CN204362181U - 同时采集红外光图像和可见光图像的图像采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种同时采集红外光图像和可见光图像的图像采集装置,沿光线进入方向依次包括液晶光阀、用于采集图像光线的光学透镜、和图像传感器，还包括红外光源，以及用于固定所述光学透镜、红外光源、液晶光阀和图像传感器的外壳，其中，所述液晶光阀位于所述光学透镜进光一侧，以一定频率交替开关，所述液晶光阀中液晶层的厚度小于1mm；所述红外光源，用于发出红外光以便所述光学透镜采集红外图像；图像传感器，处于所述光学透镜相对于所述液晶光阀的另一侧，用于分别将通过所述光学透镜采集的可见光或红外光转化成数字信号，形成数字图像。

Description

同时采集红外光图像和可见光图像的图像采集装置

技术领域

本实用新型涉及图像采集装置，特别涉及一种基于液晶光阀的同时采集红外和可见光图像采集装置。

背景技术

通常情况下，摄像机只能采集普通的可见光图像，随着科技的发展，对于红外光图像的采集需求越来越迫切。红外图像的采集例如包括夜间或黑暗环境下的图像采集，以及人眼虹膜图像的采集等等。目前移动设备如手机、平板电脑、移动电脑中，有的已经配备有单独的可见光光学透镜模组用于拍照或者视频通话，以及单独的红外光学透镜用于采集红外图像。

目前通常的图像采集装置主要包括图像传感元件、光学透镜以及图像处理芯片等，图像传感元件主要分为电荷耦合元件(CCD)与互补金属氧化物半导体(CMOS)。可见光的波长范围是380～780nm，780nm以上属于红外光部分，而CCD和CMOS既能感应可见光，也能感应红外光。通常情况下，使用红外截止滤光片设置于CCD或CMOS前面来过滤红外光进行红外图像的识别，而为了采集清晰的红外图像，则必须弱化可见光对红外采集的影响，而目前通用的图像采集装置是难以同时采集到可见光图像和红外图像的。

需要一种能够同时采集红外光和可见光图像的图像采集装置，解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种同时采集红外光图像和可见光图像的图像采集装置,沿光线进入方向依次包括液晶光阀、用于采集图像光线的光学透镜、和图像传感器，还包括红外光源，以及用于固定所述光学透镜、红外光源、液晶光阀和图像传感器的外壳，其中，所述液晶光阀 位于所述光学透镜进光一侧，以一定频率交替开关，所述液晶光阀中液晶层的厚度小于1mm；所述红外光源，用于发出红外光以便所述光学透镜采集红外图像；图像传感器，处于所述光学透镜相对于所述液晶光阀的另一侧，用于分别将通过所述光学透镜采集的可见光或红外光转化成数字信号，形成数字图像。

优选地，所述光学透镜包括至少一片镜片，用于汇聚或者发散光。

优选地，所述频率为80-140Hz。

优选地，所述液晶光阀依次包括第一基板、第一导电电极、第一配向膜、液晶层、第二配向膜、第二导电电极和第二基板。

优选地，所述第一基板、第一导电电极、第一配向膜、第二配向膜、第二导电电极和第二基板为透明材料制成。

优选地，当所述液晶光阀开启或关闭其中任一状态下时，允许可见光进入所述光学透镜，而在另一状态下时，不允许可见光进入所述光学透镜，而允许红外光穿过液晶光阀进入光学透镜。

