一种夜视成像装置的制作方法

本发明涉及夜视成像技术领域，具体涉及一种夜视成像装置。

背景技术：

人的眼睛可以感知的电磁波波长在400nm－700nm之间，b类夜视成像系统(nvis，nightvisionimagingsystem)，包括微光夜视镜(nvg，nightvisiongoggle)，敏感光谱波长范围约665nm－900nm。传统投影机的光线在微光夜视镜敏感光谱范围内的能量非常有限。如果使用传统投影机显示微光夜视场景图像，人员使用微光夜视镜观察时，存在图像动态范围小、对比度低、成像质量差的问题，根据夜间微光场景照度变化调整图像亮度的能力非常有限，且无法有效呈现夜视镜下的光晕、闪光等现象；裸眼观察时，场景图像亮度高，与人在夜间低照度环境下的视觉感受不一致。因而，传统的投影机无法满足显示微光夜视模拟场景，为需要佩戴夜视镜工作的人员提供接近真实条件的微光夜视场景图像的需要。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种夜视成像装置，以解决目前市面上的传统投影机无法满足显示微光夜视模拟场景，为需要佩戴夜视镜工作的人员提供接近真实条件的微光夜视场景图像的需要。

本发明实施例提供了一种夜视成像装置，包括：光源模块、调光模块、视频处理模块、数字微镜器件和控制模块；光源模块用于产生光线；调光模块与光源模块连接，用于调节光源模块输出的光线亮度；视频处理模块用于接收夜视场景第一图像信号，并将夜视场景第一图像信号转换为夜视场景第二图像信号；控制模块分别与视频处理模块及数字微镜器件连接，用于根据夜视场景第二图像信号控制数字微镜器件进行偏转；数字微镜器件设置在光源模块的光路上，用于在控制模块控制的偏转角度下对光源模块输出的光线进行反射，形成影像光源。

可选地，调光模块包括：信号调光器，用于接收调光信号；单片机，与信号调光器连接，用于根据调光信号生成调光控制信号；调光驱动器，分别与单片机及光源模块连接，用于根据调光控制信号调节光源模块的亮度。

可选地，调光模块还包括：旋钮式电位器及信号发生器，信号发生器分别与旋钮式电位器和单片机连接。

可选地，夜视成像装置还包括：投影主镜，设置在光源模块的光路上，用于放大影像光源。

可选地，投影主镜为6片式投影镜头。

可选地，夜视成像装置还包括：照明镜组，设置在光源模块的光路上，用于调整光线照射的均匀性。

可选地，照明镜组包括：微光照明器，用于调整光线的发散角，输出均匀光线；反射棱镜，反射棱镜的反射面处设有半反半透膜，用于将均匀光线反射至数字微镜器件，并将数字微镜器件反射的光线透射至投影主镜。

可选地，光源模块的辐射波长为665nm－900nm；

可选地，夜视成像装置还包括：电源模块，用于给光源模块、调光模块、视频处理模块、控制器及数字微镜器件提供电能。

可选地，夜视成像装置还包括：散热模块，用于降低夜视成像装置的温度。

本发明实施例提供的夜视成像装置，通过设置光源模块、调光模块、视频处理模块、数字微镜器件和控制模块，光源模块用于产生光线，调光模块与光源模块连接，用于调节光源模块输出的光线亮度，视频处理模块用于接收夜视场景第一图像信号，并将夜视场景第一图像信号转换为夜视场景第二图像信号，控制模块分别与视频处理模块及数字微镜器件连接，用于根据夜视场景第二图像信号控制数字微镜器件进行偏转，数字微镜器件设置在光源模块的光路上，用于在控制模块控制的偏转角度下对光源模块输出的光线进行反射，形成影像光源，从而该装置可将夜视场景全彩图像信号通过伽马(幂律)变换转换成夜视场景灰度图像信号，通过近红外光投影显示夜视场景灰度图像信号，为夜视镜提供接近真实的微光夜视场景的激励信号，可用于显示夜间微光条件下的模拟视景，可用于飞行员的夜视训练，使飞行员体验和识别佩戴夜视镜飞行时的特殊现象，具有一定的军事效益，并且该装置可通过更换不同光源，实现其他近红外辐射光谱的投影显示。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明实施例的夜视成像装置的结构示意图；

