CN117075325A - 一种观察系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光学成像领域，公开了一种观察系统，由微光成像组件获取来自观察区域的第一波段光，对获取的第一波段光进行光电转换以及倍增而生成第一图像，并使第一图像投射至透明显示屏，红外成像组件获取来自观察区域的第二波段光，基于获取的第二波段光进行成像，透明显示屏使第一图像透射过，使第一图像入射至目镜，以及显示第二图像，第二图像为根据红外成像组件获取的第二波段光生成，使第二图像入射至目镜。本发明的观察系统通过透明显示屏使得微光成像组件获得的观察区域图像和红外成像组件获得的观察区域图像融合，不需要使用另外的棱镜或者反射镜等光学元件来实现两者图像融合，因此能够使得系统体积减小，降低重量。

Description

一种观察系统

技术领域

本发明涉及光学成像领域，特别是涉及一种观察系统。

背景技术

微光技术和红外成像技术在夜视方面有着广泛的应用，微光技术通过光电倍增作用对微弱目标进行增强成像，达到适于观察的程度；红外成像技术则通过获取物体发出的红外光进行成像，利用目标和背景自身辐射红外光的差异来发现目标。

两种夜视方案各有优缺点：微光技术通过可见光获得目标像，更符合人眼对实际景物的观察感受，但探测距离不远，不能在完全无可见光条件下比如隧道、地下等场景下使用；红外成像技术可在完全无可见光的环境下使用，不受烟雾、沙尘等干扰，但是成像效果对细节无法很好地展示。而将这两技术融合有助于互相取长补短，集成各自的成像技术优势，克服各自成像和探测的不足，因此将微光技术和红外成像技术融合的夜视系统成为近年来的研究方向。

目前，融合微光和红外成像的夜视系统采用光学融合，使用棱镜或者反射镜等光学元件实现两部分图像融合，但导致夜视系统体积大，重量大，价格高。

发明内容

本发明的目的是提供一种观察系统，融合微光成像和红外成像。可减小体积，降低重量。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种观察系统，包括微光成像组件、红外成像组件、透明显示屏和目镜，所述微光成像组件用于获取来自观察区域的第一波段光，对获取的所述第一波段光进行光电转换以及倍增而生成第一图像，并使所述第一图像投射至所述透明显示屏，所述红外成像组件用于获取来自观察区域的第二波段光，基于获取的所述第二波段光进行成像；

所述透明显示屏设置在所述微光成像组件的出射光路上，且与所述红外成像组件相连，用于使所述第一图像透射过，使所述第一图像入射至所述目镜，以及显示第二图像，使所述第二图像入射至所述目镜，所述第二图像为根据所述红外成像组件获取的所述第二波段光生成。

优选的，所述微光成像组件包括沿光路设置的成像模块和整形元件，所述整形元件设置于所述成像模块与所述透明显示屏之间，所述整形元件用于对所述成像模块发出的对应所述第一图像的光束整形，使投射至所述透明显示屏的所述第一图像的形状与所述透明显示屏的形状匹配，或者使投射至所述透明显示屏的所述第一图像的尺寸与所述透明显示屏的尺寸匹配。

优选的，所述整形元件为微光场镜。

优选的，所述微光成像组件的成像模块包括微光物镜和微光像增强器，所述微光物镜用于获取来自观察区域的所述第一波段光，使获取的所述第一波段光入射至所述微光像增强器，所述微光像增强器用于对获取的所述第一波段光进行光电转换以及倍增而生成所述第一图像。

优选的，所述红外成像组件包括红外物镜、红外探测器和图像处理器，所述红外物镜用于获取来自观察区域的所述第二波段光，使获取的所述第二波段光入射至所述红外探测器，所述红外探测器用于将获取的所述第二波段光进行光电转换而生成电子信号，所述图像处理器与所述红外探测器相连，用于将生成的电子信号转换为图像以及将图像输出到所述透明显示屏。

