一种基于Philips型棱镜的彩色夜视系统

技术领域

本发明涉及彩色夜视系统领域，具体涉及一种基于Philips型棱镜的彩色 夜视系统。

背景技术

微光夜视的发展始于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，分为直视系统和间视系统两种，直视系 统称为微光夜视仪，它是利用目标反射的星光、月光和大气辉光通过像增强 器增强达到人眼能进行观察的一种夜视仪器。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。

夜视系统是一种图像增强器装置。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。

夜视系统通常分为单色夜视系统和彩色夜视系统。

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，彩色图像更容易被识别。

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。

公开号为CN101446681A（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，其效果质量不高。

发明内容

本发明提供了一种可用于夜间或者微光条件下的基于Philips型棱镜的 彩色夜视系统，图像质量好。

一种基于Philips型棱镜的彩色夜视系统，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偏振光分成蓝光、绿光、红光的分色Philips 型棱镜；

用于将分色Philips型棱镜输出的蓝光进行增强的第一像增强器；

用于将分色Philips型棱镜输出的红光进行增强的第二像增强器；

用于将分色Philips型棱镜输出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蓝光、第二像增强器增强的红光和第三像增 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。

自然光经过偏振光转换器转化为S偏振光，入射到分色Philips型棱镜 中，分成R、G、B三基色的光，即分别输出红光（R光）、绿光（G光）、 蓝光（B光）。B光进入第一像增强器中，B光被第一像增强器增强后从第一 像增强器的输出端出射，最后进入合色元件中；R光入射进入第二像增强器 中，增强后的R光从第二像增强器输出端出射后入射到合色元件中；G光进 入第三像增强器增强，增强后的G光从第三像增强器的输出端出射，直接进 入到合色元件中，与另外两路增强后的R光和B光合色，从合色元件的出 射面输出，入射到成像装置上，成彩色图像。

作为优选，所述的分色Philips型棱镜包括镀有反蓝透红绿分色膜的第一 透镜以及镀有反红透蓝绿色分色膜的第二透镜，其中，S偏振光先进入第一 透镜中，第一透镜上的反蓝透红绿分色膜将S偏振光分为反射光和透射光两 部分，反射光为蓝光，透射光为红绿光，透射光（红绿光）之后进入第二透 镜中，第二透镜上的反红透蓝绿色分色膜将透射光（红绿光）分为反射光和 透射光两部分，反射光为红光，透射光为绿光。因此，自然光经过偏振光转 换器转化为S偏振光，入射到分色Philips型棱镜中，分成R、G、B三基色 的光。反蓝透红绿分色膜和反红透蓝绿色分色膜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，如反蓝透红绿分色膜可截止493nm以下波长的光，反红透 蓝绿色分色膜可截止610nm以上波长的光。

进一步优选，所述分色Philips型棱镜中的第二透镜上反红透蓝绿色分色 膜所在一侧连接有绿光出射透镜，绿光出射透镜为了让出射的绿光，与反射 的红光、蓝光的光程匹配，保证光是水平出射。

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。

作为优选，所述的合色元件为X-Cube合色棱镜或由反蓝透红绿滤光片 （BDM滤光片）和反红透蓝绿滤光片（RDM滤光片）垂直交叉形成的合色 元件或合色Philips型棱镜。

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蓝光通过反蓝面反射从所述X-Cube 合色棱镜射出，经过第二像增强器增强的红光通过反红面反射从所述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。

进一步优选，所述的合色元件为由反蓝透红绿滤光片（BDM滤光片） 和反红透蓝绿滤光片（RDM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，经过第二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。

进一步优选，所述的合色Philips型棱镜包括镀有反蓝透红绿分色膜的第 一透镜以及镀有反红透蓝绿色分色膜的第二透镜，其中，经第一像增强器增 强的蓝光通过第一透镜上的反蓝透红绿分色膜反射从所述合色Philips型棱 镜射出，经第二像增强器增强的红光通过第二透镜上的反红透蓝绿色分色膜 反射从所述合色Philips型棱镜射出，经第三像增强器增强的绿光穿过第二透 镜的反红透蓝绿色分色膜和第一透镜的反蓝透红绿分色膜从所述合色 Philips型棱镜射出。

更进一步优选，所述的合色Philips型棱镜中的第二透镜上反红透蓝绿色 分色膜所在一侧连接有绿光入射透镜，绿光入射透镜为了让入射的绿光，与 红光、蓝光的光程匹配，保证光是水平入射。

