一种提高成像亮度的仿生视觉系统技术方案

本发明专利技术公开了一种提高成像亮度的仿生视觉系统，包括依次连接的光源(1)、光学成像系统(2)、仿生微光图像增强器(3)和后置处理系统(4)，其中：所述后置处理系统(4)还包括平面CCD图像传感器(41)、计算机处理单元(42)和图像处理算法模块(43)；所述光学成像系统(2、仿生微光图像增强器(3)和平面CCD图像传感器(4)共轴，三者之间作用独立地设置，平面CCD图像传感器(4)位于光学成像系统(1)的焦平面处；仿生微光图像增强器(3)位于平面CCD图像传感器(4)的前端并紧贴平面CCD图像传感器(4)。本发明专利技术达到了成像亮度提高5.61倍，成像亮度提高倍数的均匀性为95.30％的积极技术效果。

【技术实现步骤摘要】
一种提高成像亮度的仿生视觉系统
本专利技术涉及仿生视觉
，特别涉及一种提高成像亮度的仿生视觉系统。
技术介绍
人类利用自己的眼睛从周围的环境中获取图像信息来认识这个纷繁的世界，准确地观察和识别物体需要足够的亮度，但是由于人眼的视网膜结构感光敏感度不高，在微光情况下不能充分“曝光”，所以造成人眼在夜晚等微光的环境中不能准确观察和识别物体。随着人工照明系统技术的进步与发展，在很大程度上改善了微光环境，但是依旧不能做到何时何地都夜如白昼，例如夜间出行，与白天相比较光线还是非常昏暗。此外并不是所有情形都需要足够的光亮，例如传统胶片的冲洗则需要一间密不透光的暗房；一些光学实验的进行也需要在暗环境下进行，因为周围的杂散光会很大程度上影响实验结果；夜战是一种军事上常用的利用黑暗环境条件消灭敌人的有效战法，需要在黑暗环境中准确识别敌人，这一些特殊情况需要在暗环境下进行，同时还需要准确的观察和识别物体。人类渴望在微光环境中观察和识别物体，随着光电技术的发展，人们借助于光电成像器件研制微光夜视设备。微弱的自然光经由目标表面放射，进入夜视仪，在强光力物镜作用下聚焦于像增强器的光阴极面(与物镜后焦面重合)，激发出光电子；光电子在像增强器内部电子光学系统的作用下被加速、聚焦、成像，以及高的速度轰击像增强器的荧光屏，并激发出足够强的可见光，从而把一个只被微弱自然光照明的远方目标变成适于人眼观察的可见光图像，经过目镜的进一步放大，实现了微光环境观察和识别目标。专利申请号2016107322240《一种军用仿强光微光夜视仪》中的微光夜视仪包括机身、镜头、目镜和物镜。机身内部设置像增强器，实现了微光条件下图像显示；物镜上安装滤强光镜，更加灵活的抵抗强光，适应了战场的需求。目前这种传统微光夜视技术主要应用在夜间侦查、照相、观测瞄准、成像制导、预警、火控、导航、车辆驾驶、野战修理、工程抢险以及战地救援等多方面军事领域；卫星的遥感、遥测天文星系、弱星的夜间观察等天文领域。目前传统的微光夜视设备原理复杂、结构紧密，不够便携，同时传统微光夜视技术依赖于光电物理材料的属性以及图像处理算法处理时间和精度，成本高、消耗功率，应用环境不够广泛。基于仿生学的视觉系统理论近年来发展迅速，它是集光学、电学、机械学、生物学、计算机和信息学等多学科为一体的前沿领域。自然界中生物视觉系统拥有奇特的视觉系统构造和视网膜皮层映射机制，与人类视觉系统相比较，具有视场广泛、对运动目标敏感、分辨率调节迅速、成像亮度高、微光响应强等特点，能够准确的观察和识别物体。专利申请号2013106935200《基于多微面光纤面板的多视场仿生复眼微光成像系统》设计仿复眼视觉系统实现了一种小型化、轻量化、大视场的微光夜视成像观察系统。专利申请号2016110472826《一种基于仿生视觉机理的水下偏振图像融合系统》仿螳螂虾视觉偏振感知机理提取水下偏振图像，有效的改善水下偏振图像的清晰度和对比度，有利于水下目标的检测和分析。专利申请号2017104006246《一种基于仿生视觉机理的电子复眼系统》仿果蝇复眼的视觉系统机理，应用于高速目标识别、追踪等高端领域。在微光环境中准确观察和识别物体能力上，由于象鼻鱼视觉系统中独特的视网膜结构，人眼的微光响应能力远不及象鼻鱼的视觉系统。本专利技术则模拟象鼻鱼视觉系统中视网膜结构，提出了一种提高成像亮度的仿生视觉系统，该系统是一种全新的提高成像亮度的光学设计，原理简单、结构简单、方法独立、质量轻体积小、使用环境广泛，能有效的提高成像亮度，增强微光响应。
技术实现思路
针对人类视觉系统微光响应弱的现状，以及传统微光夜视技术原理复杂、结构紧密、质量重体积大、应用环境有限、过度依赖光电系统中物理材料属性和图像处理算法的局限性，本专利技术提出一种提高成像亮度的仿生视觉系统，利用复合抛物面聚光器阵列构成的仿生微光图像增强器，实现成像亮度的提高。本专利技术的一种提高成像亮度的仿生视觉系统，该系统包括依次连接的光源1、光学成像系统2、仿生微光图像增强器3和后置处理系统4，其中：所述后置处理系统4还包括平面CCD图像传感器41、计算机处理单元42和图像处理算法模块43；所述光学成像系统2、仿生微光图像增强器3和平面CCD图像传感器4共轴，三者之间作用独立地设置，平面CCD图像传感器4位于光学成像系统1的焦平面处；仿生微光图像增强器3位于平面CCD图像传感器4的前端并紧贴平面CCD图像传感器4。