CN217820945U - 一种轮廓提取增强***及成像*** - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种轮廓提取增强***及成像***，其中，该轮廓提取增强***包括：复合超透镜或4f镜组；4f镜组包括：由物方至像方依次共轴排列的第一超透镜、第二超透镜和第三超透镜，第一超透镜、第二超透镜和第三超透镜的焦距相同；复合超透镜或4f镜组用于提取并增强入射图像的轮廓。通过本实用新型实施例提供的轮廓提取增强***及成像***，采用一片式的复合超透镜或三片式的4f镜组，直接对入射图像进行轮廓提取和增强，无需借助复杂的算法和图像处理，整个过程速度快；且因该轮廓提取增强***的两种不同结构均采用了超透镜，故该轮廓提取增强***具有体积纤薄、重量较轻、结构简单、成本低以及易于量产等优点。

Description

一种轮廓提取增强***及成像***

技术领域

本实用新型涉及光学成像技术领域，具体而言，涉及一种轮廓提取增强***及成像***。

背景技术

目前，若要实现图像物体边缘轮廓检测及增强功能，需要在图像显示***(包括一个目镜)的基础上叠加用于轮廓检测及增强的装置(如红外装置，同样也包括一个目镜)，并在此双目镜结构上进行复杂的实施运算和图像处理，方可实现上述功能。例如，具有双目镜结构的双筒增强型夜视仪(ENVG-B)，若要采用其“轮廓(outline)融合模式”，需要对接收到的图像通过算法提取出图像中物体的边缘轮廓并对其进行增强，如采用Deep Learning(深度学习)算法或CV(计算机视觉)算法等提取并增强边缘轮廓，致使实现该轮廓检测及增强功能的装置整体结构复杂且算力较大，最终导致包含该装置的双筒增强型夜视仪也具有结构复杂笨重，且需要复杂的实施运算和图像处理以及对使用者的要求较高的缺点。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型实施例的目的在于提供一种轮廓提取增强***及成像***。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种轮廓提取增强***，包括：复合超透镜或4f镜组；所述4f镜组包括：由物方至像方依次共轴排列的第一超透镜、第二超透镜和第三超透镜，且所述第一超透镜、所述第二超透镜和所述第三超透镜的焦距相同；所述复合超透镜或所述4f镜组用于提取并增强入射图像的轮廓。

可选地，在所述轮廓提取增强***包括所述复合超透镜的情况下，所述复合超透镜包括纳米结构；所述复合超透镜的相位分布满足：

其中，

表示所述复合超透镜的相位分布；λ₁表示所述复合超透镜的工作波长；r₁表示所述复合超透镜的中心到其表面所述纳米结构的距离；f₁表示所述复合超透镜的焦距，l表示所述纳米结构所在位置处以所述复合超透镜的中心为圆心的切线方向。

可选地，在所述轮廓提取增强***包括所述4f镜组的情况下，所述第一超透镜和所述第三超透镜的相位分布一致，且与所述第二超透镜的相位分布不同；所述第一超透镜能够将所述入射图像由时域信号转为频域信号，并射向所述第二超透镜；所述第二超透镜能够将所述频域信号由低频转为高频，并射向所述第三超透镜；所述第三超透镜能够将转至高频的所述频域信号还原为时域信号射出。

可选地，第一超透镜包括第一纳米结构，所述第三超透镜包括第三纳米结构；所述第一超透镜和所述第三超透镜的相位分布均满足：

其中，λ₂表示所述第一超透镜或所述第三超透镜的工作波长；(x,y)表示所述第一纳米结构或所述第三纳米结构的坐标；f表示所述第一超透镜或所述第三超透镜焦距。

可选地，第二超透镜包括第二纳米结构，所述第二超透镜的相位分布满足：

其中，λ₃表示所述第二超透镜的工作波长；(x,y)表示所述第二纳米结构在所述第二超透镜上的坐标；f表示所述第二超透镜的焦距；θ表示所述第二纳米结构在以所述第二超透镜为中心的极坐标下的角度。

