车载多孔径红外夜视仪及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种车载多孔径红外夜视仪及其制造方法，红外夜视仪本体内红外光线入口处设有保护窗口，保护窗口后面依次设置多片多孔径透镜片、红外感光芯片、控制器，控制器连接车内显示器，多孔径透镜片上按照阵列形式排布有n个子孔径透镜。当车辆前方的外部物体发出的红外光线通过保护窗口后，入射到多孔径透镜片上发生折射；红外成像光经过多孔径透镜片之后聚于红外感光芯片上，形成n个子图像；本发明专利技术采用多孔径红外透镜代替普通的单孔径透镜获取图像，通过双目或者多目测距的方法处理得到目标的深度信息；多孔径透镜片使用硫系玻璃或者硫卤玻璃等红外材料，采用晶圆模压的方法制作，极大的减小透镜的材料成本和生产成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种车载红外夜像仪，尤其是一种车载多孔径红外夜视仪及其制造方法。
技术介绍
随着汽车工业的发展和公路的飞速扩展，汽车保有量迅速增加。与此同时，如何提高汽车行驶安全成为越来越重要的话题，尤其是夜间的行驶安全。普通汽车照明系统在雨雪天气或者能见度低的夜间视距不远，效果又不好，而且夜间会车迎面的强光使司机眩目，这些因素都会导致驾驶员在夜间经常看不清前方的行人和路况。红外线（红外辐射）成像不会受到夜间环境的影响，因此车载红外夜视技术应运而生。红外夜视技术是将景物的不可见红外图像转换为能引起视觉的可见图像，车载红外夜视装置产生的红外图像不仅反映了目标及其周围背景的温度分布情况，并且进一步拓展了人类的光谱响应范围和黑暗中观察景物的能力。车载红外夜视仪在能见度较低情况下提供给驾驶员清晰的图像信息，能够有效避免交通事故的发生，具有巨大的市场前景。目前，使用最为广泛的是单孔径红外夜视仪，其光学镜头使用的非球面透镜体积较大，仍然使用既稀缺，又昂贵的单晶锗（Ge），加工技术一直沿用传统的单点金刚石车削工艺，成本高，效率低。近年来，采用较低成本的硫系玻璃材料模压出透镜然后组装出的单孔径红外光学镜头也已经应用于车载红外夜视仪，光学镜头的成本得到降低，但是在此过程中硫系玻璃材料的用料量还是较大。传统的单孔径车载红外成像系统由于受到衍射极限等因素的影响，为了保证大相对孔径，光学镜头系统小型化存在困难；而且在成像的过程中，单孔径光学成像普遍丢失目标的深度信息，只在二维平面上成像，较难对物体远近做出评价，影响驾驶员做出正确的判断。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种车载多孔径红外夜视仪，以解决上述的问题。本专利技术的技术方案是：一种车载多孔径红外夜视仪，包括：保护窗口、多孔径透镜片、透镜分隔板、红外感光芯片、控制器、车内显示器，其特征在于：红外夜视仪本体内红外光线入口处设有保护窗口，保护窗口后面依次设置多片多孔径透镜片、红外感光芯片、控制器，控制器连接车内显示器，多孔径透镜片之间和多孔径透镜片与红外感光芯片之间分别设有透镜分隔板，多孔径透镜片上按照阵列形式排布有n个子孔径透镜，多孔径透镜片上每一个子孔径透镜构成一个成像通道，多片多孔径透镜片的子孔径透镜的光轴一一对应；当车辆前方的外部物体发出的红外光线通过保护窗口后，入射到多孔径透镜片上发生折射；红外成像光经过多孔径透镜片之后聚于红外感光芯片上，形成n个子图像；控制器从红外感光芯片上读出n个子图像信息；并根据双目或者多目立体测距法，计算多孔径红外图像各子孔径间的视差，确定物距；基于图像分割实现景物分类，对各类景物分别赋予相应的深度，用深度信息去调制色彩的饱和度，从而实现具有深度立体视觉感的车载红外图像彩色化图像效果，进而实现对运动的物体自动检测、跟踪和判断，并将彩色化后的红外图像显示在车内显示器上面。