专利名称：在减弱光照条件下物体成像的设备和方法
技术领域：
本发明涉及一种光学仪器工程，特别涉及光学雷达设备。
已知一种公开于EP.No.03263735中在低光照时将物体成像的方法，根据该方法，通过一个脉冲光源照射观察对象。从物体反射回的光线由一个光学图像接收器接收。图像接收器的控制快门的动作与光脉冲发射同步。实现该方法的装置包括一个具有透光镜片的脉冲光源，一个具有控制快门的光学图像接收器。调整光脉冲发射时刻与快门打开时刻之间的延迟，可以获得处于最感兴趣区域的物体图像。
已知方法和装置的一个缺点是，使用一个光源和一个摄象器仅仅能获得处于狭窄可见区域的物体图像。扩大可见区域的一种途径是，增加许多同时工作的光源(脉冲)或者摄象器(每个光源或摄象器在它自己的范围内工作)并进而叠加视频信号，但这样的装置过于笨重或者光源的能量未用足(见EP NO0468175)。除此之外，这样的装置没有利用能获得物体的补充信息的自然环境光照。
最接近本方法和装置的是在英国专利NO.2212689中公开的方法和装置。根据该方法，一个物体(多个物体)由一个脉冲光源以及一个辅助恒定照明源照明。从物体反射回来的光用一个光学图像检测器接收，其可控门的工作与光脉冲的发射同步。用于在减弱光照中将物体成像的装置包括一个具有组合镜片的脉冲光源和一个辅助恒定光源，一个具有可调增益的光学图像检测器，一个用于自动调节平均图像亮度的装置，以及一个其输入端与同步单元的一个输出端相连的控制单元，同步单元的另一个输出端与脉冲光源的输入端相连。
这一发明部分地克服了上述缺点。通过利用自然环境光照或要观察的景色的辅助照明，可以获得关于目标的补充信息。这样做，离装置不同距离并由恒定光源照射的目标的亮度会不同，而且在图像前景处存在有许多物体的情况下，背景物体的图像将被遮住。如果在能见度差的媒介(雾、降雪、烟等等)中工作的话，将产生同样的效果。
本发明克服了最接近的模拟设备的上述缺点，并提供了装置视野内处于不同距离物体的均匀亮度图像，通过既利用自然环境光照又利用一个辅助光源，提供了根据它们的亮度区别最感兴趣区域中物体的可能性。
由于在降低照明等级条件下处于不同距离的物体的图像亮度相等的事实，本发明适于用在这样的机动车上，即需要同时得到车辆前面所有物体的图像，而不仅仅是位于某一距离的物体的图像。这使得能时刻控制当前的情况，以及使情况变得可以预见，保持区分出所接收的全景图像的某一距离物体的可能性。
本发明的上述目的通过一个实施例实现，即在每个光脉冲发射后，光学图像接收器的增益不断增加，直到从观察的一个选择区域内的最远物体反射的光线以这样的方式即保持被照射的所选观察物体的相等亮度的图像返回到接收器的时刻，为了接收在辅助光照中物体的图像，增益被设置为一固定水平，并且被保持在这一水平直到下次光脉冲发射。除此之外，为了分开所观察的照射区域中的具体物体，当由这些物体最初反射的光线到达接收器时增益瞬时增加，然后增益恒定增加，再后当由这些物体最后反射的光线到达接收器时增益瞬时减少。自然环境光照可被用作辅助光源。
为了达到本发明的上述目的，同步单元和控制单元这样制作，用来提供这样的可能性，即使每个光脉冲同步，以及增加光学图像接收器的增益直至由观察区域中最远物体反射的光线返回接收器的时刻，并使增益保持在一恒定数值直至下一光脉冲发射的时刻。光学图像接收器可以包括一个图像增强器，其增益通过改变微通道板上的控制电压而被控制。同步单元和控制单元可用来提供瞬时增加图像增强器增益进一步增加和瞬时减少的可能性，以分开所观察的区域中的某些具体物体。
本发明的上述和其它特征和优点将从下面的详述和附图中受到正确评价和理解。
现在参照附图，其中在以下几个附图中相同部件标号相同