图2示出了本发明实施例的调光模块的结构框图；

图3示出了本发明实施例的另一调光模块的结构框图；

图4示出了本发明实施例另一夜视成像装置的结构示意图；

图5示出了本发明实施例的投影主镜的光学系统图；

图6示出了本发明实施例的照明镜组的结构示意图；

图7示出了本发明实施例的另一夜视成像装置的结构示意图；

图8示出了本发明实施例的投影主镜的成像质量示意图；

图9示出了本发明实施例的投影主镜光学传递函数图；

图10示出了本发明实施例光谱辐射计测量投影幕中心处的辐射光谱示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种夜视成像装置，如图1所示，包括：光源模块11、调光模块12、视频处理模块13、数字微镜器件14和控制模块15；光源模块11用于产生光线；调光模块12与光源模块11连接，用于调节光源模块11输出的光线亮度；视频处理模块13用于接收夜视场景第一图像信号，并将夜视场景第一图像信号转换为夜视场景第二图像信号；控制模块15分别与视频处理模块13及数字微镜器件14连接，用于根据夜视场景第二图像信号控制数字微镜器件14进行偏转；数字微镜器件14设置在光源模块11的光路上，用于在控制模块15控制的偏转角度下对光源模块11输出的光线进行反射，形成影像光源。

具体地，该光源模块11可以是led光源，led光源是一类直接注入电流的半导体固体发光器件，具有体积小、能耗低、寿命长和易调光等优点。光源的光谱和功率特性决定着进入夜视镜的投影幕反射光的光谱特性和投影幕上的像面照度。夜视成像装置设计中，光源模块11可以选用665nm～900nm波长，尤其是740～850nm波长、50w功率的led光源。该led光源的波长处于b类夜视镜665nm～900nm的敏感光谱范围内。通过选用led光源，夜视成像装置的能耗较低，使用寿命较长。

调光模块12是光源的控制电路，可通过无线遥控或调节旋钮两种方式调整光源的亮度。

视频处理模块13可以是一个电路板，视频处理模块13的主要作用是接收图形工作站(视频输入终端)通过高清晰度多媒体接口(hdmi)传输过来的视频数据，并将符合视频电子标准协会(vesa)标准的视频数据进行解码，转换为低压差分信号技术接口(lvds)信号，输出给控制模块13。一般地，由图形工作站提供的全彩色视频信号以r、g、b、复合四路信号传输到视频处理模块13，其中r、g、b各通道视频信号均为8位灰度图。视频处理模块13通过伽马(幂律)变换，将全彩色视频信号转换为夜视场景灰度视频信号，输出至控制模块13。

数字微镜器件14(digitalmicromirrordevice，dmd)是由成千上万个微米级的可进行±12°摆动的铝合金微镜组成的微机电系统，图像的每一个像素对应一个可以转动的微镜，每一个微镜都可以通过二进制脉宽调制技术进行单独控制。微镜的位置不同，反射光的出射角度就不同，每一个微镜相当于一个光开关。

控制模块15可以为dlpc显示控制器，dlpc显示控制器是dmd的驱动部分，能够为dmd提供高速数据和控制接口，可对视频处理模块13输入的lvds信号进行光空间调制处理，驱动dmd按照时序进行翻转，还原视频与图像信号。

本发明实施例提供的夜视成像装置，通过设置光源模块、调光模块、视频处理模块、数字微镜器件和控制模块，光源模块用于产生光线，调光模块与光源模块连接，用于调节光源模块输出的光线亮度，视频处理模块用于接收夜视场景第一图像信号，并将夜视场景第一图像信号转换为夜视场景第二图像信号，控制模块分别与视频处理模块及数字微镜器件连接，用于根据夜视场景第二图像信号控制数字微镜器件进行偏转，数字微镜器件设置在光源模块的光路上，用于在控制模块控制的偏转角度下对光源模块输出的光线进行反射，形成影像光源，从而该装置可将夜视场景全彩图像信号通过伽马(幂律)变换转换成夜视场景灰度图像信号，通过近红外光投影显示夜视场景灰度图像信号，为夜视镜提供接近真实的微光夜视场景的激励信号，可用于显示夜间微光条件下的模拟视景，可用于飞行员的夜视训练，使飞行员体验和识别佩戴夜视镜飞行时的特殊现象，具有一定的军事效益，并且该装置可通过更换不同光源，实现其他近红外辐射光谱的投影显示。

在可选的实施例中，当调光模块12通过无线遥控的方式调整光源模块11的亮度时，如图2所示，调光模块12包括：信号调光器121，用于接收调光信号；单片机122，与信号调光器121连接，用于根据调光信号生成调光控制信号；调光驱动器123，分别与单片机122及光源模块11连接，用于根据调光控制信号调节光源模块11的亮度。

