一种分色增强的彩色夜视系统.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103823297 A (43)申请公布日 2014.05.28 CN 103823297 A (21)申请号 201410039525.6 (22)申请日 2014.01.27 G02B 23/12(2006.01) G02B 23/04(2006.01) G02B 27/28(2006.01) (71)申请人 杭州科汀光学技术有限公司 地址 311100 浙江省杭州市余杭经济开发区 天荷路 21 号 (72)发明人 艾曼灵 金波 杨晓华 李小瑞 (74)专利代理机构 杭州天勤知识产权代理有限 公司 33224 代理人 胡红娟 (54) 发明名称 一种分色增强的彩色。

2、夜视系统 (57) 摘要 本发明公开了一种分色增强的彩色夜视系 统， 包括 ： 用于将自然光转换为 S 偏振光的偏振 光转换器 ； 用于将偏振光转换器输出的 S 偏振光 分成红光和蓝绿光的第一二向色分光镜 ； 用于将 第一二向色分光镜反射的蓝绿光分成绿光和蓝光 的第二二向色分光镜 ； 用于将红光进行增强的第 一像增强器 ； 用于将蓝光进行增强的第二像增强 器 ； 用于将绿光进行增强的第三像增强器 ； 用于 将增强的红光、 蓝光和绿光进行合色的合色元件 ； 以及， 将合色元件输出的光信号转化为图像的成 像装置。本发明分色增强的彩色夜视系统在夜间 环境和微光条件下能够还原出彩色图像， 提高成 像质。

3、量， 图像质量好， 有利于推广利用， 具备广阔 的应用前景。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103823297 A CN 103823297 A 1/1 页 2 1. 一种分色增强的彩色夜视系统， 其特征在于， 包括 ： 用于将自然光转换为 S 偏振光的偏振光转换器 ； 用于将偏振光转换器输出的 S 偏振光分成红光和蓝绿光的第一二向色分光镜 ； 用于将第一二向色分光镜反射的蓝绿光分成绿光和蓝光的第二二向色分光镜 ； 用于将第一二。

4、向色分光镜透射的红光进行增强的第一像增强器 ； 用于将第二二向色分光镜透射的蓝光进行增强的第二像增强器 ； 用于将第二二向色分光镜反射的绿光进行增强的第三像增强器 ； 用于将第一像增强器增强的红光、 第二像增强器增强的蓝光和第三像增强器增强的绿 光进行合色的合色元件 ； 以及， 将合色元件输出的光信号转化为图像的成像装置。 2. 根据权利要求 1 所述的分色增强的彩色夜视系统， 其特征在于， 所述的第一二向色 分光镜为透红反蓝绿的滤光片， 所述的第二二向色分光镜为透蓝反绿的滤光片。 3. 根据权利要求 1 所述的分色增强的彩色夜视系统， 其特征在于， 所述的第一像增强 器、 第二像增强器和第三。

5、像增强器均为微光像增强器。 4. 根据权利要求 1 所述的分色增强的彩色夜视系统， 其特征在于， 所述的合色元件为 X-Cube 合色棱镜或由反红透蓝绿滤光片和反蓝透红绿滤光片垂直交叉形成的合色元件。 5. 根据权利要求 4 所述的分色增强的彩色夜视系统， 其特征在于， 所述的 X-Cube 合 色棱镜包括 ： 相互垂直交叉的反红面和反蓝面， 其中， 经过第一像增强器增强的红光通过 反红面反射从所述 X-Cube 合色棱镜射出， 经过第二像增强器增强的蓝光通过反蓝面反射 从所述 X-Cube 合色棱镜射出， 经过第三像增强器增强的绿光通过反红面和反蓝面从所述 X-Cube 合色棱镜射出。 6.。

6、 根据权利要求 4 所述的分色增强的彩色夜视系统， 其特征在于， 所述的合色元件为 由反红透蓝绿滤光片和反蓝透红绿滤光片垂直交叉形成的合色元件， 其中， 经过第一像增 强器增强的红光通过反红透蓝绿滤光片反射 从所述合色元件射出， 经过第二像增强器增 强的蓝光通过反蓝透红绿滤光片反射从所述合色元件射出， 经过第三像增强器增强的绿光 通过反红透蓝绿滤光片和反蓝透红绿滤光片从所述合色元件射出。 7. 根据权利要求 1 所述的分色增强的彩色夜视系统， 其特征在于， 所述的成像装置为 CCD 成像装置或者 COMS 成像装置。 8. 根据权利要求 1 所述的分色增强的彩色夜视系统， 其特征在于， 所述的。

