專利名稱：光路融合裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種雙光路成像系統(tǒng)，更具體地說，涉及一種能夠調(diào)整圖像融合中雙光路倍率一致性的光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
圖像融合技術(shù)是指通過不同類型傳感器獲取同一目標(biāo)和場景的圖像數(shù)據(jù)，采用一定的算法，將各傳感器通道的信息有機(jī)結(jié)合起來，并產(chǎn)生新圖像的技木。在雙波段圖像融合中，為了實(shí)現(xiàn)像素級匹配，確保兩路圖像融合效果，需要調(diào)整雙光路的倍率一致。目前的雙波段融合中，兩個(gè)通道一般都各由物鏡和傳感器組成。如圖I所述，在第一通道中，第一波段的光I進(jìn)入第一物鏡2成像到第一傳感器3后輸出；在第二 通道中，第二波段的光4經(jīng)過第二物鏡5成像到第二傳感器6后輸出。雖然初始設(shè)計(jì)兩組物鏡時(shí)保證雙光路倍率一致，但由于光學(xué)加工調(diào)校的誤差引起倍率偏差約±2%，如果光路中缺乏倍率調(diào)整環(huán)節(jié)，就會(huì)導(dǎo)致融合效果不佳。如果通過后期圖像處理調(diào)整倍率，則會(huì)導(dǎo)致實(shí)時(shí)性差、圖像質(zhì)量降低、資源消耗大等后果。在具有微光通道的雙波段圖像融合中，微光電視的傳感器一般采用像增強(qiáng)器光錐耦合面陣電荷耦合器件(光錐耦合ICXD)，如圖2所示，白光7 (450nm 900nm)經(jīng)微光物鏡8進(jìn)入像增強(qiáng)器9的陰極面，像增強(qiáng)器將微弱的光信號(hào)放大并成像到熒光屏上，再由光錐10成像到CXDll上。微光通道的倍率主要由物鏡和光錐的加工裝配決定，缺乏調(diào)整環(huán)節(jié)。雙光路倍率的誤差最終會(huì)影響圖像融合中的融合效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的g在提供ー種光路融合裝置及其方法，來解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的各種不足。根據(jù)本發(fā)明，提供ー種光路融合裝置，包括基準(zhǔn)光路裝置和倍率調(diào)節(jié)光路裝置。其中基準(zhǔn)光路裝置包括第一物鏡和第一傳感器，第一波段的光經(jīng)過第一物鏡成像到第一傳感器上。倍率調(diào)節(jié)光路裝置包括第二物鏡、第二傳感器和倍率調(diào)整裝置，第二波段的光先經(jīng)過第二物鏡，再經(jīng)過倍率調(diào)整裝置，成像到第二傳感器上。倍率調(diào)整裝置根據(jù)基準(zhǔn)光路裝置的光放大倍率，調(diào)整倍率調(diào)節(jié)光路裝置的光放大倍率。根據(jù)本發(fā)明的ー實(shí)施例，倍率調(diào)整裝置為單組單片透鏡或多組多片透鏡。根據(jù)本發(fā)明的ー實(shí)施例，第二物鏡為白光物鏡，第二傳感器為面陣電荷I禹合器件，第二波段的光為白光。根據(jù)本發(fā)明的ー實(shí)施例，第二物鏡為微光物鏡，第二傳感器為面陣電荷稱合器件，第二波段的光為微光，微光物鏡和倍率調(diào)整裝置之間還包括像增強(qiáng)器。微光先經(jīng)過微光物鏡，成像到像增強(qiáng)器的陰極面上，像增強(qiáng)器將微光信號(hào)放大，經(jīng)過倍率調(diào)整裝置，成像到面陣電荷稱合器件上。根據(jù)本發(fā)明的ー實(shí)施例，第一物鏡為紅外物鏡，第一傳感器為熱像機(jī)芯，第一波段的光為紅外光。