具体地，在无线遥控调光方式下，操作者通过遥控器将调光控制信号发送给信号调光器121，再将信号发送给单片机122，经单片机122处理后发送给调光驱动器123，由调光驱动器123控制光源模块11的亮度。单片机122内根据调光信号生成调光控制信号的方法采用的是常规的控制信号的生成方法，在此不再赘述。调光驱动器123可通过控制单位时间内流过光源模块11的平均电流的方式控制光源模块11的亮度。

通过设置信号调光器、单片机和调光驱动器，可以采用无线遥控的方式调整光源模块11的亮度，简单、便利。

在可选的实施例中，调光模块12还可以通过设置手动调节旋钮的方式调整光源模块11的亮度。通过手动调节旋钮的方式调整光源模块11的亮度时，如图3所示，调光模块12还包括：旋钮式电位器124及信号发生器125，信号发生器125分别与旋钮式电位器124和单片机122连接。

具体地，在手动旋钮调光方式下，操作者手动调整操作面板上的旋钮式电位器124，信号发生器125根据旋动量的大小，输出0－10v模拟信号至单片机122，经单片机处理后输出给调光驱动器123，控制光源模块11的亮度。

通过在无线遥控调光的基础上，设置旋钮式电位器124和信号发生器125，用于手动旋钮调光，从而可以使得夜视成像装置既可以采用无线调光模块，又可以采用手动旋钮调光模块，从而用户可以根据需要自主选择调光的模式，有利于提高客户的使用体验。

在可选的实施例中，如图4所示，夜视成像装置还包括：投影主镜16，设置在光源模块11的光路上，用于放大影像光源。

具体地，投影主镜16设置在数字微镜器件14的出光路上，用于将dmd呈现的灰度图像投影至一定距离的投影幕上，供佩戴夜视镜的使用人员观看。为有效校正光学系统像差，提高成像质量，投影主镜16可以为6片式投影镜头。投影主镜16的光学系统采用折射式结构，经过优化的6片式投影主镜的光学系统如图5所示。

在可选的实施例中，如图4所示，夜视成像装置还包括：照明镜组17，设置在光源模块11的光路上，用于调整光线照射的均匀性。

具体地，如图6所示，照明镜组17可以包括：微光照明器171，用于调整光线的发散角，输出均匀光线；反射棱镜172，反射棱镜172的反射面处设有半反半透膜，用于将均匀光线反射至数字微镜器件14，并将数字微镜器件14反射的光线透射至投影主镜16。照明镜组实现的微光照明光路主要用于收集光源模块11的能量，实现对投影光路像面的均匀照明，保证成像均匀性要求。微光照明光路采用柯勒照明设计，使像面获得均匀照明。微光照明器通过合理优化数值孔径实现与激光束散角的匹配，可以提高光源的有效利用率。投影幕像面光照度e，通过公式(1)计算。

其中，φ为光通量，α为照明镜组收集效率，ν为dmd占空比，r为dmd中铝反射镜反射率及dmd窗口衰减率，β为投影主镜衰减倍率，s为投影面积。

在可选的实施例中，如图7所示，夜视成像装置还包括：电源模块18，用于给光源模块11、调光模块12、视频处理模块13、控制器15及数字微镜器件14提供电能。通过设置电源模块，可以给光源模块、调光模块、视频处理模块、控制器及数字微镜器件提供稳定的电源。

在可选的实施例中，如图7所示，夜视成像装置还包括：散热模块19，用于降低夜视成像装置的温度。

通过增加散热模块，可以及时降低夜视成像装置内各部件的温度，保证夜视成像装置稳定的运行。

本发明实施例提供的夜视成像装置，经过zemax分析，投影主镜的成像质量如图8所示。由主镜场曲、畸变图可以看到，弧矢与子午场曲均得到很好的控制，10°视场时场曲最大，此时的场曲也仅为0.02mm，畸变控制在0.1％左右，人眼基本察觉不到。

由图9主镜光学传递函数图可知，50lp/mm时，传递函数模值大于0.5，接近衍射极限，高于截止频率时的全视场传递函数大于0.3的常规要求。各视场的传递函数与衍射极限非常接近，说明各种像差校正的很好，成像质量良好，完全可以满足使用要求。

输入全白图条件下，光谱辐射计测量投影幕中心处的辐射光谱。结果如图10所示，投影系统辐射光谱峰值波长743.1nm。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。