优选的，所述第一图像在所述透明显示屏的透过范围为圆形区域，所述第二图像在所述透明显示屏的显示范围处于所述圆形区域内。

优选的，所述透明显示屏包括透光像素，所述透光像素用于使得投射至所述透明显示屏的所述第一图像中入射至所述透光像素的光透射过。

优选的，所述透明显示屏包括显示像素，所述显示像素用于发出光，使得所述透明显示屏投射出所述第二图像。

优选的，所述透明显示屏包括排布的像素单元，每一像素单元包括透光像素和显示像素，所述透光像素用于使得投射至所述透明显示屏的所述第一图像中入射至所述透光像素的光透射过，所述显示像素用于发出光，使得所述透明显示屏投射出所述第二图像。

优选的，所述第一波段光的波长范围在可见光和近红外波段，所述第二波段光的波长范围在远红外波段。

由上述技术方案可知，本发明所提供的一种观察系统包括微光成像组件、红外成像组件、透明显示屏和目镜，微光成像组件获取来自观察区域的第一波段光，对获取的第一波段光进行光电转换以及倍增而生成第一图像，并使第一图像投射至透明显示屏，红外成像组件获取来自观察区域的第二波段光，基于获取的第二波段光进行成像。透明显示屏使第一图像透射过，使第一图像入射至目镜，以及显示第二图像，第二图像为根据红外成像组件获取的第二波段光生成，使第二图像入射至目镜。通过目镜能够观察到第一图像和第二图像融合的观察区域的像。本发明中透明显示屏是实现图像融合的核心组件，其对微光成像组件所成的图像进行透射，同时显示经过红外成像组件处理过的红外图像，两种图像经过透明显示屏合成一幅融合图像投射在目镜上，与现有技术相比，不需要使用另外的棱镜或者反射镜等光学元件来实现两者图像融合，简化了整个融合系统的组件和结构，使得系统体积减小，重量降低，且装调简单。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有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发明的一些实施例，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为本发明实施例提供的一种观察系统的示意图；

图2为本发明一实施例提供的微光成像组件与透明显示屏的示意图；

图3为本发明一实施例的微光像增强器的结构示意图；

图4为本发明又一实施例提供的观察系统的示意图；

图5为本发明一实施例中通过观察系统观察到的图像；

图6为本发明一实施例提供的透明显示屏的像素的示意图。

说明书附图中的附图标记包括：

微光成像组件-101，红外成像组件-102，透明显示屏-103，目镜-104；

微光物镜-105，微光像增强器-106，整形元件-107，光阴极-108，倍增管-109，荧光屏-110，电接线-111，红外物镜-112，红外探测器-113，图像处理器-114；

像素单元-200，红光像素-201，绿光像素-202，蓝光像素-203，透光像素-204，第一图像-205，第二图像-206。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本实施例提供的一种观察系统，具体结构请参考图1，如图所示，所述观察系统包括微光成像组件101、红外成像组件102、透明显示屏103和目镜104，所述微光成像组件101用于获取来自观察区域的第一波段光，对获取的所述第一波段光进行光电转换以及倍增而生成第一图像，并使所述第一图像投射至所述透明显示屏103，所述红外成像组件102用于获取来自观察区域的第二波段光，基于获取的所述第二波段光进行成像；

所述透明显示屏103设置在所述微光成像组件101的出射光路上，且与所述红外成像组件102相连，用于使所述第一图像透射过，使所述第一图像入射至所述目镜104，以及显示第二图像，使所述第二图像入射至所述目镜104，所述第二图像为根据所述红外成像组件102获取的所述第二波段光生成。

第一波段光至少包括可见光，第二波段光为红外光。

微光成像组件101对获取到的来自观察区域的第一波段光进行光电转换以及倍增而生成第一图像，使生成的第一图像中目标增强。微光成像组件101生成的第一图像投射至透明显示屏103，透明显示屏103使第一图像透射过而入射至目镜104。透明显示屏103显示第二图像并使第二图像入射至目镜104，第二图像为根据红外成像组件102获取的来自观察区域的第二波段光生成。图1中带箭头的线表示光的传播路径。

通过目镜104能够观察到第一图像和第二图像融合的观察区域的像。本实施例的观察系统通过透明显示屏使得微光成像组件获得的观察区域图像和红外成像组件获得的观察区域图像融合，与现有技术相比，不需要使用另外的棱镜或者反射镜等光学元件来实现两者图像融合，简化了整个融合系统的组件和结构，能够使得系统体积减小，重量降低，装调简单。