7、分色增强的 彩色夜视系统中， 光路转向采用反射镜、 直角棱镜或者弯曲光纤束。 权 利 要 求 书 CN 103823297 A 2 1/5 页 3 一种分色增强的彩色夜视系统 技术领域 0001 本发明涉及彩色夜视系统领域， 具体涉及一种分色增强的彩色夜视系统。 背景技术 0002 微光夜视仪的发展始于 1936 年， 它是研究微弱图像信号的增强、 转换、 传输、 存 储、 处理的一项专门技术。在军事上， 微光夜视技术已实用于夜间侦查、 瞄准、 车辆驾驶、 光 电火控和其它战场作业， 并可以与红外、 激光、 雷达等技术结合， 组成完整的光电侦查、 测量 和警告系统。 0003 夜视系统是一种图。

8、像增强器装置。图像增强器装置收集环境所发射的辐射光， 特 别是少量的可视光和红外辐射， 并使其放大， 以使得输出的是可由人眼所感知的环境图像。 在来自图像增强器装置的输出部分处的光信号可由记录装置所记录， 显示在外部监视器 上， 或可由观察者直接看到。 在后者的场合下， 图像增强器装置被使用在由人所戴在头部上 的夜视目镜或双目镜中， 以使得输出光线信号直接传递到人眼。 0004 夜视系统通常分为单色夜视系统和彩色夜视系统。 0005 通常的夜视系统为单色夜视系统， 采用单色输出， 一般是将白光或者所有颜色的 光一起放大， 使用绿色荧光屏， 产生单色显示。 但是相对于单色显示， 在各种监控领域，。

9、 彩色 图像更容易被识别。 0006 彩色夜视系统通过有效地萃取多波段、 多传感器图像信息， 构成统一的彩色夜视 图像， 使观察者既能依靠亮度差别， 同时又能依靠颜色差别分辨与识别场景与目标。 现有的 彩色夜视系统通常采用单通道彩色夜视技术。 传统的单通道微光成像探测系统主要由光学 系统和微光成像探测器等部分组成， 由其获得的图像均为灰度图像， 而单通道彩色夜视技 术是在传统单通道微光成像探测系统的基础上改进的。 单通道彩色夜视装置只需一个光学 通道和一个成像通道， 因而， 具有构成简单紧凑、 性能稳定、 重量轻、 成本低、 无需配准等优 点， 但是其成像质量不高。 0007 公开号为 CN1。

10、01446681A（申请号为 200810051438.7） 的中国发明专利申请公开了 一种低温CCD微光夜视仪， 由CCD、 前置放大器组成， 由前置放大器将从CCD输出的电荷信号 转化为电压信号并放大， CCD由制冷器制冷至-5-15的低温， 制冷器升温一侧与散热器 接触 ； 在CCD和前置放大器之间加入电荷放大器， 放大自CCD输出的电荷信号并传输给前置 放大器。 当景物照度较低， 需要提高放大倍数， 必将导致最终显像噪点增大， 成像质量下降， 该技术方案通过低温来减少显像噪点， 提高成像质量。但是该技术方案仍没有对光学系统 进行改进， 仍采用现有的一个光学通道， 图像仍是单色显示， 其。

11、效果质量不高。 发明内容 0008 本发明提供了一种可用于夜间或者微光条件下的分色增强的彩色夜视系统， 图像 质量好。 0009 一种分色增强的彩色夜视系统， 包括 ： 说 明 书 CN 103823297 A 3 2/5 页 4 0010 用于将自然光转换为 S 偏振光的偏振光转换器 ； 0011 用于将偏振光转换器输出的 S 偏振光分成红光和蓝绿光的第一二向色分光镜 ； 0012 用于将第一二向色分光镜反射的蓝绿光分成绿光和蓝光的第二二向色分光镜 ； 0013 用于将第一二向色分光镜透射的红光进行增强的第一像增强器 ； 0014 用于将第二二向色分光镜透射的蓝光进行增强的第二像增强器 ； 。

