一種具有目標(biāo)距離測(cè)量和定位功能的激光夜視儀的制作方法
【專利摘要】一種具有目標(biāo)距離測(cè)量和定位功能的激光夜視儀，包括云臺(tái)、支架、激光照明器、攝像機(jī)和鑒相器；支架連接在云臺(tái)上，激光照明器、攝像機(jī)和鑒相器均設(shè)置在支架上，激光照明器和攝像機(jī)均與鑒相器連接。由激光照明器發(fā)出的經(jīng)調(diào)制后的激光光束發(fā)射到監(jiān)控目標(biāo)上，激光光束反射后通過變焦鏡頭收集進(jìn)入攝像機(jī)，鑒相器通過激光光束反射前后相位差，計(jì)算出目標(biāo)距離，同時(shí)由云臺(tái)獲得云臺(tái)的地理位置和目標(biāo)方位角，計(jì)算出監(jiān)控目標(biāo)的具體地理經(jīng)緯度位置，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的地理經(jīng)緯度定位。該激光夜視儀，無需額外增加激光測(cè)距儀等距離測(cè)量裝置，就可以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)距離測(cè)量和地理位置定位，不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且實(shí)現(xiàn)了全視場(chǎng)內(nèi)目標(biāo)定位的功能。
【專利說明】
一種具有目標(biāo)距離測(cè)量和定位功能的激光夜視儀
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本實(shí)用新型涉及一種具有目標(biāo)距離測(cè)量和定位功能的激光夜視儀，屬于夜視儀技 術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 夜間視頻監(jiān)控是安防監(jiān)控的重要組成部分，夜視技術(shù)主要分為主動(dòng)紅外技術(shù)、被 動(dòng)紅外技術(shù)和微光夜視技術(shù)三種。針對(duì)監(jiān)控目標(biāo)距離超過1公里的夜視監(jiān)控，主動(dòng)紅外技術(shù) 是利用激光作為照明光源，利用目標(biāo)反射回來的激光發(fā)現(xiàn)和辨識(shí)目標(biāo)。
[0003] 常規(guī)的激光夜視儀由半導(dǎo)體激光器照明系統(tǒng)、攝像機(jī)、信號(hào)處理和電控板、機(jī)械系 統(tǒng)四部分組成，其中光源一般選擇810nm、860nm、940nm等紅外波長(zhǎng)的激光器作為監(jiān)控?cái)z像 機(jī)的照明光源，光電轉(zhuǎn)換效率在60%以上。激光夜視儀具有夜間監(jiān)控距離遠(yuǎn)(夜間監(jiān)控距離 可達(dá)3km以上），激光裝置與攝像機(jī)同步變焦，監(jiān)控畫面清晰，使用壽命長(zhǎng)，節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)， 已經(jīng)廣泛應(yīng)用于平安城市、邊防、海事、油田礦區(qū)、森林防火、高速鐵路等領(lǐng)域。
[0004] 現(xiàn)在，很多應(yīng)用對(duì)夜視儀的要求不只是要獲取目標(biāo)圖像，還要具有定位功能，對(duì)于 夜視儀監(jiān)控目標(biāo)的定位，由于監(jiān)控距離近的應(yīng)用，一般只是給出一個(gè)大致的東南西北方向， 沒有準(zhǔn)確的目標(biāo)定位需求。但是，針對(duì)夜視距離達(dá)到公里以上的激光夜視監(jiān)控應(yīng)用，目標(biāo)能 夠定位顯得非常重要。比如在森林防火、邊防、海防等領(lǐng)域，很多時(shí)候需要準(zhǔn)確調(diào)動(dòng)人員或 裝備到目標(biāo)區(qū)域，這就需要夜視儀能夠給出目標(biāo)圖像的同時(shí)，提供目標(biāo)準(zhǔn)確位置，提高事件 處置及時(shí)性和有效性。
