专利名称：一种采用液晶光阀实现温度图像分离的方法及摄像装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种图像分离的方法及电视摄像装置，更具体地说是将正常照明物体影像与中高温物体影像分离的技术及电视摄像装置。
背景技术：
通常的电视摄象方法，是将摄象镜头监视范围内接受到的光信号转换为图像信号。目前电视摄象装置中的象感元件普遍使用Si-CCD(Charge Coupled Devices)电荷耦合器件，其光谱响应曲线如图2所示。它在可见光范围内灵敏度高，在红外光范围内灵敏度低，因此当在摄象镜头范围内同时出现被照明的常温物体和因自身温度高而导致发光的高温物体时，高温物体发射的强烈红外光信息就会隐藏在可见光信息之中。表现为两种温度上有明显差别的物体，在影象的灰度值读数上是相等的，如若此时两种物体的形状也相似时，要通过CCD所提供的图像来将它们分离、识别，是十分困难的。
把500℃或更高温度状态下的物体影像与常温状态的物体影像实现分离的意义在于，在人工智能机器视觉研究中，如果智能机器不能正确识别是正常温度物体还是发光物体，这是危险的，会造成机器的错误识别，引起错误动作，从而造成机器损坏。另外，在火灾探测中，直接作为影像探测器，提供温度影像给监控主机使用。因此也需要将正常照明物体影像与中高温物体影像分离的技术，从视觉传感器或影像探测器这个源头上来保证机器识别或火灾监控的可靠性。
发明内容
本发明的目的就是提供一种可方便实施温差影像分离的方法及摄像装置，配合监视器或多媒体，可在照明条件下将摄像镜头范围内500℃或更高温度状态下的物体影像与同时存在的常温状态的物体影像方便地实现分离，也可象普通摄像装置一样观察摄像范围内的所有物体的影像。
一种采用液晶光阀实现温度图像分离的方法，其特征在于采用一种可见光型液晶光阀，只要将其放置在电视摄象装置中的CCD象感元件前，利用可见光型液晶光阀在亮态和暗态时表现出来的不同光谱透过特性，就可以在亮态时，可见光和近红外光均可透过液晶光阀，在暗态时，可见光被截断，透过率很低；而近红外光则可以很好透过，透过率很高；通过施加不同的电压，可任意控制可见光型液晶光阀的亮、暗态，从而灵活地选择是正常电视监视还是实施温度影象的分离。
一种采用液晶光阀实现温度图像分离的摄像装置，有电视摄像装置，其特征在于电视摄像装置的CCD像感元件前，安装有可见光型液晶光阀，可见光型液晶光阀连接有交变电源。
可见光型液晶光阀与象感元件之间的距离以不超出物镜镜头外1～2cm为宜。
可见光型液晶光阀可以固定在摄像镜头前面。
可见光型液晶光阀可以固定在电视摄像装置整体外壳的防护罩前。
可见光型液晶光阀可以固定于摄像镜头与CCD象感元件之间。
可见光型液晶光阀可以附着于CCD元件表面，可见光型液晶光阀与CCD象感元件形成整体，其面积大小以完全遮挡住CCD象感元件为准。
液晶光阀的固定可以粘接、卡接、螺栓连接等多种方式实现。形状与所放置的位置有关，在镜头之前时，可与镜头形状相同。在镜头之后，可以与CCD的形状相同。
交流电源可采用摄像机本体电池电源加逆变，形成符合要求的交流，也可外置交流电源。电压切换开关可置于交流电源外壳上，采用单按钮操作，在电源开机时为提供液晶光阀的亮态电压，单按按钮，变成为提供液晶光阀的暗态电压。这种电压切换，也可远程控制，故在交流电源上提供远程控制接口。
通过频率为50赫兹、电压为6～30伏特电信号的施加与否，控制液晶光阀的亮、暗工作状态，可见光型液晶光阀在亮态和暗态时表现出不同光谱透过特性，在亮态时，可见光和近红外光均可透过液晶光阀，在暗态时，可见光被截断(透过率很低)，而近红外光则可以很好透过(透过率很高)。通过施加不同的电压，可方便地控制可见光型液晶光阀的亮、暗态，从而灵活地选择是正常电视监视还是实施温差影像的分离。
对于常黑模式的聚合物稳定的胆甾液晶光阀，其工作原理是在没有外界电场或磁场作用时，液晶分子围绕固定的螺旋轴成螺旋排列。在器件制备时，由于最后形成的聚合物网络是垂直于基板方向排列，而胆甾液晶分子的相互作用趋于沿螺旋结构排列，两种作用竞争的结果使液晶呈一种多畴态，聚合物网络充当液晶畴的边界。在每个液晶畴内，液晶分子呈螺旋排列，不同的液晶畴其螺旋轴是随机分布的。由于液晶分子具有折射率的各向异性，对于入射光来说，在两个液晶畴的边界处由于折射率的突变而发生折射，光线在整个液晶层中经过多次折射而形成强烈的散射。液晶畴对特定波长光的散射效率与液晶畴的尺寸大小密切相关，当液晶畴的尺寸与可见光波长相匹配，液晶光阀对可见光的散射效率很高，但对于波长较长的红外光，由于光阀中液晶畴的尺寸大小与红外光波长不匹配，因而光阀对红外光就不能形成很好的散射，红外光可以较好地透过液晶光阀。通过ITO电极给液晶光阀施加一个20～30V的交流电压，液晶分子由于受到电场的作用而沿电场方向一致排列，此时对于入射光来说，液晶层是一个折射率均匀一致的介质，无论是可见光还是红外光，都可以很好地透射。
