CN1975550A

CN1975550A - 主动式红外偏振激光夜视成像仪

Info

Publication number: CN1975550A
Application number: CN 200610135310
Authority: CN
Inventors: 黄元庆; 林淑芬; 王一菊; 胡天林
Original assignee: Xiamen University
Current assignee: Xiamen University
Priority date: 2006-12-11
Filing date: 2006-12-11
Publication date: 2007-06-06

Abstract

主动式红外偏振激光夜视成像仪，涉及一种成像设备，尤其是涉及一种光、机、电、算一体化以及图像处理等相关信息处理的主动式红外偏振激光夜视成像仪。提供一种性能稳定、抗干扰性能强、图像信噪比高、性价比高、适用性强的主动式红外偏振激光夜视成像仪。包括发射系统和接收系统，发射系统设有红外光源；信号调制电路，信号调制电路用于形成脉冲激光输出，信号调制电路输出端接红外光源；发送光学装置，发送光学装置设于红外光源发出的红光激光光路与被照明目标之间；接收系统设有接收光学装置；光电转换器，光电转换器输入端接接收光学装置输出端；信号调理电路，信号调理电路输入端接光电转换器输出端；显示器，显示器接信号调理电路输出端。

Description

主动式红外偏振激光夜视成像仪

技术领域

本发明涉及一种成像设备，尤其是涉及一种光、机、电、算一体化以及图像处理等相关信息处理的主动式红外偏振激光夜视成像仪。

背景技术

据美国国际数据公司(IDC)统计，1999年美国夜间驾车行驶占汽车总行驶时间的28％左右，大约有55％的交通事故是在夜间发生(彭希南.新型汽车夜视系统[J].汽车与配件，1999(14))。普通汽车照明系统在下大雨、下雪、大雾或能见度低的夜间视距不远，效果又不好，而且夜间会车迎面的强光灯使司机眩目，眼睛疲劳。当汽车在夜间行驶时，在有些情况下驾驶员看不到正在路边更换轮胎的人、被树丛或其它各种物体所遮掩的人或物，而他们经常会突然出现在车的前方，让驾驶员感到措手不及。

在科技迅速发展，路面汽车迅速增多的今天，为了在夜间及恶劣天气情况下，保证驾驶员、乘客及第三方的安全，汽车夜视成像仪已成为瞩目的焦点。目前仅有国外少数知名汽车制造企业在其出产的高级轿车上装有夜视成像仪，如日本的丰田概念车和美国的凯迪拉克高档轿车，还有最近出现的德国奔驰高档轿车和宝马轿车等。这些车上所装的夜视成像仪价格非常昂贵，不是一般汽车消费族所能消费的。为提高车辆的行驶安全性与人性化，为了使夜视成像仪更好地发挥作用，能在普通汽车消费族中普及，开发可靠、性能好、性价比高、适用性强的夜视成像仪具有很重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的夜视仪易受干扰和价格昂贵等缺点，提供一种性能稳定、抗干扰性能强、图像信噪比高、性价比高、适用性强的主动式红外偏振激光夜视成像仪。