第二方面，本实用新型实施例还提供了一种成像***，包括：如上任一所述的轮廓提取增强***、物镜***和目镜***；所述物镜***用于将环境光生成入射图像，并将所述入射图像射入位于所述物镜***出光侧的所述轮廓提取增强***；所述轮廓提取增强***用于提取并增强所述入射图像的轮廓，并将轮廓增强后的入射图像射向位于所述轮廓提取增强***出光侧的所述目镜***；所述目镜***包括至少一片第一透镜，用于将轮廓增强后的入射图像放大并射出。

可选地，物镜***包括多片第二透镜，且所述多片第二透镜中至少部分为超透镜。

可选地，第一透镜均为超透镜。

可选地，第一透镜的数量为两片，所述目镜***能够矫正像差。

可选地，轮廓提取增强***与所述目镜***通过晶圆级封装成为一体结构。

可选地，该成像***还包括：设置于所述物镜***与所述轮廓提取增强***之间的图像增强器和荧光屏；所述图像增强器设置于所述物镜***的出光侧，用于将所述入射图像进行增强并放大；所述荧光屏设置于所述图像增强器出光侧表面，用于显示增强并放大后的入射图像，并将显示的入射图像射向所述轮廓提取增强***。

可选地，在所述轮廓提取增强***包括所述4f镜组的情况下，所述荧光屏位于所述轮廓提取增强***的物方焦平面。

本实用新型实施例上述第一方面提供的方案中，采用一片式的复合超透镜或者三片式的4f镜组，直接对入射图像进行轮廓提取和增强，无需借助复杂的算法和图像处理，整个过程速度快；且因该轮廓提取增强***的两种不同结构均采用了超透镜，故该轮廓提取增强***具有体积纤薄、重量较轻、结构简单、成本低以及易于量产等优点。

本实用新型实施例上述第二方面提供的方案中，采用物镜***和目镜***可以使该成像***能够实现最基本的成像功能；并且，在物镜***和目镜***之间设置上述任意一种轮廓提取增强***，可以对物镜***所生成的入射图像中的边缘轮廓进行提取和增强，例如，使得该入射图像中的轮廓更加清晰明亮，以达到类似“描边”的效果。该成像***在对入射图像进行轮廓提取和增强时，无需借助复杂的算法和图像处理步骤，且该成像***结构简单，更加轻量化。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本实用新型实施例所提供的一种轮廓提取增强***的示意图；

图2示出了本实用新型实施例所提供的另一种轮廓提取增强***的示意图；

图3示出了本实用新型实施例所提供的一种成像***的示意图；

图4示出了本实用新型实施例所提供的一种目镜***的结构示意图；

图5示出了本实用新型实施例所提供的另一种目镜***的结构示意图；

图6示出了本实用新型实施例所提供的第一种轮廓提取增强***与目镜***封装为一体结构的结构示意图；

图7示出了本实用新型实施例所提供的第二种轮廓提取增强***与目镜***封装为一体结构的结构示意图；

图8示出了本实用新型实施例所提供的第三种轮廓提取增强***与目镜***封装为一体结构的结构示意图；

图9示出了本实用新型实施例所提供的第四种轮廓提取增强***与目镜***封装为一体结构的结构示意图；

图10示出了本实用新型实施例所提供的另一种成像***的示意图。

图标：

1-轮廓提取增强***、2-物镜***、3-目镜***、4-图像增强器、5-荧光屏、10-复合超透镜、20-4f镜组、201-第一超透镜、202-第二超透镜、203-第三超透镜。

具体实施方式

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型实施例提供了一种轮廓提取增强***，该轮廓提取增强***包括：复合超透镜10或4f镜组20；参见图1或图2所示，图1示出了该轮廓提取增强***包括4f镜组20的示意图；图2示出了该轮廓提取增强***包括复合超透镜10的示意图。

