CN105044899A - 一种基于微光成像的夜视仪及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于微光成像的夜视仪，包括头箍、超感光成像探测模块、小F数成像镜组、分视频读出模块、图像处理模块和虚拟成像眼镜，该夜视仪的实现方法，包括以下步骤：光强检测单元检测探测区域的自然光照强度；超感光成像探测模块根据实时自然光照强度，自动调节光学曝光时长和光圈数，采集探测区域下目标物体的形态和色彩；视频读出模块将光学影像转换为数字图像信号并传输给图像处理模块；图像处理模块接收视频读出模块传输的数字图像信号，滤波和图像增强处理后，将优质图像信号传递给虚拟成像眼镜；虚拟成像眼镜通过半透光方式，将实时图像直接投影到使用者肉眼中。本发明具备无光环境的彩色成像能力，方便实用。

Description

一种基于微光成像的夜视仪及其实现方法

技术领域

本发明涉及成像探测技术领域，特别是一种基于微光成像的夜视仪及其实现方法。

背景技术

现有的微光成像技术的运用基本在大型设备上，在微光探测成像时,都需要与显示器对接，其设备体积较大，需要人工操作，便携能力差，不适合户外活动或不易于操作的领域。

目前微光成像技术也有应用到夜视仪上，现有的微光夜视仪是利用夜间目标反射的低亮度自然光，将其增强放大到几十万倍，从而达到适于肉眼夜间进行侦察、观察、瞄准、车辆驾驶和其它战场作业。

微光夜视仪是根据光电效应的物理学原理制作而成的，光子进入夜视仪后打在金属板上，产生光电子，这些电子又通过安放在光屏前的薄盘片，盘片上有数百万个微通道，电子进入微通道后实现电子倍增，成像。

这种微光夜视仪不能采集微光环境的彩色图像，同时在光线亮度极低的环境下，无法清晰成像，在无光环境下，更是完全无法使用。

专利申请号：201010161522.1公开了一种直视型微光立体成像夜视仪，该发明包括物镜光学***、光电阴极、微通道板、具有180°扭像特性的荧光面板和目镜***，物镜光学***的前端设有记录变焦镜头阵列，形成双变焦透镜阵列组成的多视角成像***结构，荧光面板置于重构变焦微透镜阵列的焦平面位置处，且在重构变焦透镜阵列的各对应透镜单元空间范围内，以实现微光立体图像深度可逆的校正。该发明主要利用传统的微光成像方法，利用光学信号转变成电信号，再由电信号转变成光信号，由多视角成像进行修正图像，该方法无法解决自然光极低的环境下成像的根本问题，只是从图像修正的角度出发，与本发明的超感光成像探测技术和近红外照明成像技术相差甚远。

专利申请号：201310170449.8公开了一种全息衍射式微光夜视仪分辨力检查方法及装置，该发明包括靶板像生成***和电源及控制***，其工作流程为，人机交互单元向单片机发出指令，单片机根据指令输出PWM脉冲，通过功率稳定单元控制半导体激光器输出预定校准值的光功率并保持稳定，光束平行性得到校正，出射到反射衍射光栅进行视差消除，然后以与记录全息干板时参考光相同的入射角度照射到全息干板上，把全息干板的前方无穷远处再现出分辨靶板虚像，以供用户对微光夜视仪分辨力进行检查。该发明主要利用激光全息再现原理，采用折叠光路的思路，与本发明所述超红外照明成像技术和半透光虚拟投影成像技术相差甚远，其中对比文件所述的激光对其微光环境照明，这种方法极容易被军事检测***发现，对比文件所述的全息在现成像原理与直接将虚像投影到人眼当中的虚拟成像技术完全不同，因此，两个发明的技术特征不同，解决的技术问题也不同，不能相提并论。

发明内容

基于此，针对上述问题，有必要提出一种基于微光成像的夜视仪及其实现方法，解决传统无法实现无光或光照强度低于0.005Lux的极微光环境成像的问题，解决传统无法实现彩色成像的问题，解决传统需要人工操作调整探测区域和变焦***的问题，解决传统电子释放在荧光屏上人眼观测荧光屏不清晰的问题，解决传统无法实现人眼同时观测微光成像的视频画面和近区真实环境的问题。