本发明包括发射系统和接收系统。

发射系统设有：

红外光源，红外光源用于发出红外激光；

信号调制电路，信号调制电路用于产生高频调制电信号，对红外激光束进行调制，形成一定脉宽和一定脉冲频率的脉冲激光输出，信号调制电路输出端接红外光源；

发送光学装置，发送光学装置用于向被照明目标发射红外偏振脉冲激光束，发送光学装置设于红外光源发出的红光激光光路与被照明目标之间；

接收系统设有：

接收光学装置，接收光学装置用于接收来自被照明目标漫反射返回的脉冲激光束，产生单一波长的偏振激光到光电转换器上；

光电转换器，光电转换器用于接受来自被测物返回的红外光信号，并转换为视频电信号，光电转换器输入端接接收光学装置输出端；

信号调理电路，信号调理电路用于对来自信号调制电路的光电信号进行放大、滤波、整形等，并向显示器(如LCD)输送信号，信号调理电路输入端接光电转换器输出端；

显示器(LCD)，显示器用于接收并显示来自信号调理电路的光电CCD(或CMOS)的视频信号，显示器接信号调理电路输出端。

若红外光源为偏振红外激光光源，则发送光学装置设为发射透镜；若红外光源采用红外激光二极管，则发送光学装置设有起偏器和光学元件，起偏器的输入端接红外电源，光学元件设于起偏器与被照明目标之间，光学元件采用发射透镜。接收光学装置设有滤光片、检偏器和光学元件，滤光片设于被照明目标与检偏器之间，光学元件设于检偏器与光电转换器之间，光学元件采用会聚透镜系统，光电转换器采用CCD器件或CMOS器件。

本发明采用红外激光二极管(LD)作为红外光源，发射红外激光束。由于采用激光，大大增加成像距离，同时由于激光可提供单一波长成像光束，因此极大提高系统信噪比，改善图像质量。由于采用调制电路，实现对激光光束调制，经光电转换后形成交流电信号，因此消除背景光产生的直流电信号干扰，提高信噪比。由于采用单色偏振光束成像，由一块滤光片与一块检偏器组合获取单色偏振光束，经透镜系统成像在CCD(或CMOS)上，形成视频信号，经调理电路处理后由LCD显示出清晰图像，其中滤光片用于去除所有非成像波长光，只允许成像波长的单色光进入成像光学系统；而检偏器，则主要用于消除会车时迎面而来的装有同样装置的汽车发射同一波长激光的干扰，因此确保只允许由主车发射、经物体漫反射返回的激光束进入成像系统。

由此可见，本发明通过采用光束调制、光学滤波以及偏振光等技术集成与综合作用，抑制、消除环境中各种背景光、杂散光的干扰，使本发明具有极强的抗干扰性能、极高的信噪比以及能获得优质的光电图像。同时不仅适用夜间成像，而且能在强太阳光下产生清晰图像；不仅适用于汽车上，而且可用于各种电力驱动的交通工具上，如船舶等；不仅可民用，而且可军用，具有广阔的应用前景与显著的经济、社会效益。

附图说明

图1为本发明实施例的结构框图。

具体实施方式

以下实施例将给合附图对本发明作进一步的说明。

参见图1，本发明包括发射系统A和接收系统B。发射系统A设有信号调制电路1、红外激光二极管光源2，起偏器3和发射透镜4，信号调制电路1用于产生高频调制电信号，对红外激光束进行调制，形成一定脉宽和一定脉冲频率的脉冲激光输出。起偏器3和发射透镜4组成发送光学装置，起偏器3设于红外激光二极管2与发射透镜4之间，发射透镜4设于起偏器3与被照明目标5之间。

接收系统设有滤光片6、检偏器7、会聚透镜系统8、光电转换器9、信号调理电路10和显示器11。滤光片6、检偏器7和会聚透镜系统8组成接收光学装置，接收光学装置用于接收来自被照明目标5漫反射返回的脉冲激光束，产生单一波长的偏振激光到光电转换器9上。光电转换器9采用CCD器件，光电转换器用于接受来自被测物返回的红外光信号，并转换为视频电信号，光电转换器9输入端接接收光学装置输出端；信号调理电路10用于对来自信号调制电路1的光电信号进行放大、滤波、整形等，并向显示器11(如LCD)输送信号，信号调理电路10设于CCD器件9与显示器11之间，滤光片6设于被照明目标5与检偏器7之间，会聚透镜系统8设于检偏器7与CCD器件9之间。显示器11用于接收并显示来自信号调理电路10的光电CCD(或CMOS)的视频信号。