本实施例中，对微光成像组件101的结构不做具体限定，能够实现获取来自观察区域的第一波段光以及进行光电转换、倍增而生成第一图像即可。作为一种可选实施方式，微光成像组件101的成像模块可包括微光物镜和微光像增强器，所述微光物镜用于获取来自观察区域的所述第一波段光，使获取的所述第一波段光入射至所述微光像增强器，所述微光像增强器用于对获取的所述第一波段光进行光电转换以及倍增而生成所述第一图像。可参考图2，图2为一实施例提供的微光成像组件与透明显示屏的示意图，如图所示微光成像组件101包括微光物镜105和微光像增强器106。

本实施例中，对微光物镜105的光学结构不做限定，在实际应用中可以根据应用需求进行设计。微光物镜105可以包括凸透镜、凹透镜、平凸透镜、平凹透镜、球面透镜或者非球面透镜。本实施例中，对微光像增强器106的结构不做限定。示例性的可参考图3，图3为一实施例的微光像增强器的结构示意图，如图所示，微光像增强器106包括光阴极108、倍增管109和荧光屏110，当微光物镜105出射的光照射到光阴极108时，光阴极108向倍增管109中激发出光电子，这些光电子进入倍增管109中通过进一步的二次发射进行倍增放大。倍增的光电子入射到荧光屏110，使荧光屏110投射出第一图像。倍增管109设有电接线111，将电接线111与电源连接，可以向倍增管109施加电压。

优选的可参考图2所示，微光成像组件101可包括沿光路设置的成像模块和整形元件，所述整形元件107设置于所述成像模块与所述透明显示屏103之间，所述整形元件107用于对所述成像模块发出的对应所述第一图像的光束整形，使投射至所述透明显示屏103的所述第一图像的形状与所述透明显示屏103的形状匹配，或者使投射至所述透明显示屏103的所述第一图像的尺寸与所述透明显示屏103的尺寸匹配。通过整形元件107将成像模块投射出的对应第一图像的光束整形，对第一图像进行校准，使其可与透明显示屏103匹配，使其可与透明显示屏103投射出的第二图像配准，使两者图像达到较好的融合效果。可选的，整形元件107可包括但不限于凸透镜、凹透镜或者棱镜，比如整形元件107可采用微光场镜。示例性的通常微光成像组件101的成像模块的荧光屏110不是平面的，因此其投射出的图像不是平行光，可通过使用整形元件107将非平行光校准成平行光，与显示屏103显示的像可以进行融合。

本实施例中，对红外成像组件102的结构不做具体限定，能够实现获取来自观察区域的第二波段光、基于获取的第二波段光进行成像即可。可选的，红外成像组件102可包括红外物镜和红外探测器，所述红外物镜用于获取来自观察区域的所述第二波段光，使获取的所述第二波段光入射至所述红外探测器，所述红外探测器对获取的所述第二波段光进行光电转换而生成电子信号。红外物镜的主要作用为捕获空间中的红外光，过滤其它波段光线的干扰，本实施例中，对红外物镜的光学结构不做限定，在实际应用中可以根据应用需求进行设计。红外物镜可以包括凸透镜、凹透镜、平凸透镜、平凹透镜、球面透镜或者非球面透镜。

优选的，红外成像组件102还可包括图像处理器，所述图像处理器与红外探测器相连，用于将生成的电子信号转换为图像以及将图像输出到所述透明显示屏103。可参考图4，图4为又一实施例提供的观察系统的示意图，如图所示，红外物镜112的主要作用为捕获空间中的第二波段光，过滤掉其它波段光，避免其它波段光入射到红外探测器113造成干扰。图像处理器114将经过红外探测器113转换的电子信号转换为人眼可分辨的图像，输出到透明显示屏103上。图像处理器114可以调整所述红外成像组件102基于获取的第二波段光进行成像获得的图像的放大率，比如图像处理器114可以保持视放大率为1倍的图像输出到透明显示屏103上，以达到较好的融合效果。

