TW407430B - Low impure light night vision system light source control method and the apparatus thereof - Google Patents

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4398twf/002 07430 A7 B7 五、發明説明（I ) 本發明是有關於一種夜視系統光源的控制，且特別 是有關於一種低雜光夜視系統光源控制方法與裝置，經 由脈衝信號控制器所控制的主動式光源開啓率，利用脈 衝主動式光源照明器以及脈衝低光度攝影機，可以增加 .監控系統的偵測距離。 習知的低光度攝影機（也有人稱之爲『星光夜視儀』) 感測的光譜爲近可見光至近紅外線（0.4μιη〜0.9μιη)，在光 線微弱（月光或星光）的環境中，將物體反射的光線成像 後，予以放大，'達到監視目標物的目的。基本上，低光 度攝影機是放大物體反射的光線，因此，在完全黑暗或 光度過低的環境下，低光度攝影機無法監控目標。因此， 在長距離高性能的夜間監視系統中，通常附加主動式光 源（例如雷射照明）裝備，搭配低光度攝影機使用，期使 監視系統不受外界光度強弱所限制。一般所採用的夜視 系統光源控制方法與裝置可分爲連續波（CW)式主動式光 源照明以及脈波式（PW)主動式光源照明。 如第1圖所示爲一種習知連續波式主動式光源照明 繪示圖，主動式光源100和低光度攝影機110基本上是 放在一起（實務上，兩者之間距小於30公分），兩者的光 軸保持平行，對準目標物120，主動式光源100以連續 波的方式不斷輸出主動式光，低光度攝影機則感測所有 射進鏡頭的光線，予以成像。主動式光源100之輸出功 率爲h，低光度攝影機Π0鏡頭有效接收照明功率爲 Ρπ，PTa#t爲從目標物反射之主動式光到達鏡頭的功率’ 3 本紙張尺度逍用中國國家標隼（CNS ) A4規格（2〖0><297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) Γ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4398twf/002 407430 A7 _B7_____ 五、發明説明（> ) PBS爲大氣雜光散射至鏡頭的功率，則

Prec~PTarge + P BS 式中，P.ra,.get對監控系統而言是所要監控的信號’ PBS爲 雜訊。 如第2A圖所示爲一種習知脈衝式主動式光源照 明繪示圖，其運作方式，先將低光度攝影機210關閉， 主動式光源200發射極短時間的脈衝，當此脈衝主動式 光照射到目標物220並反射到低光度攝影機210鏡頭 時，才將低光度·攝影機210鏡頭打開極短的脈衝時間， 然後低光度Λ影機210再度關閉，第二束主動式光發射， 如此週而復始。如第2B圖所繪示，爲主動式光源發射 的脈衝以及低光度攝影機所接受的脈衝時序圖。主動式 光源ON代表脈衝輸出，OFF代表沒有脈衝_出，低光 度攝影機ON代表低光度攝影機鏡頭打開，OFF代表低 光度攝影機鏡頭關閉，d爲脈衝主動式光源到目標物220 的距離，c爲光速，Tp爲主動式光源脈衝寬度亦是低光 度攝影機鏡頭打開的時間，凡爲主動式光源閒置時間， T2d爲脈衝主動式光發射後照射到目標物220並反射到 低光度攝影機210鏡頭的時間，則 T2d=2d/c 此方式由於散射雜光的行進距離較目標反射光的行進距 離短，散射雜光必然較早到達鏡頭，然而因低光度攝影 機當時處於關閉狀態，也就是對散射雜光避而不納，因 而排除了散射雜光的影響和干擾。 4 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) 210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

