專利名稱：在減弱光照條件下物體成像的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)儀器工程，特別涉及光學(xué)雷達(dá)設(shè)備。
已知一種公開于EP.No.03263735中在低光照時(shí)將物體成像的方法，根據(jù)該方法，通過一個(gè)脈沖光源照射觀察對象。從物體反射回的光線由一個(gè)光學(xué)圖像接收器接收。圖像接收器的控制快門的動(dòng)作與光脈沖發(fā)射同步。實(shí)現(xiàn)該方法的裝置包括一個(gè)具有透光鏡片的脈沖光源，一個(gè)具有控制快門的光學(xué)圖像接收器。調(diào)整光脈沖發(fā)射時(shí)刻與快門打開時(shí)刻之間的延遲，可以獲得處于最感興趣區(qū)域的物體圖像。
已知方法和裝置的一個(gè)缺點(diǎn)是，使用一個(gè)光源和一個(gè)攝象器僅僅能獲得處于狹窄可見區(qū)域的物體圖像。擴(kuò)大可見區(qū)域的一種途徑是，增加許多同時(shí)工作的光源(脈沖)或者攝象器(每個(gè)光源或攝象器在它自己的范圍內(nèi)工作)并進(jìn)而疊加視頻信號，但這樣的裝置過于笨重或者光源的能量未用足(見EP NO0468175)。除此之外，這樣的裝置沒有利用能獲得物體的補(bǔ)充信息的自然環(huán)境光照。
最接近本方法和裝置的是在英國專利NO.2212689中公開的方法和裝置。根據(jù)該方法，一個(gè)物體(多個(gè)物體)由一個(gè)脈沖光源以及一個(gè)輔助恒定照明源照明。從物體反射回來的光用一個(gè)光學(xué)圖像檢測器接收，其可控門的工作與光脈沖的發(fā)射同步。用于在減弱光照中將物體成像的裝置包括一個(gè)具有組合鏡片的脈沖光源和一個(gè)輔助恒定光源，一個(gè)具有可調(diào)增益的光學(xué)圖像檢測器，一個(gè)用于自動(dòng)調(diào)節(jié)平均圖像亮度的裝置，以及一個(gè)其輸入端與同步單元的一個(gè)輸出端相連的控制單元，同步單元的另一個(gè)輸出端與脈沖光源的輸入端相連。
這一發(fā)明部分地克服了上述缺點(diǎn)。通過利用自然環(huán)境光照或要觀察的景色的輔助照明，可以獲得關(guān)于目標(biāo)的補(bǔ)充信息。這樣做，離裝置不同距離并由恒定光源照射的目標(biāo)的亮度會(huì)不同，而且在圖像前景處存在有許多物體的情況下，背景物體的圖像將被遮住。如果在能見度差的媒介(霧、降雪、煙等等)中工作的話，將產(chǎn)生同樣的效果。
本發(fā)明克服了最接近的模擬設(shè)備的上述缺點(diǎn)，并提供了裝置視野內(nèi)處于不同距離物體的均勻亮度圖像，通過既利用自然環(huán)境光照又利用一個(gè)輔助光源，提供了根據(jù)它們的亮度區(qū)別最感興趣區(qū)域中物體的可能性。
由于在降低照明等級條件下處于不同距離的物體的圖像亮度相等的事實(shí)，本發(fā)明適于用在這樣的機(jī)動(dòng)車上，即需要同時(shí)得到車輛前面所有物體的圖像，而不僅僅是位于某一距離的物體的圖像。這使得能時(shí)刻控制當(dāng)前的情況，以及使情況變得可以預(yù)見，保持區(qū)分出所接收的全景圖像的某一距離物體的可能性。
本發(fā)明的上述目的通過一個(gè)實(shí)施例實(shí)現(xiàn)，即在每個(gè)光脈沖發(fā)射后，光學(xué)圖像接收器的增益不斷增加，直到從觀察的一個(gè)選擇區(qū)域內(nèi)的最遠(yuǎn)物體反射的光線以這樣的方式即保持被照射的所選觀察物體的相等亮度的圖像返回到接收器的時(shí)刻，為了接收在輔助光照中物體的圖像，增益被設(shè)置為一固定水平，并且被保持在這一水平直到下次光脈沖發(fā)射。除此之外，為了分開所觀察的照射區(qū)域中的具體物體，當(dāng)由這些物體最初反射的光線到達(dá)接收器時(shí)增益瞬時(shí)增加，然后增益恒定增加，再后當(dāng)由這些物體最后反射的光線到達(dá)接收器時(shí)增益瞬時(shí)減少。自然環(huán)境光照可被用作輔助光源。