如图1所示，4f镜组20包括：由物方至像方依次共轴排列的第一超透镜201、第二超透镜202和第三超透镜203，且第一超透镜201、第二超透镜202和第三超透镜203的焦距相同；复合超透镜10或4f镜组20用于提取并增强入射图像的轮廓。

如图2所示，本实用新型实施例可以采用复合超透镜10作为实现对入射图像轮廓进行提取和增强(双功能)的轮廓提取增强***，该复合超透镜10为一片式超透镜，即仅采用一片超透镜(复合超透镜10)便可实现上述功能，使得该轮廓提取增强***整体更加轻薄，重量也更轻。

或者，如图1所示，本实用新型实施例也可以采用4f镜组20作为实现对入射图像轮廓进行提取和增强(双功能)的轮廓提取增强***。其中，该4f镜组20表示一种三片式4f光学***，即该4f镜组20是包括三片超透镜的镜组；这三片超透镜分别为第一超透镜201、第二超透镜202和第三超透镜203，且第一超透镜201、第二超透镜202和第三超透镜203是由该轮廓提取增强***的物方(如图1左侧)向其像方(如图1右侧)依次排列设置，第一超透镜201、第二超透镜202和第三超透镜203共用同一主光轴，如三者的主光轴相互重合(图1以水平虚线为三片超透镜的主光轴示出)。本实用新型实施例中，这三片超透镜的焦距相同，相邻两片超透镜之间的间距也与超透镜的焦距相同；并且，位于最靠近该轮廓提取增强***的物面(用于显示入射图像的一面)的超透镜(如第一超透镜201)，其与物面之间的距离也与该4f镜组20中的超透镜的焦距相同(图1中以f表示焦距)；例如，第一超透镜201与物面之间的距离、第一超透镜201与第二超透镜202之间的距离以及第二超透镜202与第三超透镜203之间的距离均等于超透镜的焦距，使得该4f镜组20可以实现对入射图像中轮廓的提取和增强。

本实用新型实施例通过采用一片式的复合超透镜10或者三片式的4f镜组20，直接对入射图像进行轮廓提取和增强，无需借助复杂的算法和图像处理，整个过程速度快；且因该轮廓提取增强***的两种不同结构均采用了超透镜，故该轮廓提取增强***具有体积纤薄、重量较轻、结构简单、成本低以及易于量产等优点。

可选地，在轮廓提取增强***包括复合超透镜10的情况下，复合超透镜10包括纳米结构；复合超透镜10的相位分布满足：

其中，

表示复合超透镜10的相位分布；λ₁表示复合超透镜10的工作波长，如可见光波长或者红外波长等；r₁表示复合超透镜10的中心到其表面纳米结构的距离(即纳米结构在该复合超透镜10的具***置)；f₁表示复合超透镜10的焦距；l表示纳米结构所在位置处以复合超透镜10的中心为圆心的切线方向，例如，以该复合超透镜10的中心为圆心，以该纳米结构与该复合超透镜10中心的连线为半径作圆，经过该纳米结构所作的圆的切线方向为l。

本实用新型实施例中，该复合超透镜10两侧(如复合超透镜10的物侧表面和像侧表面)中的任意一侧设置有纳米结构，该纳米结构的数量为多个，且可以呈阵列式排布；例如，纳米结构的阵列可以设置在该复合超透镜10的像侧(如图2所示该复合超透镜10的右侧表面，即其出光侧表面)。

其中，阵列式排布的多个纳米结构可以使该复合超透镜10具有相位分布，该相位分布能够对入射图像进行轮廓提取和增强，例如，具有该相位分布的复合超透镜10可以使构成该入射图像的光线在射入后得到相应地相位调制，如轮廓提取和增强，并从该复合超透镜10的出光侧射出；其中，在该复合超透镜10的相位分布满足上述关系式(1-1)的情况下，该轮廓提取增强***可以将入射图像的轮廓提取出来，且对该轮廓进行增强。