12、0015 用于将第二二向色分光镜反射的绿光进行增强的第三像增强器 ； 0016 用于将第一像增强器增强的红光、 第二像增强器增强的蓝光和第三像增强器增强 的绿光进行合色的合色元件 ； 0017 以及， 将合色元件输出的光信号转化为图像的成像装置。 0018 自然光经过偏振光转换器 （PCS） 转化为 S 偏振光， S 偏振光照射到第一二向色分光 镜上， 分为反射光和透射光两部分， 其中蓝绿色的光 （即蓝绿光） 被反射， 红色的光 （即红光， 简称 R 光） 被透射 ； 反射光 （即蓝绿光） 继续入射到第二二向色分光镜上， 再次分为反射光和 透射光两部分， 其中绿色的光 （即绿光， 简称 G 光。

13、） 被反射， 蓝色的光 （即蓝光， 简称 B 光） 被 透射， 此时入射到系统中的 S 偏振光被分成 R、 G、 B 三种基色的光， 即被分成红光、 绿光、 蓝 光。经过第一二向色分光镜透射的 R 光经过第一像增强器进行增强， 增强后的光被从第一 像增强器的输出端输出， 入射到合色元件中 ； 反射的蓝绿光入射到第二二向色分光镜， 透射 的 B 光入射进入第二像增强器， 增强后的 B 光从第二像增强器的输出端输出后入射到合色 元件中 ； 被第二二向色分光镜反射的G光入射到第三像增强器进行增强， 增强后的G光输出 后进入到合色元件中 ； 经过合色元件输出在成像装置上成像， 最终得到彩色图像。 00。

14、19 作为优选， 所述的第一二向色分光镜为透红反蓝绿的滤光片， 所述的第二二向 色分光镜为透蓝反绿的滤光片， 即通过截止不同波长的光实现， 红光的波长为 620nm 760nm， 绿光的波长为 495nm 570nm， 蓝光的波长为 450nm 490nm， 如透红反蓝绿的滤光 片可截止 600nm 以下波长的光， 透蓝反绿的滤光片可截止 493nm 以上波长的光。 0020 作为优选， 所述的第一像增强器、 第二像增强器和第三像增强器均为微光像增强 器， 如具体可选用级联式像增强器。 0021 作为优选， 所述的合色元件为 X-Cube 合色棱镜或由反红透蓝绿滤光片 （RDM 滤光 片） 和。

15、反蓝透红绿滤光片 （BDM 滤光片） 垂直交叉形成的合色元件。 0022 进一步优选， 所述的 X-Cube 合色棱镜包括 ： 相互垂直交叉的反红面和反蓝面， 其 中， 经过第一像增强器增强的红光通过反红面反射从所述 X-Cube 合色棱镜射出， 经过第二 像增强器增强的蓝光通过反蓝面反射从所述 X-Cube 合色棱镜射出， 经过第三像增强器增 强的绿光通过反红面和反蓝面从所述 X-Cube 合色棱镜射出。 0023 进一步优选， 所述的合色元件为由反红透蓝绿滤光片 （RDM 滤光片） 和反蓝透红绿 滤光片 （BDM滤光片） 垂直交叉形成的合色元件， 其中， 经过第一像增强器增强的红光通过反 。

16、红透蓝绿滤光片反射从所述合色元件射出， 经过第二像增强器增强的蓝光通过反蓝透红绿 滤光片反射从所述合色元件射出， 经过第三像增强器增强的绿光通过反红透蓝绿滤光片和 反蓝透红绿滤光片从所述合色元件射出。 0024 作 为 优 选， 所 述 的 成 像 装 置 为 CCD（电 荷 耦 合 元 件）成 像 装 置 或 者 COMS （Complementary Metal-Oxide Semiconductor， 互补性氧化金属半导体） 成像装置， CCD 成 像装置和COMS成像装置都可采用现有技术， 即合色元件输出的光信号经过CCD图像传感器 说 明 书 CN 103823297 A 4 3/5。

17、 页 5 或 COMS 图像传感器接收， 然后进一步进行后续信号处理后得到彩色图像。 0025 作为优选， 所述的分色增强的彩色夜视系统中， 光路转向采用反射镜、 直角棱镜或 者弯曲光纤束， 反射镜、 直角棱镜或者弯曲光纤束能够很好地实现光路的转向。 0026 与现有技术相比， 本发明具有如下优点 ： 0027 本发明分色增强的彩色夜视系统， 自然光经过偏振光转换器转化为 S 偏振光， S 偏 振光经第一二向色分光镜和第二二向色分光镜分成 R、 G、 B 三种基色的光， R、 G、 B 三种基色 的光分别经第一像增强器、 第三像增强器、 第二像增强器增强后输入到合色元件中， 合色后 在成像装置。

