红外与微光融合的夜视侦察系统前端光机结构的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及图像融合中的图像配准领域，特别是一种对于红外与微光图像进行光 学配准的前端光机。 技术背景
[0002] 在图像融合领域中，由于不同传感器获得的图像存在着尺寸与位置上的偏差，所 W在进行图像融合之前需要对源图像进行配准，即W期中一幅源图像为基准，对其他源图 像进行缩放，旋转和平移，使得源图像完全相同。
[0003] 图像配准精度对于图像融合来说至关重要，即使只有一个像素的偏差，都会造成 融合图像重影，严重影响融合图像的质量，使得图像融合失去了自身的优势。
[0004] 多传感器的像素级配准现有的图像配准方法都是在前端光学结构中将所有传感 器的光路调为共轴光学系统或者平行轴光学系统，然后在计算机上用配准算法对获得的图 像进行缩放和平移，W达到配准的目的。送种方法将配准分成了两个部分，操作复杂，在计 算机上的处理需要占用一定的资源和时间。在资源与时间有限的条件下，会降低侦察系统 的性能。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种能够实现高精度配准的红外与微光融合系统的前端 光机结构，使获得的图像不需经过计算机中的配准而能够直接用于图像融合。
[0006] 实现本发明目的的技术解决方案为：一种红外与微光融合的夜视侦察系统前端光 机结构，包括红外变焦物镜、红外探测器、微光物镜、微光像增强器、CCDXCD调节装置、方形 外壳和光模；在方形外壳的前表面开有红外通光孔和微光通光孔，孔的直径分别大于红外 变焦物镜和微光物镜的直径，红外变焦物镜前方对准红外通光孔，红外变焦物镜后端与红 外探测器相连，构成红外成像系统，微光物镜[3]前端放置光模并对准微光通光孔，微光物 镜后端与微光像增强器相连，微光像增强器后接CCD，CCD上设有CCD调节装置，构成微光成 像系统；红外成像系统和微光成像系统平行放置于方形外壳内。
[0007] 本发明与现有技术相比，其显著优点；（1)该前端光机结构是基于平行光轴设计， 从而避免了共光轴设计中所需要的复杂的半反半透镜制作工艺和共光轴设计中的光信号 衰减问题；(2)光轴平行度经过光轴调校装置严格校准，光轴夹角《0.ImRad，两个探测器 对目标99%W上的视场重合度；利用光模对微光探测装置进行光路微调，进一步提高两个 探测系统对目标的重合度，从光机结构上为图像配准提供了保证；（3)在光路结构中实现 了两个探测器所获得图像在大小和旋转上的配准，为后期工作做好了准备，节约了图像融 合时的运算量和运算空间，在实际应用时提高了系统的实时性。（4)该装置大小适中，操作 简单，易于携带。
【附图说明】
[0008] 图1是平行光轴设计图。
[0009] 图2是双传感器光轴不平行的成像图（传感器夹角α<90° )。
[0010] 图3是双传感器光轴不平行的成像图（传感器夹角α>90° )。
[0011] 图4是双光模光路图。
[0012] 图5是变焦镜头内部结构。
[0013] 图6是光学变焦示意图。
[0014]图7是本明专利结构图。
[0015] 图8是本发明专利外观图。
[0016] 图9是本发明专利红外光路图。
[0017] 图10是本发明专利微光光路图。
【具体实施方式】 [001引发明原理
[0019]1.平行式立体视觉模型
[0020] 红外成像系统和微光成像系统可W看作双目立体视觉系统中的平行式立体视觉 模型，他们的光轴互相平行，双目视觉系统基于视差原理并利用成像设备从不同位置获得 被测图像的数据。
[0021] 根据现有的条件，在前端光机结构中采用了错误！未找到引用源。所示的平行光 轴的设计，视场Θ(单位是mrad)可由公式求出，送里的f是光学物镜的焦距，d是图像传 感器的边长，U目标的距离，两物镜中必距离b。
[002引物镜1的视场2Θ(单位mrad)可W由下式求得：
[0023]
('.1)
[0024] 物距无限远，Θ很小时，卯J有
[00 幼
（2)
[0026] 由图可W看出送两个物镜的视场并没有完全重合，上下分别有b的兀余，郝么它 们的视场重合度可W表示为：
[002引如果令Δ= ^，则（3)就变成2uO
[0029] ε= 1-Δ (4)
[0030] 式中Δ足够小，郝么ε就接近于1.
[0031] 也就是说，如果两个物镜的中必距离足够小，观察距离相对两个物镜的中必距离 又比较大，郝么两个物镜的视场的重合度就无限接近于1，在送种条件下，可W把两个视场 看作完全重合，在实际应用中，U的值一般较大，一般是几到几十km,而b-般是几cm,基本 上符合送个条件。在的实际测试中，只要视场重合度ε大于99%，就可W不用进行计算机 端的配准工作。
[0032] 如果两个光轴不平行，传感器有一定的夹角α< 90°，图可W看出在一定的距离 上两个视场完全重合，但是由于成像得角度发生了变化，两个传感器上得到的图像发生崎 变，在后续的融合处理中会严重的影响融合质量。α>90°时，图3中两个物镜的视场重 合度较小，并且随着距离的增大会越来越小，直至完全不重合。
[0033] 由上面的讨论可知，探测器光轴平行度也是影响前端性能的主要指标，即两个光 学系统的光轴夹角。根据视场重合度计算公式（3)，得到W下的修正公式：
[0034]
(5)
[0035] 式中2目是两个图像传感器光轴的夹角。
[0036] 基于对视场重合度大于99%的要求，可由（5. 5)得到两个图像传感器光轴的夹角 应该小于0. 5mRad，微光和红外两套光学系统的光轴平行度容许误差是±0. 5mRad。
[0037] 2、光模旋转光轴原理
[003引折射角很小的棱镜称为光模，由于折射角很小，其偏向角公式可W大大化简为：
[0039] δ= (η-1)α
[0040]即偏向角仅决定于模角α和材料折射率η。