根據(jù)本發(fā)明的ー實(shí)施例，第一物鏡為微光物鏡，第一傳感器為面陣電荷稱合器件，微光物鏡和面陣電荷耦合器件之間包括像增強(qiáng)器和光錐，第一波段的光為微光。微光先經(jīng)過微光物鏡，成像到像增強(qiáng)器的陰極面上，像增強(qiáng)器將微光信號(hào)放大，經(jīng)過光錐，成像到面陣電荷稱合器件上。根據(jù)本發(fā)明的ー實(shí)施例，第一物鏡為白光物鏡，第一傳感器為電荷I禹合器件，第一波段的光為白光。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供ー種光路融合方法，包括基準(zhǔn)光路和倍率調(diào)節(jié)光路。其中，在基準(zhǔn)光路上設(shè)置第一物鏡和第一傳感器，接收第一波段的光，并且將第一波段的光經(jīng)過第一物鏡成像到第一傳感器上。在倍率調(diào)節(jié)光路上設(shè)置第二物鏡、第二傳感器和倍率調(diào)整裝置，接收第二波段的光，并且將第二波段的光先經(jīng)過第二物鏡，再經(jīng)過倍率調(diào)整裝置，成像到第二傳感器上。根據(jù)基準(zhǔn)光路的光放大倍率，調(diào)整倍率調(diào)節(jié)光路的光放大倍率，使基準(zhǔn)光路和倍率調(diào)節(jié)光路的倍率一致。采用了本發(fā)明的技術(shù)方案，可實(shí)現(xiàn)融合中的一個(gè)通道倍率調(diào)節(jié)，從而確保雙通道 倍率一致。調(diào)整過程方便快捷，準(zhǔn)確可靠；未采用后期圖像處理校正倍率，保證了系統(tǒng)實(shí)時(shí)性和圖像質(zhì)量。


在本發(fā)明中，相同的附圖標(biāo)記始終表示相同的特征，其中圖I是傳統(tǒng)的圖像融合雙光路結(jié)構(gòu)示意圖，倍率不可調(diào)；圖2是像增強(qiáng)器光錐耦合面陣電荷耦合器件(光錐耦合ICCD)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的光路融合裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明的光路融合裝置的融合方案示意圖；圖5為白光倍率可調(diào)，白光紅外融合的方案；圖6為白光倍率可調(diào)，白光微光融合的方案；圖7為微光倍率可調(diào),微光白光融合的方案；圖8為微光倍率可調(diào),微光紅外融合的方案。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)ー步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。如圖3所示，本發(fā)明的光路融合裝置AO包括2個(gè)光路通道裝置，分別是基準(zhǔn)光路裝置AOl和倍率調(diào)節(jié)光路裝置A02。其中基準(zhǔn)光路裝置AOl包括第一物鏡2和第一傳感器3，第一波段的光I經(jīng)過第一物鏡2成像到第一傳感器3上，并且可以據(jù)此測得基準(zhǔn)光路裝置AOl的放大倍率。倍率調(diào)節(jié)光路裝置A02包括第二物鏡5、第二傳感器6，與現(xiàn)有技術(shù)不同的是，在第二物鏡5和第二傳感器6之間還包括ー個(gè)倍率調(diào)整裝置12，第二波段的光I先經(jīng)過第二物鏡5，再經(jīng)過倍率調(diào)整裝置12，最后成像到第二傳感器6上，同吋，也可以據(jù)此測得倍率調(diào)節(jié)光路裝置A02的放大倍率。倍率調(diào)整裝置根據(jù)基準(zhǔn)光路裝置的光放大倍率，調(diào)整倍率調(diào)節(jié)光路裝置的光放大倍率。