本实用新型实施例在采用一片超透镜(即复合超透镜10)的情况下，可以通过该复合超透镜10所满足的相位分布，对入射图像进行相位调制(如对构成入射图像的光线进行相位调制)，使得该复合超透镜10可以将该入射图像中的轮廓提取并增强。该轮廓提取增强***仅具有一片超透镜，结构简单轻薄，成本低。

可选地，如图1所示，在轮廓提取增强***包括4f镜组20的情况下，第一超透镜201和第三超透镜203的相位分布一致，且与第二超透镜202的相位分布不同；第一超透镜201能够将入射图像由时域信号转为频域信号，并射向第二超透镜202；第二超透镜202能够将频域信号由低频转为高频，并射向第三超透镜203；第三超透镜203能够将转至高频的频域信号还原为时域信号射出。

本实用新型实施例中，4f镜组20包括的三片超透镜各对应一种相位分布，且每片超透镜的相位分布可以实现不同的相位调制效果。例如，第一超透镜201的相位分布可以使射入该第一超透镜201的入射图像(如构成该入射图像的光线，或构成该入射图像的光场)基于傅里叶变换，由时域信号转为频域信号，并将转换成频域信号的入射图像(如构成该入射图像的光线，或构成该入射图像的光场)投射(如聚焦)至位于该第一超透镜201出光侧的第二超透镜202中；第二超透镜202的相位分布可以令该第二超透镜202成为空间滤波衍射元件，对射入该第二超透镜202的频域信号进行滤波，即将该频域信号由低频信号转为高频信号，并将转换成高频信号的频域信号投射至位于该第二超透镜202出光侧的第三超透镜203中；例如，该第二超透镜202将射入的频域信号(如构成该入射图像的光场)经过涡旋相位调制，将相面上的能量进行重新分布，对入射图像的平坦区域产生相消干涉，使边缘轮廓得到信号增强；第三超透镜203的相位分布可以使射入该第三超透镜203的频域信号(高频信号)基于傅里叶逆变换，由频域信号还原为时域信号，并将还原后的时域信号射出。

其中，由于第二超透镜202的相位分布与第一超透镜201和第三超透镜203的相位分布均不相同，故该第二超透镜202所进行的相位调制效果也与第一超透镜201和第三超透镜203的相位调制效果不同。

需要说明的是，本实用新型实施例中，虽然第一超透镜201与第三超透镜203各自所实现的相位调制效果不同，但该第一超透镜201的相位分布与该第三超透镜203的相位分布分别用于令入射图像(如光场)在一对互逆状态(如由时域至频域的傅里叶变换，以及由频域至时域的傅里叶逆变换)中进行转换，故该第一超透镜201的相位分布与该第三超透镜203的相位分布可以是相同的，即二者满足既可以进行傅里叶变换也可以进行傅里叶逆变换的相位分布。

本实用新型实施例在采用三片超透镜(即4f镜组20)的情况下，可以通过该4f镜组20中每片超透镜所分别满足的相位分布，对入射图像依次进行相位调制(如对构成入射图像的光线或光场依次进行3次相位调制)，使得该4f镜组20可以将该入射图像中的轮廓提取并增强；该轮廓提取增强***的结构简单、体积轻薄，成本低。

可选地，第一超透镜201包括第一纳米结构，第三超透镜203包括第三纳米结构；第一超透镜201和第三超透镜203的相位分布均满足：

其中，λ₂表示第一超透镜201或第三超透镜203的工作波长；(x,y)表示第一纳米结构或第三纳米结构的坐标，例如，第一纳米结构在第一超透镜201的位置坐标，或者第三纳米结构在第三超透镜203上的位置坐标；f表示第一超透镜201或第三超透镜203焦距，需要说明的是，由于本实用新型实施例所采用的4f镜组20中，第一超透镜201、第二超透镜202和第三超透镜203的焦距一致，故本实施中用f表示该三片超透镜的焦距。

