CN203720447U - 一种分色增强的彩色夜视系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种分色增强的彩色夜视系统，包括：用于将自然光转换为S偏振光的偏振光转换器；用于将偏振光转换器输出的S偏振光分成红光和蓝绿光的第一二向色分光镜；用于将第一二向色分光镜反射的蓝绿光分成绿光和蓝光的第二二向色分光镜；用于将红光进行增强的第一像增强器；用于将蓝光进行增强的第二像增强器；用于将绿光进行增强的第三像增强器；用于将增强的红光、蓝光和绿光进行合色的合色元件；以及，将合色元件输出的光信号转化为图像的成像装置。本实用新型分色增强的彩色夜视系统在夜间环境和微光条件下能够还原出彩色图像，提高成像质量，图像质量好，有利于推广利用，具备广阔的应用前景。

Description

一种分色增强的彩色夜视系统

技术领域

本实用新型涉及彩色夜视系统领域，具体涉及一种分色增强的彩色夜视系统。

背景技术

微光夜视仪的发展始于1936年，它是研究微弱图像信号的增强、转换、传输、存储、处理的一项专门技术。在军事上，微光夜视技术已实用于夜间侦查、瞄准、车辆驾驶、光电火控和其它战场作业，并可以与红外、激光、雷达等技术结合，组成完整的光电侦查、测量和警告系统。

夜视系统是一种图像增强器装置。图像增强器装置收集环境所发射的辐射光，特别是少量的可视光和红外辐射，并使其放大，以使得输出的是可由人眼所感知的环境图像。在来自图像增强器装置的输出部分处的光信号可由记录装置所记录，显示在外部监视器上，或可由观察者直接看到。在后者的场合下，图像增强器装置被使用在由人所戴在头部上的夜视目镜或双目镜中，以使得输出光线信号直接传递到人眼。

夜视系统通常分为单色夜视系统和彩色夜视系统。

通常的夜视系统为单色夜视系统，采用单色输出，一般是将白光或者所有颜色的光一起放大，使用绿色荧光屏，产生单色显示。但是相对于单色显示，在各种监控领域，彩色图像更容易被识别。

彩色夜视系统通过有效地萃取多波段、多传感器图像信息，构成统一的彩色夜视图像，使观察者既能依靠亮度差别，同时又能依靠颜色差别分辨与识别场景与目标。现有的彩色夜视系统通常采用单通道彩色夜视技术。传统的单通道微光成像探测系统主要由光学系统和微光成像探测器等部分组成，由其获得的图像均为灰度图像，而单通道彩色夜视技术是在传统单通道微光成像探测系统的基础上改进的。单通道彩色夜视装置只需一个光学通道和一个成像通道，因而，具有构成简单紧凑、性能稳定、重量轻、成本低、无需配准等优点，但是其成像质量不高。

公开号为CN101446681A（申请号为200810051438.7）的中国发明专利申请公开了一种低温CCD微光夜视仪，由CCD、前置放大器组成，由前置放大器将从CCD输出的电荷信号转化为电压信号并放大，CCD由制冷器制冷至-5～-15℃的低温，制冷器升温一侧与散热器接触；在CCD和前置放大器之间加入电荷放大器，放大自CCD输出的电荷信号并传输给前置放大器。当景物照度较低，需要提高放大倍数，必将导致最终显像噪点增大，成像质量下降，该技术方案通过低温来减少显像噪点，提高成像质量。但是该技术方案仍没有对光学系统进行改进，仍采用现有的一个光学通道，图像仍是单色显示，其效果质量不高。