所述光源1用于为系统提供照明光源；所述光学成像系统2用于实现光学成像；所述仿生微光图像增强器3用于提高成像亮度，增强微光响应；所述平面CCD图像传感器41用于将光信号转换成模拟电流信号，电流信号经过放大和模数转换，实现图像的获取；所述计算机处理单元42用于实现对图像的存储和传输；所述图像处理模块43用于对图像进行最终处理。所述仿生微光图像增强器3包括由多个子结构构成的复合抛物面聚光器阵列，每一个子结构均为一个复合抛物面聚光器；每个复合抛物面聚光器由微米量级的由抛物面构成的圆台型小杯子组成，光线从复合抛物面聚光器的入射口进入，经过复合抛物面聚光器的内表面反射，光线汇聚到抛物面的焦平面即出射口上，类似于抛物面反射镜一样，将光引向圆锥体感光区域，使该圆锥体感光区域成像亮度提高，增强微光响应。所述复合抛物面聚光器包括入射口直径、出射口直径和高度三个决定复合抛物面聚光器几何结构的参数。所述复合抛物面聚光器采用可见光透过率较高的材料经激光加工和镀反射膜完成制造。所述复合抛物面聚光器的最优化参数为：入射口直径50μm、出射口直径10μm、高度90μm。与现有技术相比，本专利技术的一种提高成像亮度的仿生视觉系统达到了成像亮度提高5.61倍，成像亮度提高倍数的均匀性为95.30％的积极技术效果。附图说明图1为本专利技术提出的一种提高成像亮度的仿生视觉系统的整体结构示意图；图2为本专利技术提出的一种提高成像亮度的仿生视觉系统成像过程示意图；图3为复合抛物面聚光器光线追迹图；图4为复合抛物面聚光器平面阵列示意图；图5为成像仿真图；图6为复合抛物面聚光器剖面图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步的详细描述。如图1所示，为本专利技术的一种提高成像亮度的仿生视觉系统整体结构示意图。该系统包括光源1、光学成像系统2、仿生微光图像增强器3和后置处理系统4。后置处理系统4包括平面CCD图像传感器41、计算机42和图像处理算法43。光源1用于为系统提供照明光源；光学成像系统2用于实现光学成像；仿生微光图像增强器3用于提高成像亮度，增强微光响应；平面CCD图像传感器41用于将光信号转换成模拟电流信号，电流信号经过放大和模数转换，实现图像的获取；计算机42实现对图像的存储和传输；图像处理模块43对图像进行最终处理。光学成像系统2、仿生微光图像增强器3和后置处理系统4三者之间作用独立，互不影响。光学成像系统2、仿生微光图像增强器3和平面CCD图像传感器4共轴，平面CCD图像传感器4位于光学成像系统2的焦平面处；仿生微光图像增强器3位于平面CCD图像传感器4的前端并紧贴平面CCD图像传感器4。如图2所示，为本专利技术提出的一种提高成像亮度的仿生视觉系统成像过程示意图。假设来自远处的入射光线为平行光，那么视场角范围内各个方向的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高成像亮度的仿生视觉系统，其特征在于，该系统包括依次连接的光源(1)、光学成像系统(2)、仿生微光图像增强器(3)和后置处理系统(4)，其中：所述后置处理系统(4)还包括平面CCD图像传感器(41)、计算机处理单元(42)和图像处理算法模块(43)；所述光学成像系统(2、仿生微光图像增强器(3)和平面CCD图像传感器(4)共轴，三者之间作用独立地设置，平面CCD图像传感器(4)位于光学成像系统(1)的焦平面处；仿生微光图像增强器(3)位于平面CCD图像传感器(4)的前端并紧贴平面CCD图像传感器(4)。所述光源(1)用于为系统提供照明光源；所述光学成像系统(2)用于实现光学成像；所述仿生微光图像增强器(3)用于提高成像亮度，增强微光响应；所述平面CCD图像传感器(41)用于将光信号转换成模拟电流信号，电流信号经过放大和模数转换，实现图像的获取；所述计算机处理单元(42)用于实现对图像的存储和传输；所述图像处理模块(43)用于对图像进行最终处理。

【技术特征摘要】
1.一种提高成像亮度的仿生视觉系统，其特征在于，该系统包括依次连接的光源(1)、光学成像系统(2)、仿生微光图像增强器(3)和后置处理系统(4)，其中：所述后置处理系统(4)还包括平面CCD图像传感器(41)、计算机处理单元(42)和图像处理算法模块(43)；所述光学成像系统(2、仿生微光图像增强器(3)和平面CCD图像传感器(4)共轴，三者之间作用独立地设置，平面CCD图像传感器(4)位于光学成像系统(1)的焦平面处；仿生微光图像增强器(3)位于平面CCD图像传感器(4)的前端并紧贴平面CCD图像传感器(4)。所述光源(1)用于为系统提供照明光源；所述光学成像系统(2)用于实现光学成像；所述仿生微光图像增强器(3)用于提高成像亮度，增强微光响应；所述平面CCD图像传感器(41)用于将光信号转换成模拟电流信号，电流信号经过放大和模数转换，实现图像的获取；所述计算机处理单元(42)用于实现对图像的存储和传输；所述图像处理模块(43)用于对图像进行最终处理。2.如权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张红霞，栗鹏，贾大功，刘铁根，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12