為了達(dá)到本發(fā)明的上述目的，同步單元和控制單元這樣制作，用來提供這樣的可能性，即使每個(gè)光脈沖同步，以及增加光學(xué)圖像接收器的增益直至由觀察區(qū)域中最遠(yuǎn)物體反射的光線返回接收器的時(shí)刻，并使增益保持在一恒定數(shù)值直至下一光脈沖發(fā)射的時(shí)刻。光學(xué)圖像接收器可以包括一個(gè)圖像增強(qiáng)器，其增益通過改變微通道板上的控制電壓而被控制。同步單元和控制單元可用來提供瞬時(shí)增加圖像增強(qiáng)器增益進(jìn)一步增加和瞬時(shí)減少的可能性，以分開所觀察的區(qū)域中的某些具體物體。
本發(fā)明的上述和其它特征和優(yōu)點(diǎn)將從下面的詳述和附圖中受到正確評價(jià)和理解。
現(xiàn)在參照附圖，其中在以下幾個(gè)附圖中相同部件標(biāo)號相同


圖1是一個(gè)方框圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置；圖2是光學(xué)圖像接收器的同步單元和控制單元的方框圖；圖3是光學(xué)圖像接收器和物鏡控制單元的方框圖；圖4是用于在減弱光照下物體成像時(shí)裝置工作的時(shí)間分配圖。
首先參照圖1，在減弱光照中物體成像的裝置包括一個(gè)脈沖光源1。光線通過透光(聚集)鏡片2傳播至觀察目標(biāo)。光源的輸入端與同步單元3的第一輸出端相連。同步單元3的第二輸出端與光學(xué)圖像接收器的控制單元4相連。光學(xué)圖像接收器的控制單元的輸出端與光學(xué)圖像接收器5相連。圖像接收器包括一個(gè)接收鏡片(物鏡)6。物鏡的控制單元耦合到圖像接收器和同步單元。
同步單元3觸發(fā)脈沖光源1，該光源與聚焦鏡片一起被用來提供目標(biāo)(圖1中未示出)的脈沖光照。在光源1觸發(fā)的同時(shí)，同步單元3觸發(fā)控制單元4，該控制單元以這樣的方式連續(xù)增加接收器5的增益，即所照射目標(biāo)的圖像是相等亮度。此外，同步單元3產(chǎn)生一個(gè)信號，該信號試圖選擇在某一景深區(qū)域之內(nèi)位于特定距離的目標(biāo)。所述景深和距離由外部信號設(shè)置。上述選擇信號施加給控制單元4，該控制單元4瞬時(shí)增加圖像接收器5的增益，然后當(dāng)從一特定距離的目標(biāo)最后反射的光線到達(dá)接收器時(shí)，保持它瞬時(shí)增加和減少增益。當(dāng)同步單元3輸出端的信號停止作用時(shí)，控制單元4將接收器的增益置為一恒定水平。這使得能夠在自然環(huán)境光照條件下接收目標(biāo)的圖像。恒定增益水平的數(shù)值決定在自然環(huán)境光線下的目標(biāo)圖象亮度。而瞬時(shí)增益增/減的數(shù)值則決定使用附加光照時(shí)選擇具體目標(biāo)的圖像亮度。這些亮度數(shù)值可以由外部信號設(shè)置。具有一個(gè)接收物鏡的圖像接收器5用來形成被觀察的(光學(xué)的或電視的)物體的圖像。接收器的增益由控制單元4調(diào)整。圖像接收器5的增益的平均水平確定所接收圖像的平均亮度，而且可由外部信號設(shè)置。物鏡控制單元7根據(jù)具體所選目標(biāo)的相應(yīng)距離和所接收的圖像亮度來自動(dòng)調(diào)整光圈和焦距。
現(xiàn)在參照圖2，同步單元包括一個(gè)主控振蕩器8，它產(chǎn)生觸發(fā)光源的脈沖。由光源發(fā)射的光脈沖傳向觀察目標(biāo)。然后光線由物體反射并返回給接收器。在光源觸發(fā)的同時(shí)，主控振蕩器8觸發(fā)一個(gè)單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器9，形成一個(gè)脈沖，該脈沖持續(xù)時(shí)間等于光線到達(dá)處于最大距離物體所需的時(shí)間。該最大距離是觀察目標(biāo)的反射光線仍可用圖像接收器檢測到的距離。來自單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器9的脈沖輸入一鋸齒波電壓發(fā)生器10，形成一三角形脈沖，見圖4。三角脈沖然后輸入一個(gè)加法器11。該脈沖用于均衡處于不同距離由光源照明的物體的圖像亮度。更確切地說，該脈沖用于均衡處于視野中不同距離在脈沖光源照射下的物體亮度。