18、上形成彩色图像， 提高了图像质量。 0028 本发明分色增强的彩色夜视系统在夜间环境和微光条件下能够还原出彩色图像， 提高成像质量， 图像质量好， 有利于推广利用， 具备广阔的应用前景。 附图说明 0029 图1为本发明实施例1的分色增强的彩色夜视系统的结构示意图， 图中， 箭头表示 光线传播方向 ； 0030 图 2 为本发明实施例 2 的分色增强的彩色夜视系统的结构示意图 ； 0031 图 3 为本发明实施例 3 的分色增强的彩色夜视系统的结构示意图 ； 0032 图 4 为本发明实施例 4 的分色增强的彩色夜视系统的结构示意图 ； 0033 图中 ： 1、 偏振光转换器， 2、 第一二向。

19、色分光镜， 3、 第二二向色分光镜， 4、 第一像增 强器， 5、 第一反射镜， 6、 第二反射镜， 7、 第二像增强器， 8、 第三反射镜， 9、 第三像增强器， 10、 X-Cube 合色棱镜， 11、 CCD， 12、 第一直角棱镜， 13、 第二直角棱镜， 14、 第三直角棱镜， 15， 16， 17 为弯曲光纤束， 18 为 RDM 滤光片， 19 为 BDM 滤光片。 具体实施方式 0034 实施例 1 0035 如图 1 所示， 本发明分色增强的彩色夜视系统， 包括 ： 偏振光转换器 （PCS） 1、 第 一二向色分光镜 2、 第二二向色分光镜 3、 第一像增强器 4、 第一反射。

20、镜 5、 第二反射镜 6、 第 二像增强器 7、 第三反射镜 8、 第三像增强器 9、 X-Cube 合色棱镜 10 以及 CCD（探测器） 11 ； X-Cube 合色棱镜 10 包括 ： 相互垂直交叉的反红面 10-1 和反蓝面 10-2， 其中 10-1 面为反红 面， 10-2 面为反蓝面。自然光经过偏振光转换器 1 转化为 S 偏振光， S 偏振光照射到第一二 向色分光镜 2 上， 分为反射光和透射光两部分， 其中蓝绿色的光被反射， 红色的光 （R 光） 被 透射 ； 蓝绿色反射光继续入射到第二二向色分光镜 3 上再次分为反射光和透射光两部分， 其中绿色的光 （G 光） 被反射， 蓝。

21、色的光 （B 光） 被透射， 此时入射到系统中的 S 偏振光被分 成 R、 G、 B 三种基色的光。经过第一二向色分光镜 2 透射的 R 光经过第一像增强器 4 进行 增强， 增强后的光被从第一像增强器 4 的输出端输出， 入射到第一反射镜 5 上， 被第一反射 镜 5 反射 （即光路转向） 后进入 X-Cube 合色棱镜 10。反射的蓝绿光入射到第二二向色分光 镜 3， 透射的 B 光 （即蓝光） 入射到第二反射镜 6 上， 经第二反射镜 6 光路转向后反射光 （即 蓝光） 进入第二像增强器 7， 增强后的 B 光从第二像增强器 7 的输出端输出后入射到第三反 射镜 8 上， 再次反射后进入。

22、到 X-Cube 合色棱镜 10 ； 被第二二向色分光镜 3 反射的 G 光入射 到第三像增强器 9 进行增强， 增强后的 G 光输出后进入 X-Cube 合色棱镜 10 中 ； S 偏振的 R 说 明 书 CN 103823297 A 5 4/5 页 6 光 （经过第一反射镜 5 反射的 R 光） 在 X-Cube 合色棱镜 10 中的反红面 10-1 反射， S 偏振的 B 光 （经过第三反射镜 8 反射的 B 光） 在 X-Cube 合色棱镜 10 中的反蓝面 10-2 反射， 与直接 透射的 G 光 （即经过第三像增强器 9 增强的绿光通过反红面 10-1 和反蓝面 10-3 射出） 。

23、合色 后从出射面输出， 入射到 CCD11 上成像， 进行后续信号处理， 最终得到彩色的图像。其中， 反 射镜与入射光线呈 45夹角， 主要起转向作用， 用来改变光线的传播方向。 0036 实施例 2 0037 如图 2 所示， 本发明分色增强的彩色夜视系统中， 用第一直角棱镜 12、 第二直角棱 镜 13、 第三直角棱镜 14 分别代替实施例 1 中的第一反射镜 5、 第二反射镜 6、 第三反射镜 8， 实现光路中光的转向。自然光经过偏振光转换器 1 转化为 S 偏振光， 被第一二向色分光镜 2 分为反射的 R 光和透射的蓝绿光， R 光反射后被第一像增强器 4 增强， 被增强的 R 光通过。