优选地，所述红外光源设置在所述外壳上。

优选地，还包括可见光和红外双通滤光片，位于所述光学透镜光线进入的一侧，用于过滤可见光和红外光以外的光线。

优选地，还包括至少一个可见光光源。

优选地，所述可见光光源设置为以一定的工作频率闪烁，被点亮的频率和所述液晶光阀开启的工作频率一致。

根据本实用新型的同时采集红外光图像和可见光图像的图像采集装置，结构简单，成像效果好，还可以实现在黑暗情况下的操作。

应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本实用新型所要求保护内容的限制。

附图说明

参考随附的附图，本实用新型更多的目的、功能和优点将通过本实用新型实施方式的如下描述得以阐明，其中：

图1a示意性地示出了根据本实用新型第一实施例的同时采集红外光图像和可见光图像的单眼图像采集装置的结构示意图。

图1b示意性地示出了根据本实用新型第二实施例的同时采集红外光 图像和可见光图像的双眼图像采集装置的结构示意图。

图2a和2b分别示出了根据本实用新型的液晶光阀的示意性结构，以及处于开启和关闭时的状态。

图3a-3c分别示出了根据本实用新型的可见光图像成像效果、红外光图像成像效果以及可见光图像和红外光图像叠加的成像效果示意图。

具体实施方式

通过参考示范性实施例，本实用新型的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本实用新型并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本实用新型的具体细节。

在下文中，将参考附图描述本实用新型的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。

图1a示意性地示出了根据本实用新型第一实施例的同时采集红外光图像和可见光图像的图像采集装置的结构示意图。如图1a所示，根据本实用新型的同时采集红外光图像和可见光图像的图像采集装置100沿光线进入方向依次包括液晶光阀103、用于采集图像光线的光学透镜101和图像传感器104，还包括红外光源102，以及用于固定所述光学透镜101、红外光源102、液晶光阀103和图像传感器104的外壳105。

光学透镜101用于汇聚外部的光纤以进行可见光图像和红外图像的成像。光学透镜101优选为平凸透镜或双凸透镜。根据本实用新型的一个实施例，光学透镜101包括至少一片镜片，用于汇聚或者发散光。

红外光源102设置在光学透镜101附近，用于发出红外光线，从而使得光学透镜101可以采集红外图像。优选地，红外光源104的波长范围在830～870nm。红外光源102的位置可以有多种选择，如图1a所示设置在第一光学透镜101一侧(如图1a中的102a和102b)，也可以设置在液晶光阀103外侧(如图1a中的102c)，还可以设置在外壳105上(如图1a中的102d)。根据本实用新型的另一实施例，还可以设置多个红外光源102，例如分布在光学透镜101的周围(如图1a中的102a和102b)。

液晶光阀103位于光学透镜101的外侧，即进光一侧。液晶光阀103 以一定频率交替开关，该频率例如至少为80-140Hz，优选为120Hz，即每秒钟开关120次。液晶光阀103起到光开关的作用。优选地，液晶光阀103中液晶层的厚度小于1mm。

根据本实用新型的一个实施例，当液晶光阀103开启时，允许可见光进入光学透镜101，从而在图像传感器104上成像；当液晶光阀103关闭时，阻挡可见光进入光学透镜101，而红外光由于其长波衍射效应和热效应将穿过液晶光阀103进入到光学透镜101上，从而在图像传感器104上成红外像。

根据本实用新型的另一个实施例，液晶光阀103还可以设置为当液晶光阀103关闭时，允许可见光进入光学透镜101，从而在图像传感器104上成像；而当液晶光阀103开启时，阻挡可见光进入光学透镜103，允许红外光进入光学透镜103，从而在图像传感器104上成红外像。

根据本实用新型的一个实施例，红外光源102可以设置成常亮，或者设置成以一定的频率闪烁。所述频率优选与液晶光阀103的开启频率一致。即当液晶光阀关闭不允许可见光进入光学透镜101时，红外光源102开启，发出红外光，供光学透镜101收集红外光线进行成像。

图像传感器104处于所述光学透镜101相对于所述液晶光阀103的另一侧，用于分别将通过所述光学透镜101采集的可见光和红外光转化成数字信号，形成数字图像。优选地，图像传感器104可以是CCD传感器或CMOS传感器。优选地，图像传感器104位于所述光学透镜101的焦平面上。

优选地，还可以包括可见光和红外双通滤光片106，位于光学透镜101的外侧，即光线进入的一侧，用于过滤可见光和红外光以外的光线，只允许可见光和红外光线进入光学透镜101，以确保在图像传感器104上成像质量。优选地，通过的红外光为近红外光，波长范围在830～870nm，通过率为90％以上。根据本实用新型的实施例，可见光和红外双通滤光片106可以设置在液晶光阀103的外侧，或设置在光学透镜101和液晶光阀103之间。