4398twf/〇02 407430 A7 _ . B7____ 五、發明説明（> ) 綜上所述，習知之技術有下列的缺點‘· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} (1) 習知連續波式主動式光源照明裝備，這種方式 猶如夜間打手電筒一樣，主動式光源以連續波的方式不 間斷發出主動式光，低光度攝影機則感測所有射進鏡頭 .的光線，當目標距離大到某一數値，PTMget可能降到PBS 以下，系統將無法偵測到目標，實際經驗中，在良好能 見度下，受大氣雜光散射限制，偵測距離僅能達一公里 以內。 (2) 脈衝式主動式光源照明裝備，此種方式由於主 動式光源脈衝時間甚短且固定不變，雖然理論上可完全 排除大氣雜光散射的影響，但是主動式光源開啓率甚 低，導致必須極大的主動式光源脈衝功率方可達到必要 的平均照明功率。此外，當目標距離拉大時，.主動式光 源開啓率與距離成反比，因此限制了有效監控距離。 本發明提出一種低雜光夜視系統光源的控制方法及 其裝置，將主動式光源脈衝寬度增加進而控制主動式光 源的開啓率，用以改善上述習知之缺點。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明就是將近距離內的大氣雜光散射濾除了，因 而增加監控目標的對比，增加目標監測距離的目的。 爲達成本發明，因此提出一種低雜光夜視系統光源 的控制方法及其裝置，經由欲觀測距離以及散射雜光進 入視野的最短距離，求得主動式光源開啓率、主動式光 源脈衝寬度以及主動式光來回該觀測距離所需的時間。 依據所決定之條件由脈衝信號控制器產生主動式光源照 5 本紙張尺度適用中國國家標CNS ) A4規格（210X297公釐） 4398twf/002 407430 A7 B7 五、發明説明（γ) 明脈衝控制信號以及攝影機脈衝控制信號，而脈衝主動 式光源照明器根據主動式光源照明脈衝控制信號來產生 主動式光，而脈衝低光度攝影機根據攝影機脈衝控制信 號來接收經由主動式光照射目標物所反射回來的訊號。 .而經由脈衝信號控制器所控制的主動式光源開啓率，利 用脈波主動式光源照明器以及脈衝低光度攝影機，可以 濾除近距離內的大氣雜光散射（Back Scattering)，增加 監控目標的對比，因而可增加監控系統的偵測距離，並 且由於產生的寬脈衝主動式光，可大幅降低了主動式光 源最大輸出功率（Peak Power)以及增加平均照明率。 爲讓本發明之上述目的、特徵、和優點能更明顯易 懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說 明如下： 圖式之簡單說明： 第1圖爲一種習知連續波式主動式光源照明繪示 圖， 第2A圖爲一種習知脈衝式主動式光源照明繪示圖； 第2B圖爲主動式光源發射的脈衝以及低光度攝影 機所接受的脈衝時序圖。 第3A圖爲本發明低雜光夜視控制裝置系統方塊圖。 第3B圖爲主動式光源照明脈衝控制信號以及攝影機 脈衝控制信號的脈衝時序圖。 第4A圖爲主動式光路徑繪圖。 第4B圖爲主動式光在Tp和T2d/2之間繪示圖。 6 (請先鬩讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 i, ·ι聋 、言

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐） 43 98twf/002 407430 A7 __B7____ 五、發明説明（jr) 第4C圖爲主動式光在T2d/2和（T2d+ Τρ)/2之間繪示 圖。 第4D圖爲主動式光在（T2d+ Τρ)/2之繪示圖。 第4Ε圖爲主動式光在（T2d+ Τρ)/2和T2d/2+ Τρ之間 繪示圖。 第4F圖爲主動式光在T2d之繪示圖。 圖示中之標號說明： 100主動式光源 110低光度攝影機 120目標物 200主動式光源 210低光度攝影機 220目標物 3〇〇脈衝信號控制器 310脈衝主動式光源照明器 320脈衝低光度攝影機 第一實施例 請參照第3A圖，其繪示依照本發明一較佳實施例 一種低雜光夜視控制裝置系統方塊圖。 其裝置包括脈衝信號控制器300、脈衝主動式光源照明 器310、脈衝低光度攝影機320，可調整寬脈衝的脈衝 信號控制器產生主動式光源照明脈衝控制信號以及攝影 機脈衝控制信號，脈衝主動式光源照明器根據主動式光 源照明脈衝控制信號產生寬脈衝的主動式光，脈衝低光 7 尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) k.- 訂 絰濟部智蒽財產局員工消費合作社印製 43 98twf/002 407430 A7 B7 五、發明説明（b ) 度攝影機根據攝影機脈衝控制信號接收經由脈衝主動式 光照射目標物所反射回來的訊號。 請參照第3B圖，爲主動式光源照明脈衝控制信號以及 攝影機脈衝控制信號的脈衝時序圖，當最大輸出功率不 變時，平均照明功率由主動式光源開啓率決定，也就是 說，想要提高平均照明功率，就要增加主動式光源脈衝 寬度。但是主動式光源脈衝寬度增加，就會增加散射雜 光進入低光度攝影的比率，兩者之間必須作一適當之調 配。 爲充分利用主動式光源，並將散射雜光影響減至最低， 低光度攝影機ON時間必須比主動式光源開始ON的時 間延後T2d的時間，也就是主動式光照到目標再反射回 到低光度攝影機的時間。由於主動式光源持續開了 τρ的 時間，低光度攝影機自然也應開τρ的時間。攝影機關閉 之後，主動式光源可隨即打開，開始另一次週期。 請參照第4Α圖，左端爲主動式光源及低光度攝影機， 右端爲目標物，兩端距離爲d，主動式光由所示路徑照 射目標物反射回到低光度攝影機。主動式光源開始發 射，此瞬間之主動式光標記爲a點，當經過Tp時間，主 動式光源關閉，此瞬間之主動式光標記爲b點。 第4B圖爲在Tp和T2d/2時間中主動式光在監視區域內 的瞬間狀態。小箭頭爲散射雜光。圖中之散射雜光會比 主動式光之a點提早到達低光度攝影機。因低光度攝影 機在a點抵達之前均爲關閉狀態（gate off)，圖上產生之

