[发明专利]直视型微光立体成像夜视仪

说明书

技术领域

本发明属于成像技术领域，尤其是涉及一种直视型微光立体成像夜视仪，可用于夜视、医学成像、水下成像、暗室测量等领域。

背景技术

直视微光成像系统是一种利用光增强技术的光电成像系统。它可以大大改善人眼在微弱光下的视觉性能。由于系统可以在极低照度下(10^-6lx～10^-1lx)完全“被动”式工作，因而在夜视、医学成像、水下成像、光子成像等领域得到迅速发展和广泛应用。传统直视型微光成像系统主要由物镜光学系统、微光像增强器、目镜系统等三部分组成，如图1所示，其工作原理是：微弱光照射下的景物辐射特性，通过单孔径光学系统11会聚在微光像增强器12的光电阴极面上，通过光电阴极的光电子转换、电子倍增器增强和荧光屏电光转换再现为景物的可见光图像，并由单孔径目镜系统13提供给人眼观测。然而，目前微光成像系统所记录和显示的图像还主要是三维物体的平面二维微光图像，无法展示景物的深度立体感和层次感。

集成摄像技术可以解决上述问题，该技术是由G.Lippmann于1908年首先提出的，其实现主要包括两个过程：微单元图像的记录过程和立体图像的重构过程，如图2所示，其中图2a是微单元图像的记录过程，图2b是立体图像重构过程。在记录过程中，微单元图像阵列23是三维物体20发出的光线经由微透镜阵列21的每个微透镜对物体所成的像，由感光胶片22记录。由于微透镜板21上的微透镜有很多，且每个微透镜都处于不同位置，所以每个微透镜其实记录了来自物体不同视角方向的信息，元素图像记录了光的强度和方向。在重构过程中，在元素图像阵列23前配置尺寸匹配的重构微透镜板24，则来自微单元图像的光线通过各自对应的微透镜可以反向恢复记录时的光线，从而再现发自原物体的光场，在原物体存在的位置上生成立体图像25。但是，重构立体图像相对于人眼观察目标出现了深度逆转，不能反演观察者对真实物理世界的深度观测效果。另外，固定焦距的透镜阵列很难保证在大景深范围内都能成高分辨率图像。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种直视型微光立体成像夜视仪，以实现微弱光条件下二维成像模式到多深度面立体成像模式的快速切换和三维显示立体图像的深度翻转校正，增强微光立体图像的观测景深和分辨率，保证在大景深范围内立体成像的高分辨率。

为实现上述目的，本发明的直视型微光立体成像夜视仪，包括：

物镜光学系统、微光像增强器件和目镜系统，其中物镜光学系统的前端设有记录变焦镜头阵列，并在荧光屏后端放置重构变焦镜头阵列，形成由二维微光像增强器件和双变焦透镜阵列组成的多视角成像系统结构。

所述的记录变焦镜头阵列，由光学面型可调谐的N个变焦镜头和与其对应的N个可编程的驱动电路排列组成，N≥2，每个变焦镜头通过对应的可编程驱动电路控制，对不同深度位置处的目标进行多视角锐聚焦成像，形成视差不同的微单元图像阵列。

所述重构变焦镜头阵列由光学面型可调谐的N个变焦镜头和与其对应的N个可编程的驱动电路排列组成，N≥2，重构变焦镜头的数目与记录的视差微单元图像的数目相同，且变焦镜头的排列与视差微单元图像阵列的位置对应，实现大景深范围内的高分辨率微光立体图像。

所述的记录变焦镜头阵列的可编程驱动电路与重构变焦镜头阵列的可编程驱动电路结构相同，并通过同步调节其驱动电压，使这些变焦镜头由曲面变成平面，实现立体成像到二维成像的切换。

所述的记录变焦镜头阵列与重构变焦镜头阵列的焦距可调，且记录变焦镜头的焦距f₁大于重构变焦镜头的焦距f₂，通过调整变焦透镜的焦距，实现多个景深目标的记录和多个图像深度面的重构，以有效增强微光立体图像显示的纵深感和层次感。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1)本发明由于在物镜光学系统端设置记录变焦微透镜阵列，通过其快速电控变焦特性，可实现多个景深范围内三维目标的多视差高分辨率单元图像阵列记录；

2)本发明由于在荧光屏后端放置重构变焦镜头阵列，通过其快速电控变焦特性，实现微光像增强器件放大后的多视差单元图像阵列在多个图像深度面实时重构，借助于人眼的视差融合特性和视觉暂留特性，形成高分辨率微光立体图像，可有效增强微光立体图像显示的纵深感和层次感；

3)本发明由于综合利用微光像增强器件的光线面板荧光屏的180°扭像特性和重构变焦镜头阵列的视差特性，可消除微光立体图像出现的景深可逆现象，符合人眼观测实际三维物体的深度效果。