图1b示意性地示出了根据本实用新型第二实施例的同时采集红外光图像和可见光图像的双眼图像采集装置的结构示意图。如图1b所示，根据本实用新型的同时采集红外光图像和可见光图像的图像采集装置100’ 包括用于收集图像光线的第一光学透镜110、用于收集图像光线的第二光学透镜111、红外光源102、液晶光阀103和图像传感器104，以及用于固定上述多个元器件的外壳107。

根据本实用新型的一个实施例，上述各个元器件的配置和位置关系优选与图1a所示实施例相同。第一光学透镜110和第二光学透镜111优选为相同的参数。

根据本实用新型的另一个实施例，液晶光阀103可以分别配置在第一光学透镜110和第二光学透镜111前方，即图1b所示的第一液晶光阀103和第二液晶光阀103’。第一液晶光阀103和第二液晶光阀103’可以以相同或不同的频率开启或关闭。

图2a和图2b示出了本实用新型的液晶光阀分别处于关闭和开启时的示例性结构示意图。

如图2a所示，根据本实用新型的液晶光阀103依次包括相对设置的第一基板201a和第二基板201b、以及夹在所述第一基板201a和第二基板201b之间的液晶层204。第一基板201a和第二基板201b均为透明基板，其例如可以是透明玻璃、塑料、石英的材料制成。液晶层204优选地包含向列型液晶分子，液晶层204被密封在第一基板201a和第二基板201b之间的框架内。

在第一基板201a和液晶层204之间，还设置有与第一基板201a相邻的第一电极层202a和与液晶层204相邻的第一配向层203a，以及在第二基板201b和液晶层204之间，设置有与第二基板201b相邻的第二电极层202b和与液晶层204相邻的第二配向层203b。

第一电极层202a和第二电极层202b用于施加电压，从而使得液晶层204中的液晶分子在通电的情况下发生偏转。

第一配向层203a和第二配向层203b用于对液晶层204内的液晶分子进行配向，以使液晶层204的液晶分子有规律的旋转一定角度。

第一电极层202a、第二电极层202b、第一配向层203a、第二配向层203b均为透明材料制成。第一电极层202a和第二电极层202b优选为整片的面电极，其例如可以由铟锡氧化物(Indium Tin Oxide,ITO)或铟锌氧化物(Indium Zinc Oxide,IZO)等透明材料制成。

在图2a所示的液晶光阀103处于关闭的状态下，第一电极层202a 和第二电极层202b未施加电压，液晶层204中的液晶分子如图所示平行于第一基板201a的平面排列，这样，入射到液晶光阀103的可见光会被液晶分子阻挡而无法透过液晶光阀103进入光学透镜101。图2b示出了液晶光阀103处于开启的状态下，第一电极层202a和第二电极层202b施加电压，液晶层204中的液晶分子如图所示垂直于第一基板201a的平面排列，这样，入射到液晶光阀103的可见光会通过液晶分子而透过液晶光阀103进入光学透镜101，从而在图像传感器104上成像。

可以理解的是，图2a和图2b所示的只是本实用新型的一个示意性的实施例，也可以是图2a为液晶光阀205通电开启的状态，图2b为液晶光阀205断电关闭的状态。

根据本实用新型的一个实施例，液晶层204中的液晶分子旋转排列的角度可以通过施加在第一电极层202a和第二电极层202b上的电压来调节，从而调节通过液晶光阀103的进光量。

根据本实用新型的图像采集装置100在工作时，通过施加到液晶光阀103上的交替变化的电压，使得液晶光阀103交替打开和关闭。当液晶光阀103打开使得可见光可以通过液晶分子而透过液晶光阀103进入光学透镜101时，在图像传感器104上成像可见光图像，而当液晶光阀103关闭使得可见光被液晶分子阻挡而无法进入光学透镜101时，红外光可以穿透液晶光阀103，通过光学透镜101采集到的红外光在图像传感器104上成像红外图像。这样，可以以一定的频率在图像传感器104上交替成像可见光图像和红外图像。由于人眼对于图像的变化有一定的残留和延迟效应，因此，当交替变化的频率大于一定阈值时，人眼观察到的图像传感器104上所成的交替图像就呈现出可见光图像和红外图像叠加的效果。