S (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T 經濟部智慧財產笱員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 4398twf/002 407430 A7 B7 五、發明説明（q ) 雜光均不會『進入視野』，不會對監視影像構成干擾， 故爲無效雜光。 第4C圖爲在T2d/2和（T2d+ Τρ)/2時間中主動式光在監視 區域內的瞬間狀態。此時a點已照射目標物而向回反射。 .在b點與a’點之間散射雜光因離低光度攝影機較近，會 比a點提早到達而成爲無效光，至於a’以外較靠近目標 物的雜光會在a點與b點到達之間到達低光度攝影機， 而形成有效干擾雜光。 第4D圖爲在T2d/2+(T2d+ Tp)/2時間主動式光在監視區域 內的瞬間狀態。此時，所有散射雜光均爲有效干擾雜光。 第4Ε圖爲在T2d/2和T2d/2+ Τρ時間中主動式光在監視 區域內的瞬間狀態。此時，所有散射雜光均爲有效干擾 雜光，但有效雜光區域較第4D圖之有效雜光區域爲小。 由第4C圖、第4D圖以及第4Ε圖，可知第4D圖爲有 效雜光區域最大的瞬間，因此散射雜光『進入視野』之 最短距離1爲： d^d-iT^c ........(1) 主動式光源脈衝開啓時間τρ爲：

Tp = 2(d~d|) .......... (2)

C 其中C爲光速。又 T2d=2d/c .......... (3) .以c=2d/T2d代入（1)式可得： (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁〕 裝. 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） 4398twf/002 407430 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（2) 主動式光源開啓率D爲： ' (4) 第4F圖爲在T2d瞬間，低光度攝影機開始工作，a 點恰於此時到達。低光度攝影機將持續開啓（gated on)至 ' b點到達時爲止。 由上所述，本發明首先可利用雷射測距儀得到最精 確的觀測距離d，亦或者由估計獲得觀測距離。再來決 定散射雜光進入視野之最短距離d,，通常估計約爲50 米至9d/10。經由（4)式可以求得主動式光源開啓率D， 而由（2)(3)式可以求得主動式光源脈衝寬度Tp以及主動 式光來回觀測距離所需的時間T2d。調整脈衝信號控制 器送出二脈衝信號，其一是雷射照明脈衝控制信號，其 主動式光源開啓時間爲τρ，且此信號之週期爲（Tp+T2d)， 其二是攝影機脈衝控制信號，此信號爲主動式光源照明 脈衝控制信號經過T2d的延遲所產生，此信號所控制的 攝影機接收時間爲τρ，且此脈衝之週期爲（Tp+T2d)。將 主動式光源照明脈衝控制信號接至脈衝主動式光源照明 器’再將攝影機脈衝控制信號接至脈衝低光度攝影機完 成本發明。 本發明亦可利用雷射測距儀得到最精確的觀測距離 d ’亦或者由估計獲得觀測距離。再來由脈衝主動式光 源照明器所允許的最大功率來獲得脈衝寬度Tp。經由（3) 式可以求得主動式光來回觀測距離所需的時間T2d，而 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝.

、1T ννν 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 4398twf/002 407430 B7 五、發明説明（7 ) -V---f------裝-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 由（4)式可以求得主動式光源開啓率D。調整脈衝信號控 制器送出二脈衝信號，其一是主動式光源照明脈衝控制 信號，其主動式光源開啓時間爲Tp，且此信號之週期爲 (Tp+T2d)，其二是攝影機脈衝控制信號，此信號爲主動 .式光源照明脈衝控制信號經過T2d的延遲所產生，此信 號所控制的攝影機接收時間爲τρ，且此脈衝之週期爲 (Tp+T2d)。將主動式光源照明脈衝控制信號接至脈衝主 動式光源照明器，再將攝影機脈衝控制信號接至脈衝低 光度攝影機完成·本發明。。 訂 第3A圖爲本發明之低雜光夜視控制裝置系統採 用之寬脈衝雷射照明，最大功率1〜2W時，有效照明距 離即可達到5〜6公里。 因此，本發明的優點係在提供一低雜光夜視系統光 源的控制方法及其裝置，藉由提高主動式光源脈衝寬度 進而控制主動式光源開啓率，可大幅降低了主動式光源 輸出功率之需求，增加主動式光源開啓率以及平均照明 率，亦即增加監控目標物反射的信號，以增進監控系統 之有效監控距離。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明的另一優點係濾除了近距離內的大氣雜光散 射，因而增加監控目標的對比，亦可增加目標監測距離 的目的。 綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上， 然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫 離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4规格（210 X 297公釐） 43 98 twf/ Ο 02 407430 at B7 五、發明説明（川） 因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定 者爲準。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) *r_ _訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標牟（CNS ) A4规格（210X297公釐）