其中，第一超透镜201的任意一侧可以设置有第一纳米结构，第三超透镜203的任意一侧可以设置有第三纳米结构；该第一纳米结构和该第三纳米结构的数量均为多个，且均可呈阵列式排布。如图1所示，多个第一纳米结构设置在该第一超透镜201的出光侧表面(图1所示该第一超透镜201的右侧表面)，并且，多个第三纳米结构设置在该第三超透镜203的入光侧表面(图1所示该第三超透镜203的左侧表面)。本实用新型实施例中，阵列式排布的多个第一纳米结构和第三纳米结构可以分别使第一超透镜201和第三超透镜203具有相应的相位分布，这两个超透镜的相位分布相同，其中，在该第一超透镜201和第三超透镜203的相位分布满足上述关系式(2-1)的情况下，该4f镜组20可以将入射图像进行傅里叶变换以及傅里叶逆变换。

可选地，第二超透镜202包括第二纳米结构，第二超透镜202的相位分布满足：

其中，λ₃表示第二超透镜202的工作波长；(x,y)表示第二纳米结构在第二超透镜202上的坐标，例如，第二纳米结构在第二超透镜202的位置坐标；f表示第二超透镜202的焦距(与第一超透镜201的焦距和第三超透镜203的焦距相同，同样为f)；θ表示第二纳米结构在以第二超透镜202为中心的极坐标下的角度；例如，可以以该第二超透镜202的中心作为极坐标的极点o，引一条射线ox作为极轴，若该第二纳米结构位于m处，则该第二纳米结构与极点o之间的连线om，其与极轴ox之间的夹角可以称作该第二纳米结构在该极坐标下的角度θ。

其中，第二超透镜202的任意一侧可以设置有第二纳米结构，该第二纳米结构的数量为多个，且呈阵列式排布。如图1所示，多个第二纳米结构设置在该第二超透镜202的入光侧表面(图1所示该第二超透镜202的左侧表面)。本实用新型实施例中，阵列式排布的多个第二纳米结构可以使第二超透镜202具有与第一超透镜201和第三超透镜203不同的相位分布；在该第二超透镜202的相位分布满足上述公式(3-1)的情况下，该第二超透镜202可以将经第一超透镜201转为频域信号的入射图像，进一步由低频信号调制为高频信号。

本实用新型实施例还提供了一种成像***，参见图3所示，该成像***包括：上述任意一种轮廓提取增强***1、物镜***2和目镜***3；图3中由左至右依次设置物镜***2、轮廓提取增强***1和目镜***3。

其中，物镜***2用于将环境光生成入射图像，并将入射图像射入位于物镜***2出光侧的轮廓提取增强***1；轮廓提取增强***1用于提取并增强入射图像的轮廓，并将轮廓增强后的入射图像射向位于轮廓提取增强***1出光侧的目镜***3；目镜***3包括至少一片第一透镜，用于将轮廓增强后的入射图像放大并射出。

本实用新型实施例中，环境光可以表示外界环境所反射的光，该环境光能够被该物镜***2收集(即环境光射入该物镜***2)，并得到入射图像，该入射图像是用于射向位于该物镜***2出光侧的轮廓提取增强***1的图像。其中，物镜***2基于环境光所生成的入射图像也可以是放大后的图像，即该物镜***2还具有放大图像的功能，且该物镜***2可以由普通透镜构成。在该入射图像射入轮廓提取增强***1后，该轮廓提取增强***1可以基于其相位分布(如复合超透镜10的相位分布，或者，第一超透镜201、第二超透镜202和第三超透镜203各自的相位分布)，提取出该入射图像的轮廓并对该轮廓进行增强；该轮廓提取增强***1将已提取并增强轮廓的入射图像射向位于该轮廓提取增强***1出光侧的目镜***3中，由该目镜***3对轮廓增强后的入射图像进行进一步放大并投射出去；其中，该目镜***3可以是由一片或多片透镜组成的镜组。

