CN115004077A - 用于组合使用两个独立单目镜的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种用于组合使用至少两个独立光学观察装置的光学设备和方法。至少两个不同且独立光学单目镜组合在一起，所述光学单目镜被设计用于在不同光谱部分中彼此独立地操作。所述独立光学单目镜机械地且电子地连接成单个光学***。至少两个独立的取景器和处理器彼此电连接。电子连接可以是有线的或无线的。用于组合使用光学单目镜的方法从不同光谱部分产生单个融合图像。生成改进的且详细的图像，包括来自不同光谱部分的数据。以实时模式动态生成所述融合图像。来自近红外、可见光、紫外光、中波红外、长波红外、短波红外和其他光谱部分的信号可以组合成单个融合图像。

Description

用于组合使用两个独立单目镜的设备和方法
技术领域
本发明总体上涉及光学***和装置。特别地，本发明提出了一种用于组合使用两个独立光学观察装置的方法和设备。
背景技术
制造手持式单目镜，以增强人类的自然观看体验，并且可以利用将光谱转换成可见图像的不同技术来制造。在可见光谱部分中操作的一些光学单目镜(例如，传统单目镜或测距单目镜)光学放大视图。不同的技术可以用来获得不同的光谱图像，例如，近红外(NIR)、可见光、紫外(UV)光、中波红外(MWIR)、长波红外(LWIR)、短波红外(SWIR)等。不同的技术在不同的环境中具有优势，例如，使用LWIR技术的热单目镜可以在完全黑暗的情况下利用其热能标记检测物体，但分辨率可能较低。在光谱的NIR部分中操作，单目镜可以产生更详细的图像，但在弱光环境下可能缺乏灵敏度。在不同光环境下获得良好图像质量的解决方案是将不同的技术组合到一个装置中，并产生一个合并的图像。
多感觉通道组合是已知的。所谓的“融合”装置包含在光谱的不同部分操作的多个探测通道。这种“融合”装置可以产生融合图像，这是一种更完整并且更增强的图像。在专利申请WO2001072033A1(2001年9月27日公开)中给出这样的示例。本发明公开了一种用于组合场景的多光谱图像的***和装置。有两个探测器用于在第一和第二光谱带中观察场景。该装置包括用于接收和显示图像输出的显示器以及用于接收和投影所显示的图像的准直器。该装置还包括光束混合器，用于接收两个光谱带中观察到的场景，并将组合图像传送到观看***。构建场景的组合式多光谱图像。然而，这类型似的装置是复杂的融合视觉***。在融合不同光谱带的信号之后，生成复杂的图像。这种装置通常很昂贵，具有相当大的尺寸和重量，并且在重新配置时没有灵活性。
另一种方法采用了将两个单目镜组合起来形成双目***的方法。专利申请US2012069431A1(2012年3月22日公开)提出了一种光学组件，该光学组件包括连接两个光学单元的连接桥。两个自主光学单元彼此机械耦合。连接桥每次为每个光学单元配备至少一个耦合器。然而，两个自主光学单元是相同类型的，并且捕捉来自相同光谱部分的光，例如，仅仅可见光或者仅仅红外光。因此，不会产生更详细的图像。
我们提出的方法和基于该方法的装置避免了上述方法的缺点，并且提供了一种用于获得改进的且详细的图像的简单方法。
发明内容
本发明提出了一种用于组合使用至少两个独立光学观察装置的光学设备和方法。至少两个不同且独立光学单目镜组合在一起，所述光学单目镜被设计用于在不同光谱部分中彼此独立地操作。所述独立光学单目镜机械地且电子地连接成单个光学***。至少两个独立的取景器和处理器彼此电连接。电子连接可以是有线的或无线的。用于组合使用光学单目镜的方法从不同光谱部分产生单个融合图像。生成改进的且详细的图像，包括来自不同光谱部分的数据。以实时模式动态生成所述融合图像。来自近红外、可见光、紫外光、中波红外、长波红外、短波红外和其他光谱部分的信号可以组合成单个融合图像。