本发明已不再是普通意义上的电视摄象方法，通过在象感元件前安装可见光型液晶光阀，使得其具有正常电视影象监视与温度影象分离显示的双重效果，可对出现在摄象镜头范围内的500℃或更高温度的物体影象与照明状态下的常温物体影象实施影象分离。由此构成的装置具有结构紧凑、简单，控制容易、省电，切换快，安全性好，故障率低等优点。
图1为本发明工作原理示意图；
图2为本发明结构示意图；图3为本发明另一结构示意图；图4为本发明另一结构示意图；图5为本发明另一结构示意图；图6为电视摄像装置中CCD电荷耦合器件的光谱响应曲线；图7为一种液晶光阀在亮、暗态时的光谱透过率曲线，及由此而构成的液晶光阀型电视摄像装置摄取的影像实例；图8为另一种[扭曲向列]可见光型液晶光阀亮、暗态时的光谱透过率曲线，及由此而构成的液晶光阀型电视摄像装置摄取的影像实例。
具体实施例方式
实施例1参见图1、图2，液晶光阀电视摄像装置由可见光型液晶光阀1、CCD象感元件2、电视摄像机本体3、液晶光阀控制开关4、交变电源5、电视摄像机电源6、摄像镜头7、防护罩8组成。由CCD象感元件2和电视摄像机本体3构成的电视摄像机选用MTV-1501型CCD黑白摄像机、摄像机电源6向电视摄像机提供工作电源；可见光型液晶光阀1选用扭曲向列液晶光阀，其光谱透过率曲线如图8所示。50赫兹、6～30伏特电压的交变电源5、可见光型液晶光阀1和开关4共同组成一个回路，通过对开关4的控制，改变液晶光阀1的亮、暗工作状态。液晶光阀1放置在摄像机3的防护罩8前面的观察窗口位置。
实施例2参见图1、图3，液晶光阀1放置在摄像镜头7之前，以摄像镜头7的一个附件，固定在摄像镜头7的前面，无防护罩8，其余同实施例1。
实施例3参见图1、图4，液晶光阀1固定在固定于摄像镜头7与CCD象感元件2之间，无防护罩8，其余同实施例1。
实施例4参见图1、图5，液晶光阀1放置在CCD象感元件2前，其面积大小以完全遮挡住CCD象感元件为准，形成整体，由此构成液晶光阀型电视摄像装置，液晶光阀1采用聚合物稳定的胆甾液晶光阀，它的亮、暗工作状态下的光谱透过率曲线如图7所示。由于该液晶光阀的亮暗状态的对比度大，正常监视时可获得更为清晰的影像，暗态时其影像分离效果也更佳。无防护罩8，其余同实施例1。
权利要求
1.一种采用液晶光阀实现温度图像分离的方法，其特征在于采用一种可见光型液晶光阀，只要将其放置在电视摄象装置中的CCD象感元件前，利用可见光型液晶光阀在亮态和暗态时表现出来的不同光谱透过特性，就可以在亮态时，可见光和近红外光均可透过液晶光阀，在暗态时，可见光被截断，透过率很低；而近红外光则可以很好透过，透过率很高；通过施加不同的电压，可任意控制可见光型液晶光阀的亮、暗态，从而灵活地选择是正常电视监视还是实施温度影象的分离。
2.一种采用液晶光阀实现温度图像分离的摄像装置，有电视摄像装置，其特征在于电视摄像装置的CCD象感元件前，安装有可见光型液晶光阀，可见光型液晶光阀连接有交变电源。
3.根据权利要求2所述的一种采用液晶光阀实现温度图像分离的摄像装置，其特征在于可见光型液晶光阀固定在摄像镜头前面。
4.根据权利要求2所述的一种采用液晶光阀实现温度图像分离的摄像装置，其特征在于可见光型液晶光阀固定在电视摄像装置整体外壳的防护罩前。
5.根据权利要求2所述的一种采用液晶光阀实现温度图像分离的摄像装置，其特征在于可见光型液晶光阀固定在摄像镜头与CCD象感元件之间。
6.根据权利要求2所述的一种采用液晶光阀实现温度图像分离的摄像装置，其特征在于可见光型液晶光阀附着于CCD元件表面。
7.根据权利要求6所述的一种采用液晶光阀实现温度图像分离的摄像装置，其特征在于可见光型液晶光阀与CCD象感元件形成整体，其面积大小以完全遮挡住CCD象感元件为准。
全文摘要
本发明涉及一种影象分离的方法及电视摄像装置,更具体地说是一种采用液晶光阀实现正常照明物体影象与中高温物体影象分离的方法及摄像装置。目前电视摄像装置中的象感元件普遍使用Si－CCD(Charge Coupled Devices)电荷耦合器件,两种温度上有明显差别的物体,如若形状也相似时,要通过CCD所提供的图像来将它们分离、识别,是十分困难的。本发明的技术要点在于电视摄像装置的CCD象感元件前,安装有可见光型液晶光阀,可见光型液晶光阀连接有交变电源。配合监视器或多媒体,可在照明条件下将摄像镜头范围内500℃或更高温度状态下的物体影像与同时存在的常温状态的物体影像方便地实现分离,本发明技术可应用于人工智能机器视觉研究和火灾探测研究中。
文档编号G02F1/13GK1334476SQ01127039
公开日2002年2月6日 申请日期2001年7月26日 优先权日2001年7月26日
发明者关胜晓, 程晓舫 申请人:关胜晓