实用新型内容

本实用新型提供了一种可用于夜间或者微光条件下的分色增强的彩色夜视系统，图像质量好。

一种分色增强的彩色夜视系统，包括：

用于将自然光转换为S偏振光的偏振光转换器；

用于将偏振光转换器输出的S偏振光分成红光和蓝绿光的第一二向色分光镜；

用于将第一二向色分光镜反射的蓝绿光分成绿光和蓝光的第二二向色分光镜；

用于将第一二向色分光镜透射的红光进行增强的第一像增强器；

用于将第二二向色分光镜透射的蓝光进行增强的第二像增强器；

用于将第二二向色分光镜反射的绿光进行增强的第三像增强器；

用于将第一像增强器增强的红光、第二像增强器增强的蓝光和第三像增强器增强的绿光进行合色的合色元件；

以及，将合色元件输出的光信号转化为图像的成像装置。

自然光经过偏振光转换器（PCS）转化为S偏振光，S偏振光照射到第一二向色分光镜上，分为反射光和透射光两部分，其中蓝绿色的光（即蓝绿光）被反射，红色的光（即红光，简称R光）被透射；反射光（即蓝绿光）继续入射到第二二向色分光镜上，再次分为反射光和透射光两部分，其中绿色的光（即绿光，简称G光）被反射，蓝色的光（即蓝光，简称B光）被透射，此时入射到系统中的S偏振光被分成R、G、B三种基色的光，即被分成红光、绿光、蓝光。经过第一二向色分光镜透射的R光经过第一像增强器进行增强，增强后的光被从第一像增强器的输出端输出，入射到合色元件中；反射的蓝绿光入射到第二二向色分光镜，透射的B光入射进入第二像增强器，增强后的B光从第二像增强器的输出端输出后入射到合色元件中；被第二二向色分光镜反射的G光入射到第三像增强器进行增强，增强后的G光输出后进入到合色元件中；经过合色元件输出在成像装置上成像，最终得到彩色图像。

作为优选，所述的第一二向色分光镜为透红反蓝绿的滤光片，所述的第二二向色分光镜为透蓝反绿的滤光片，即通过截止不同波长的光实现，红光的波长为620nm～760nm，绿光的波长为495nm～570nm，蓝光的波长为450nm～490nm，如透红反蓝绿的滤光片可截止600nm以下波长的光，透蓝反绿的滤光片可截止493nm以上波长的光。

作为优选，所述的第一像增强器、第二像增强器和第三像增强器均为微光像增强器，如具体可选用级联式像增强器。

作为优选，所述的合色元件为X-Cube合色棱镜或由反红透蓝绿滤光片（RDM滤光片）和反蓝透红绿滤光片（BDM滤光片）垂直交叉形成的合色元件。

进一步优选，所述的X-Cube合色棱镜包括：相互垂直交叉的反红面和反蓝面，其中，经过第一像增强器增强的红光通过反红面反射从所述X-Cube合色棱镜射出，经过第二像增强器增强的蓝光通过反蓝面反射从所述X-Cube合色棱镜射出，经过第三像增强器增强的绿光通过反红面和反蓝面从所述X-Cube合色棱镜射出。

进一步优选，所述的合色元件为由反红透蓝绿滤光片（RDM滤光片）和反蓝透红绿滤光片（BDM滤光片）垂直交叉形成的合色元件，其中，经过第一像增强器增强的红光通过反红透蓝绿滤光片反射从所述合色元件射出，经过第二像增强器增强的蓝光通过反蓝透红绿滤光片反射从所述合色元件射出，经过第三像增强器增强的绿光通过反红透蓝绿滤光片和反蓝透红绿滤光片从所述合色元件射出。

作为优选，所述的成像装置为CCD（电荷耦合元件）成像装置或者COMS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor，互补性氧化金属半导体）成像装置，CCD成像装置和COMS成像装置都可采用现有技术，即合色元件输出的光信号经过CCD图像传感器或COMS图像传感器接收，然后进一步进行后续信号处理后得到彩色图像。

作为优选，所述的分色增强的彩色夜视系统中，光路转向采用反射镜、直角棱镜或者弯曲光纤束，反射镜、直角棱镜或者弯曲光纤束能够很好地实现光路的转向。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

本实用新型分色增强的彩色夜视系统，自然光经过偏振光转换器转化为S偏振光，S偏振光经第一二向色分光镜和第二二向色分光镜分成R、G、B三种基色的光，R、G、B三种基色的光分别经第一像增强器、第三像增强器、第二像增强器增强后输入到合色元件中，合色后在成像装置上形成彩色图像，提高了图像质量。

本实用新型分色增强的彩色夜视系统在夜间环境和微光条件下能够还原出彩色图像，提高成像质量，图像质量好，有利于推广利用，具备广阔的应用前景。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的分色增强的彩色夜视系统的结构示意图，图中，箭头表示光线传播方向；