附图说明
图1描绘了光学单目镜；图1A描绘了两个独立光学单目镜；图1B描述了包括两个组合式光学单目镜的设备。
具体实施方式
单目镜是光学装置，用于转换图像。转换可以是光学的、电子的或这两者的组合。单目镜可以使用不同的技术从不同光谱部分获得图像，例如，近红外(NIR)、可见光、紫外(UV)光、中波红外(MWIR)、长波红外(LWIR)、短波红外(SWIR)等。
通常，单个单目镜仅在单个光谱部分中操作。当两个相同类型的单目镜连接在一起时，一些发明提出了单目镜***。
本发明公开了一种光学设备，包括在不同光谱部分中操作的至少两个不同的光学单目镜以及它们之间的连接桥(图1)。在图的左侧，有两个独立的、不相连的单目镜(图1A)，而在图的左侧，有两个组合的单目镜(图1B)。具体地，本发明公开了一种光学设备，包括：
第一光学单目镜(1)；
第二光学单目镜(2)；
-光学单目镜(1和2)之间的机械安装件(3)；
-光学单目镜(1和2)之间的电子接口(4)(图1B)。
光学单目镜(1和2)包括相机(1.1或2.1)、处理器(1.2或2.2)和取景器(1.3或2.3)。相机(1.1或2.1)是光学***，该光学***具有用于聚焦光线的可变光圈的透镜、棱镜或这两者。相机(1.1或2.1)接收光信号，聚焦光信号并将其发送到处理器(1.2或2.2)。处理器(1.2或2.2)是电子装置，该电子装置接收来自相机(1.1或2.1)的信号，执行图像处理并将图像发送到取景器(1.3或2.3)。取景器(1.3或2.3)是一种适用于单目镜仔细查看的装置，以构图和聚焦图像。
在本发明中，至少两个单目镜(1和2)组合在一起，机械地和电子地连接(图1B)。光学单目镜(1和2)之间的机械安装件(3)是任何机械装置，该机械装置允许机械地连接至少两个光学单目镜(1和2)并调节它们之间的距离。机械安装件(3)在两个光学单目镜(1和2)之间提供可靠的机械和电子连接。还允许机械对准，以对准两个光学单目镜(1和2)的视场并且调整到最合适的眼距。
可以通过经由机械连接器的有线连接的任何方式、通过至少两个光学单目镜(1和2)之间的无线通信、或者通过机械连接器和无线通信，来执行光学单目镜(1和2)之间的电子接口(4)。电子接口(4)将不同光学单目镜(1和2)的取景器(1.3和2.3)和处理器(1.2或2.2)连接成单个***。因此，独立单目镜(1和2)的取景器(1.3和2.3)不是彼此独立地操作，而是作为单个***，根据从至少两个单目镜(1和2)获得的数据来传送处理过的融合图像。电子接口(4)被设计用于获得融合图像：从不同单目镜(1和2)获得的不同图像重叠并融合成单个图像。与仅仅从单个单目镜获得的图像相比，融合图像是具有更多细节的增强图像，因为来自不同光谱部分的至少两个图像被组合、融合成单个图像。
如果光学单目镜(1和2)没有组合，则光学单目镜彼此独立地操作(图1A)。当至少两个独立光学单目镜(1和2)组合在一起时，这两个独立光学单目镜作为单个光学***彼此独立地操作(图1B)。组合式光学单目镜(1和2)同轴定向，这允许从重叠的视场获得相应的融合图像。组合式光学单目镜可以机械地调整到舒适的眼距距离，以适应不同用户可以具有不同眼距距离这一事实。
用于组合使用两个独立单目镜的设备包括至少两个光学单目镜(图1B，1和2)。
在本发明的一个实施例中，至少两个相同类型的光学单目镜(1和2)彼此连接，并且在相同的光谱部分中操作。相机(1.1和2.1)和处理器(1.2和2.2)被设计用于在相同的光谱部分中操作。例如，组合式光学单目镜(1和2)可以在可见光谱部分中，或在红外光光谱部分中，或在紫外光光谱部分中操作。