在本实施例中，在红外激光二极管(LD)前加信号调制电路，对红外激光束进行调制，调制后发出的非偏振激光经起偏器后成为偏振激光，偏振激光经发射透镜照射到前方目标；从前方目标漫反射回来的激光经过滤光片去除所有非成像波长光，再经过检偏器去除迎面来车的红外偏振激光，剩余的反射偏振激光经会聚透镜系统后由CCD器件接收，再经信号调理电路处理后向显示器(LCD)输送视频信号，使前方景物在LCD上显示出来。

红外照射灯主要由红外激光二极管(LD)组成，与其他普通二极管相比，其发出的红外光射程远，可大大提高夜视成像仪的工作距离。在红外激光二极管之前加信号调制电路，对红外激光束进行调制，形成一定脉宽、一定脉冲频率的脉冲激光输出，该频率要避开手机频率(如900MHz，1800MHz，1900MHz)与收音机的频率(如76MHz-108MHz)以及发动机频率，这样就可以避免手机、收音机、发动机等信号的干扰。信号调理电路对来自CCD器件的光电信号进行放大、滤波、整形等，并向显示器输送视频信号。

当装有同样夜视系统的两辆车逆向相遇时，在显示屏上图像会出现短时间的“白屏”，图像会被对方的红外线淹没，这使夜视系统只在一定的距离之外才能发挥最佳作用；同时使夜视系统提高夜间行车安全性的目的受到限制。若夜视系统实现普遍化，路面上行车均采用这种夜视系统，则夜视系统显示屏将频繁出现亮白，这就失去应有的效果，这不但没为驾驶员夜间行车带来安全性，反而可能由于夜视仪而产生更不好的后果。对此，本发明采用了偏振光的原理来解决这一问题。从红外激光二极管发出的红外脉冲激光经过发送光学系统。其中发射光学系统由一个起偏器与一组光学元件组成，使发出的红外脉冲激光束为偏振光，当该偏振光从目标散射回来时，偏振方向与原来发射时相同，正好可以通过接收光学系统，该系统由一块与起偏器方向平行放置的检偏器、一块滤光片以及一组光学元件组成。该系统中的滤光片用于去除所有非成像波长光，只允许成像波长的单色光进入接受光学系统。而迎面来车的红外偏振光由于其偏振方向与检偏器方向正交，所以会被检偏器拦住。这就可以方便地消除会车时迎面而来的汽车发射同一波长激光的干扰。

本实施例采用CCD或CMOS器件是基于低的经济成本以及在近红外波段也可成像的技术可行性等考虑。相比于昂贵的红外专用摄像器件，CCD或CMOS器件更有利于降低成本，开拓广泛的应用市场。

Claims

1、一种主动式红外偏振激光夜视成像仪，其特征在于包括发射系统和接收系统，发射系统设有：红外光源；信号调制电路，信号调制电路用于产生高频调制电信号，对红外激光束进行调制，形成一定脉宽和一定脉冲频率的脉冲激光输出，信号调制电路输出端接红外光源；发送光学装置，发送光学装置设于红外光源发出的红光激光光路与被照明目标之间；

接收系统设有：接收光学装置；光电转换器，光电转换器输入端接接收光学装置输出端；信号调理电路，信号调理电路输入端接光电转换器输出端；显示器，显示器接信号调理电路输出端。

2、如权利要求1所述的主动式红外偏振激光夜视成像仪，其特征在于红外光源为偏振红外激光光源，发送光学装置为发射透镜。

3、如权利要求1所述的主动式红外偏振激光夜视成像仪，其特征在于红外光源为红外激光二极管，发送光学装置设有起偏器和发射透镜，起偏器的输入端接红外激光二极管，发射透镜设于起偏器与被照明目标之间。

4、如权利要求1所述的主动式红外偏振激光夜视成像仪，其特征在于接收光学装置设有滤光片、检偏器和光学元件，滤光片设于被照明目标与检偏器之间，光学元件设于检偏器与光电转换器之间，光学元件为会聚透镜系统。

5.如权利要求1所述的主动式红外偏振激光夜视成像仪，其特征在于光电转换器为CCD器件或CMOS器件。