[0005] 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離監(jiān)控目標(biāo)的定位，需要三個(gè)參數(shù)：
[0006] -個(gè)是攝像機(jī)自身位置，對(duì)于靜止安裝的夜視儀，一般是在安裝時(shí)輸入安裝點(diǎn)的 經(jīng)煒度數(shù)據(jù)進(jìn)行位置識(shí)別;對(duì)于移動(dòng)的夜視儀，一般采用GPS、北斗定位系統(tǒng)或移動(dòng)通訊信 號(hào)進(jìn)行位置識(shí)別。
[0007] 二是監(jiān)控目標(biāo)與夜視儀之間的水平和垂直角度，這個(gè)通過安裝夜視儀的云臺(tái)獲 得。
[0008] 三是目標(biāo)與夜視儀之間的距離，這個(gè)參數(shù)需要在夜視儀上增加測(cè)距裝置，比如激 光測(cè)距儀和紅外測(cè)距儀。
[0009] 獲得了上面三個(gè)參數(shù)就可以獲得夜視儀監(jiān)控目標(biāo)的地理位置，也就實(shí)現(xiàn)了定位。
[0010] 中國(guó)專利文獻(xiàn)CN201765378U公開的一種具有測(cè)距功能的夜視儀，包括脈沖激光器 和帶有選通門的ICCD攝像機(jī)，ICCD攝相機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)距離選通成像;脈沖激光器與ICCD攝像 機(jī)之間設(shè)置有距離選通同步控制器，距離選通同步控制器能夠使脈沖激光器的脈沖和ICCD 攝像機(jī)在時(shí)序上正確配合，以時(shí)間的先后分開不同距離上的后向散射引起的背景輻射和目 標(biāo)反射回的有用信號(hào)，使從被探測(cè)目標(biāo)反射回的有用信號(hào)剛好在攝像機(jī)選通工作的時(shí)間內(nèi) 到達(dá)攝像機(jī)并成像。該夜視儀的測(cè)距利用了脈沖激光方式，由于光速為30萬公里/秒，受電 子線路響應(yīng)時(shí)間所限，難以實(shí)現(xiàn)1公里以內(nèi)的距離測(cè)量;二是該夜視儀只能獲取視場(chǎng)內(nèi)所有 目標(biāo)的平均距離，無法獲得監(jiān)控畫面內(nèi)不同位置點(diǎn)和部分區(qū)域的平均距離;三是該夜視儀 只給出了距離數(shù)據(jù)，沒有實(shí)際地理位置定位輸出功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 針對(duì)現(xiàn)有夜視儀在遠(yuǎn)距離監(jiān)控目標(biāo)定位方面存在的不足，本實(shí)用新型提供一種結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、位置信息全覆蓋的具有目標(biāo)距離測(cè)量和定位功能的激光夜視儀。
[0012] 本實(shí)用新型的具有目標(biāo)距離測(cè)量和定位功能的激光夜視儀，采用以下技術(shù)方案：
[0013] 該激光夜視儀，包括云臺(tái)、支架、激光照明器、攝像機(jī)和鑒相器;支架連接在云臺(tái) 上，激光照明器、攝像機(jī)和鑒相器均設(shè)置在支架上，激光照明器和攝像機(jī)均與鑒相器連接； 激光照明器內(nèi)設(shè)置有用于提供工作電流和調(diào)制信號(hào)的激光器驅(qū)動(dòng)和調(diào)制器件，激光照明器 的前部設(shè)置有激光變焦鏡頭(激光器驅(qū)動(dòng)和調(diào)制器件和激光變焦鏡頭均屬于激光照明器的 組成部分）；攝像機(jī)的前部設(shè)置有變焦鏡頭；
