可见光成像与激光测距共光轴镜头及其成像测距方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种可见光成像与激光测距共光轴镜头及其成像测距方法，属于光电技术领域。
【背景技术】
[0002]普通摄像镜头仅能获取物体的图像信息，获得对目标物体的感性认识，但并不能得到目标物体的距离、大小等数字信息。当需要对目标物体进行准确定位、精确打击、精确测量时则往往束手无策。
[0003]普通测距镜头一般都采用普通的定焦望远系统来实现激光束发射角的压缩，因此系统倍率固定不变，出射激光束发散角固定不变，激光的回射率随着距离的增大不断下降，使得其应用受到了很大的局限性。
[0004]当摄像镜头与测距装置结合应用时，通过后续信息处理，可以计算出物体的大小等信息，但也存在摄像监测目标与实际测距目标不一致的缺点，导致计算出来的结果与实际有出入，不能满足高精度的应用要求。
[0005]随着图像传感器的像元尺寸不断减小，其特征频率迅速增加，对光电视频监控图像质量的要求已发展到“识别和认知”的阶段，同时也需要获知目标物体的其他信息，如距离、大小等，通过后续信息处理，为准确定位、精确打击、精确测量等需求提供可靠保障。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是针对以上不足之处，提供了一种将可见光成像与激光测距共光轴进行组合并准确配合的可见光成像与激光测距共光轴镜头及其成像测距方法。
[0007]本发明的技术方案是，一种可见光成像与激光测距共光轴镜头，所述镜头的光学系统包括激光测距光路、可见光成像光路，所述激光测距光路沿激光脉冲发射方向依次设有光焦度为正的变倍组G、反射镜A、光焦度为正的前固定组F、分光镜，所述可见光成像光路沿光线入射方向依次设有光焦度为正的前固定透镜组A、光焦度为负的变倍透镜组B、光焦度为正的补偿透镜组C、可变光栏D、光焦度为正的后固定透镜组E、F，以及依次位于后固定透镜组E、F之后的用于光路折叠的反射镜B、C，激光脉冲通过激光测距光路后经分光镜反射至与可见光的光路共光轴。
[0008]进一步的，所述前固定透镜组A包括从左向右依次设置的由负月牙透镜A-1和正月牙透镜A-2密接的胶合组、双凸透镜A-3、正月牙透镜A-4，所述负月牙透镜A-1和正月牙透镜A-2密接的胶合组与双凸透镜A-3之间的空气间隔是0.1mm,所述双凸透镜A-3与正月牙透镜A-4之间的空气间隔是0.1mm0
[0009]进一步的，所述分光镜与光轴倾斜45°放置，所述反射镜A与光轴倾斜45°放置，所述反射镜B与光轴倾斜45°放置，所述反射镜C与光轴倾斜45°放置，所述双凸透镜A-3由超低色散材料H-FK61制成。
[0010]进一步的，所述镜头的机械结构包括位于可见光成像光路B前部的分光镜固定座、前后部的可见光前固定组件、中部的可见光电动变倍机构、中后部的可见光补偿组件与可见光电动光栏机构、后部的可见光电动聚焦机构、可见光聚焦组件与可见光摄像机组件，还包括位于分光镜固定座下部的激光测距前固定组件、激光测距变倍组件、激光测距光路后部的激光测距电动变倍机构，所述可见光前固定组件上安装有前固定透镜组A，所述激光测距前固定组件上安装有前固定组F。
[0011]进一步的，所述可见光电动变倍机构上还设置有一个实现焦距预置功能的变倍电位器，所述变倍电位器为精密电位器。
[0012]进一步的，所述可见光电动变倍机构包括主镜筒，所述主镜筒内部的前端设置有在主镜筒内部轴向滑移调节的变倍滑架，所述变倍滑架上安装有变倍透镜组B，所述主镜筒内部的后端设置有在主镜筒内部轴向滑移调节的补偿滑架，所述补偿滑架上安装有补偿透镜组C，所述主镜筒的外周设置有可旋转的变倍凸轮，所述变倍凸轮与主镜筒之间的两端设置有前精密钢球、后精密钢球，还设置有变倍轴承与用于压紧的变倍凸轮压圈，所述变倍凸轮与变倍滑架、变倍凸轮与补偿滑架分别经变倍导钉组件、补偿导钉组件进行固连，所述变倍凸轮的外部还通过齿轮分别嗤合有变倍电机齿轮、变倍电位器齿轮，所述变倍电机齿轮与变倍电机连接，所述变倍电位器齿轮与变倍电位器连接。