例如，在需要对细胞进行显微成像及探测的情况下，可以令被荧光标记的细胞所发射的光束经过物镜***2，从而得到细胞图像(如入射图像)，并射入轮廓提取增强***1；该轮廓提取增强***1可以提取出细胞图像中各个细胞的边缘轮廓，并对其进行增强，将边缘轮廓增强后的细胞图像(如入射图像)射向目镜***3；最终由该目镜***3对轮廓增强后的细胞图像进行放大并射出，如射入人眼。

本实用新型实施例采用物镜***2和目镜***3可以使该成像***能够实现最基本的成像功能；并且，在物镜***2和目镜***3之间设置上述任意一种轮廓提取增强***1，可以对物镜***2所生成的入射图像中的边缘轮廓进行提取和增强，例如，使得该入射图像中的轮廓更加清晰明亮，以达到类似“描边”的效果。该成像***在对入射图像进行轮廓提取和增强时，无需借助复杂的算法和图像处理步骤，且该成像***结构简单，更加轻量化。

可选地，物镜***2包括多片第二透镜，且多片第二透镜中至少部分为超透镜。

其中，本实用新型实施例可以用超透镜替换部分第二透镜，例如，该物镜***2中所包括的第二透镜的数量可以是7片，令该7片式物镜***2的所有第二透镜中的某3片第二透镜为超透镜，以缩小该物镜***2的体积，减轻其重量，进而使包含该物镜***2的成像***更加轻薄。

可选地，参见图4或图5所示，第一透镜均为超透镜。

其中，在目镜***3包括一片第一透镜的情况下(如图4所示)，该第一透镜可以是超透镜，即该目镜***3包括一片超透镜；在目镜***3包括多片第一透镜的情况下(如图5所示)，每片第一透镜均可以是超透镜，即该目镜***3包括多片超透镜。由于目镜***3为一片超透镜或多片超透镜组，因此可以减小该目镜***3的体积和重量，使包含该目镜***3的成像***更加轻薄。

可选地，参见图5所示，第一透镜的数量为两片，该目镜***3能够矫正像差。

其中，目镜***3所包括的两片第一透镜能更好地矫正入射光(如射入目镜***3的轮廓增强后的入射图像)所产生的各种像差，例如，通过这两片超透镜式的第一透镜所分别具有的相位分布，可以矫正像差，达到更好的成像效果。

可选地，参见图6至图9所示，轮廓提取增强***1与目镜***3通过晶圆级封装成为一体结构。

本实用新型实施例中，由于轮廓提取增强***1包括复合超透镜10(一片超透镜)或者4f镜组20(三片超透镜)，目镜***3同样包括一片或多片超透镜，因此可以将该轮廓提取增强***1与该目镜***3进行晶圆级封装，使二者成为一体结构，进一步减小该成像***的体积，并且，晶圆级封装的对准精度高，校准难度小，降低了该成像***的加工难度。

如图6至图9所示，图6示出了该轮廓提取增强***1包括复合超透镜10且目镜***3包括一片第一透镜(超透镜)时，二者晶圆级封装为一体结构的示意图；图7示出了该轮廓提取增强***1包括复合超透镜10且目镜***3包括两片第一透镜(超透镜)时，二者晶圆级封装为一体结构的示意图；图8示出了该轮廓提取增强***1包括4f镜组20且目镜***3包括一片第一透镜(超透镜)时，二者晶圆级封装为一体结构的示意图；图9示出了该轮廓提取增强***1包括4f镜组20且目镜***3包括两片第一透镜(超透镜)时，二者晶圆级封装为一体结构的示意图。