所述的保护窗口为一片能够透射红外光线的平面玻璃，用于保护内部镜片不受外部水和灰尘的污染。所述的车载多孔径红外夜视仪还包含辅助加热除冰和机械除尘机构。所述的多孔径镜片为一个多个子透镜按照规则排列成阵列形状的微透镜阵列。一种多孔径透镜片制造方法，特征在于，其步骤如下：第一步骤：制作晶圆透镜阵列金属模具用基底材料加工成所需尺寸大小的金属模具，利用超精密加工工艺在所述金属模具工作端面加工出分别带有光滑平面的红外透镜上下曲面光滑面型的翻印模芯，即红外透镜的上下模具；采用气相沉积的方法将所述金属模具光滑模芯面型表面镀上一层抗氧化薄膜生成红外晶圆透镜阵列金属模具；第二步骤：制作红外晶圆透镜阵列首先将晶圆预形体红外材料放置在红外晶圆透镜阵列金属模具的下模中心位置；将红外晶圆透镜阵列金属模具的上模下降到靠近下模的位置，同时采取防氧化措施；开启加热装置，使模压室内的温度达到所需要的模压温度；对模具施压，挤压已经成为软化状态的红外材料，复制出红外晶圆透镜阵列；随后维持所需的压力，模压一段时间再卸去压力；最后缓慢降低温度，温度降到室温后取出试样；即模压生成精密红外晶圆透镜阵列；第三步骤：制作多孔径阵列透镜利用精密红外晶圆透镜阵列，采用切割方法将精密红外晶圆透镜阵列切割为多孔径阵列透镜。本专利技术的有益效果是：采用多孔径红外透镜代替普通的单孔径透镜获取图像，通过双目或者多目测距的方法处理得到目标的深度信息；多孔径透镜片使用硫系玻璃或者硫卤玻璃等红外材料，采用晶圆模压的方法制作，极大的减小透镜的材料成本和生产成本。本专利技术中的多孔径红外透镜采用硫系玻璃等红外材料，此类红外光学玻璃的结构和晶体红外材料在结构上有一个很大的不同，即此类材料是非晶态。而晶体红外材料是晶态结构，在加热至熔点时，固态的晶体材料直接转化为液态，不能进行模压，故只能用超精密车削工艺进行加工成型，成本较高。而非晶态材料和塑料一样，在加热过程中，其粘度根据温度的升高逐渐降低，故只要确定模压成型所需要的最佳温度范围，就能精确成型，其工艺成本较低，适合大规模生产，具有很好的经济效益。本专利技术与一般的单孔径车载红外夜视仪相比，其透镜使用了多孔径红外镜片，可以降低材料成本，并且还可以提供红外图像的深度信息。另外，其加工方法采用阵列模压的方法，可以极大的减小其生产成本。附图说明图1 为本专利技术的车载多孔径红外夜像仪结构示意图；图2 为多孔径红外透镜片示意图；图3为多孔径红外晶圆透镜制作流程图；图4 为多孔径红外透镜上下模具示意图；其中，（a）为上模，（b）为下模；图5 为红外晶圆透镜阵列模压过程示意图。具体实施方式下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。如图1所示，本专利技术的车载多孔径红外夜视仪，包含：保护窗口1，多孔径透镜片2，透镜分割板3，红外感光芯片4，控制器5以及车内显示器6等。红外夜视仪本体内红外光线入口处设有保护窗口1，保护窗口1后面依次设置多片多孔径透镜片2、红外感光芯片4、控制器5，控制器5连接车内显示器6，多孔径透镜片3之间和多孔径透镜片2与红外感光芯片4之间分别设有透镜分隔板3，多片多孔径透镜片2的子孔径透镜的光轴一一对应，透镜分隔板3保证多孔径透镜片2之间的间隔；多孔径透镜片2上每一个子孔径透镜构成一个成像通道，红外成像光经过多孔径透镜片2之后会聚于红外感光芯片上，形成n个子图像；控制器5从红外感光芯片4上读出n个子图像信息；基于这些子图像，根据双目或者多目立体测距法，计算多孔径红外图像各子孔径间的视差，确定物距；基于图像分割实现景物分类，最后对各类分别赋予相应的深度，在图像彩色化的过程中，用深度信息去调制色彩的饱和度，从而实现具有深度立体视觉感的车载红外图像彩色化图像效果，进而实现对运动的物体自动检测、跟踪和判断。