本发明的技术方案是：一种基于微光成像的夜视仪，其包括

具有穿戴作用，且能带动整个设备随着使用者头部的摆动而调节指向区域的头箍；

设于头箍上，具有采集微光环境下目标物体的形态和色彩的超感光成像探测模块；

用于提升微光成像能力的小F数成像镜组；

用于将光学影像转换为数字图像信号的视频读出模块；

接收视频读出模块传输的数字图像信号，并对数字图像信号进行滤波和增强处理的图像处理模块；

接收图像处理模块传输的数字图像信号，并以半透光方式投影成像到人眼上的虚拟成像眼镜。

该发明采用星光级以上的高灵敏度超感光成像探测模块，具备对微光环境下的彩色探测能力，同时以人眼不可见的近红外DL激光对无光环境的辅助照明，实现对无光环境的清晰成像，且避免了传统可见光照明容易引起敌方人员注意的弊端。

该发明将超感光成像探测模块与穿戴式设备有机结合起来，在探测过程中，可通过头箍安装在使用者头部，构成头戴式探头，能够随着头部的摆动，改变探测的位置。

优选地，所述超感光成像探测模块上设有用于无光环境辅助照明的近红外DL激光投射***。

优选地，超感光成像探测模块上还设有用于调制激光输出功率的调节装置。

优选地，所述超感光成像探测模块上还设有检测自然光照强度的光强检测单元。

优选地，其还包括对设备各模块提供电能的移动电源。

优选地，所述移动电源上设有用于系挂在腰带上的挂扣。

一般来讲，移动电源的重量偏大，不适宜戴在头上，因此，将移动电源和探测设备分开，采用腰带系带移动电源，部署在腰间，其设计合理，使用方便。

优选地，所述小F数成像镜组的F数值范围为F<1，提升探测器的成像能力。

一种基于微光成像的夜视仪的实现方法，包括以下步骤：

a、光强检测单元检测探测区域的自然光照强度；

b、超感光成像探测模块根据实时自然光照强度，自动调节光学曝光时长和光圈数，采集探测区域下目标物体的形态和色彩；

c、视频读出模块将光学影像转换为数字图像信号并传输给图像处理模块；

d、图像处理模块接收视频读出模块传输的数字图像信号，滤波和图像增强处理后，将优质图像信号传递给虚拟成像眼镜；

e、虚拟成像眼镜通过半透光方式，将实时图像直接投影到使用者肉眼中。

该发明可实现对0.005Lux照度环境下的目标进行彩色成像，通过使用者的头部摆动指向关注的观测区域，并通过虚拟成像将探测视频直接投影到使用者眼中，在使用过程中无需人工操作，充分解放操作者的双手，利用超感光成像探测技术、近红外照明成像技术和虚拟成像技术，提升了微光夜视仪的性能。

优选地，无光环境时，开启近红外DL激光投射***进行辅助照明，该近红外DL激光投射***能避免被人眼观测以及被感应设备识别，适用于夜间监控、无人机夜间侦察和航拍、直升机夜间侦察与航拍及降落的辅助***、驴友夜间活动设备、单兵作战夜视头盔、船舶车载夜视***、安防抢险等夜间施工与作业领域的夜视***。

本发明的有益效果是：

(1)颠覆传统微光成像设备，具备无光或极微光环境下高清晰彩色成像无畸变的功能；

(2)成像速度快，可全天候、全地域环境使用，避免传统微光成像设备无法在光照强度高的白天使用的缺陷，增益高，色彩鲜明，使用方便；

(3)使用者无须做辨识培训，自动调焦对焦，自动辅助照明功能，解放使用者的双手，使用便捷性高；

(4)利用近红外DL激光***实现辅助照明，可避免被侦测设备识别；

(5)图形处理速率快，强曝光消除效果好，转换后的图像画面分辨率高，且利用新型虚拟成像技术，有利于避免传统荧光屏显示转换后画面效果差的缺点；

(6)利用半透光的虚拟投影，使得使用者不仅可观测到成像后的虚拟画面，还可通过人眼直接观测近处真实环境；

(7)重量轻、体积小，设有与腰带固定的移动电源，便于携带和长时间使用；

(8)适用于夜间监控、无人机夜间侦察和航拍、直升机夜间侦测和航拍的辅助***、驴友夜间活动设备、单兵作战夜视设备、车辆船舶夜视***、安防抢险、哨位监视以及夜间施工作业等领域的使用和推广。

附图说明

图1是本发明实施例所述基于微光成像的夜视仪结构示意图；

图中，10-小F数成像镜组，20-超感光成像探测模块，30-视频读出模块，40-头箍，50-图像处理模块，60-虚拟成像眼镜，70-近红外DL激光投射***。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