图2为本实用新型实施例2的分色增强的彩色夜视系统的结构示意图；

图3为本实用新型实施例3的分色增强的彩色夜视系统的结构示意图；

图4为本实用新型实施例4的分色增强的彩色夜视系统的结构示意图；

图中：1、偏振光转换器，2、第一二向色分光镜，3、第二二向色分光镜，4、第一像增强器，5、第一反射镜，6、第二反射镜，7、第二像增强器，8、第三反射镜，9、第三像增强器，10、X-Cube合色棱镜，11、CCD，12、第一直角棱镜，13、第二直角棱镜，14、第三直角棱镜，15，16，17为弯曲光纤束，18为RDM滤光片，19为BDM滤光片。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本实用新型分色增强的彩色夜视系统，包括：偏振光转换器（PCS）1、第一二向色分光镜2、第二二向色分光镜3、第一像增强器4、第一反射镜5、第二反射镜6、第二像增强器7、第三反射镜8、第三像增强器9、X-Cube合色棱镜10以及CCD（探测器）11；X-Cube合色棱镜10包括：相互垂直交叉的反红面10-1和反蓝面10-2，其中10-1面为反红面，10-2面为反蓝面。自然光经过偏振光转换器1转化为S偏振光，S偏振光照射到第一二向色分光镜2上，分为反射光和透射光两部分，其中蓝绿色的光被反射，红色的光（R光）被透射；蓝绿色反射光继续入射到第二二向色分光镜3上再次分为反射光和透射光两部分，其中绿色的光（G光）被反射，蓝色的光（B光）被透射，此时入射到系统中的S偏振光被分成R、G、B三种基色的光。经过第一二向色分光镜2透射的R光经过第一像增强器4进行增强，增强后的光被从第一像增强器4的输出端输出，入射到第一反射镜5上，被第一反射镜5反射（即光路转向）后进入X-Cube合色棱镜10。反射的蓝绿光入射到第二二向色分光镜3，透射的B光（即蓝光）入射到第二反射镜6上，经第二反射镜6光路转向后反射光（即蓝光）进入第二像增强器7，增强后的B光从第二像增强器7的输出端输出后入射到第三反射镜8上，再次反射后进入到X-Cube合色棱镜10；被第二二向色分光镜3反射的G光入射到第三像增强器9进行增强，增强后的G光输出后进入X-Cube合色棱镜10中；S偏振的R光（经过第一反射镜5反射的R光）在X-Cube合色棱镜10中的反红面10-1反射，S偏振的B光（经过第三反射镜8反射的B光）在X-Cube合色棱镜10中的反蓝面10-2反射，与直接透射的G光（即经过第三像增强器9增强的绿光通过反红面10-1和反蓝面10-3射出）合色后从出射面输出，入射到CCD11上成像，进行后续信号处理，最终得到彩色的图像。其中，反射镜与入射光线呈45°夹角，主要起转向作用，用来改变光线的传播方向。

实施例2

如图2所示，本实用新型分色增强的彩色夜视系统中，用第一直角棱镜12、第二直角棱镜13、第三直角棱镜14分别代替实施例1中的第一反射镜5、第二反射镜6、第三反射镜8，实现光路中光的转向。自然光经过偏振光转换器1转化为S偏振光，被第一二向色分光镜2分为反射的R光和透射的蓝绿光，R光反射后被第一像增强器4增强，被增强的R光通过第一直角棱镜12的一个直角面进入，入射到第一直角棱镜12的斜面上，入射角大于棱镜的临界角，所有光线被反射，从第一直角棱镜12的另一个直角面输出，进入到X-Cube合色棱镜10；透射的蓝绿光入射到第二二向色分光镜3上，透射的B光入射到第二直角棱镜13上，转向后经过第二像增强器7增强，进入到X-Cube合色棱镜10中，与另外两路经过增强的R光、G光合色，入射到CCD11或者COMS上成彩色图像。

本实用新型实施例2可以理解为，第一直角棱镜12，第二直角棱镜13，第三直角棱镜14作用均为转向棱镜，或者仅第一直角棱镜12和第三直角棱镜14用直角转向棱镜，第二直角棱镜13位置用图1中所示的第二反射镜6；或者仅第二直角棱镜6用直角转向棱镜，第一直角棱镜12和第三直角棱镜14位置用图1所示的第一反射镜5和第三反射镜8。入射光线与直角棱镜的全反射面夹角为45°。