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。

作为优选，所述的基于Philips型棱镜的彩色夜视系统中，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。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明基于Philips型棱镜的彩色夜视系统，自然光经过偏振光转换器转 化为S偏振光，S偏振光经分色Philips型棱镜分成B、G、R三种基色的光， B、G、R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，合色后在成像装置上形成彩色图像，提高了图 像质量。

本发明基于Philips型棱镜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

图1为本发明实施例1的基于Philips型棱镜的彩色夜视系统的结构示 意图；

图2为本发明实施例2的基于Philips型棱镜的彩色夜视系统的结构示 意图；

图3为本发明实施例3的基于Philips型棱镜的彩色夜视系统的结构示 意图；

图4为本发明实施例4的基于Philips型棱镜的彩色夜视系统的结构示 意图；

图5为本发明实施例5的基于Philips型棱镜的彩色夜视系统的结构示 意图；

1、偏振光转换器，2、分色Philips型棱镜，3、第一反射镜，4、第一像 增强器，5、第二反射镜，6、第三反射镜，7、第二像增强器，8、第四反射 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，14，15，16为弯曲光纤束，17为BDM滤光片，18 为RDM滤光片，19为合色Philips型棱镜，其中19-1为反蓝透红绿分色膜， 19-2为反红透蓝绿色分色膜。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合实施例附图对本发明作进一步说明。

实施例1

如图1所示，为本发明基于Philips型棱镜的彩色夜视系统，包括偏振光 转换器（PCS）1，分色Philips型棱镜2，第一反射镜3，第一像增强器4， 第二反射镜5，第三反射镜6，第二像增强器7，第四反射镜8，第三像增强 器9，X-Cube合色棱镜10以及CCD11。分色Philips型棱镜2包括镀有反蓝 透红绿分色膜2-1的第一透镜以及镀有反红透蓝绿色分色膜2-2的第二透镜， 即Philips型棱镜的2-1面镀有反蓝透红绿分色膜，2-2面镀有反红透蓝绿色 分色膜，分色Philips型棱镜中的第二透镜上反红透蓝绿色分色膜2-2所在一 侧连接有绿光出射透镜。X-Cube合色棱镜包括：相互垂直交叉的反红面10-2 和反蓝面10-1，即X-Cube合色棱镜10的10-1面为反蓝面，10-2面为反红 面。自然光经过偏振光转换器1转化为S偏振光，入射到分色Philips型棱 镜2中的2-1面反蓝透红绿分色膜上分为反射和透射两部分，其中蓝色的光 （B光）被反射，红色和绿色的光被透射，B光被反射在2-3面上，发生全 反射后透射出棱镜；透射的红色和绿色的光入射到2-2面反红透蓝绿色分光 膜上，再次分为反射和透射两部分，其中红色的光（R光）被反射，绿色的 光（G光）直接透射，R光被反射入射到2-1面上发生全发射后透射出棱镜， 透射的G光直接透射出棱镜，此时，入射到分色Philips型棱镜2的S偏振 光被分为R、G、B三基色。B光入射到第一反射镜3上，反射光进入第一 像增强器4中，亮度被增强后通过第一像增强器4的输出端出射，入射到第 二反射镜5上再次反射后进入X-Cube合色棱镜10中，入射到10-1反蓝面 上，S偏振态的B光被反射；R光入射到第三反射镜6上，反射后进入第二 像增强器7，增强后的光从第二像增强器7输出端出射后入射到第四反射镜 8上，被反射后进入X-Cube合色棱镜10中，入射到10-2反红面上，S偏振 态的R光被反射；G光进入第三像增强器9增强，增强后的光从第三像增强 器9的输出端出射，直接进入到X-Cube合色棱镜10中，与另外两路增强后 的R光和B光合色，从X-Cube合色棱镜10的出射面输出，入射到CCD11 上，成彩色图像。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。

实施例2

如图2所示，为本发明基于Philips型棱镜的彩色夜视系统，用第一直角 棱镜12、第二直角棱镜13分别代替实施例1中的第二反射镜5、第四反射 镜8，实现光路中光的转向。自然光经过偏振光转换器（PCS）1转化为S 偏振光，被分光Philips型棱镜2分为R、G、B三种基色的光，其中从棱镜 透射出的B光入射到第一反射镜3上，反射后的光线进入第一像增强器4增 强，从第一像增强器4的输出端出射后从第一直角棱镜12的一个直角面入 射，入射到第一直角棱镜12的斜面上，入射角为45°，大于临界角，因此， B光在第一直角棱镜12的斜面上发生全反射，之后从第一直角棱镜12的另 一个直角面输出，进入X-Cube合色棱镜10中；R光从棱镜透射出照射在第 三反射镜6上，被反射的光进入第二像增强器7增强，从第二像增强器7输 出端出射的光进入第二直角棱镜13中，在第二直角棱镜13的斜面上发生全 反射，出射光线进入X-Cube合色棱镜10中，与经过第三像增强器9增强的 G光、增强后的B光合色输出，入射到CCD11或者CMOS上，成彩色的真 实图像。