[0014] 由激光照明器發(fā)出的經(jīng)激光驅(qū)動(dòng)和調(diào)制器件調(diào)制后的激光光束經(jīng)過激光變焦鏡 頭后發(fā)射到監(jiān)控目標(biāo)上，經(jīng)監(jiān)控目標(biāo)反射后的激光光束通過變焦鏡頭收集，進(jìn)入攝像機(jī)，鑒 相器提取攝像機(jī)收集的目標(biāo)反射產(chǎn)生的亮度信號(hào)，并與激光照明器發(fā)射激光的調(diào)制信號(hào)進(jìn) 行相位比較，獲得相位差，計(jì)算出目標(biāo)與云臺(tái)之間的目標(biāo)距離，同時(shí)由云臺(tái)獲得云臺(tái)的地理 位置和目標(biāo)方位角，利用云臺(tái)地理位置、目標(biāo)方位角和目標(biāo)距離計(jì)算出監(jiān)控目標(biāo)的具體地 理經(jīng)煒度位置，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的地理經(jīng)煒度定位。
[0015] 所述目標(biāo)是指一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)區(qū)域（目標(biāo)點(diǎn)或目標(biāo)區(qū)域）。
[0016] 所述目標(biāo)距離是指一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)與云臺(tái)之間的距離或者一個(gè)目標(biāo)區(qū)域與云臺(tái)之間 的平均距離。
[0017]其中，云臺(tái)的地理位置(夜視儀自身位置）由安裝點(diǎn)的經(jīng)煒度數(shù)據(jù)或采用GPS、北斗 定位系統(tǒng)或移動(dòng)通訊信號(hào)獲得，目標(biāo)方位角由云臺(tái)獲得；目標(biāo)距離利用光強(qiáng)度調(diào)制的激光 照明發(fā)射激光和目標(biāo)反射激光之間的信號(hào)相位差獲得。
[0018] 本實(shí)用新型與其它具有定位功能的激光夜視儀相比，不增加其它測(cè)距裝置，直接 將照明激光進(jìn)行調(diào)制，利用目標(biāo)反射的激光亮度變化信號(hào)進(jìn)行距離測(cè)量，且對(duì)目標(biāo)距離的 測(cè)量可以是一點(diǎn)或者一個(gè)區(qū)域的平均距離，用戶可以根據(jù)興趣自由選擇目標(biāo)進(jìn)行定位。
[0019] 本實(shí)用新型在照明激光上增加強(qiáng)度調(diào)制信號(hào)，利用攝像機(jī)CCD探測(cè)目標(biāo)的亮度信 號(hào)和照明激光調(diào)制信號(hào)之間的相位差測(cè)量目標(biāo)距離，并進(jìn)行監(jiān)控畫面內(nèi)不同目標(biāo)定位，可 以對(duì)畫面內(nèi)所有目標(biāo)給予位置定位，不需要附加測(cè)距儀實(shí)現(xiàn)目標(biāo)定位，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、位置 信息全覆蓋的特點(diǎn)。
[0020] 本實(shí)用新型適合所有利用激光作為照明光源的遠(yuǎn)距離激光夜視儀。
【附圖說明】
[0021] 圖1為本實(shí)用新型的具有目標(biāo)定位功能的遠(yuǎn)距離激光夜視儀的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0022] 圖中：1、云臺(tái)；2、激光照明器;3、攝像機(jī);4、鑒相器;5、監(jiān)控目標(biāo);6、激光驅(qū)動(dòng)和調(diào) 制器件;7、激光變焦鏡頭;8、變焦鏡頭;9、支架。
【具體實(shí)施方式】
[0023]本實(shí)用新型具有目標(biāo)距離測(cè)量和定位功能的激光夜視儀的距離參數(shù)測(cè)量采用激 光測(cè)距原理，激光測(cè)距一般采用兩種方式，分別是脈沖法和相位法。
[0024] 1.脈沖法：