实施例3

如图3所示，本实用新型分色增强的彩色夜视系统中，采用弯曲光纤束15、16、17实现光路的转向，自然光经过偏振光转换器1转化为S偏振光，S偏振光经过第一二向色分光镜2和第二二向色分光镜3之后分解为R，G，B三基色的光，并分别通过第一像增强器4，第三像增强器9，第二像增强器7增强。R光经过第一像增强器4，从第一像增强器4分光板输出的光进入弯曲光纤束15，在弯曲光纤束15中以全反射形式传播到输出端，进入X-Cube合色棱镜10；B光经过第二像增强器7增强后进入弯曲光纤束16传导到X-Cube合色棱镜10；G光通过第三像增强器9增强后进入弯曲光纤束17传导，进入X-Cube合色棱镜10，与增强后的R光、G光合色，入射到CCD11或者CMOS上成彩色图像。

实施例4

如图4所示，本实用新型分色增强的彩色夜视系统中，其中18为RDM滤光片，反红透蓝绿滤光片，19为BDM滤光片，反蓝透红绿滤光片。用RDM滤光片18和BDM滤光片19代替上述实施例1中的X-Cube合色棱镜10。由RDM滤光片18（反红透蓝绿滤光片）和BDM滤光片19（反蓝透红绿滤光片）垂直交叉形成合色元件。具体实施过程为：自然光经过偏振光转换器1转化为S偏振光，S偏振光经过第一二向色分光镜2和第二二向色分光镜3之后分解为R，G，B三基色的光。R光经过第一像增强器4增强，出射的光被第一反射镜5反射，入射到RDM滤光片18上，RDM滤光片18带有反红透蓝绿分光膜，因此R光被反射；B光经过第二像增强器7增强后被第三反射镜8反射，反射后的光通过入射到BDM滤光片19上，BDM滤光片19带反蓝透红绿分光膜，因此B光被反射，与R光和直接透射的经过第三像增强器9增强的G光（即经过第三像增强器9增强的绿光通过RDM滤光片18和BDM滤光片19从合色元件射出）合色，入射到CCD11或者COMS上成彩色图像。

Claims (7)

1.一种分色增强的彩色夜视系统，其特征在于，包括：

用于将自然光转换为S偏振光的偏振光转换器；

用于将偏振光转换器输出的S偏振光分成红光和蓝绿光的第一二向色分光镜；

用于将第一二向色分光镜反射的蓝绿光分成绿光和蓝光的第二二向色分光镜；

用于将第一二向色分光镜透射的红光进行增强的第一像增强器；

用于将第二二向色分光镜透射的蓝光进行增强的第二像增强器；

用于将第二二向色分光镜反射的绿光进行增强的第三像增强器；

用于将第一像增强器增强的红光、第二像增强器增强的蓝光和第三像增强器增强的绿光进行合色的合色元件；

以及，将合色元件输出的光信号转化为图像的成像装置。

2.根据权利要求1所述的分色增强的彩色夜视系统，其特征在于，所述的第一二向色分光镜为透红反蓝绿的滤光片，所述的第二二向色分光镜为透蓝反绿的滤光片。

3.根据权利要求1所述的分色增强的彩色夜视系统，其特征在于，所述的第一像增强器、第二像增强器和第三像增强器均为微光像增强器。

4.根据权利要求1所述的分色增强的彩色夜视系统，其特征在于，所述的合色元件为X-Cube合色棱镜或由反红透蓝绿滤光片和反蓝透红绿滤光片垂直交叉形成的合色元件。

5.根据权利要求4所述的分色增强的彩色夜视系统，其特征在于，所述的X-Cube合色棱镜包括：相互垂直交叉的反红面和反蓝面。

6.根据权利要求1所述的分色增强的彩色夜视系统，其特征在于，所述的成像装置为CCD成像装置或者COMS成像装置。

7.根据权利要求1所述的分色增强的彩色夜视系统，其特征在于，所述的分色增强的彩色夜视系统中，光路转向采用反射镜、直角棱镜或者弯曲光纤束。