图3a-3c分别示出了根据本实用新型的可见光图像成像效果、红外光图像成像效果以及可见光图像和红外光图像叠加的成像效果示意图。如图3a所示，为液晶光阀103开启时允许可见光在图像传感器104上成的可见光图像301的效果图。如图3b所示，为液晶光阀103关闭时不允许可见光透过，而由红外光在图像传感器104上成的红外光图像302的效果图。如图3c所示，在一定的频率下可见光图像301和红外光图像302的叠加形成的混合图像303的效果图。

根据本实用新型的另一实施例，可以在图像采集装置100上配置额外的至少一个可见光光源108，如图1a所示。可见光光源108的位置可以类似于红外光源102有多种可配置的位置。可见光光源108设置为以一定的工作频率闪烁，被点亮的频率和液晶光阀103开启的工作频率保持一致，即当液晶光阀103开启以允许可见光进入光学透镜101时，可见光光源108被点亮；而当液晶光阀103关闭以阻挡可见光进入光学透镜101时，可见光光源108熄灭。根据上述实施方式，本实用新型的图像采集装置100可以用于夜视或黑暗环境中同时采集红外光图像和可见光图像。即，当可见光光源108被点亮时，由光学透镜101采集可见光在图像传感器104上成可见光图像，而当可见光光源108熄灭时，由光学透镜101采集红外光在图像传感器104上成红外图像。

根据本实用新型的同时采集红外光图像和可见光图像的图像采集装置，结构简单，成像效果好，还可以实现在黑暗情况下的操作。

结合这里披露的本实用新型的说明和实践，本实用新型的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本实用新型的真正范围和主旨均由权利要求所限定。

Claims (10)

1.一种同时采集红外光图像和可见光图像的图像采集装置,沿光线进入方向依次包括液晶光阀、用于采集图像光线的光学透镜、和图像传感器，还包括红外光源，以及用于固定所述光学透镜、红外光源、液晶光阀和图像传感器的外壳，其中，

所述液晶光阀位于所述光学透镜进光一侧，以一定频率交替开关，所述液晶光阀中液晶层的厚度小于1mm；

所述红外光源，用于发出红外光以便所述光学透镜采集红外图像；

图像传感器，处于所述光学透镜相对于所述液晶光阀的另一侧，用于分别将通过所述光学透镜采集的可见光或红外光转化成数字信号，形成数字图像。

2.如权利要求1所述的图像采集装置，其中所述光学透镜包括至少一片镜片，用于汇聚或者发散光。

3.如权利要求1所述的图像采集装置，其中所述频率为80-140Hz。

4.如权利要求1所述的图像采集装置，其中所述液晶光阀依次包括第一基板、第一导电电极、第一配向膜、液晶层、第二配向膜、第二导电电极和第二基板。

5.如权利要求1所述的图像采集装置，其中所述第一基板、第一导电电极、第一配向膜、第二配向膜、第二导电电极和第二基板为透明材料制成。

6.如权利要求1所述的图像采集装置，其中当所述液晶光阀开启或关闭其中任一状态下时，允许可见光进入所述光学透镜，而在另一状态下时，不允许可见光进入所述光学透镜，而允许红外光穿过液晶光阀进入光学透镜。

7.根据权利要求1所述的图像采集装置，其中，所述红外光源设置在所述外壳上。

8.根据权利要求1所述的图像采集装置，其中，还包括可见光和红外双通滤光片，位于所述光学透镜光线进入的一侧，用于过滤可见光和红外光以外的光线。

9.根据权利要求1所述的图像采集装置，还包括至少一个可见光光源。

10.根据权利要求9所述的图像采集装置，其中所述可见光光源设置为以一定的工作频率闪烁，被点亮的频率和所述液晶光阀开启的工作频率一致。