主控振蕩器8還觸發(fā)一個(gè)單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器12，產(chǎn)生周期由操作者手動(dòng)調(diào)整的脈沖，而且脈沖周期等于光線從光源到一些具體目標(biāo)所在的被照射區(qū)域最近邊緣并返回接收器所需的時(shí)間。單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器12又觸發(fā)一個(gè)單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器13，產(chǎn)生其周期由手動(dòng)設(shè)置、并等于光線從被照射區(qū)域最近邊緣傳播至最遠(yuǎn)邊緣并返回至最近邊緣所需的時(shí)間的脈沖。由單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器產(chǎn)生的脈沖通過利用一個(gè)放大器14人工地調(diào)整振幅并加到加法器11上。放大器14輸出的脈沖決定至要被照射區(qū)域最近邊緣的距離、遠(yuǎn)的景深和亮度，這意味著，它根據(jù)物體處于最感興趣區(qū)域中的亮度而用來分開一些具體目標(biāo)。來自加法器的信號被施加給開關(guān)15，當(dāng)單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器9輸出端的脈沖起作用時(shí)，開關(guān)15將信號從加法器11傳送到輸出端，這相當(dāng)于接收主要在脈沖光源的光線下獲得的圖像。在單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器9輸出端的脈沖停止作用后，人工預(yù)置的恒定水平的信號被加到開關(guān)15的輸出端。這一信號用于調(diào)整在其它(包括自然)光源下所形成的圖像的亮度，從而，解決了在自然環(huán)境光照下形成物體圖像的難題。結(jié)果，在開關(guān)15的輸出端形成了具有三個(gè)特殊部分的形狀的信號29部分用于形成由脈沖光源提供輔助光照的相等亮度的圖像，27部分用于照射最感興趣的目標(biāo)，而28部分用于形成在自然環(huán)境光照中的圖像。
以如此方式形成的增益控制信號被施加給圖像接收器5。圖像接收器可在具有微通道板(MCP)的圖像增強(qiáng)器的基礎(chǔ)上制造。如圖3所示上述信號在放大器16放大后施加給圖像增強(qiáng)器17的微通道板25，在圖像增強(qiáng)器17屏幕24上形成一個(gè)通過利用接收物鏡6在光電陰極26上接收到的圖像的增強(qiáng)圖像。由于MCP的增益正比于電壓的平方，所以線性改變的增益控制電壓在脈沖光照下的圖像接收期間，將補(bǔ)償被觀察物體的照度對距離的反平方關(guān)系，從而，圖像將是等亮度的。
電視攝象機(jī)22可被用來將圖像增強(qiáng)器17的屏幕上的圖像變換成電視信號。為了進(jìn)一步處理，來自電視攝象機(jī)的視頻信號被施加給視頻監(jiān)視器23或其它電視設(shè)備。
為了自動(dòng)控制平均圖像亮度，與圖像增強(qiáng)器屏幕上電流成正比的信號被施加給閾值放大器18，其工作閾值手動(dòng)可調(diào)，用來設(shè)置平均圖像亮度。放大器18輸出的信號控制放大器16的平均增益，而且也被用來控制裝在接收器物鏡中的光圈。