实施例1：

一种基于微光成像的夜视仪，如图1所示，其包括

具有穿戴作用，且能带动整个设备随着使用者头部的摆动而调节指向区域的头箍40；

设于头箍40上，具有采集微光环境下目标物体的形态和色彩的超感光成像探测模块20；

用于提升微光成像能力的小F数成像镜组10；

用于将光学影像转换为数字图像信号的视频读出模块30

接收视频读出模块30传输的数字图像信号，并对数字图像信号进行滤波和增强处理的图像处理模块50；

接收图像处理模块50传输的数字图像信号，并以半透光方式投影成像到人眼上的虚拟成像眼镜60。

该发明采用星光级以上的高灵敏度超感光成像探测模块20，具备对微光环境下的彩色探测能力。

该发明将超感光成像探测模块20与穿戴式设备有机结合起来，在探测过程中，可通过头箍40安装在使用者头部，构成头戴式探头，能够随着头部的摆动，改变探测的位置。

实施例2：

一种基于微光成像的夜视仪的实现方法，包括以下步骤：

步骤一、光强检测单元检测探测区域的自然光照强度；

步骤二、超感光成像探测模块20根据实时自然光照强度，自动调节光学曝光时长和光圈数，采集探测区域下目标物体的形态和色彩；

步骤三、视频读出模块30将光学影像转换为数字图像信号并传输给图像处理模块50；

步骤四、图像处理模块50接收视频读出模块30传输的数字图像信号，滤波和图像增强处理后，将优质图像信号传递给虚拟成像眼镜60；

步骤五、虚拟成像眼镜60通过半透光方式，将实时图像直接投影到使用者肉眼中。

该发明可实现对0.005Lux照度环境下的目标进行彩色成像，通过使用者的头部摆动指向关注的观测区域，并通过虚拟成像将探测视频直接投影到使用者眼中，在使用过程中无需人工操作，充分解放操作者的双手。

实施例3：

本实施例与实施例1的区别在于，无光环境时，开启近红外DL激光投射***70进行辅助照明，该近红外DL激光投射***70能避免被人眼观测以及被感应设备识别，适用于夜间监控、无人机夜间侦察和航拍、直升机夜间侦察与航拍及降落的辅助***、驴友夜间活动设备、单兵作战夜视头盔、船舶车载夜视***、安防抢险等夜间施工与作业领域的夜视***。

实施例4：

本实施例与其他实施例的区别在于，所述小F数成像镜组10的F数值范围为F<1，成像镜组的F值是影响微光环境成像的关键，该设计可实现对0.005Lux照度环境下的目标进行彩色成像。

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本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，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于微光成像的夜视仪，其特征在于，其包括

具有穿戴作用，且能带动整个设备随着使用者头部的摆动而调节指向区域的头箍；

设于头箍上，具有采集微光环境下目标物体的形态和色彩的超感光成像探测模块；

用于提升微光成像能力的小F数成像镜组；

用于将光学影像转换为数字图像信号的视频读出模块；

接收视频读出模块传输的数字图像信号，并对数字图像信号进行滤波和增强处理的图像处理模块；

接收图像处理模块传输的数字图像信号，并以半透光方式投影成像到人眼上的虚拟成像眼镜。

2.根据权利要求1所述一种基于微光成像的夜视仪，其特征在于，所述超感光成像探测模块上设有用于无光环境辅助照明的近红外DL激光投射***。

3.根据权利要求1或2所述一种基于微光成像的夜视仪，其特征在于，超感光成像探测模块上还设有用于调制照明激光输出功率的调节装置。

4.根据权利要求1所述一种基于微光成像的夜视仪，其特征在于，所述超感光成像探测模块上还设有检测自然光照强度的光强检测单元。

5.根据权利要求1所述一种基于微光成像的夜视仪，其特征在于，其还包括对设备各模块提供电能的移动电源。

6.根据权利要求1或5所述一种基于微光成像的夜视仪，其特征在于，所述移动电源上设有用于系挂在腰带上的挂扣。

7.根据权利要求1所述一种基于微光成像的夜视仪，其特征在于，所述小F数成像镜组的F数值范围为F<1。

8.一种基于微光成像的夜视仪的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、光强检测单元检测探测区域的自然光照强度；

b、超感光成像探测模块根据实时自然光照强度，自动调节光学曝光时长和光圈数，采集探测区域下目标物体的形态和色彩；

c、视频读出模块将光学影像转换为数字图像信号并传输给图像处理模块；

d、图像处理模块接收视频读出模块传输的数字图像信号，滤波和图像增强处理后，将优质图像信号传递给虚拟成像眼镜；

e、虚拟成像眼镜通过半透光方式，将实时图像直接投影到使用者肉眼中。

9.根据权利要求8所述一种基于微光成像的夜视仪的实现方法，其特征在于，无光环境时，开启近红外DL激光投射***进行辅助照明。