[0025]測(cè)距儀發(fā)射出的激光經(jīng)被測(cè)量物體的反射后又被測(cè)距儀接收，測(cè)距儀同時(shí)記錄激 光往返的時(shí)間，光速和往返時(shí)間的乘積的一半，就是測(cè)距儀和被測(cè)量物體之間的距離。脈沖 法測(cè)量距離的精度誤差為1米（即正負(fù)1米）左右。另外，由于信號(hào)處理速度限制，在1公里以 內(nèi)的電路設(shè)計(jì)具有很大的挑戰(zhàn)性。
[0026] 激光測(cè)距是光波測(cè)距中的一種測(cè)距方式，如果光以速度c在空氣中傳播，在測(cè)站點(diǎn) A點(diǎn)和B點(diǎn)間往返一次所需時(shí)間為t，則A、B兩點(diǎn)間距離d可用下式表示：
[0027] d = cXt/2
[0028] 式中：
[0029] d-A點(diǎn)和B點(diǎn)間距離；
[0030] c-光在大氣中傳播的速度；
[0031 ] t 一光往返A(chǔ)點(diǎn)和B點(diǎn)一次所需的時(shí)間。
[0032]由于激光夜視儀需要激光照明光源提供持續(xù)的照明功能，因此脈沖法不適合距離 測(cè)量和照明功能的一體化實(shí)現(xiàn)。
[0033] 2.相位式法
[0034] 相位式激光測(cè)距是對(duì)激光束強(qiáng)度進(jìn)行幅度調(diào)制，測(cè)定調(diào)制光往返一次所產(chǎn)生的相 位延遲測(cè)定出光經(jīng)往返所需的時(shí)間，光速和往返時(shí)間的乘積的一半就是測(cè)距儀和被測(cè)量物 體之間的距離。
[0035] 連續(xù)激光經(jīng)過高頻調(diào)制后成為高頻調(diào)制光，激光往返一周的時(shí)間t可以用調(diào)制波 的整數(shù)周期數(shù)及不足一個(gè)周期的小數(shù)周數(shù)來表示。設(shè)調(diào)制頻率為則光往返測(cè)距儀和目 標(biāo)之間的時(shí)間為：
[0037] fm-調(diào)制頻率(Hz);
[0038] N-光波往返全程中的整周期數(shù)；
[0039] A cp一不足一個(gè)周期的位相值；
[0040]光速用C標(biāo)識(shí)，則測(cè)距儀與目標(biāo)之間的距離d的計(jì)算公式如下：
[0042] 在實(shí)際實(shí)現(xiàn)中，可以選擇調(diào)制頻率為調(diào)制波長(zhǎng)的二分之一之內(nèi)，這樣N = 0,這樣只 需要測(cè)量出發(fā)射與接收信號(hào)之間不足一周期的相位差即可計(jì)算出目標(biāo)距離d。
[0043] 根據(jù)實(shí)際應(yīng)用目標(biāo)距離不同，可以選擇不同的調(diào)制頻率。具體如下：1公里以內(nèi)的 距離，選擇調(diào)制頻率為150KHZ，2公里以內(nèi)的，選擇調(diào)制頻率為70KHz，3公里以內(nèi)的，選擇 50KHz。
[0044] 相位法僅需要獲得調(diào)制的發(fā)射激光和目標(biāo)反射激光之間的信號(hào)相位差，適合用于 具有照明功能的激光夜視儀。
[0045]根據(jù)上述原理，本實(shí)用新型的具有目標(biāo)距離測(cè)量和定位功能的激光夜視儀，如圖1 所示，包括云臺(tái)1、激光照明器2、攝像機(jī)3、鑒相器4、支架9。支架9連接在云臺(tái)1上，激光照明 器2、攝像機(jī)3和鑒相器4均設(shè)置在支架9上，激光照明器2和攝像機(jī)3均與鑒相器4連接?？稍?支架9頂部設(shè)置護(hù)罩，以保護(hù)其內(nèi)器件。云臺(tái)1用于提供夜視儀自身位置和目標(biāo)方位角。激光 照明器2發(fā)射強(qiáng)度調(diào)制的激光光束，激光照明器2內(nèi)設(shè)置有激光器驅(qū)動(dòng)和調(diào)制器件6(屬于激 光照明器2的組成部分，或者是激光驅(qū)動(dòng)器和激光調(diào)制器），用于給激光照明器2提供工作電 流和調(diào)制信號(hào);激光照明器2的前部設(shè)置有激光變焦鏡頭7(屬于激光照明器2的組成部分）， 用于調(diào)整激光照射光束的出射角度。攝像機(jī)3為數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，帶亮度輸出功能，可以提取監(jiān) 控圖像每一個(gè)點(diǎn)的亮度變化信號(hào);攝像機(jī)3的前部設(shè)置有變焦鏡頭8,用于收集激光照射光 束碰到監(jiān)控目標(biāo)5后反射回來的信號(hào)。鑒相器4用于提取攝像機(jī)3收集的目標(biāo)點(diǎn)或區(qū)域反射 產(chǎn)生的亮度信號(hào)，并與發(fā)射激光的調(diào)制信號(hào)進(jìn)行相位比較，獲得相位差。