24、 第一直角棱镜12的一个直角面进入， 入射到第一直角棱镜12的斜面上， 入射角大于棱镜的 临界角， 所有光线被反射， 从第一直角棱镜 12 的另一个直角面输出， 进入到 X-Cube 合色棱 镜10 ； 透射的蓝绿光入射到第二二向色分光镜3上， 透射的B光入射到第二直角棱镜13上， 转向后经过第二像增强器 7 增强， 进入到 X-Cube 合色棱镜 10 中， 与另外两路经过增强的 R 光、 G 光合色， 入射到 CCD11 或者 COMS 上成彩色图像。 0038 本发明实施例2可以理解为， 第一直角棱镜12， 第二直角棱镜13， 第三直角棱镜14 作用均为转向棱镜， 或者仅第一直角棱镜12。

25、和第三直角棱镜14用直角转向棱镜， 第二直角 棱镜 13 位置用图 1 中所示的第二反射镜 6 ； 或者仅第二直角棱镜 6 用直角转向棱镜， 第一 直角棱镜 12 和第三直角棱镜 14 位置用图 1 所示的第一反射镜 5 和第三反射镜 8。入射光 线与直角棱镜的全反射面夹角为 45。 0039 实施例 3 0040 如图 3 所示， 本发明分色增强的彩色夜视系统中， 采用弯曲光纤束 15、 16、 17 实现 光路的转向， 自然光经过偏振光转换器 1 转化为 S 偏振光， S 偏振光经过第一二向色分光镜 2 和第二二向色分光镜 3 之后分解为 R， G， B 三基色的光， 并分别通过第一像增强。

26、器 4， 第三 像增强器 9， 第二像增强器 7 增强。R 光经过第一像增强器 4， 从第一像增强器 4 分光板输出 的光进入弯曲光纤束15， 在弯曲光纤束15中以全反射形式传播到输出端， 进入X-Cube合色 棱镜 10 ； B 光经过第二像增强器 7 增强后进入弯曲光纤束 16 传导到 X-Cube 合色棱镜 10 ； G 光通过第三像增强器 9 增强后进入弯曲光纤束 17 传导， 进入 X-Cube 合色棱镜 10， 与增强 后的 R 光、 G 光合色， 入射到 CCD11 或者 CMOS 上成彩色图像。 0041 实施例 4 0042 如图 4 所示， 本发明分色增强的彩色夜视系统中，。

27、 其中 18 为 RDM 滤光片， 反红透蓝 绿滤光片， 19 为 BDM 滤光片， 反蓝透红绿滤光片。用 RDM 滤光片 18 和 BDM 滤光片 19 代替上 述实施例 1 中的 X-Cube 合色棱镜 10。由 RDM 滤光片 18（反红透蓝绿滤光片） 和 BDM 滤光 片 19（反蓝透红绿滤光片） 垂直交叉形成合色元件。具体实施过程为 ： 自然光经过偏振光 转换器 1 转化为 S 偏振光， S 偏振光经过第一二向色分光镜 2 和第二二向色分光镜 3 之后 分解为 R， G， B 三基色的光。R 光经过第一像增强器 4 增强， 出射的光被第一反射镜 5 反射， 入射到 RDM 滤光片 1。

28、8 上， RDM 滤光片 18 带有反红透蓝绿分光膜， 因此 R 光被反射 ； B 光经过 第二像增强器 7 增强后被第三反射镜 8 反射， 反射后的光通过入射到 BDM 滤光片 19 上， BDM 滤光片19带反蓝透红绿分光膜， 因此B光被反射， 与R光和直接透射的经过第三像增强器9 说 明 书 CN 103823297 A 6 5/5 页 7 增强的 G 光 （即经过第三像增强器 9 增强的绿光通过 RDM 滤光片 18 和 BDM 滤光片 19 从合 色元件射出） 合色， 入射到 CCD11 或者 COMS 上成彩色图像。 说 明 书 CN 103823297 A 7 1/2 页 8 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103823297 A 8 2/2 页 9 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103823297 A 9 。