可选地，参见图10所示，该成像***还包括：设置于物镜***2与轮廓提取增强***1之间的图像增强器4和荧光屏5；图像增强器4设置于物镜***2的出光侧，用于将入射图像进行增强并放大；荧光屏5设置于图像增强器4出光侧表面，用于显示增强并放大后的入射图像，并将显示的入射图像射向轮廓提取增强***1。

如图10所示，图10以该物镜***2的右侧为其出光侧示出；在该物镜***2的出光侧依次设置图像增强器4和荧光屏5，其中，该荧光屏5可以是直接设置在该图像增强器4出光侧表面的屏幕，例如，可以令图像增强器4和荧光屏5为一体结构。本实用新型实施例中，经物镜***2射出的入射图像可以射入图像增强器4中，并得到该图像增强器4的增强，例如，先将入射图像对应的光子打到该图像增强器4中的光电阴极靶面产生电子，然后该图像增强器4中的增强器对产生的电子倍增，最后将倍增的电子投射至荧光屏5上转换为光子，形成增强后的入射图像；其中，物镜***2的成像光谱范围可以是630nm到900nm，荧光屏5的发光光谱中心波长可以是545nm。

由于该成像***包括了图像增强器4和荧光屏5，因此，在微光环境下(如夜晚)，可以将该成像***作为夜视仪，且可以得到很好的成像效果。例如，在微光环境下，夜晚的月光与星光照射目标可以反射产生昏暗微弱的光子(环境光)，这些光子经过物镜***2汇集并投射到图像增强器4中(如图像增强器4所具有的光电阴极靶面上，该光电阴极靶面位于该图像增强器4最靠近物镜***2的一侧)，该光电阴极通过释放电子并向该图像增强器4所具有的微通道板发射，经该微通道板倍增并被吸引到设置于该图像增强器4出光侧的荧光屏5上，该荧光屏5因具有更高电压可以将倍增后的光电子转换为光子，并在该荧光屏5表面重新复现光电阴极靶面所接收到的入射图像(微弱环境光所成的像)；该荧光屏5上显示的入射图像即可依次射入轮廓提取增强***1和目镜***3，最终使人眼通过该目镜***3看到轮廓清晰的图像。

本实用新型实施例通过在物镜***2和轮廓提取增强***1之间依次设置图像增强器4和荧光屏5，可以对微弱的环境光进行增强，在暗环境下也可以达到很好的成像效果；并且，该成像***还具有对图像中的轮廓(如人形)进行增强的效果，可以很好地运用在如军用夜视仪等装置中，使得该军用夜视仪自重更轻，体积更小，结构不复杂，并且轮廓提取和增强的过程速度快，能耗低，不需要后期复杂地数据处理，降低了使用难度。

可选地，在轮廓提取增强***1包括4f镜组20的情况下，荧光屏5位于轮廓提取增强***1的物方焦平面。

本实用新型实施例中，因该轮廓提取增强***1在采用4f镜组20的情况下，需要令入射图像的所在平面与该4f镜组20中第一超透镜201的所在平面之间的距离满足该第一超透镜201的焦距，即二者之间距离等于焦距，故在该情况下，荧光屏5应位于该轮廓提取增强***1的物方焦平面，从而使该轮廓提取增强***1中的三片超透镜与该荧光屏5所成的入射图像构成4f光学***，使该轮廓提取增强***1能够对荧光屏5表面的入射图像进行轮廓提取和增强。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换的技术方案，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种轮廓提取增强***，其特征在于，包括：复合超透镜(10)或4f镜组(20)；

所述4f镜组(20)包括：由物方至像方依次共轴排列的第一超透镜(201)、第二超透镜(202)和第三超透镜(203)，且所述第一超透镜(201)、所述第二超透镜(202)和所述第三超透镜(203)的焦距相同；

所述复合超透镜(10)或所述4f镜组(20)用于提取并增强入射图像的轮廓。

2.根据权利要求1所述的轮廓提取增强***，其特征在于，在所述轮廓提取增强***包括所述复合超透镜(10)的情况下，所述复合超透镜(10)包括纳米结构；所述复合超透镜(10)的相位分布满足：