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作用 均为转向棱镜，代替图1实施例中的第二反射镜5和第四反射镜8；图1中 的第一反射镜3和第三反射镜6也可以用直角棱镜代替。入射光线与转向直 角棱镜的全反射面夹角为45°。

实施例3

如图3所示，为本发明基于Philips型棱镜的彩色夜视系统，采用弯曲光 线束14、15、16，其他同实施例1。自然光经过偏振光转换器（PCS）1转 换为S偏振光，进入分光Philips型棱镜2分为B、G、R三种基色的光，并 分别通过第一像增强器4，第三像增强器9，第二像增强器7增强。B光经 过第一像增强器4，从第一像增强器4输出的光进入弯曲光线束14，在弯曲 光线束14中以全反射形式传播到输出端，进入X-Cube合色棱镜10；R光 经过第二像增强器7增强后进入弯曲光纤束15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16传导，进入X-Cube合色 棱镜10，与增强后的R光、B光合色，入射到CCD11/CMOS探测器上成彩 色图像。

实施例4

如图4所示，为本发明基于Philips型棱镜的彩色夜视系统，合色元件为 由反蓝透红绿滤光片（BDM滤光片）17和反红透蓝绿滤光片（RDM滤光 片）18垂直交叉形成的合色元件，其中17为BDM滤光片，反蓝透红绿滤 光片，18为RDM滤光片，反红透蓝绿滤光片。用BDM滤光片17和RDM 滤光片18代替上述实施例1中的X-Cube合色棱镜10。具体实施过程为： 自然光经过偏振光转换器（PCS）1转换为S偏振光，进入分光Philips型棱 镜2分为R、G、B三种基色的光。B光经过第一反射镜3反射进入第一像 增强器4增强，增强后的光经过第二反射镜5反射后入射到BDM滤光片17 上，BDM滤光片17为反蓝透红绿分光膜，因此B光被反射；分光Philips 型棱镜2分离的R光出射后经过第三反射镜6反射，进入第二像增强器7增 强，增强后的光入射到第三反射镜8上，反射后入射到RDM滤光片18上， RDM滤光片18为反红透蓝绿分光膜，因此R光被反射，与B光和直接透 射的G光（即经过第三像增强器9增强的绿光通过反红透蓝绿滤光片18和 反蓝透红绿滤光片17从合色元件射出）合色，入射到CCD11或者COMS 上成彩色图像。

实施例5

如图5所示，为本发明基于Philips型棱镜的彩色夜视系统，采用合色 Philips型棱镜19替换实施例1中的X-Cube合色棱镜10，合色Philips型棱 镜19包括镀有反蓝透红绿分色膜19-1的第一透镜以及镀有反红透蓝绿色分 色膜19-2的第二透镜，合色Philips型棱镜19中的第二透镜上反红透蓝绿色 分色膜19-2所在一侧连接有绿光入射透镜。19-1面镀有反蓝透红绿分色膜， 19-2面镀有反红透蓝绿色分色膜。自然光经过偏振转换器（PCS）1转换为 S偏振光，S偏振光通过分色Philips型棱镜2分为R、G、B三基色的光， 其中，B光通过第一反射镜3反射后进入第一像增强器4增强，增强后的B 光入射到第二反射镜5上，反射后入射到合色Philips型棱镜19中，在19-3 面上发生全发射，反射光入射到19-1反蓝透红绿分光膜上，再次被反射； 分光Philips型棱镜2出射的R光入射到第三反射镜6上，反射后进入第二 像增强器7进行增强，从第二像增强器7输出面出射的光入射到第四反射镜 8上，反射后的光进入合色Philips型棱镜19中，发生全反射，反射光入射 到19-2反红透蓝绿分光膜上再次发生反射；G光通过第三像增强器9增强 后直接入射到合光Philips型棱镜19中，透过19-2面与R光混合，混合后的 红绿光透过19-1面再次与B光混合，因此，从合光Philips型棱镜19出射的 光变为R、G、B合色后的白光，入射到CCD11或者CMOS成像器件上， 成彩色的真实图像。

本实施例可以理解为，分光Philips型棱镜2用来将入射光分为R、G、 B三基色，并分别使用像增强器增强后，入射到合光Philips型棱镜19中合 色，本实施例中用合光Philips型棱镜19代替X-Cube合色棱镜10或者RDM 滤光片18和BDM滤光片17，起到合色作用。