[0013]进一步的，所述可见光电动光栏机构包括光栏座，所述光栏座内部安装有活动环与后固定透镜组E，所述活动环左侧设有固连在光栏座上的固定环，所述固定环与活动环之间设置有由光栏销钉与光栏片组成光栏片组件，所述光栏座外部设置有可转动的光栏调节环，所述光栏调节环与活动环之间经光栏拨钉进行固连，所述光栏调节环旁侧设置有用于压紧的光栏调节环压圈，所述光栏调节环的外周经齿轮与光栏电机齿轮啮合，所述光栏电机齿轮由光栏电机进行驱动。
[0014]进一步的，所述可见光电动聚焦机构包括聚焦主镜筒，所述聚焦主镜筒内部设置有可进行轴向滑移调节的可见光聚焦镜组，所述可见光聚焦镜组内部安装有后固定透镜组F，所述聚焦主镜筒的外周还设置有聚焦凸轮，所述聚焦凸轮上开设有上线性斜槽，所述聚焦主镜筒上开设有上直槽，所述聚焦主镜筒、可见光聚焦镜组与聚焦凸轮通过聚焦导钉组件进行固连，并用聚焦凸轮压圈锁紧，所述聚焦凸轮的外周经齿轮与聚焦电机齿轮啮合，所述聚焦电机齿轮由聚焦电机进行驱动。
[0015]进一步的，所述激光测距电动变倍机构包括激光测距反射镜筒，所述激光测距反射镜筒内部设置有可进行轴向滑移调节的激光测距变倍镜组，所述激光测距变倍镜组内部安装有变倍组G，所述激光测距反射镜筒的外周部设置有可转动的激光测距变倍凸轮，所述激光测距变倍凸轮、激光测距变倍镜组与激光测距反射镜筒通过激光测距变倍导钉组件进行固连，并用激光测距变倍凸轮压圈锁紧，所述激光测距反射镜筒的外周部经齿轮与激光测距变倍电机齿轮啮合，所述激光测距变倍电机齿轮由激光测距变倍电机驱动。
[0016]一种可见光成像与激光测距共光轴镜头的成像测距方法，包括以下步骤:
(1)可见光波段光线依次经分光镜与可见光成像光路到达成像靶面C，目标物体在成像靶面进行监测成像；
(2)激光测距光路的入射端设置有激光器D，激光器发射激光脉冲，激光脉冲射入激光测距光路；
(3)激光脉冲从激光测距光路射出后经分光镜的反射形成与可见光方向一致的共光轴并到达目标物体，然后原路返回；
(4)根据激光脉冲中的发射波脉冲与回波脉冲之间的时间差计算目标距离。
[0017]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:本发明可见光成像系统与激光测距系统共光轴，提高了监测目标与实际测距目标的一致性，并可以调节出射激光束的发散角大小，扩大了测距范围，使得对监测目标的信息收集更加全面、准确，为信息处理、准确定位、精确打击等应用提供可靠性保障，且具有整体结构紧凑化、高分辨率的特点；克服了一般变倍距镜头分辨率无法与高清摄像机适配、与测距系统不能准确配合、测距能力有限、变倍倍数比较大时系统体积过大等缺陷。
【附图说明】
[0018]下面结合附图对本发明专利进一步说明。
[0019]图1为该发明的光学系统示意图；
图2为该发明的机械结构示意图一；
图3为该发明的机械结构示意图二；
图4为可见光电动变倍机构的示意图；
图5为可见光电动光栏机构的不意图；
图6为可见光电动聚焦机构的示意图；
图7为激光测距电动变倍机构的示意图；
图8为本发明在可见光波段的MTF图a ;
图9为本发明在可见光波段的MTF图b。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进一步说明。
[0021]如图1?9所示，一种可见光成像与激光测距共光轴镜头，所述镜头的光学系统包括激光测距光路A、可见光成像光路B，所述激光测距光路A沿激光脉冲发射方向依次设有光焦度为正的变倍组G (1-1)、反射镜A (1-2)、光焦度为正的前固定组F (1-3)、分光镜(1-4)，所述可见光成像光路B沿光线入射方向依次设有光焦度为正的前固定透镜组A(2-