在本发明的另一个实施例中，组合了至少两个不同的光学单目镜(1和2)。第一光学单目镜(1)和第二光学单目镜(2)在不同光谱部分中操作。在该实施例中，相机(1.1和2.1)和处理器(1.2和2.2)被设计用于在不同光谱部分中操作。当组合光学单目镜(1和2)时，取景器(1.3和2.3)作为单个***操作，并且组成来自不同光谱部分的融合图像。
在本发明的一个实施例中，第一光学单目镜(1)可以在可见光谱部分中操作，第二光学单目镜(2)可以在红外光光谱部分中操作。因此，实际上可以将数字热单目镜(1)与可见光谱部分(日光视觉)光学仪器(2)组合。可见光谱部分光学仪器(2)可以是日光视觉光学单目镜(2)或测距仪(2)。通常不可能完全控制传统可见光谱光学单目镜(2)的取景器(2.3)。当两个光学单目镜(1和2)组合时，数字热单目镜(1)可以明确地检测到传统可见光谱光学单目镜(2)附着到其上，并可以重新调整其参数。数字热单目镜(1)的取景器(1.3)放大或缩小所获得的热图像的尺寸，以将热图像与从可见光谱光学单目镜(2)获得的视觉图像进行匹配。用光学图像调整热图像大小、位置等参数后，数字热单目镜(1)可与可见光谱光学单目镜(2)、光学单目镜(2)或日光视觉测距仪(2)一致工作。数字热单目镜(1)和可见光谱光学单目镜(2)组合在一起的方式可能有多种变化。在一个实施例中，可见光谱光学单目镜(2)是日光视觉测距仪(2)。来自测距仪(2)的数据可以被复制并传输到数字热单目镜(1)。在这种情况下，可见光谱光学单目镜(2)呈现单个非组合的可见光谱图像，而数字热单目镜(1)呈现从两个光学单目镜(1和2)获得的融合光学图像。此外，日光视觉测距仪(2)可以具有一些指示器，显示其连接到数字热单目镜(1)。
在本发明的另一个实施例中，第一光学单目镜(1)可以在可见光谱部分中操作，第二光学单目镜(2)可以在紫外光光谱部分中操作。
在本发明的又一个实施例中，第一光学单目镜(1)可以在LWIR或SWIR或MWIR光谱部分中操作，而第二光学单目镜(2)可以在紫外光谱部分中操作。
在本发明的另一个实施例中，可以有两个以上的光学单目镜(1和2)彼此连接，例如，三个、四个或更多。所有的光学单目镜可以在不同光谱部分中操作，或者一些单目镜可以在相同的光谱部分中操作，而其他单目镜在不同光谱部分中操作。可以有许多组合：一些光学单目镜(1或2)可以在一个光谱部分中操作，而其他光学单目镜(1或2)可以在不同光谱部分中操作。
如上述实施例所示，有几种方式在第一光学单目镜(1)和第二光学单目镜(2)之间组合和呈现数据。在本发明的一个实施例中，来自两个光学单目镜(1和2)的光学图像可以匹配并组合在一起，以便形成单个融合图像。在本发明的另一个实施例中，来自光学单目镜(1或2)中的任何一个的光学图像可以被复制并传输到其他组合式光学单目镜(1或2)。在这种情况下，第一光学单目镜(1)呈现单个非组合的图像，而第二光学单目镜(2)呈现从两个光学单目镜(1和2)中获得的融合的光学图像。光学单目镜(1或2)可以具有一些指示器，显示其连接到其他组合式光学单目镜(1或2)。
为了说明和描述本发明，上面给出了优选实施例的描述。这不是确定确切形式或实施例的详细或限制性描述。以上描述应被视为不仅仅是说明性的，而不是限制性的。显然，本领域的专家可以有许多修改和变化。选择和描述该实施例，以便最好地理解本发明的原理及其对于各种实施例的最佳实际应用，这些实施例具有适合于特定用途或实现适应性的不同修改。