[0046] 上述激光夜視儀，使用相位法測(cè)距原理，由于對(duì)照明激光的強(qiáng)度調(diào)制深度不深，且 調(diào)制頻率為幾十KHz，不會(huì)影響監(jiān)控圖像質(zhì)量。選取監(jiān)控畫面一個(gè)點(diǎn)或者一個(gè)區(qū)域提取目標(biāo) 反射激光的亮度信號(hào)，通過與照明激光相位差進(jìn)行比較，獲得一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)的距離，或者一個(gè) 區(qū)域的平均距離;然后利用夜視儀位置信號(hào)和監(jiān)控方位角信號(hào)計(jì)算出目標(biāo)的準(zhǔn)確地理位 置。
[0047]上述激光夜視儀的工作原理如下：
[0048] 激光驅(qū)動(dòng)和調(diào)制部件6給激光照明器2提供工作電流和調(diào)制信號(hào)，由激光照明器2 發(fā)出的經(jīng)激光驅(qū)動(dòng)和調(diào)制器件6調(diào)制后的激光光束經(jīng)過激光變焦鏡頭7后發(fā)射到監(jiān)控目標(biāo)5 上，經(jīng)監(jiān)控目標(biāo)5反射后的激光光束通過變焦鏡頭8收集，進(jìn)入攝像機(jī)3。鑒相器4提取攝像機(jī) 3收集的目標(biāo)點(diǎn)或區(qū)域反射產(chǎn)生的亮度信號(hào)，并與發(fā)射激光的調(diào)制信號(hào)進(jìn)行相位比較，獲得 相位差，計(jì)算出目標(biāo)點(diǎn)或區(qū)域與夜視儀(云臺(tái)1)之間的距離，即目標(biāo)距離，同時(shí)由云臺(tái)1獲得 夜視儀自身(就是云臺(tái)1所在的位置)地理位置和目標(biāo)方位角，利用夜視儀自身位置、目標(biāo)方 位角和目標(biāo)距離計(jì)算出監(jiān)控目標(biāo)5的具體地理經(jīng)煒度位置，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的地理經(jīng)煒度定位。
[0049] 本實(shí)用新型未經(jīng)描述的技術(shù)特征可以通過或采用現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)，在此不再贅述。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種具有目標(biāo)距離測(cè)量和定位功能的激光夜視儀，包括云臺(tái)、支架、激光照明器、攝 像機(jī)和鑒相器;其特征是:支架連接在云臺(tái)上，激光照明器、攝像機(jī)和鑒相器均設(shè)置在支架 上，激光照明器和攝像機(jī)均與鑒相器連接;激光照明器內(nèi)設(shè)置有用于提供工作電流和調(diào)制 信號(hào)的激光器驅(qū)動(dòng)和調(diào)制器件，激光照明器的前部設(shè)置有激光變焦鏡頭;攝像機(jī)的前部設(shè) 置有變焦鏡頭。
【文檔編號(hào)】G03B15/02GK205563036SQ201620240854
【公開日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年3月25日
【發(fā)明人】李樹強(qiáng), 張秀萍, 孔芳芳, 喬世香, 徐現(xiàn)剛
【申請(qǐng)人】山東華光光電子股份有限公司