[发明专利]一种模块化夜视成像相机

说明书

本发明公开了一种模块化夜视成像相机，其包含多个相同的成像模块，一个中心图像处理单元和一个同步控制模块，成像模块包括镜头、图像传感器、同步接口、畸变校正模块和图像输出模块，成像模块采用了多个成像模块进行拍摄，将每一个成像模块的光子转换为电荷，并转换为数字信号，通过将每一个通道的数字信号进行相加，从而得到增强后的信号。畸变校正模块对数字图像信号进行实时校正，以消除各个成像模块之间由于镜头畸变的差异引起图像不一致性。本发明通过增加单元数来不断地提升成像相机探测能力，且规避了倍增技术可能导致相机在较强光下的烧毁的风险，突破了倍增型微光拍摄系统中由于光子噪声造成的极限。

技术领域

本发明属于光电成像技术领域，具体涉及一种模块化夜视成像相机。

背景技术

现有的微光夜视相机，分为像增强型微光夜视相机和电荷倍增型微光夜视相机。像增强型微光夜视相机是通过微通道板，将通过光学系统收集到的光子进行倍增，然后耦合到图像传感器上，实现光强信号的增强。电荷倍增型微光夜视相机是首先将光转换为电荷以后，在图像传感器上完成电荷的倍增，从而实现了信号的增强。

现有微光夜视相机在使用中存在一些限制，包括白天光线太强、无法工作，需要与可见光波段的常规传感器结合使用，同时其弱光探测能力也有限，在光子数较少的情况下，光子自生的噪声是限制系统信噪比的一个重要因素。例如对于N个光子而言，其自生的光子噪声是SQR(N)。当光子数趋近于单光子时，信噪比将趋向1。而对于倍增型的微光拍摄系统，其拍摄极限就是对单个光子的拍摄。此外，倍增技术的应用还可能导致在较强光下相机的烧毁风险。

发明内容

针对现有的微光夜视相机技术面临的问题，本发明公开了一种模块化夜视成像相机，其采用了多个拍摄单元进行拍摄，将每一个拍摄单元的光子转换为电荷，再转换为数字信号，通过计算的方式将每一个拍摄单元的数字信号进行相加，从而得到增强后的信号。

本发明公开了一种模块化夜视成像相机，包含多个相同的成像模块，一个中心图像处理单元和一个同步控制模块，每个成像模块均与中心图像处理单元和同步控制模块相连接。

所述的成像模块包括镜头、图像传感器、同步接口、畸变校正模块和图像输出模块。

图像传感器位于镜头的焦平面上，所有的成像模块平行放置，所有的成像模块的镜头轴线均指向同一方向，以确保同一目标发出的非定向光线，被每一个成像模块的镜头所接收，并成像到镜头的焦平面上。位于该焦平面的图像传感器将其接收的光线转换成电荷，再进一步转换成数字图像信号，图像传感器将该数字图像信号从图像传感器的数据接口输出至畸变校正模块。

图像传感器的数据接口与畸变校正模块连接，畸变校正模块与图像输出模块连接。畸变校正模块由数字信号处理器或者现场可编程阵列实现，利用多项式几何校正等方法，对图像传感器采集的数字图像信号进行实时校正，以消除各个成像模块之间由于镜头畸变的差异引起的所采集的数字图像信号的不一致性，畸变校正模块将实时校正后的数字图像信号发给图像输出模块。

图像输出模块用于对实时校正后的数字图像信号进行封装，并将封装后的图像发往中心图像处理单元。图像输出模块由USB传输器或者以太网传输器实现。

图像传感器与同步接口相连接，该同步接口用于接收图像传感器的触发信号或者行场同步信号，所有成像模块的同步接口均与同步控制模块进行连接并由同步控制模块进行统一控制，实现所有成像模块的同步拍摄。

所述中心图像处理单元由现场可编程阵列或者GPU处理器实现，包含图像配准单元、图像叠加模块和图像数据接口。所述图像配准单元与每一成像模块的图像输出模块相连接，图像配准单元用于对每一成像模块的图像输出模块所输出的数字图像信号进行图像配准，并将配准后的结果输出至图像叠加模块，图像叠加模块与图像数据接口连接。