為了對被照射區(qū)域的自動(dòng)物鏡聚焦，控制到這一區(qū)域的距離并用于單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器12的電壓，被施加給一個(gè)具有非線性幅度特性的放大器20。并進(jìn)一步施加給一控制物鏡聚焦的伺服驅(qū)動(dòng)器21。放大器幅度特性曲線的形狀被選擇對任何距離都提供接收物鏡的最佳聚焦。
在減弱光照下讓物體成像的本方法和裝置利用本工業(yè)領(lǐng)域的通行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)。裝置的利用已證明其高效率，因?yàn)槌爽F(xiàn)存類似裝置的所有優(yōu)點(diǎn)外，它能幫助例如司機(jī)在降雪、雪暴等情況下工作，減少由于霧、雪的顆粒引起的光散射的不良影響，以及減輕對接近和超越車輛前燈的目眩。
權(quán)利要求
1.一種用于在減弱光照條件下將物體成像的方法，根據(jù)該方法物體(多物體)被一個(gè)脈沖光源和一個(gè)附加恒定光源照射，從物體反射回的光線被一個(gè)光學(xué)圖像接收器接收，該光學(xué)圖像接收器的工作與光脈沖的發(fā)射同步，其特征為，在每個(gè)光脈沖發(fā)射期間，光學(xué)圖像接收器的增益連續(xù)改變，直至從所選觀察區(qū)域中最遠(yuǎn)物體反射的光線以一種保持被照射的所選觀察物體相等圖像亮度的方式返回的時(shí)刻，并且增益的數(shù)值被保持在恒定水平，直到下一光脈沖發(fā)射為止。
2.一種根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于為了分開某些在觀察區(qū)域內(nèi)的具體物體，在接收從這些物體反射回的光線之后，增益立即增加然后連續(xù)不斷地增加，而且在接收由具體物體反射的最后光線后立即減少。
3.一種根據(jù)權(quán)利要求1和2的方法，其特征在于，自然環(huán)境光照被用作輔助恒定光源。
4.一種用于在減弱光照條件下將物體成像的設(shè)備，包括一個(gè)具有透光鏡片和一個(gè)輔助恒定光源的脈沖光源，一個(gè)具有可調(diào)增益的光學(xué)圖像接收器，一個(gè)用于自動(dòng)平均圖像亮度控制的裝置，以及一個(gè)控制單元，控制單元的輸入端耦合到同步單元的一個(gè)輸出端，同步單元的另一輸出端耦合到脈沖光源的輸入端，其特征在于，同步單元和控制單元被指定用來提供這樣的可能性，即使每一光脈沖同步，增加光學(xué)圖像接收器的增益，直至光線從所選觀察區(qū)域中最遠(yuǎn)物體反射返回的時(shí)刻；以及在下一脈沖發(fā)射前保持增益在一恒定水平。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的設(shè)備，其特征在于，光學(xué)圖像接收器包括一個(gè)通過改變其微通道板上控制電壓而具有可控增益的圖像增強(qiáng)器II。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的設(shè)備，其特征在于，同步單元和控制單元被指定用來瞬時(shí)增加圖像增強(qiáng)增益，增益進(jìn)一步恒定增加以及增益的瞬時(shí)減少，以便分開視域中某些具體物體。
全文摘要
提供一種在減弱光照條件下將物體成象的設(shè)備和方法。根據(jù)本發(fā)明的裝置包括一個(gè)具有透光鏡片(2)的脈沖光源(1)，一個(gè)同步單元(3)，一個(gè)控制單元(4)，一個(gè)具有接收物鏡(6)的光學(xué)圖像接收器(5)，一個(gè)物鏡控制單元(7)。該裝置既利用觀察區(qū)域的自然光照，又利用輔助光照，提供處于不同距離的物體的均勻亮度圖像，還將處于觀察區(qū)域中的各個(gè)物體分開。
文檔編號G01S17/00GK1153559SQ96190327
公開日1997年7月2日 申請日期1996年3月26日 優(yōu)先權(quán)日1996年3月26日
發(fā)明者阿列克塞·維達(dá)里耶維奇·莫羅左夫, 塞爾蓋伊·尤里耶維奇·蘇克霍羅索夫 申請人:亞萊斯唐公司