在本發(fā)明中，倍率調(diào)整裝置12可以是單組單片透鏡，也可以是多組多片透鏡。如果基準(zhǔn)光路裝置AOl的倍率大于倍率調(diào)節(jié)光路裝置A02，則可以沿光軸向靠近物鏡的方向移動(dòng)倍率調(diào)整裝置12，同時(shí)沿光軸微調(diào)第二傳感器6至成像清晰。而如果基準(zhǔn)光路裝置AOl的倍率小于倍率調(diào)節(jié)光路裝置A02，則按上述步驟反向移動(dòng)倍率調(diào)整裝置12。如此，重復(fù)進(jìn)行調(diào)校，直至雙通道放大倍率一致，可以保證融合效果良好。在本發(fā)明中，第一波段的光I和第二波段的光4分別可以是各種波長的光，下面通過幾個(gè)實(shí)施例來說明本發(fā)明的光路融合裝置及其運(yùn)作，以白光、微光和紅外光為例，但并不僅限于這幾種光及其組合。如圖4所示，下面的4個(gè)實(shí)施例大體上分為2類，即白光倍率可調(diào)和微光倍率可調(diào)，姆ー種融合方式有分為2種,分別是白光紅外融合、白光微光融合、微光紅外融合和微光白光融合。實(shí)施例I圖5所示為白光倍率可調(diào)，白光紅外融合的方案。 在本實(shí)施例中，第二物鏡為白光物鏡14，第二傳感器為面陣電荷耦合器件11(CXD)，第二波段的光為白光13，第一物鏡為紅外物鏡16，第一傳感器為熱像機(jī)芯17，第一波段的光為紅外光15。基準(zhǔn)光路裝置AOl為紅外通道，倍率調(diào)節(jié)光路裝置A02為白光通道。紅外光15進(jìn)入紅外物鏡16成像到熱像機(jī)芯17后輸出，可測得紅外通道的放大倍率。以紅外通道的倍率為基準(zhǔn)，通過倍率調(diào)整裝置12調(diào)整白光通道的倍率，最終達(dá)到雙通道倍率一致。實(shí)施例2圖6所示為白光倍率可調(diào)，白光微光融合的方案。在本實(shí)施例中，第二物鏡為白光物鏡14，第一傳感器、第二傳感器均為面陣電荷耦合器件11 (CCD)，第二波段的光為白光13，第一物鏡為微光物鏡，第一波段的光為微光7。微光物鏡8、像增強(qiáng)器9、光錐10、面陣電荷稱合器件11依次設(shè)置。微光7先經(jīng)過微光物鏡8，成像到像增強(qiáng)器9的陰極面上，像增強(qiáng)器9將微光7信號(hào)放大，經(jīng)過光錐10，成像到面陣電荷耦合器件11上。以微光通道的倍率為基準(zhǔn)，通過倍率調(diào)整裝置12調(diào)整白光通道的倍率，達(dá)到雙通道倍率一致。實(shí)施例3圖I所不為微光倍率可調(diào),微光白光融合的方案。在本實(shí)施例中，倍率調(diào)節(jié)光路裝置A02為微光通道，微光7經(jīng)微光物鏡8成像到像增強(qiáng)器9的陰極面上，像增強(qiáng)器9將微光7信號(hào)增強(qiáng)放大后成像在熒光屏上，圖像再經(jīng)倍率調(diào)整裝置12成像到CXDll上，通過檢測獲得微光通道放大倍率。以基準(zhǔn)光路裝置AOl的倍率為基準(zhǔn)，調(diào)整倍率調(diào)節(jié)光路裝置A02的倍率。倍率調(diào)整裝置12沿著光軸移動(dòng)，同時(shí)CCDll也沿著光軸微調(diào)至圖像清晰。重復(fù)進(jìn)行調(diào)校，直至雙通道放大倍率一致。實(shí)施例4圖8所示為微光倍率可調(diào)，微光紅外融合的方案。在本實(shí)施例中，基準(zhǔn)光路裝置AOl為紅外通道，紅外光15進(jìn)入紅外物鏡16成像到熱像機(jī)芯17后輸出，可測得紅外通道的放大倍率。與實(shí)施例3相同，以基準(zhǔn)光路裝置AOl的倍率為基準(zhǔn)，調(diào)整倍率調(diào)節(jié)光路裝置A02的倍率。倍率調(diào)整裝置12沿著光軸移動(dòng)，同時(shí)CXDll也沿著光軸微調(diào)至圖像清晰。重復(fù)進(jìn)行調(diào)校，直至雙通道放大倍率一致。