可选的，微光成像组件101投射出的第一图像在所述透明显示屏103的透过范围为圆形区域，所述第二图像在所述透明显示屏103的显示范围处于所述圆形区域内，第二图像可以和第一图像的相应部分较好地融合。示例性的可参考图5，图5为一实施例中通过观察系统观察到的图像，如图所示，在观看到的图像中第一图像205的范围为圆形区域，第二图像206的范围为矩形区域，第二图像206内接在第一图像205内，第二图像206与第一图像205相应部分融合，既保证微光图像可以对周围环境的体现，红外图像可以使微光图像中的目标凸显。透明显示屏103作为融合的核心组件，在没有显示红外图像的透明部分将会完全显示出微光成像组件101的图像，在有红外图像的部分则会显示微光和红外的融合图像。

在一具体实例中，微光成像组件101获取的第一波段光为可见光和近红外光，红外成像组件102获取的第二波段光为长红外光，比如波长范围在7-12um之间。

可选的，透明显示屏103可包括透光像素，透光像素用于使得投射至所述透明显示屏103的所述第一图像中入射至所述透光像素的光透射过。微光成像组件101生成的第一图像投射至透明显示屏103，透明显示屏103的透光像素使得第一图像的光线透射过，使得第一图像的光线能够进入目镜104。本实施例中，对透明显示屏103的透光像素的结构不做限定，能够实现微光成像组件101发出的第一图像的光线透过即可。可选的，透光像素可以包括透光介质，透光介质不影响显示屏显示图像。优选透光介质可采用高透光率的光学介质材料，使得入射至透光像素的光线能够高效率地透过。可选的，透明显示屏103的透光像素也可以是透光孔，透光孔使入射至透明显示屏103的透光像素的图像光线透过。

进一步的，透明显示屏103可包括显示像素，所述显示像素用于发出光，使得所述透明显示屏103投射出所述第二图像。透明显示屏103根据红外成像组件102成像的图像控制显示像素发出光，使透明显示屏103显示第二图像。本实施例中，对透明显示屏103的显示像素的结构不做限定，在实际应用中可根据成像需求设置。可选的透明显示屏103的显示像素可至少包括三原色像素，使得透明显示屏103生成的第二图像包含色彩，更符合物体自然形态。可选的，显示像素可以采用但不限于有机发光半导体(OLED)或者发光二极管(LED)。

优选的，透明显示屏103可包括排布的像素单元，每一像素单元包括透光像素和显示像素，所述透光像素用于使得投射至所述透明显示屏的所述第一图像中入射至所述透光像素的光透射过，所述显示像素用于发出光，使得所述透明显示屏投射出所述第二图像。透明显示屏103通过像素单元，每一像素单元包括透光像素和显示像素，可以使微光成像组件101投射出的第一图像和透明显示屏103生成的第二图像在像素级融合，可以提升两者图像的融合效果，可以提高通过目镜观察到的融合微光成像组件获得图像和红外成像组件获得图像的像的质量，提升用户的使用体验。示例性的可参考图6，图6为一实施例提供的透明显示屏的像素的示意图，如图所示透明显示屏包括排布的像素单元200，像素单元200包括红光像素201、绿光像素202、蓝光像素203和透光像素204，通过控制红光像素201、绿光像素202和蓝光像素203发出光使透明显示屏103投射出第二图像，通过透光像素204使微光成像组件101投射至透明显示屏103的第一图像的光线透过。需要说明的是，图6所示各像素的排布形式只是一种示例，在其它实施例中可以是其它排布形式，都在本发明保护范围内。

本实施例中，目镜104的作用是将第一图像和第二图像叠加后的图像按照人眼的视觉习惯等比例地进行调整，使得人眼能够观察到大小合适的图像。

目前有些热融合采用红外探测器、像增强器、光学融合系统三段式设计，无法拆卸，维修困难。传统光学融合在装调阶段需要将微光像增强器、OLED、光学棱镜、场镜、目镜统一进行校准，校准单元多，难度大。而本实施例的观察系统是一种轻型融合夜视系统，使用透明显示屏103，通过透明显示屏103对微光成像组件101所成的图像进行透射，同时显示经过红外成像组件102处理过的红外图像，两种图像经过透明显示屏103合成一幅融合图像投射在目镜104上，可以通过校准微光成像组件101、透明显示屏103或者目镜104来校准图像，与现有技术中另外使用棱镜或者反射镜等光学元件实现两部分图像融合的方式相比，也大大降低了装调难度。