图1是一个方框图，示出了根据本发明的装置；图2是光学图像接收器的同步单元和控制单元的方框图；图3是光学图像接收器和物镜控制单元的方框图；图4是用于在减弱光照下物体成像时装置工作的时间分配图。
首先参照图1，在减弱光照中物体成像的装置包括一个脉冲光源1。光线通过透光(聚集)镜片2传播至观察目标。光源的输入端与同步单元3的第一输出端相连。同步单元3的第二输出端与光学图像接收器的控制单元4相连。光学图像接收器的控制单元的输出端与光学图像接收器5相连。图像接收器包括一个接收镜片(物镜)6。物镜的控制单元耦合到图像接收器和同步单元。
同步单元3触发脉冲光源1，该光源与聚焦镜片一起被用来提供目标(图1中未示出)的脉冲光照。在光源1触发的同时，同步单元3触发控制单元4，该控制单元以这样的方式连续增加接收器5的增益，即所照射目标的图像是相等亮度。此外，同步单元3产生一个信号，该信号试图选择在某一景深区域之内位于特定距离的目标。所述景深和距离由外部信号设置。上述选择信号施加给控制单元4，该控制单元4瞬时增加图像接收器5的增益，然后当从一特定距离的目标最后反射的光线到达接收器时，保持它瞬时增加和减少增益。当同步单元3输出端的信号停止作用时，控制单元4将接收器的增益置为一恒定水平。这使得能够在自然环境光照条件下接收目标的图像。恒定增益水平的数值决定在自然环境光线下的目标图象亮度。而瞬时增益增/减的数值则决定使用附加光照时选择具体目标的图像亮度。这些亮度数值可以由外部信号设置。具有一个接收物镜的图像接收器5用来形成被观察的(光学的或电视的)物体的图像。接收器的增益由控制单元4调整。图像接收器5的增益的平均水平确定所接收图像的平均亮度，而且可由外部信号设置。物镜控制单元7根据具体所选目标的相应距离和所接收的图像亮度来自动调整光圈和焦距。
现在参照图2，同步单元包括一个主控振荡器8，它产生触发光源的脉冲。由光源发射的光脉冲传向观察目标。然后光线由物体反射并返回给接收器。在光源触发的同时，主控振荡器8触发一个单稳态多谐振荡器9，形成一个脉冲，该脉冲持续时间等于光线到达处于最大距离物体所需的时间。该最大距离是观察目标的反射光线仍可用图像接收器检测到的距离。来自单稳态多谐振荡器9的脉冲输入一锯齿波电压发生器10，形成一三角形脉冲，见图4。三角脉冲然后输入一个加法器11。该脉冲用于均衡处于不同距离由光源照明的物体的图像亮度。更确切地说，该脉冲用于均衡处于视野中不同距离在脉冲光源照射下的物体亮度。
主控振荡器8还触发一个单稳态多谐振荡器12，产生周期由操作者手动调整的脉冲，而且脉冲周期等于光线从光源到一些具体目标所在的被照射区域最近边缘并返回接收器所需的时间。单稳态多谐振荡器12又触发一个单稳态多谐振荡器13，产生其周期由手动设置、并等于光线从被照射区域最近边缘传播至最远边缘并返回至最近边缘所需的时间的脉冲。由单稳态多谐振荡器产生的脉冲通过利用一个放大器14人工地调整振幅并加到加法器11上。放大器14输出的脉冲决定至要被照射区域最近边缘的距离、远的景深和亮度，这意味着，它根据物体处于最感兴趣区域中的亮度而用来分开一些具体目标。来自加法器的信号被施加给开关15，当单稳态多谐振荡器9输出端的脉冲起作用时，开关15将信号从加法器11传送到输出端，这相当于接收主要在脉冲光源的光线下获得的图像。在单稳态多谐振荡器9输出端的脉冲停止作用后，人工预置的恒定水平的信号被加到开关15的输出端。这一信号用于调整在其它(包括自然)光源下所形成的图像的亮度，从而，解决了在自然环境光照下形成物体图像的难题。结果，在开关15的输出端形成了具有三个特殊部分的形状的信号29部分用于形成由脉冲光源提供辅助光照的相等亮度的图像，27部分用于照射最感兴趣的目标，而28部分用于形成在自然环境光照中的图像。