總結(jié)上述多種實(shí)施方案，由于雙光路倍率差異主要是由兩種物鏡的焦距誤差導(dǎo)致的，在初始設(shè)計(jì)中保證兩物鏡焦距匹配，但由于光學(xué)加工調(diào)校誤差引起物鏡焦距偏差約± I%，會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)光路倍率誤差約±2%。因此，本發(fā)明的光路融合裝置AO提出如下的光路融合方法首先，在基準(zhǔn)光路上設(shè)置第一物鏡和第一傳感器，接收第一波段的光，并且將第一波段的光經(jīng)過第一物鏡成像到第一傳感器上。其次，在倍率調(diào)節(jié)光路上設(shè)置第二物鏡、第二傳感器和倍率調(diào)整裝置，接收第二波段的光，并且將第二波段的光先經(jīng)過第二物鏡，再經(jīng)過倍率調(diào)整裝置，成像到第二傳感器上。最后，根據(jù)基準(zhǔn)光路的光放大倍率，調(diào)整倍率調(diào)節(jié)光路的光放大倍率，使基準(zhǔn)光路和倍率調(diào)節(jié)光路的倍率一致。在調(diào)節(jié)吋，以基準(zhǔn)光路的倍率為基準(zhǔn)，調(diào)節(jié)倍率調(diào)節(jié)光路確保倍率一致。倍率調(diào)節(jié)光路的放大倍率等于第二物鏡的放大倍率與倍率調(diào)整組放大倍率的乘積，其中第二物鏡的 倍率由加工裝配決定，可調(diào)的是倍率調(diào)整組的放大倍率。沿著光軸方向調(diào)節(jié)倍率調(diào)節(jié)光路的倍率調(diào)整組，同時(shí)微調(diào)傳第二傳感器使成像清晰，實(shí)現(xiàn)倍率調(diào)節(jié)光路倍率的調(diào)整，最終達(dá)到雙通道倍率一致。本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，以上的說明書僅是本發(fā)明眾多實(shí)施例中的一種或幾種實(shí)施方式，而并非用對本發(fā)明的限定。任何對于以上所述實(shí)施例的均等變化、變型以及等同替代等技術(shù)方案，只要符合本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神范圍，都將落在本發(fā)明的權(quán)利要求書所保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種光路融合裝置，包括基準(zhǔn)光路裝置和倍率調(diào)節(jié)光路裝置，其特征在于 所述基準(zhǔn)光路裝置包括第一物鏡和第一傳感器，第一波段的光經(jīng)過所述第一物鏡成像到所述第一傳感器上； 所述倍率調(diào)節(jié)光路裝置包括第二物鏡、第二傳感器和倍率調(diào)整裝置，第二波段的光先經(jīng)過所述第二物鏡，再經(jīng)過所述倍率調(diào)整裝置，成像到所述第二傳感器上； 所述倍率調(diào)整裝置根據(jù)所述基準(zhǔn)光路裝置的光放大倍率，調(diào)整所述倍率調(diào)節(jié)光路裝置的光放大倍率。
2.如權(quán)利要求I所述的光路融合裝置，其特征在于 所述倍率調(diào)整裝置為單組單片透鏡或多組多片透鏡。
3.如權(quán)利要求I所述的光路融合裝置，其特征在于 所述第二物鏡為白光物鏡，所述第二傳感器為面陣電荷耦合器件，所述第二波段的光為白光。