其中，

表示所述复合超透镜(10)的相位分布；λ₁表示所述复合超透镜(10)的工作波长；r₁表示所述复合超透镜(10)的中心到其表面所述纳米结构的距离；f₁表示所述复合超透镜(10)的焦距；l表示所述纳米结构所在位置处以所述复合超透镜(10)的中心为圆心的切线方向。

3.根据权利要求1所述的轮廓提取增强***，其特征在于，在所述轮廓提取增强***包括所述4f镜组(20)的情况下，所述第一超透镜(201)和所述第三超透镜(203)的相位分布一致，且与所述第二超透镜(202)的相位分布不同；

所述第一超透镜(201)能够将所述入射图像由时域信号转为频域信号，并射向所述第二超透镜(202)；

所述第二超透镜(202)能够将所述频域信号由低频转为高频，并射向所述第三超透镜(203)；

所述第三超透镜(203)能够将转至高频的所述频域信号还原为时域信号射出。

4.根据权利要求3所述的轮廓提取增强***，其特征在于，所述第一超透镜(201)包括第一纳米结构，所述第三超透镜(203)包括第三纳米结构；

所述第一超透镜(201)和所述第三超透镜(203)的相位分布均满足：

其中，λ₂表示所述第一超透镜(201)或所述第三超透镜(203)的工作波长；(x,y)表示所述第一纳米结构或所述第三纳米结构的坐标；f表示所述第一超透镜(201)或所述第三超透镜(203)焦距。

5.根据权利要求3所述的轮廓提取增强***，其特征在于，所述第二超透镜(202)包括第二纳米结构，所述第二超透镜(202)的相位分布满足：

其中，λ₃表示所述第二超透镜(202)的工作波长；(x,y)表示所述第二纳米结构在所述第二超透镜(202)上的坐标；f表示所述第二超透镜(202)的焦距；θ表示所述第二纳米结构在以所述第二超透镜(202)为中心的极坐标下的角度。

6.一种成像***，其特征在于，包括：如上述权利要求1-5任一所述的轮廓提取增强***(1)、物镜***(2)和目镜***(3)；

所述物镜***(2)用于将环境光生成入射图像，并将所述入射图像射入位于所述物镜***(2)出光侧的所述轮廓提取增强***(1)；

所述轮廓提取增强***(1)用于提取并增强所述入射图像的轮廓，并将轮廓增强后的入射图像射向位于所述轮廓提取增强***(1)出光侧的所述目镜***(3)；

所述目镜***(3)包括至少一片第一透镜，用于将轮廓增强后的入射图像放大并射出。

7.根据权利要求6所述的成像***，其特征在于，所述物镜***(2)包括多片第二透镜，且所述多片第二透镜中至少部分为超透镜。

8.根据权利要求6所述的成像***，其特征在于，所述第一透镜均为超透镜。

9.根据权利要求8所述的成像***，其特征在于，所述第一透镜的数量为两片，所述目镜***(3)能够矫正像差。

10.根据权利要求8所述的成像***，其特征在于，所述轮廓提取增强***(1)与所述目镜***(3)通过晶圆级封装成为一体结构。

11.根据权利要求6-10任一所述的成像***，其特征在于，还包括：设置于所述物镜***(2)与所述轮廓提取增强***(1)之间的图像增强器(4)和荧光屏(5)；

所述图像增强器(4)设置于所述物镜***(2)的出光侧，用于将所述入射图像进行增强并放大；

所述荧光屏(5)设置于所述图像增强器(4)出光侧表面，用于显示增强并放大后的入射图像，并将显示的入射图像射向所述轮廓提取增强***(1)。

12.根据权利要求11所述的成像***，其特征在于，在所述轮廓提取增强***(1)包括所述4f镜组(20)的情况下，所述荧光屏(5)位于所述轮廓提取增强***(1)的物方焦平面。

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