以如此方式形成的增益控制信号被施加给图像接收器5。图像接收器可在具有微通道板(MCP)的图像增强器的基础上制造。如图3所示上述信号在放大器16放大后施加给图像增强器17的微通道板25，在图像增强器17屏幕24上形成一个通过利用接收物镜6在光电阴极26上接收到的图像的增强图像。由于MCP的增益正比于电压的平方，所以线性改变的增益控制电压在脉冲光照下的图像接收期间，将补偿被观察物体的照度对距离的反平方关系，从而，图像将是等亮度的。
电视摄象机22可被用来将图像增强器17的屏幕上的图像变换成电视信号。为了进一步处理，来自电视摄象机的视频信号被施加给视频监视器23或其它电视设备。
为了自动控制平均图像亮度，与图像增强器屏幕上电流成正比的信号被施加给阈值放大器18，其工作阈值手动可调，用来设置平均图像亮度。放大器18输出的信号控制放大器16的平均增益，而且也被用来控制装在接收器物镜中的光圈。
为了对被照射区域的自动物镜聚焦，控制到这一区域的距离并用于单稳态多谐振荡器12的电压，被施加给一个具有非线性幅度特性的放大器20。并进一步施加给一控制物镜聚焦的伺服驱动器21。放大器幅度特性曲线的形状被选择对任何距离都提供接收物镜的最佳聚焦。
在减弱光照下让物体成像的本方法和装置利用本工业领域的通行技术标准实现。装置的利用已证明其高效率，因为除了现存类似装置的所有优点外，它能帮助例如司机在降雪、雪暴等情况下工作，减少由于雾、雪的颗粒引起的光散射的不良影响，以及减轻对接近和超越车辆前灯的目眩。
权利要求
1.一种用于在减弱光照条件下将物体成像的方法，根据该方法物体(多物体)被一个脉冲光源和一个附加恒定光源照射，从物体反射回的光线被一个光学图像接收器接收，该光学图像接收器的工作与光脉冲的发射同步，其特征为，在每个光脉冲发射期间，光学图像接收器的增益连续改变，直至从所选观察区域中最远物体反射的光线以一种保持被照射的所选观察物体相等图像亮度的方式返回的时刻，并且增益的数值被保持在恒定水平，直到下一光脉冲发射为止。
2.一种根据权利要求1的方法，其特征在于为了分开某些在观察区域内的具体物体，在接收从这些物体反射回的光线之后，增益立即增加然后连续不断地增加，而且在接收由具体物体反射的最后光线后立即减少。
3.一种根据权利要求1和2的方法，其特征在于，自然环境光照被用作辅助恒定光源。
4.一种用于在减弱光照条件下将物体成像的设备，包括一个具有透光镜片和一个辅助恒定光源的脉冲光源，一个具有可调增益的光学图像接收器，一个用于自动平均图像亮度控制的装置，以及一个控制单元，控制单元的输入端耦合到同步单元的一个输出端，同步单元的另一输出端耦合到脉冲光源的输入端，其特征在于，同步单元和控制单元被指定用来提供这样的可能性，即使每一光脉冲同步，增加光学图像接收器的增益，直至光线从所选观察区域中最远物体反射返回的时刻；以及在下一脉冲发射前保持增益在一恒定水平。
5.根据权利要求4的设备，其特征在于，光学图像接收器包括一个通过改变其微通道板上控制电压而具有可控增益的图像增强器II。
6.根据权利要求5的设备，其特征在于，同步单元和控制单元被指定用来瞬时增加图像增强增益，增益进一步恒定增加以及增益的瞬时减少，以便分开视域中某些具体物体。
全文摘要
提供一种在减弱光照条件下将物体成象的设备和方法。根据本发明的装置包括一个具有透光镜片(2)的脉冲光源(1)，一个同步单元(3)，一个控制单元(4)，一个具有接收物镜(6)的光学图像接收器(5)，一个物镜控制单元(7)。该装置既利用观察区域的自然光照，又利用辅助光照，提供处于不同距离的物体的均匀亮度图像，还将处于观察区域中的各个物体分开。
文档编号G01S17/00GK1153559SQ96190327
公开日1997年7月2日 申请日期1996年3月26日 优先权日1996年3月26日
发明者阿列克塞·维达里耶维奇·莫罗左夫, 塞尔盖伊·尤里耶维奇·苏克霍罗索夫 申请人:亚莱斯唐公司