现有的红外和微光融合采用光学融合方式，红外和微光亮度只能按照比例进行反射或投射，红外成像为达到较好的效果需使用高亮度OLED屏，微光也需要较高荧光屏亮度，导致成本高，功耗高。而本实施例的观察系统通过透明显示屏，对微光图像进行透射同时显示经过红外成像组件处理过的红外图像，两种图像经过透明显示屏融合，可以使得微光图像和红外图像都能够保持较高亮度，与现有技术相比不必要使用高亮度的显示屏，从而可以降低成本，降低功耗。

另外现有的微光和红外融合系统使用棱镜或者反射镜等光学元件来实现两者图像融合，对镜片精度、洁净度、光学组装和装调环境要求极高，生产成本高，不适合大规模生产，而本实施例的观察系统使用透明显示屏可以避免这些问题。

以上对本发明所提供的一种观察系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种观察系统，其特征在于，包括微光成像组件、红外成像组件、透明显示屏和目镜，所述微光成像组件用于获取来自观察区域的第一波段光，对获取的所述第一波段光进行光电转换以及倍增而生成第一图像，并使所述第一图像投射至所述透明显示屏，所述红外成像组件用于获取来自观察区域的第二波段光，基于获取的所述第二波段光进行成像；

所述透明显示屏设置在所述微光成像组件的出射光路上，且与所述红外成像组件相连，用于使所述第一图像透射过，使所述第一图像入射至所述目镜，以及显示第二图像，使所述第二图像入射至所述目镜，所述第二图像为根据所述红外成像组件获取的所述第二波段光生成。

2.根据权利要求1所述的观察系统，其特征在于，所述微光成像组件包括沿光路设置的成像模块和整形元件，所述整形元件设置于所述成像模块与所述透明显示屏之间，所述整形元件用于对所述成像模块发出的对应所述第一图像的光束整形，使投射至所述透明显示屏的所述第一图像的形状与所述透明显示屏的形状匹配，或者使投射至所述透明显示屏的所述第一图像的尺寸与所述透明显示屏的尺寸匹配。

3.根据权利要求2所述的观察系统，其特征在于，所述整形元件为微光场镜。

4.根据权利要求1所述的观察系统，其特征在于，所述微光成像组件的成像模块包括微光物镜和微光像增强器，所述微光物镜用于获取来自观察区域的所述第一波段光，使获取的所述第一波段光入射至所述微光像增强器，所述微光像增强器用于对获取的所述第一波段光进行光电转换以及倍增而生成所述第一图像。

5.根据权利要求1所述的观察系统，其特征在于，所述红外成像组件包括红外物镜、红外探测器和图像处理器，所述红外物镜用于获取来自观察区域的所述第二波段光，使获取的所述第二波段光入射至所述红外探测器，所述红外探测器用于将获取的所述第二波段光进行光电转换而生成电子信号，所述图像处理器与所述红外探测器相连，用于将生成的电子信号转换为图像以及将图像输出到所述透明显示屏。

6.根据权利要求1所述的观察系统，其特征在于，所述第一图像在所述透明显示屏的透过范围为圆形区域，所述第二图像在所述透明显示屏的显示范围处于所述圆形区域内。

7.根据权利要求1-6任一项所述的观察系统，其特征在于，所述透明显示屏包括透光像素，所述透光像素用于使得投射至所述透明显示屏的所述第一图像中入射至所述透光像素的光透射过。

8.根据权利要求1-6任一项所述的观察系统，其特征在于，所述透明显示屏包括显示像素，所述显示像素用于发出光，使得所述透明显示屏投射出所述第二图像。

9.根据权利要求1-6任一项所述的观察系统，其特征在于，所述透明显示屏包括排布的像素单元，每一像素单元包括透光像素和显示像素，所述透光像素用于使得投射至所述透明显示屏的所述第一图像中入射至所述透光像素的光透射过，所述显示像素用于发出光，使得所述透明显示屏投射出所述第二图像。

10.根据权利要求1-6任一项所述的观察系统，其特征在于，所述第一波段光的波长范围在可见光和近红外波段，所述第二波段光的波长范围在远红外波段。