Claims (1)

1. 經濟部中央標卒局貝工消費合作社印製 881 05740 as 43 98 twf/002 407 430 D8 六、申請專利範園 1. 一種用於低雜光夜視系統光源控制之方法，包括 下列步驟： 提供欲觀測目標之一觀測距離d; 決定一散射雜光進入視野之最短距離d,; 依據該觀測距離以及該散射雜光進入視野之最短距 離求得一主動式光霞、一主動式光源脈衝寬度 〜…一-- ' — τρ及一主if式光來回該觀測距離所需的時間T2d ; 送ώ一主動式光源減衝，該脈衝之主*^光源開啓 時間爲τρ，該脈衝之週'期爲（Tp+T2d);以及 送出一攝影機脈衝，該脈衝爲該主動式光源脈衝訊 號經過T2d的延遲所產生，該脈f之攝影機接收時間爲 ΤΓΡ，該脈衝之週期爲（Tp+T2d)〆 2. ''如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該散 射雜光進入視野之最短距離屯初始時預設爲介於50米 9d 到$之間。 3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該主 動式光源開啓率d = 2 - d,/d 4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該主 動式光源脈衝寬度Tp=^·^，其中c爲光速。 C 5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該主 2d 動式光來回該觀測距離所需的時間T2d=T ’其中c爲光 速。 _________ 本紙張又度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公董） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 4398twf/002 407430 AS B8 CS D8 經濟部中央標率局員工消費合作社印製 、申請專利範園 6. —種用於低雜光夜視系統光源控制之方法，包括 下列步驟： 提供欲觀測.目標之一觀測距離d ; 決定一主動式光源平均照明功率所允許之脈衝寬度 TP ； 依據該觀測距離以及該主動式光源平均照明功率所 允許之脈衝寬度求得一主動式光來回該觀測距離所i的 時間T2d以及一主動式光源開啓率D ; 送出一主動式光源脈衝，該脈衝之主動式光源開啓 時間爲τρ，該脈衝之週期爲（Tp+T2d);以及 送出一攝影機脈衝，該脈衝爲該主動式光源脈衝訊 號經過T2d的延遲所產生，該脈衝之攝影機接收時間爲 Τρ ’該脈衝之週期爲（Tp+T2d)。 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中該主 動式光來回該觀測距離所需的時間T2d=¥，其中C爲光 C 速。 8.如申請專利範圍第6項所述之方法，其中該主 動式光源開啓率D =--—。 Tp+T2d 9· 一種用於低雜光夜視系統光源控制之裝置，用 以產生一脈衝主動式光以及接收該脈衝主動式光照射目 標後所反射的訊號，包括： < 一脈衝信號控制器，送出一主動式光源照明脈衝 控制信號以及一攝影機脈衝控制信號； 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注^•項再填寫本頁) 訂 4398twf/002 407430 Λ8 BS C8 D8 申請專利範圍 經濟部中央標準局貝工消费合作社印裝 一脈衝主動式光源照明器，编接至該脈衝信號控制 器，用以接收該主動式光源照明脈衝控制信號，並依據 該信號產生該脈衝圣動式光；以及 一脈衝低光度攝影機，耦接至該脈衝信號控制器， 用以接收該攝影機脈衝控制信號，並'依據該信號接收該 Γ __ 脈衝主動式光照射目標後所反射的訊號； 其中該主動式光源照明脈衝控制信號以及該攝影機 _衝控制信號的產生方法，包括下列步驟： 提供欲觀測貝標之一觀測距離d ; 決定一散射雜光進入視野之最短距離A ; 依據該觀測距離以及該散射雜光進入視野之最短距 離求得一主動'式光源開啓率D，一主動式光源脈衝寬度 τρ及一主断式光來回該觀測W所需的時間T2d ; 送出該主動式光源照明脈衝控制信號，該信號所控 制的主動式光源開啓時間爲Tp，且該信號之週期爲 (Tp+T2d);以及 送出該攝影機脈衝控制信號，該信號爲該主動式光 源照明脈衝控制信號經過T2d的延遲所產生，該信號所 控制的攝影機接收時間爲TD，且衝之週 '期爲 (Tp+T2d) 10.如申請專利範圍第9項所述之方;中該散 射雜光進入視野之最短距離d,初始璋默爲介牧米到 其中該主

   11.如申請專利範圍第9項所述之

   (請先間讀背面之注意事項再填窝本頁) 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS > A4规格（210X297公釐）