基于耦合透鏡的紅外與微光圖像配準(zhǔn)前端光機(jī)結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及對兩路輸入圖像進(jìn)行配準(zhǔn)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，特別是一種對紅外與微光系統(tǒng) 圖像進(jìn)行配準(zhǔn)的前端機(jī)械結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在圖像融合領(lǐng)域中，由于不同傳感器獲得的圖像存在著尺寸與位置上的偏差，所 以在進(jìn)行圖像融合之前需要對源圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，即以期中一幅源圖像為基準(zhǔn)，對其他源圖 像進(jìn)行縮放，旋轉(zhuǎn)和平移，使得源圖像完全相同。
[0003] 圖像配準(zhǔn)精度對于圖像融合來說至關(guān)重要，即使只有一個(gè)像素的偏差，都會造成 融合圖像重影，嚴(yán)重影響融合圖像的質(zhì)量，使得圖像融合失去了自身的優(yōu)勢。
[0004] 多傳感器的像素級配準(zhǔn)現(xiàn)有的圖像配準(zhǔn)方法都是在前端光學(xué)結(jié)構(gòu)中將所有傳感 器的光路調(diào)為共軸光學(xué)系統(tǒng)或者平行軸光學(xué)系統(tǒng)，然后在計(jì)算機(jī)上用配準(zhǔn)算法對獲得的圖 像進(jìn)行縮放和平移，以達(dá)到配準(zhǔn)的目的。這種方法將配準(zhǔn)分成了兩個(gè)部分，操作復(fù)雜，在計(jì) 算機(jī)上的處理需要占用一定的資源。在資源一定的條件下，限制了融合系統(tǒng)所能使用的資 源。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)高精度配準(zhǔn)的紅外與微光融合系統(tǒng)的前端 光機(jī)結(jié)構(gòu)，使獲得的圖像不需經(jīng)過計(jì)算機(jī)中的配準(zhǔn)而能夠直接用于圖像融合。
[0006] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種基于耦合透鏡的紅外與微光圖像配準(zhǔn) 前端光機(jī)結(jié)構(gòu)，包括紅外物鏡、紅外探測器、紅外探測器轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)、微光物鏡、雙光楔、微光 像增強(qiáng)器、耦合透鏡、透鏡持夾裝置、光具座、C⑶和外殼；紅外物鏡后接紅外探測器，構(gòu)成 紅外探測裝置；微光物鏡后接微光像增強(qiáng)器，微光像增強(qiáng)器后接耦合透鏡，耦合透鏡后接 CCD，構(gòu)成微光探測裝置，光具座沿著微光光路的光軸方向擺放，光具座上設(shè)置有透鏡持夾 裝置，透鏡持夾裝置能夠在光具座上前后移動，透鏡持夾裝置上夾有耦合透鏡，微光物鏡前 端放置一對雙光楔，紅外探測器上設(shè)有紅外探測器轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)，能夠使紅外探測器在堅(jiān)直平 面內(nèi)轉(zhuǎn)動；紅外探測裝置和微光探測裝置在水平方向并排放置在外殼內(nèi)，紅外物鏡和微光 物鏡對應(yīng)的外殼前表面開有紅外孔槽和微光孔槽，紅外孔槽和微光孔槽分別位于紅外物鏡 和微光物鏡的軸線上。
[0007] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)：（1)該前端光機(jī)結(jié)構(gòu)是基于平行光軸設(shè)計(jì)， 從而避免了共光軸設(shè)計(jì)中所需要的復(fù)雜的半反半透鏡制作工藝和共光軸設(shè)計(jì)中的光信號 衰減問題；(2)光軸平行度經(jīng)過光軸調(diào)校裝置嚴(yán)格校準(zhǔn)，光軸夾角< 0.1 mRad，兩個(gè)探測器 對目標(biāo)99%以上的視場重合度；利用光楔對微光探測裝置進(jìn)行光路微調(diào)，進(jìn)一步提高兩個(gè) 探測系統(tǒng)對目標(biāo)的重合度，能夠達(dá)到99% ; (3)直接獲得配準(zhǔn)成功的紅外圖像和微光圖像， 可以直接用于后面的圖像融合，無需經(jīng)過計(jì)算機(jī)的二次配準(zhǔn)，節(jié)約了計(jì)算機(jī)中的運(yùn)算時(shí)間 和空間；(4)該裝置體積適中，便于攜帶，易于操作。
