一种夜视真彩色图像获取装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种夜视真彩色图像获取装置，主要包括括物镜、三基色滤光片、像增强器、光纤耦合器(或光中继器)、CMOS或CCD图像传感器、FPGA芯片、外围电路和控制器。本发明专利技术还公开了利用上述一种夜视真彩色图像获取装置获取真彩色图像的方法。本发明专利技术利用滤光片对目标反射的光进行过滤，并利用像增强器对过滤后单色光进行放大倍增，利用获取的三基色图像融合出彩色图像，实现夜视条件下彩色图像的获取。与现有技术相比，本发明专利技术的夜视真彩色图像获取装置结构简单，使用操作中不需要光学校准，并且最终的融合图像配色准确，非常适合在夜视仪等装备中使用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于夜视成像
，具体涉及夜视条件下彩色成像技术，特别是一种夜视真彩色图像获取装置及方法。
技术介绍
夜视条件下，由于光照度很低，现有的彩色图像传感器在光照度低于100lx数量级情况下，会因为光照度不够等原因导致无法成彩色像，只能成灰度图像，甚至是暗图像。如要形成彩色图像，必须采用补光等手段，如使用闪光灯。这在一般场合是适用的(如楼宇监控摄像机采用红外光照明)，但是在军事领域会导致观察者位置的暴露，不具有可行性。现阶段也存在某些夜视条件下使用的彩色夜视成像技术，主要是多谱图像融合假彩色成像技术。该假彩色成像技术利用不同设备(微光夜视仪、热像仪)获取同一场景图像作为R、G、B通道中的一种，然后三基色图像融合成假彩色，比较常用的假彩色融合算法包括：NRL、MIT、TNO等。NRL法由美国海军研究所提出的一种假彩色融合方法，其融合图像的红通道为红外图像，绿通道和蓝通道均为微光图像。国内也很多学者对假彩色融合彩色成像技术进行了研究，如南京理工大学柏连发等采用紫外、可见光和近红外作为R、G和B通道分量，融合出假彩色图像。其他假彩色成像技术还有使用微光与长波红外融合彩色夜视技术、紫外与微光图像融合彩色夜视技术、微光与中波长波红外的彩色融合夜视技术等双谱、三谱的微光彩色融合夜视技术等。这些假彩色融合技术，实际上都是围绕夜视条件下三基色的获取而展开。总而言之，多谱图像融合假彩色成像技术存在多设备间复杂的光学校准难度大、系统成本高、融合出来图像配色不准确等问题，且不同波长设备成像特性不一致，进一步增加了融合的难度，制约了其工程应用和装备化。
技术实现思路
本专利技术正是为了解决现有技术夜视条件下获取真彩色图像难度大的缺陷，提出了一种夜视真彩色图像获取装置及方法，本专利技术具体由如下技术方案来实现。一种夜视真彩色图像获取装置，主要包括物镜、三基色滤光片、像增强器、CMOS或CCD图像传感器、FPGA芯片、外围电路和控制器。物镜、三基色滤光片、像增强器、CMOS或CCD图像传感器由前向后依次设置。其中，CMOS或CCD图像传感器通过光纤耦合器(或光中继器)对像增强器的荧光屏上的图像进行耦合。进一步地，三基色滤光片为圆形，由圆心角120度的三个扇形滤光片组成，三个滤光片的颜色分别是红、绿、蓝。其中，三基色滤光片设置在物镜与像增强器之间，并且三基色滤光片安装在滤光轮上，该滤光轮由电机和/或齿轮驱动。外围电路和控制器连接FPGA芯片和电机。进一步地，还包括为电机、外围电路和控制器供电的电池或电池组。本专利技术还提供了一种夜视真彩色图像获取方法，主要包括：步骤一，首先利用物镜对目标反射的可见光进行汇聚；步骤二，然后利用三基色滤光片对汇聚光进行过滤；步骤三，利用像增强器对过滤后的光进行放大倍增，并作用于像增强器的荧光屏上；步骤四，利用CMOS或CCD图像传感器耦合像增强器的荧光屏上的图像；步骤五，旋转三基色滤光片，并重复步骤二至四，获取三基色图像；步骤六，完成三基色图像采集后，利用FPGA芯片将三基色图像实时融合成真彩色图像。其中，所述的实时融合包括对采集的三帧图像进行去噪。进一步地，将实时融合出真彩色图像输出至OLED或显示屏。本专利技术利用滤光片对目标反射的光进行过滤，并利用像增强器对过滤后单色光进行放大倍增，利用获取的三基色图像融合出彩色图像，实现夜视条件下彩色图像的获取。与现有技术相比，本专利技术的夜视真彩色成像系统结构简单，使用操作中不需要光学校准，并且最终的融合图像配色准确，非常适合在夜视仪等装备中使用。附图说明图1是本专利技术的夜视真彩色图像获取装置结构原理图；图2是的夜视真彩色图像获取装置结构框图示意图。图中，1-物镜，2-滤光轮，3-像增强器，4-光中继器，5-CMOS或CCD图像传感器，6-FPGA芯片，7-外围电路和控制器，8-电机，9-电池，10-外壳。具体实施方式为了本专利技术能够被更好的理解和实施，以下将结合附图1-2对本专利技术的技术方案进行详细的说明。图1-2示出了本专利技术的夜视真彩色图像获取装置的基本结构。一种夜视真彩色图像获取装置，主要包括物镜1、三基色滤光片、像增强器3、CMOS或CCD图像传感器5、FPGA芯片6、外围电路和控制器7。