4.如權(quán)利要求I所述的光路融合裝置，其特征在于 所述第二物鏡為微光物鏡，所述第二傳感器為面陣電荷耦合器件，所述第二波段的光為微光，所述微光物鏡和所述倍率調(diào)整裝置之間還包括像增強(qiáng)器； 所述微光先經(jīng)過所述微光物鏡，成像到所述像增強(qiáng)器的陰極面上，所述像增強(qiáng)器將所述微光信號(hào)放大，經(jīng)過所述倍率調(diào)整裝置，成像到所述面陣電荷耦合器件上。
5.如權(quán)利要求3所述的光路融合裝置，其特征在于 所述第一物鏡為紅外物鏡，所述第一傳感器為熱像機(jī)芯，所述第一波段的光為紅外光。
6.如權(quán)利要求3所述的光路融合裝置，其特征在于 所述第一物鏡為微光物鏡，所述第一傳感器為面陣電荷稱合器件，所述微光物鏡和所述面陣電荷耦合器件之間包括像增強(qiáng)器和光錐，所述第一波段的光為微光； 所述微光先經(jīng)過所述微光物鏡，成像到所述像增強(qiáng)器的陰極面上，所述像增強(qiáng)器將所述微光信號(hào)放大，經(jīng)過所述光錐，成像到所述面陣電荷耦合器件上。
7.如權(quán)利要求4所述的光路融合裝置，其特征在于 所述第一物鏡為白光物鏡，所述第一傳感器為電荷耦合器件，所述第一波段的光為白光。
8.如權(quán)利要求4所述的光路融合裝置，其特征在于 所述第一物鏡為紅外物鏡，所述第一傳感器為熱像機(jī)芯，所述第一波段的光為紅外光。
9.一種光路融合方法，包括基準(zhǔn)光路和倍率調(diào)節(jié)光路，其特征在于，該方法包括以下步驟 A，在所述基準(zhǔn)光路上設(shè)置第一物鏡和第一傳感器，接收第一波段的光，并且將所述第一波段的光經(jīng)過所述第一物鏡成像到所述第一傳感器上； B，在所述倍率調(diào)節(jié)光路上設(shè)置第二物鏡、第二傳感器和倍率調(diào)整裝置，接收第二波段的光，并且將所述第二波段的光先經(jīng)過所述第二物鏡，再經(jīng)過所述倍率調(diào)整裝置，成像到所述第二傳感器上； C，根據(jù)所述基準(zhǔn)光路的光放大倍率，調(diào)整所述倍率調(diào)節(jié)光路的光放大倍率，使所述基準(zhǔn)光路和所述倍率調(diào)節(jié)光路的倍率一致。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種光路融合裝置及其方法，包括基準(zhǔn)光路裝置和倍率調(diào)節(jié)光路裝置。其中基準(zhǔn)光路裝置包括第一物鏡和第一傳感器，第一波段的光經(jīng)過第一物鏡成像到第一傳感器上。倍率調(diào)節(jié)光路裝置包括第二物鏡、第二傳感器和倍率調(diào)整裝置，第二波段的光先經(jīng)過第二物鏡，再經(jīng)過倍率調(diào)整裝置，成像到第二傳感器上。倍率調(diào)整裝置根據(jù)基準(zhǔn)光路裝置的光放大倍率，調(diào)整倍率調(diào)節(jié)光路裝置的光放大倍率。采用了本發(fā)明的技術(shù)方案，可實(shí)現(xiàn)融合中的一個(gè)通道倍率調(diào)節(jié)，從而確保雙通道倍率一致。調(diào)整過程方便快捷，準(zhǔn)確可靠；未采用后期圖像處理校正倍率，保證了系統(tǒng)實(shí)時(shí)性和圖像質(zhì)量。
文檔編號(hào)G02B13/16GK102768398SQ20121026935
公開日2012年11月7日 申請日期2012年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月1日
發(fā)明者劉效東, 尹正雨, 朱佳麗, 王甲峰, 高雪軍 申請人:江蘇北方湖光光電有限公司