为了让驾驶员更好的获取到图像信息，将彩色化后的红外图像显示在车内显示器6上面，供车辆驾驶者参考。如图2所示，为本专利技术中所使用的多孔径红外透镜片2的一个实施例。图中所示的为2*2孔径红外透镜片，其材料选用硫系玻璃类红外光学非晶态材料。针对此类非晶态红外材料的特性，所述的多孔径红外镜片采用模压的方法来批量制作，从而降低生产成本。如图3所示，展示了车载多孔径红外夜视仪中使用的多孔径透镜片的加工工艺流程。如图4所示，说明加工多孔径阵列透镜所需的金属模具。红外晶圆透镜阵列金属模具包含如图4（a）所示的上模具10、如图4（b）所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种车载多孔径红外夜视仪，包括：保护窗口(1)、多孔径透镜片(2)、透镜分隔板(3)、红外感光芯片(4)、控制器(5)、车内显示器(6)，其特征在于：红外夜视仪本体内红外光线入口处设有保护窗口(1)，保护窗口(1)后面依次设置多片多孔径透镜片(2)、红外感光芯片(4)、控制器(5)，控制器(5)连接车内显示器(6)，多孔径透镜片(2)之间和多孔径透镜片(2)与红外感光芯片(4)之间分别设有透镜分隔板(3)，多孔径透镜片(2)上按照阵列形式排布有n个子孔径透镜，多孔径透镜片(2)上每一个子孔径透镜构成一个成像通道，多片多孔径透镜片(2)的子孔径透镜的光轴一一对应；当车辆前方的外部物体发出的红外光线通过保护窗口(1)后，入射到多孔径透镜片(2)上发生折射；红外成像光经过多孔径透镜片(2)之后聚于红外感光芯片(4)上，形成n个子图像；控制器(5)从红外感光芯片(4)上读出n个子图像信息；并根据双目或者多目立体测距法，计算多孔径红外图像各子孔径间的视差，确定物距；基于图像分割实现景物分类，对各类景物分别赋予相应的深度，用深度信息去调制色彩的饱和度，从而实现具有深度立体视觉感的车载红外图像彩色化图像效果，进而实现对运动的物体自动检测、跟踪和判断，并将彩色化后的红外图像显示在车内显示器（6）上面。...

【技术特征摘要】
1.一种车载多孔径红外夜视仪，包括：保护窗口(1)、多孔径透镜片(2)、透镜分隔板(3)、红外感光芯片(4)、控制器(5)、车内显示器(6)，其特征在于：红外夜视仪本体内红外光线入口处设有保护窗口(1)，保护窗口(1)后面依次设置多片多孔径透镜片(2)、红外感光芯片(4)、控制器(5)，控制器(5)连接车内显示器(6)，多孔径透镜片(2)之间和多孔径透镜片(2)与红外感光芯片(4)之间分别设有透镜分隔板(3)，多孔径透镜片(2)上按照阵列形式排布有n个子孔径透镜，多孔径透镜片(2)上每一个子孔径透镜构成一个成像通道，多片多孔径透镜片(2)的子孔径透镜的光轴一一对应；当车辆前方的外部物体发出的红外光线通过保护窗口(1)后，入射到多孔径透镜片(2)上发生折射；红外成像光经过多孔径透镜片(2)之后聚于红外感光芯片(4)上，形成n个子图像；控制器(5)从红外感光芯片(4)上读出n个子图像信息；并根据双目或者多目立体测距法，计算多孔径红外图像各子孔径间的视差，确定物距；基于图像分割实现景物分类，对各类景物分别赋予相应的深度，用深度信息去调制色彩的饱和度，从而实现具有深度立体视觉感的车载红外图像彩色化图像效果，进而实现对运动的物体自动检测、跟踪和判断，并将彩色化后的红外图像显示在车内显示器（6）上面。2.根据权利要求1所述的车载多孔径红外夜视仪，其特征在于：所述的保护窗口(...

【专利技术属性】
技术研发人员：万新军，解树平，张晨皓，岳林，孟涵，董一帆，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31