物镜1、三基色滤光片、像增强器3、CMOS或CCD图像传感器5由前向后依次设置。其中，CMOS或CCD图像传感器5通过光纤耦合器(或光中继器4)对像增强器3的荧光屏上的图像进行耦合。进一步地，本专利技术的三基色滤光片为圆形，由圆心角120度的三个扇形滤光片组成，三个滤光片的颜色分别是红、绿、蓝。其中，三基色滤光片设置在物镜与像增强器之间，并且三基色滤光片安装在滤光轮2上，该滤光轮2由电机8和/或齿轮驱动。外围电路和控制器7连接FPGA芯片6和电机8。其中外围电路用于配合FPGA芯片6或电机8的参数与控制器的电连接。控制器控制FPGA芯片6并可以将FPGA芯片6的处理结果发送到OLED或其他显示装置。进一步地，还本专利技术的夜视真彩色图像获取装置可以包括为电机8、外围电路和控制器6供电的电池9或电池组。另外，还可以具有一个外壳10，供系统零部件的装配使用。本专利技术使用的三基色滤光片也可以使用具备快速响应的超高偏振透过率三色液晶可调谐滤波片，通过电压变化即可实现在蓝光(450nm)、绿光(550nm)、红光(680nm)三个不同中心波长灵活的切换，切换时间小于100ms。本专利技术中的像增强器可以选择国产超二代像增强器1XZ18/18WHS-PD，其性能指标为：光阴极灵敏度典型值为650μA·lm-1，中心分辨力典型值为55lp·mm-1，亮度增益为8000-12000Cd·m-2·Lx-1，信噪比为20。本专利技术的夜视真彩色图像获取装置的工作原理：基于前述的夜视真彩色图像获取装置，通过三基色滤光片，实现对低照度条件下目标反射光的三基色分离；利用像增强器对分离后的三基色光进行增强并作用于荧光屏上；利用图像传感器耦合荧光屏上的三基色图像；利用FPGA编写的程序对采集的三帧图像进行去噪，并实时融合出真彩色图像输出至OLED或显示屏。其中，对低照度条件下目标反射光的三基色分离是指，连续旋转三基色滤光片，每次旋转使得三基色滤光片中的一种颜色覆盖物镜镜头。基于上述的工作原理，本专利技术还提供了一种夜视真彩色图像获取方法，主要包括：步骤一，首先利用物镜1对目标反射的可见光进行汇聚；步骤二，然后利用三基色滤光片对汇聚光进行过滤；步骤三，利用像增强器3对过滤后的光进行放大倍增，并作用于像增强器3的荧光屏上；步骤四，利用CMOS或CCD图像传感器5耦合像增强器3的荧光屏上的图像；步骤五，旋转三基色滤光片，并重复步骤二至四，获取三基色图像；步骤六，完成三基色图像采集后，利用FPGA芯片6将三基色图像实时融合成真彩色图像。其中，所述的实时融合包括对采集的三帧图像进行去噪。进一步地，将实时融合出真彩色图像输出至OLED或显示屏。本专利技术利用滤光片对目标反射的光进行过滤，并利用像增强器对过滤后单色光进行放大倍增，利用获取的三基色图像融合出彩色图像，实现夜视条件下彩色图像的获取。与现有技术相比，本专利技术的夜视真彩色成像系统结构简单，使用操作中不需要光学校准，并且最终的融合图像配色准确。以上仅是对本专利技术最佳实施例的描述，不能理本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种夜视真彩色图像获取装置，其特征在于：主要包括物镜、三基色滤光片、像增强器、CMOS或CCD图像传感器、FPGA芯片、外围电路和控制器；所述物镜、三基色滤光片、像增强器、CMOS或CCD图像传感器由前向后依次设置；CMOS或CCD图像传感器通过光纤耦合器或光中继器对像增强器的荧光屏上的图像进行耦合。

【技术特征摘要】
1.一种夜视真彩色图像获取装置，其特征在于：主要包括物镜、三基色滤光片、像增强器、CMOS或CCD图像传感器、FPGA芯片、外围电路和控制器；所述物镜、三基色滤光片、像增强器、CMOS或CCD图像传感器由前向后依次设置；CMOS或CCD图像传感器通过光纤耦合器或光中继器对像增强器的荧光屏上的图像进行耦合。2.根据权利要求1所述的一种夜视真彩色图像获取装置，其特征在于：三基色滤光片为圆形，由圆心角120度的三个扇形滤光片组成，三个扇形滤光片的颜色分别是红、绿、蓝。3.根据权利要求1所述的一种夜视真彩色图像获取装置，其特征在于：三基色滤光片为三色液晶可调谐滤波片。4.根据权利要求1所述的一种夜视真彩色图像获取装置，其特征在于：其中，三基色滤光片设置在物镜与像增强器之间，并且三基色滤光片安装在滤光轮上。5.根据权利要求3所述的一种夜视真彩色图像获取装置，其特征在于：所述滤光轮由电机和/或齿轮驱动。6.根据权利要求4所述的一种夜视真彩色图像获取装置，其特征在于：外围...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶声祥，钱立志，吴海兵，陈栋，殷希梅，宁全利，王曙光，张申浩，朱建生，王书宇，张敬修，刘桢，胡春生，张江辉，马丽芳，陈珅培，钱昆，王炳，夏铭禹，冯昌林，周杰，孙姗姗，马红星，陈凯，凌冲，张晓龙，郭佳晖，章瞳，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军军官学院，
类型：发明
国别省市：安徽;34