成像的图像传感器(12)，所述镜头模组(11)包括透镜(112)和双带通滤光片(113)，所述双带通滤光片(113)允许第一波段的光和第二波段的光通过；
图像处理模块(20)，与所述图像传感器(12)连接以接收所述图像传感器(12)感应得到的图像信号；其中，所述第一波段为可见光波段，所述第二波段为红外光波段，所述日夜两用望远镜具有日间模式和夜间模式；在所述日间模式下，所述图像处理模块(20)过滤来自所述图像传感器(12)的图像信号中第二波段的光的图像，仅保留第一波段的光的图像；在所述夜间模式下，所述图像处理模块(20)同时保留第一波段的光的图像和第二波段光的图像。
2.根据权利要求1所述的日夜两用望远镜，其特征在于：所述第一波段为420～660nm，所述第二波段为930～970nm。
3.根据权利要求2所述的日夜两用望远镜，其特征在于：所述双带通滤光片(113)对所述第一波段的光的通过率为50％以上，对所述第二波段的光的通过率为85％以上。
4.根据权利要求3所述的日夜两用望远镜，其特征在于，所述双带通滤光片(113)具有镀膜，所述镀膜对不同波段的光的通过率如下：
420～620nm的光：最小通过率Tmin≥85％，平均通过率Tave≥90％；
650±10nm的光：通过率T＝50％；
700～850nm的光：通过率T＜3％；
930～970nm的光：通过率T＞85％；
1100～1200nm的光：最大通过率Tmax≤4％。
5.根据权利要求1所述的日夜两用望远镜，其特征在于：所述图像处理模块(20)通过感测光线明暗变化的光传感器判断为所述日间模式或所述夜间模式，并在处于所述日间模式时将接收到的来自所述图像传感器(12)的图像信号中的所述第二波段的光的图像过滤掉。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的日夜两用望远镜，其特征在于：所述日夜两用望远镜的外壳(40)上通过手电筒安装件(60)可拆卸地安装有红外手电筒(50)。
7.根据权利要求6所述的日夜两用望远镜，其特征在于：所述红外手电筒(50)安装在所述外壳(40)的底部且位于所述镜头模组(11)的下方。
8.根据权利要求7所述的日夜两用望远镜，其特征在于：所述红外手电筒(50)内部设有电池，所述红外手电筒(50)采用940nm的红外发射管且在通电后沿平行于所述镜头模组(11)的光轴方向发出红外光。
9.根据权利要求6所述的日夜两用望远镜，其特征在于：所述手电筒安装件(60)包括抱箍(61)及连接板(62)，所述抱箍(61)绕设在所述红外手电筒(50)的外围，所述连接板(62)的一端与所述抱箍(61)连接固定，所述连接板(62)的另一端可通过紧固件固定到外壳(40)的底部。
10.根据权利要求1所述的日夜两用望远镜，其特征在于：还包括图像显示模块(30)，所述图像显示模块(30)包括显示屏(31)及目镜模组(32)，所述显示屏(31)连接至所述图像处理模块(20)以显示所述图像处理模块(20)处理得到的图像信号，所述目镜模组(32)设置在所述显示屏(31)的后端以对所述显示屏(31)上的图像进行缩放。
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