一种用于组合使用光学单目镜(1和2)的方法采用至少两个在不同光谱部分中操作的独立光学单目镜(1和2)。根据本发明，当至少两个不同且独立的光学单目镜(1和2)组合成单个光学***时(图1B)，光学单目镜(1和2)彼此独立地操作。至少两个独立的取景器(1.3和2.3)和两个独立的处理器(1.2和2.2)彼此机械地和电子地连接。因此，至少两个不同的光学单目镜(1和2)作为单个光学***操作，处理和传送单个融合图像。相机(1.1和2.1)接收来自不同光谱部分的不同光信号，并将光信号发送到处理器(1.2和2.2)。处理器(1.2和2.2)处理从所有相机(1.1和2.1)接收的光信号，并生成单个融合图像，在取景器(1.3和2.3)上呈现该图像。至少两个彼此电子连接的独立取景器(1.3和2.3)独立地操作，并传送单个融合图像。从至少两个不同光谱部分生成单个融合图像。通过重叠来自不同光谱部分的相应视场来生成单个融合图像。在本***的另一个实施例中，可以从相同的光谱部分生成单个图像。
相机(1.1和2.1)、处理器(1.2和2.2)和取景器(1.3和2.3)以实时模式操作，因此，以实时模式动态生成融合图像。

Claims (12)

1.一种光学设备，包括至少两个光学单目镜和至少两个光学单目镜之间的连接桥，所述连接桥具有机械安装件，所述机械安装件被设计用于机械连接光学单目镜并且用于调节至少两个独立单目镜之间的定位，
其特征在于：
至少两个光学单目镜是不同的独立光学单目镜，所述光学单目镜被设计用于在不同光谱部分中彼此独立地操作，以获得不同的图像；
所述连接桥还包括至少两个光学单目镜之间的电子接口，所述电子接口被设计用于电连接至少两个光学单目镜，
允许包括至少两个光学单目镜的光学设备从不同光谱部分获得单个融合图像。
2.根据权利要求1所述的光学设备，其特征在于，所述光学单目镜包括至少两个独立的取景器，所述取景器彼此电连接。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的光学设备，其特征在于，所述光学单目镜包括至少两个独立的处理器，所述处理器彼此电连接。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的光学设备，其特征在于，通过经由机械连接器的有线连接、通过至少两个光学单目镜之间的无线通信或通过这两种方式，来实现所述至少两个光学单目镜之间的电子接口。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的光学设备，其特征在于，至少两个光学单目镜同轴定向，这允许从组合视场中获得单个融合图像。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的光学设备，其特征在于，所述光学单目镜具有指示器，指示当前光学单目镜连接到至少一个其他组合式光学单目镜。
7.一种用于组合使用光学单目镜的方法，其特征在于，所述方法生成单个融合图像，由至少两个不同的独立光学单目镜在不同光谱部分操作而获得所述融合图像。
8.根据权利要求7所述的用于组合使用光学单目镜的方法，其特征在于，通过组合从所述不同光谱部分获得的来自相应视场的图像来生成所述单个融合图像。
9.根据权利要求7-8中任一项所述的用于组合使用光学单目镜的方法，其特征在于，以实时方式动态生成所述融合图像。
10.根据权利要求7-9中任一项所述的用于组合使用光学单目镜的方法，其特征在于，至少两个彼此电连接的独立取景器作为单个光学***彼此独立地操作，并提供单个融合图像。
11.根据权利要求7-10中任一项所述的用于组合使用光学单目镜的方法，其特征在于，至少两个彼此电连接的独立处理器作为单个光学***彼此独立地操作，并产生单个融合图像。
12.根据权利要求7-11中任一项所述的用于组合使用光学单目镜的方法，其特征在于，来自任一光学单目镜的光学图像可以被复制并传输到其他组合式光学单目镜；第一光学单目镜(1)呈现单一的非组合图像，而剩余的光学单目镜呈现从至少两个光学单目镜获得的融合光学图像。
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