【附圖說明】
[0008] 圖1是平行光軸設(shè)計(jì)圖。
[0009] 圖2是雙傳感器光軸不平行的成像圖（傳感器夾角α <90° )。
[0010] 圖3是雙傳感器光軸不平行的成像圖（傳感器夾角α >90° )。
[0011] 圖4是雙光楔光路圖。
[0012] 圖5是本發(fā)明結(jié)構(gòu)圖。
[0013] 圖6是本發(fā)明外觀圖。
[0014] 圖7是本發(fā)明紅外光路圖。
[0015] 圖8是本發(fā)明微光光路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 本發(fā)明一種基于耦合透鏡的紅外與微光多光譜融合前端光機(jī)結(jié)構(gòu)，包括外殼、楔 形底座，紅外探測器與微光像增強(qiáng)器固定在楔形底座上，紅外成像裝置由紅外物鏡、一組楔 形玻璃和紅外探測器組成，微光成像裝置由微光物鏡、微光像增強(qiáng)器、耦合透鏡、C⑶和轉(zhuǎn)動 部件組成。通過調(diào)節(jié)楔形玻璃的相對位置改變紅外光學(xué)系統(tǒng)和微光光學(xué)系統(tǒng)的光軸夾角， 以實(shí)現(xiàn)平行光軸的目的。根據(jù)鏡頭和探測器選擇合適的的耦合透鏡使得到的微光圖像和紅 外圖像尺寸相同，通過旋轉(zhuǎn)部件可以控制鏡頭和探測器旋轉(zhuǎn)從而能夠?qū)崿F(xiàn)圖像的旋轉(zhuǎn)。
[0017] 發(fā)明原理
[0018] 平行式立體視覺模型
[0019] 紅外成像系統(tǒng)和微光成像系統(tǒng)可以看作雙目立體視覺系統(tǒng)中的平行式立體視覺 模型，他們的光軸互相平行，雙目視覺系統(tǒng)基于視差原理并利用成像設(shè)備從不同位置獲得 被測圖像的數(shù)據(jù)。
[0020] 根據(jù)現(xiàn)有的條件，在前端光機(jī)結(jié)構(gòu)中采用了圖1所示的平行光軸的設(shè)計(jì)，
[0021] 視場Θ (單位是mrad)可由公式求出，這里的f是光學(xué)物鏡的焦距，d是圖像傳感 器的邊長，u目標(biāo)的距離，兩物鏡中心距離b。
[0022] 物鏡1的視場2 Θ (單位mrad)可以由下式求得：
[0023] = :(1)
[0024] 物距無限遠(yuǎn)，Θ很小時(shí)，則有 /? d
[0025] ^ ^ - (2 ) 丄J
[0026] 由圖可以看出這兩個(gè)物鏡的視場并沒有完全重合，上下分別有b的冗余，那么它 們的視場重合度可以表示為：
[0027]
(3)
[0028] 如果令
，則⑶就變成
[0029]
(4)
[0030] 式中Δ足夠小，那么ε就接近于1.
[0031 ] 也就是說，如果兩個(gè)物鏡的中心距離足夠小，觀察距離相對兩個(gè)物鏡的中心距離 又比較大，那么兩個(gè)物鏡的視場的重合度就無限接近于1，在這種條件下，可以把兩個(gè)視場 看作完全重合，在實(shí)際應(yīng)用中，u的值一般較大，一般是幾到幾十km，而b -般是幾cm，基本 上符合這個(gè)條件。
[0032] 如果兩個(gè)光軸不平行，傳感器有一定的夾角α < 90°，圖可以看出在一定的距離 上兩個(gè)視場完全重合，但是由于成像得角度發(fā)生了變化，兩個(gè)傳感器上得到的圖像發(fā)生畸 變，在后續(xù)的融合處理中會嚴(yán)重的影響融合質(zhì)量。α >90°時(shí)，圖3中兩個(gè)物鏡的視場重 合度較小，并且隨著距離的增大會越來越小，直至完全不重合。
[0033] 由上面的討論可知，探測器光軸平行度也是影響前端性能的主要指標(biāo)，即兩個(gè)光 學(xué)系統(tǒng)的光軸夾角。根據(jù)視場重合度計(jì)算公式（3)，得到以下的修正公式：
[0034]
(.5)
[0035] 式中2 β是兩個(gè)圖像傳感器光軸的夾角。
[0036] 2、光楔旋轉(zhuǎn)光軸原理
[0037] 折射角很小的棱鏡稱